Bài tập lớn ổn định bờ dốc và tường chắn
BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH - BỘ MÔN ĐỊA KĨ THUẬT BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ỔN ĐỊNH BỜ DỐC VÀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT Tổ hợp đề: L2-T09-D02 BẢNG KÍCH THƯỚC TƯỜNG CHẮN LOẠI – BÊ TÔNG CỐT THÉP (L4) Kích thước (m) H1 H2 B1 B2 B3 B4 B5 Góc nghiêng β 1.25 5.0 6.2 1.1 1.3 3.8 0.5 25 Ð?t d?p Ðu?ng ô tô 1300 3800 Ð?t n?n 1250 1100 25° 500 Tải trọng q (KPa) 6200 500 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Hình 1: Bố trí tường chắn bê tông cốt thép BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT NỀN SỬ DỤNG TÍNH TOÁN Lớp đất Chỉ tiêu γ W ∆ e c φ Sr WL WP Eo Đơn vị Đất đắp kN/m3 kN/m3 % kPa độ % % kPa 19 19.7 2.70 15 28 - Đất tự nhiên 19.3 29.2 2.73 0.841 19 13 0.95 38.2 23.6 - Đất tự nhiên 20.1 21 2.72 0.640 27.5 22 0.89 32.9 20.4 21500 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật PHẦN 1:PHÂN LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC / TƯỜNG CHẮN BẢN GÓC Phân loại tường chắn đất nguyên tắc tính toán thiết kế tường chắn trọng lực / tường góc 1.1 Phân loại tường chắn đất 1.1.1 Phân loại theo độ cứng Chia làm loại : tường cứng tường mềm - - Tường cứng : Không có biến dạng uốn chịu áp lực đất mà có chuyển vị tịnh tiến chuyển vị xoay Một số tường cứng thường gặp : tường bê tông , đá hộc , gạch xây Tường mềm : Có biến dạng uốn chịu áp lực đất Một số thường gặp : tường làm gỗ , thép, tường cừ 1.1.2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc - Tường trọng lực (a) : Độ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng thân Các loại tường cứng thuộc tường nửa trọng lực : - Tường nửa trọng lực (b) : Độ ổn định không đảm bảo trọng lượng thân mỏng mà trọng lượng khối đất nằm mỏng - Tường góc (c) : Độ ổn định đảm bảo trọng lượng khối đất đắp đè lên mỏng , tường móng , bê tông cốt thép mỏng nên trọng lượng thân tường móng không lớn Tường mỏng có dạng chữ L nên gọi tường chữ L - Tường mỏng (d) : Sự ổn định loại tường đảm bảo cách chôn tường vào Do loại tường gọi tường cọc tường cừ Để giảm bớt độ chôn sâu đất tường để tăng độ cứng tường người ta dùng dây neo BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Hình 1.1 Các loại tường chắn theo nguyên tắc làm việc 1.1.3 Phân loại tường theo chiều cao - Tường thấp : có chiều cao nhỏ 10m - Tường trung bình : có chiều cao H= 10-20m - Tường cao : có chiều cao H>20m 1.1.4 Phân loại theo góc nghiêng lưng tường - Tường dốc : Lại phân thành loại dốc thuận dốc nghịch - Tường thoải : góc nghiêng α lưng tường lớn Hình 1.2 Phân loại tường theo góc nghiêng 1.1.5 Phân loại theo kết cấu - Tường liền khối : làm bê tông, bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay bê tông cốt thép Tường liền khối xây (gạch đá) đổ (bê tông, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép) trực tiếp hố móng Hố móng phải rộng móng tường BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật chắn khoảng để tiện thi công đặt ván khuôn Móng tường bê tông bê tông cốt thép liền khối với thân tường, móng tường chắn gạch đá xây kết cấu độc lập đá xây hay bê tông Mặt cắt ngang tường liền khối khác -Tường lắp ghép : gồm cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại với theo sơ đồ kết cấu định sẵn Cấu kiện đúc sẵn thường không lớn (thường 3m) để tiện vận chuyển - Tường rọ đá : gồm rọ đá nối ghép lại với Những rọ đá lưới sắt lưới pôlime xếp lớp, kết nối với xếp đá hộc vào tường rọ Để đất hạt mịn đất đất đắp không xàm nhập vào đá hộc rọ, thường để lớp vải địa kĩ thuật ngăn cách đáy tường lưng tường với đất đất đắp - Tường đất có cốt : dạng tường đại bao tải đâì chất đống thô sơ nhân dân Tường mặt bì (da) làm kim loại bê tông cốt thép Mặt bì nối với dải kim loại pôlime chôn lớp đất đắp sau tường 1.2 Nguyên tắc tính toán thiết kế tường chắn trọng lực / tường chắn góc Theo Tiêu chuẩn 9152: 2012 Nếu suốt chiều dài tường: kích thước mặt cắt ngang, đặc trưng lý đất đất sau tường, tải trọng tác động trị số không đổi, cho phép tính toán tường chắn m dài Nếu tỷ số chiều dài tuyến chiều rộng mặt đáy nhỏ dọc theo chiều dài mà khuôn khổ, kích thước tường, đặc trưng lý đất đất sau tường tải trọng tác động trị số biến đổi (thí dụ chất đống tàu thuyền, ứng lực neo buộc) cần tính toán theo đoạn tường (theo sơ đồ không gian) Khi tính vậy, ứng lực tác dụng lên tường chắn đặc trưng hình học kết cấu (diện tích nền, mô men quán tính tiết diện v.v…) nói chung xác định đoạn tường tính toán khả chịu tải kết cấu cần kể đến khả làm việc không gian kết cấu Việc tính toán theo trạng thái giới hạn thứ khả chịu tải (theo ổn định độ bền) cần thực theo tổ hợp tải trọng tác động bất lợi xảy giai đoạn sử dụng, sửa chữa trình xây dựng BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Việc tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai - theo biến dạng - cần thực tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn phản ảnh điều kiện làm việc tường chắn thiết bị có tường mà theo xác định giới hạn biến dạng tường chắn (lún, cong) BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật PHẦN 2: TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT TRỌNG LỰC 2.1 Tổ hợp tải trọng trọng tâm đáy móng 2.1.1 Áp lực đứng lên tường chắn (tính toán 1m tường) W5 25° 500 Ðat dap W1 W4 W2 Duong oto 1100 1300 3800 Dat nen 1250 W3 6200 500 Áp lực thẳng đứng trọng lượng thân tường chắn (tính toán mét tường) W1 = b1 × h1 × γ bt = 0.5 × × 24 = 60( kN ) 1) W2 = 0.5 × b2 × h2 × γ bt = 0.5 × (1,3 − 0.5) × × 24 = 48( kN ) 2) BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật W3 = b3 × h3 × γ bt = 1.25 × 6.2 × 24 = 186(kN ) 3) Áp lực thẳng đứng khối đất đè lên móng tường (tính toán cho mét tường) W4 = b4 × h4 × γ = 3.8 × ×19 = 361(kN ) 4) W5 = 0,5 × b5 × h5 × γ = 0,5 × 3.8 × tan 25o × 3.8 × 19 = 16.83( kN ) 5) 2.1.2 Áp lực ngang chủ động - Ta giả định phần đất đắp bệ móng sau lưng tường phần tường chắn Khi ta có lưng tường thẳng đứng coi nhẵn - Quy phần tải trọng đất đắp bên tường chắn tải trọng rải sau lưng tường chắn BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật 5000 qo 1250 3800 6200 Chiều cao lớp đất tương đương quy đổi là: htd = So 0.5 × 3.8 × 3.8 × tan 25o = = 0.886(m) b 3.8 Tải trọng rải lớp đất tương đương là: qo = htd × γ = 0.886 ×19 = 16.834( kN / m) Hệ số áp lực đất chủ động: K a = tan (45o − ϕ1 28o ) = tan (45o − ) = 0.36 2 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Cường độ áp lực đất chủ động là: pa = γ K a z + qK a − 2c1 K a Với z = đến 6.25m Tại zo = m => pa = qo K a − 2c1 K a = 16.834 × 0.36 − × 15 × 0.36 = −11.94 ( kN / m ) Tại z1 = 6.25 m => pa = γ K a z + qo K a − 2c1 K a = 19 × 0.36 × 6.25 + 16.834 × 0.36 − ×15 × 0.36 = 30.81( kN / m ) Chiều sâu (hc) mà biểu đồ Pa = là: hc = 2c1 K a − qo K a ×15 × 0.36 − 16.834 × 0.36 = = 1, 746(m) γ 1K a 19 × 0.36 2.1.3 Áp lực ngang bị động Pp = 2.1.4 Tính toán giá trị áp lực ngang EH qo 4504 5000 1746 11.94 3800 1250 EH 30.81 6200 Biểu đồ áp lực đất 10 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Trị số áp lực đất ngang EH: (Tính với diện tích biểu đồ dương) EH = 0,5 x 4.504 x 30.81 = 69.38(kN) Điểm đặt EH cách chân tường đoạn : 1 ta = ( H1 + H − hc ) = (1.25 + − 1.746) = 1.5( m) 3 2.1.5 Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng V = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 60 + 48 + 186 + 361 + 16.83 = 671.83 (kN) H = EH = 69.38 (kN) Lấy momen với trọng tâm đáy móng : M = W1.e1 + W2.e2 + W3.e3 - W4.e4 - W5.e5 + EH.e5 M = 60 x 0.95 + 48 x 1.47 + 186x - 361 x 1.2 – 16.83 x 1.83 +69.38x 1.5 = -232.37 (kN.m) 2.1.6.Tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ Ta lập bảng sau: Thành phần tải Giá trị thành phần trọng tải trọng W1 60 W2 48 W3 186 W4 361 W5 16.83 EH 69.38 Tổ hợp tải trọng cường độ: Hệ số tải trọng (n) 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,5 Trị số 75 60 232.5 487.35 22.7205 104.07 V= 75+60+232.5+487.35+22.7205 =877.57 (kN) EH= 104.07 (kN) M= -301.84 (kN.m) 11 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật 2.2 Tổ hợp tải trọng trọng tâm thân tường 2.2.1 Áp lực đứng lên tường chắn (tính toán 1m tường) W5 25° 500 Ðat dap W1 W4 W2 Duong oto 1100 1300 3800 Dat nen 1250 W3 6200 500 Áp lực thẳng đứng trọng lượng thân tường chắn (tính toán mét tường) W1 = b1 × h1 × γ bt = 0.5 × × 24 = 60( kN ) 1) 2) W2 = 0.5 × b2 × h2 × γ bt = 0.5 × (1,3 − 0.5) × × 24 = 48( kN ) W3 = b3 × h3 × γ bt = 1.25 × 6.2 × 24 = 186(kN ) 3) Áp lực thẳng đứng khối đất đè lên móng tường (tính toán cho mét tường) W4 = b4 × h4 × γ = 3.8 × ×19 = 361(kN ) 4) W5 = 0,5 × b5 × h5 × γ = 0,5 × 3.8 × tan 25o × 3.8 ×19 = 16.83( kN ) 5) 12 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật 2.2.2 Áp lực ngang chủ động - Ta giả định phần đất đắp bệ móng sau lưng tường phần tường chắn Khi ta có lưng tường thẳng đứng coi nhẵn - Quy phần tải trọng đất đắp bên tường chắn tải trọng rải sau lưng tường chắn 5000 qo 1250 3800 6200 Chiều cao lớp đất tương đương quy đổi là: So 0.5 × 3.8 × 3.8 × tan 25o htd = = = 0.886(m) b 3.8 13 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Tải trọng rải lớp đất tương đương là: qo = htd × γ = 0.886 ×19 = 16.834( kN / m) Hệ số áp lực đất chủ động: K a = tan (45o − ϕ1 28o ) = tan (45o − ) = 0.36 2 Cường độ áp lực đất chủ động là: pa = γ K a z + qK a − 2c1 K a Với z = đến 5m Tại zo = m => pa = qo K a − 2c1 K a = 16.834 × 0.36 − × 15 × 0.36 = −11.94 ( kN / m ) Tại z1 = m => pa = γ K a z + qo K a − 2c1 K a = 19 × 0.36 × + 16.834 × 0.36 − × 15 × 0.36 = 22.26( kN / m ) Chiều sâu (hc) mà biểu đồ Pa = là: hc = 2c1 K a − qo K a γ 1K a = ×15 × 0.36 − 16.834 × 0.36 = 1, 746(m) 19 × 0.36 2.2.3 Áp lực ngang bị động Pp = 2.2.4 Tính toán giá trị áp lực ngang EH 14 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật qo 3254 5000 1746 11.94 1085 3800 1250 22.26 6200 × 22.26 × (5 − 1.746) = 36.22kN EH= 1 ta = × ( H − hc ) = × (5 − 1.746) = 1.085(m) 3 Điểm đặt EH cách chân tường đoạn 2.2.5.Tổ hợp tải trọng theo TTGH sử dụng V = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 60 + 48 + 186 + 361 + 16.83 = 671.83 (kN) H = EH = 36.22 (kN) Lấy momen với trọng tâm đáy móng : M = W1.e1 - W2.e2 + W3.e3 +W4.e4 + W5.e5 + EH.e5 M = 60 x 0.48 - 48 x 0.463 + 186x 1.08 + 361 x 2.38 + 16.83 x 3.013 +69.38x 1.085 = 1192.6 (kN.m) 15 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật 2.2.6.Tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ Ta lập bảng sau: Thành phần tải Giá trị thành phần trọng tải trọng W1 60 W2 48 W3 186 W4 361 W5 16.83 EH 69.38 Tổ hợp tải trọng cường độ: Hệ số tải trọng (n) 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,5 Trị số 75 60 232.5 487.35 22.7205 104.07 V= 75+60+232.5+487.35+22.7205 =877.57 (kN) EH= 104.07 (kN) M= 1192.6 (kN.m) 2.3 Kiểm toán lật theo trạng thái GHCĐ qo 11.94 E1 5668 5000 3800 E2 1250 1250 1501 30.81 6200 16 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Bảng tổng hợp momen chống lật momen lật mũi tường chắn (điểm A) Bảng momen chống lật Tên W1 W2 W3 W4 W5 Lực / mét tường (kN) 60 48 186 361 16.83 Tổng momen Cánh tay đòn (m) 2.15 1.633 3.1 4.3 4.933 Momen / mét tường (kN.m) 129 78.384 576.6 1552.3 83.02 2419.304 Bảng momen lật Tên E2 Lực / mét tường (kN) 69.38 Tổng momen Cánh tay đòn (m) 1.501 Momen / mét tường (kN.m) 104.14 104.14 Kiểm tra momen chống lật quanh điểm A: HSATlat = FSlat = momenchonglat 2419.304 = = 23.23 > momenlat 104.14 Vậy, tường chắn ổn định chống lật quanh điểm A Tổng momen: Mnet = Mchonglat – Mlat = 2478.4 – 104.14 = 2374.26 (kN.m) 2.4 Kiểm toán ổn định trượt theo TT GHCĐ • Lực chống trượt thống kê: (tổng lực theo phương thẳng đứng) Rv = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 75+60+232.5+487.35+22.7205 = 877.57 (kN) 17 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn • Bộ môn Địa kỹ thuật Lực xô ngang thống kê: (tổng lực theo phương ngang) Rh = E2 = 69.38 (kN) HSATtruotngang = FStruotngang = Rv 877.57 × tan δ = × tan 28o = 4.45 > 1,5 Rh 69.83 Vậy, tường chắn ổn định trượt ngang 2.5 Kiểm toán áp lực lên đất theo TT GHCĐ Độ lệch tâm e : e= M 301.84 × 106 = = 343.95( mm) V 877.57 ×103 Các kích thước có hiệu đáy móng là: L’= L = 1000 (mm) (xét với 1m dài ) B’= B – 2.e = 6200 – x 343.95 = 5512.1 (mm) Khi đó, sức kháng đỡ danh định đất sét bão hòa tính theo công thức: qult = cN cm + gγ D f N qm × 10−9 ( MPa ) Trong đó: Df + Ta có: B' = 1250 = 0.227 < 2,5 5512.1 ; B ' 5512.1 = = qR A' < V Kết luận : đất không đủ khả chịu tải 2.8 Kiểm toán lún đất theo TT GHSD Độ lún đáy móng: S= Hc σ + ∆σ z' × Cc × log bt + eo σ bt Trong đó: Hc : Chiều dày lớp đất chịu nén ∆σ ' z ∆σ z' = ki : Độ tăng ứng suất tải trọng gây ra; V Fi V = 671.83 (kN) Fi = (B’ + a)(L’ + a) = (5.5121 + a)(1 + a) (m2) a chiều sâu tính từ đáy móng tới lớp tính lún H c ki phụ thuộc tỉ số Z/B’ L’/B’ (móng băng) σ bt = γ a ; γ = 20.1(kN / m ) cc = 0,12 (MPa) eo = 0,64 Chia đất thành lớp đất có chiều dày h = 1m Tính lún với trọng tâm lớp đất 19 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Ta lập bảng tính lún sau : Z (m) Hc (m) a (m) σ bt Z/B’ ki 0 0 1 0,5 10.05 0.18 1,5 30.15 0.36 2,5 50.25 0.54 0.093 0.187 0.280 ∆σ z' Tổng (kN/ m2 ) σ bt / σ z' Sc (m) 6.973 1.441 0.017 7.174 4.2 0.007 6.711 7.49 0.004 0.028 Từ chiều sâu Z = 3m, lún không đáng kể Kết luận: Lún móng tường Sc = 0,028 m = 28 mm 20 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật Ta thấy Fs = 3.624 > 1.4 Tường chắn ổn định trượt tổng thể 21 ... 21500 BTL _Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật PHẦN 1:PHÂN LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC / TƯỜNG CHẮN BẢN GÓC Phân loại tường chắn đất... kiện làm việc tường chắn thiết bị có tường mà theo xác định giới hạn biến dạng tường chắn (lún, cong) BTL _Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ môn Địa kỹ thuật PHẦN 2: TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT TRỌNG... - Tường mỏng (d) : Sự ổn định loại tường đảm bảo cách chôn tường vào Do loại tường gọi tường cọc tường cừ Để giảm bớt độ chôn sâu đất tường để tăng độ cứng tường người ta dùng dây neo BTL _Ổn định