BTL ổn định bờ dốc và tường chắn

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : ỔN ĐỊNH BỜ DỐC VÀ TƯỜNG CHẮN Số liệu đề ; L4-T05-D05 A: Phần 1: Phân loại tường chắn đất nguyên tắc tính toán thiết kế tường chắn trọng lực /tường chắn góc I Khái niệm tường chắn đất - Tường chắn đất công trình giữ cho mái đất đắp mái hố đào khỏi bị sạt trượt Tường chắn đất sử dụng rộng rãi ngành xây dựng, giao thông, thuỷ lợi… Khi làm việc tường chắn đất tiếp xúc với khối đất sau tường chịu tác dụng áp lực đất - Khi thiết kế tường chắn đất cần tính toán xác cẩn thận đầy đủ tải trọng tác dụng lên tường chắn đặc biệt áp lực chủ động đất lên tường chắn đảm bảo an toàn cho công trình mà tiết kiệm nhiều chi phí xâydựng II Phân loại tường chắn đất 1.Phân loại theo độcứng Chia làm loại: Tường cứng tưòng mềm - Tường cứng: Không có biến dạng uốn chịu áp lực đất mà có chuyển vị tính tiến chuyển vị xoay Một số tường cứng thường gặp: Tường bê tông, đá hôc, tường xâygạch… - Tường mềm: Có biến dạng uốn chịu áp lực đất Một số thường gặp: Tường làm gỗ, thép , tườngcừ… 2.Phân loại theo nguyên tắc làmviệc: - Tường trọng lực (Hình I-1a): độ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng thân tường Các loại tường cứng thuộc loại tường trọnglực - Tường nửa trọng lực (Hình I-1b): Độ ổn định đảm bảo không trọng lượng thân tường mỏng mà trọng lượng khối đất đắp nằm mỏng Loại tường làm BTCT chiều dày tường lớn (do gọi tườngdày) - Tường góc (Hình I-1c): đổ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng khối đất đắp đè lên móng Tường móng bản, bê tông cốt thép mỏng nên trọng lượng thân tường móng không lớn Tường mỏng có dạng chữ L nên gọi tường chữL - Tường mỏng (Hình I-1d): 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 thường dùng dâynéo a) b) c) d) Hình I-1 Phân loại theo chiềucao - Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn10m - Tường trung bình: chiều caoH=10-20m - Tường cao: có chiều caoH>20m Phânloạitheogócnghiêngcủalưngtường - Tường dốc (Hình I-2a,b): lại phân thành loại dốc thuận dốcnghịch - Tườngthoải(HìnhI-2c):gócnghiêngαcủalưngtườnglớn Hình I -2 Phân loại theo kếtcấu - Tường liền khối: làm BT, xây đá, gạchxây, - Tường lắpghép - Tường rọ đá - Tường đất cócốt III Nguyên tắc tính toán thiết kế tường chắn - Thiết kế tường chắn theo bước thiết kế khả chịu lực độ ổn định Khi thiết kế khả chịu lực tường phải xác định lực tác dụng lên tường (chủ động, bị động, áp lực nước ngầm …) Chọn mặt cắt tính toán Nội dung việc chọn mặt cắt tường chắn đất trọng lực xác định kích thước hợp lý mặt cắt thân tường mặt cắt móng Móng tường chẵn đất trọng lực, dù liền khối tách rời với thân tường, thuộc loại móng cứng - Chiều rộng đỉnh tường bt chọn theo kinh nghiệm điều kiện thực tếthi + Tường bê tông: bt=40-50cm (min 20-30cm tường góc, tường nửa trọng lực BTCT) + Tường đá xây : bt=40-50cm + Tường xây gạch: bt=45cm + Mặt (ngực) lưng tường chắn thường thẳng đứng nghiêng Nếu yêu cầu đặc biệt, lưng tường chán nên chọn thẳng đứng nghiêng phía đất đắp nhiều tốt tuỳ theo kỹ thuật thi công để tăng 0 tính ổn định tường (- 15 đến +15 ) + Bề rộng móng tường chắn thường chọn khoàng (0.35 - 0.45)H đảm bảo khả nằng chịu lực hợp lý đất * Mặt cắt tường nên chọn cho tiết kiệm vật liệu, làm việc tốt (độ lệch tâm e1 nhỏ < để dẫn đến làm việc kết cấu bất lợihơn) Tổ hợp cơbản: Tổ hợp đặcbiệt: 3.Kiểm tra điều kiện ổn định tường chắn - Do đặc điểm tường trọng lực độ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng thân tường, tường có kích thước lớn Vì kiểm toán tường thường cần kiểm tra chủ yếu điều kiện ổn định (trượt, lật )mà bỏ qua việc kiểm toán điểu kiện bền cường độ vật liệu làm tườngchắn + Kiểm tra điều kiện ổn định trượt tường chắn đất + Kiểm tra điều kiện ổn định lật tường chắn đất + Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải đất + Kiểm tra điều kiện lún tường chắn đất (áp dụng tiêu chuẩn 22TCN272-05) B:Phần 2: Tính toán tường chắn đất Nội dung: -Mô tả ký hiệu thực -Xác định thành phần tải trọng trọng tâm đáy móng trọng tâm tường -Tính toán áp lực đất lên tường chắn -Kiểm toán ổn định trượt -Kiểm toán ổn định lún -Kiểm toán ổn định sức chịu tải -Kiểm toán ổn định trượt tổng thể I- Mô tả ký hiệu hình vẽ thực 3500 3200 400 600 700 500 800 2300 500 3600 Các thông số tường chắn (L4-T07) Kí hiệu Kích thước H1(H1’ H2(H2’ Góc nghiêng B1 B2 B3 B4 B5 ) ) β 0 0.8(0.5) 3.5(3.2) Các thông số đất (D08) Tải trọng q (kPa) 15 Lớp đất Chỉ tiêu γ W ∆ e c φ Sr WL WP Eo Đơn vị Đất đắp kN/m3 kN/m3 % kPa độ % % kPa 20 20,5 2,71 25 22 - Đất tự nhiên 20 23,2 2,7 0,705 30 18 0,89 34,3 21,3 - A II- Tính toán áp lực đất lên tường chắn Áp lực đứng lên tường chắn ( tính toán cho 1m dài) a.Trọng lượng thân tường: Đất tự nhiên 20,2 20,7 2,72 0,620 31 23 0,91 32 20,2 20000 -Hình : -Hình : -Hình : V1 = F1 γbt = B2 H1 γbt=0,8.0,7 24,5= 13,72 (kN/m) V2 = F2 γbt = B5 (H1 + H2 ) γbt=4,3.0,4.24,5 = 42,14(kN/m) V3 = F3 γbt = (B3 - B5) (H1 + H2 ).γbt =0,2.1,1.24,5 = 5,39 (kN/m) -Hình : -Hình : -Hình : V4 = F4 γbt =B4 γb t =2,3.0,5.24,5 = 28,175 (kN/m) V5 = F5 γbt = (B3- B5 ) .γbt =0,5.0,2.3,2.24,5= 7,84 (kN/m) V6 = F6 γbt =.B4.(H1 + H2 ).γbt =0,5.0,6.2,3.24,5 =16,905 (kN/m) b.Trọng lượng thân đất: -Hình : V7 = F7 γđđ1 = (B3 - B5) γđđ1t =0,5.3,2.0,2.20=6,4 (kN/m) -Hình : V8 = F8 γđđ1 = B4 (H1 + H2 ).γđđ1=0,5.2,3.0,6.20 =13,8 (kN/m) -Hình : V9 = F9 γđđ1 = B4 γđđ1 =2,3.3,2.20=147,2 (kN/m) c.Áp lực thẳng đứng hoạt tải -Hình10: V10 = q.l = q.(B1- B5 –B2) =15.2,5=37.5 (kN/m) -Trong đó: +) V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10 áp lực thẳng đứng lên hình 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.(kN/m) +) F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F7, F9 diện tích hình 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, (m2) +) q tải trọng phân bố (kPa) +) γbt trọng lượng thể tích tự nhiên bê tông γbt = 23,5(kN/m3) +) γđđ1 trọng lượng thể tích tự nhiên đất đắp γđđ1 = 20 (kN/m3) Áp lực đất chủ động a.Cường độ áp lực đất chủ động theo chiều sâu * Tính hệ số áp lực đất chủ động: Theo lý thuyết Rankine Lớp đất -Bỏ áp lực ngang bị động trước lưng tường để thiên an toàn -Ta xem lưng tường thẳng đứng : α = 00 -Góc ngoại ma sát đất ( góc ma sát đất lưng tường ) :δ = 00 -Góc nghiêng mặt đất so với mặt ngang : β= 00 -Theo đề lớp đất đắp sau lưng tường chắn gồm lớp đất khác Muốn xác định áp lực đất chủ động lớn lên lưng tường, người ta thường coi áp lực lớp đất cần xác định không phụ thuộc vào áp lực lớp đất khác, nghĩa xác định áp lực đất chủ động, ta xác định cho đoạn tường tương ứng với lớp đất có tính chất lý khác -Mặt đất nằm ngang, lưng tường thẳng đứng →Áp dụng lý thuyết Rankin -Hệ số áp lực ngang chủ động đất sau lưng tường chắn: Ka= = = 0,455 Cách 2:Theo lý thuyết C.A Coulomb - Ta có :Góc mặt phẳng lưng tường so với phương thẳng đứng α Tan α= = 0,067 → α = 3o50’, -Góc nghiêng mặt đất so với mặt ngang : β= 00 -Góc ngoại ma sát đất ( góc ma sát đất lưng tường ) : δ= δ1 = = 22o =14o40’ (lấy từ ϕ→ ϕ 3 ) -Hệ số áp lực ngang chủ động đất sau lưng tường chắn: ka = cos ( ϕ1 − α )  sin ( ϕ1 + δ ) sin ϕ  cos α cos ( α + δ ) 1 +  cos ( α + δ ) cos α   =0,433 -Chọn hệ số áp lực đất chủ động theo lý thuyết rankine để tính toán: Ka=0,455 *Cường độ áp lực đất chủ động theo chiều sâu Pa = γ1.Ka.z + q Ka - c -Cường độ áp lực đất z =0: Pa = q Ka - c=15 0,455 - 25= -26,9 (kN/m) - Cường độ áp lực đất z = 4,3m(Tại chân tường): Pa =γ1.Ka.z +qKa -2 c=20 0,455 4,3+15 0,455-2.25=12.228 (kN/m) b.Giá trị áp lực đất chủ động điểm đặt -Chiều sâu hc mà biểu đồ Pa =0 là: Hc= = = 2.956 (m) -Giá trị áp lực đất chủ động Ea= Pah.hc= 12.228 (4,3- 2,956) = 8.217 (kN) -Điểm đặt: ta= hc = (4,3-2,956) = 0,448 (m) -Biểu đồ: 26,9 Ea 12.228 Áp lực đất bị động Kp =0 III,Xác định thành phần tải trọng trọng tâm đáy móng (cho TTGH cường độ I, TTGH sử dụng) Tổ hợp tải trọng tâm đáy móng a Tổ hợp tải trọng trọng tâm móng theo TTGHSD Thành phần tải trọng V1 Giá trị thành phần tải trọng 13,72 Hệ số tải trọng (n) Cánh tay đòn (m) V (kN) 1,0 1,45 13,72 H (kN) M (kN.m) 19,894 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 Ea 42,14 5,39 28,175 7,84 16,905 6,4 13,8 147,2 37,5 8.217 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,6 -0,65 0,633 -0,267 0,567 -1,03 -0,65 -0,55 - 0,448 42,14 5,39 28,175 7,84 16,905 6,4 13,8 147,2 37,5 Tổng 319,07 8.217 8.217 37,926 3,234 -18,314 4,963 -4,514 3,629 -14,214 -95,68 -20,625 -3,68 -87,381 Vậy ta có bảng tổ hợp tải trọng theo TTGHSD sau; Loại tải trọng Thẳng đứng (V) Ngang (H) Mômen (M) 319,07 8.217 87,381 Giá trị b.Tổ hợp tải trọng tâm đáy móng theo TTGHCĐ1 Thành phần tải trọng Giá trị thành phần tải trọng Cánh Hệ số tải tay đòn trọng (n) (m) V1 13,72 1,25 1,45 17,15 24,868 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 Ea 42,14 5,39 28,175 7,84 16,905 6,4 13,8 147,2 37,5 8.217 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,35 1,75 1,5 0,9 0,6 -0,65 0,633 -0,267 0,567 -1,03 -0,65 -0,55 - 0,448 52,675 6,738 35,219 9,8 21,13 8,64 18,63 198,72 65,625 47,408 4,043 -22,89 6,2 -5,64 4,899 -19,189 -129,168 -36,094 -5,52 V (kN) H (kN) 12,325 M (kN.m) Tổng 434,327 12,325 -131,083 \Vậy ta có bảng tổ hợp tải trọng theo TTGHCĐ1 sau; Loại tải trọng Thẳng đứng (V) Ngang (H) Mômen (M) 434,327 12,325 -131,083 Giá trị IV- Kiểm toán ổn định lật tường chắn Lấy điểm A làm tâm, ta có bảng tính Tên Lực (KN) Gây lật Ea Tổng V1 V2 V3 V4 V5 Chống lật V6 V7 V8 V9 V10 Tổng 8.217 Cánh tay đòn A(m) 0,448 13,72 42,14 5,39 28,175 7,84 16,905 6,4 13,8 147,2 37,5 0,35 0,9 1,2 2,45 1,167 2,067 1,23 2,833 2,45 2,35 Giá trị mômen (KN.m) 3,68 4,802 37,926 6,468 69,029 9,149 34,943 8,32 39,095 360,64 88,125 658,497 Hệ số Giá trị moomen tải trọng nhân hệ số 1,5 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,35 1,75 1.Theo TCVN 9152:2012- Công trình thủy lợi Fslật = = = 165,035 > 1,2→ Đảm bảo an toàn lật 5,52 5,52 6,003 47,408 8,085 86,286 11,436 43,679 11,232 52,779 486,864 154,22 910,992 Ta có: chống lật : tổng mô men hợp lực V sau nhân hệ số tải trọng Ea : mô men áp lực đất chủ động Ea nhân hệ số 2.Theo 22TCN 272-05- Tiêu chuẩn thiết kế cầu eB = -Công thức kiểm toán M tt B' ≤ Vtt -Ta có: Mtt = 131,083 KN.m Vtt = 434,327 KN - Dựa theo số liệu tính toán được: M tt 131,083 eB = = = 0,302m Vtt 434,327 B ' = B − 2e B = 3,6 − 2.0,302 = 2,996m B ' 2,996 = = 0,749m 4 - Kiểm toán: eB < B'  Đảm bảo an toàn lật V- Kiểm toán ổn định trượt tường chắn I Kiểm toán điều kiện ổn định trượt (trên đất sét) - Điều kiện đảm bảo chống trượt: ΣH ≤ QR Với: ΣH tổng thành phần lực gây trượt theo phương ngang QR sức kháng trượt tính toán QR = ϕT × QT + ϕep × Qep Trong đó: φT : hệ số sức kháng cho sức kháng trượt đất móng QT: sức kháng trượt danh định đất móng (N) ϕep : hệ số sức kháng cho sức kháng bị động Qep: kháng bị động danh định đất có suốt tuổi thọ thiết kế kết cấu (N) - Tính toán với đất sét có: c = Su = 29 (Kpa) - Điều kiện đảm bảo chống trượt QR = ϕT x QT ≥ ∑H (do bỏ qua áp lực đất bị ϕep × Qep động nên = 0) - Trong đó: ϕt - hệ số sức kháng; tra mục 10.5.5 (bảng hệ số sức kháng theo trạng thái giới hạn cường độ cho móng nông) ta có: ϕt =0,85 ∑H - → Điều kiện đảm bảm chống trượt: QR = 0,85* QT ≥ - Kiểm toán TTGH sử dụng: - a Độ lệch tâm: e ∑M’ = 658,497-3,68=654,817 kN.m n ∑ P = ∑ P = 319,07 i =1 e1 = i KN B B M 3,6 654,817 − x0 = − = − = −0,0759m 2 P 319,07 - ∑M’ :Tổng mô men lấy vị trí mép đáy móng - ∑ P: Tổng áp lực thẳng đứng lên đáy móng - B: bề rộng đáy móng Ta có B 3,6 = = 0,6 6 e1 = −0,0759 < B = 0,6 - b Tính toán ứng suất đáy móng: P M σ max = + F W σ = P M − F W Trong đó: M= P x e F: Diện tích móng hữu hiệu : F = B’x L B’: bề rộng móng hữu hiệu; e < B/6 nên B’=B=3.6m W: mômen kháng uốn B '2 3,6 W = L = = 2,16m 6 - Ứng suất đáy móng tính theo công thức sau : σ max = • P M 319,07 654,817 + = + = 391,787 ( KN / m ) F W 3,6.1 2,16 σ max = 195,89 ( KN / m ) σ = • σ P M 319,07 654,817 − = − = −314.525( KN / m ) F V 3,6.1 2,16 = 38,71 (kN/m2) c Xác định QT Vì đất đáy móng đất dính; Su = 29  0,5 max nên QT diện tích phần biểu đồ phân bố ứng suất phía đường sức kháng cắt 29 38,71 49,92 : Diện tích phần biểu đồ phân bố ứng suất phía đường sức Hình kháng cắt S phan_ gach _ cheo = 29 × 3,6 = 104,4( KN ) Ta có : QT = S phan _ gach _ cheo L' = 104,4 ×1 = 104,4( KN ) → QR = 0,85*QT = 0.85 x 104,4=88,434 (KN) Điều kiện chống trượt: QR= 88,434 KN > ∑H = 8.217(kN)  Đạt yêu cầu chống trượt 3.3.1 TTGH cường độ lớn a Độ lệch tâm: ∑M’ = 910,992-5,52=905,472 kN.m n ∑ P = ∑ Pi = 434,327 i =1 e1 = KN B B M 3,6 905.472 − x0 = − = − = −0,285 m 2 P 434.327 b Tính toán ứng suất đáy móng: σ max = P M + F W σ = P M − F W Trong đó: M= P x e F: Diện tích móng hữu hiệu : F = B’x L W: mômen kháng uốn B '2 W = L B’: bề rộng móng hữu hiệu; Ta có: B 3.6 = = 0.6m 6 e1 = −0,285 < B = 0,6 nên B’=B=3.6 m - Ứng suất đáy móng tính theo công thức sau : P 6e 434,327 6.0,285 (1 + ) = (1 + ) = 177.95( KN / m ) F B 3,6.1 3,6 σ max = - σ max = 89 975( KN / m ) P 6e 434.327 6.0,285 (1 − ) = (1 − ) = 63.34( KN / m ) F B 3,6.1 3,6 σ = - σ = 31.67 (kN/m2) - c Xác định QT - Vì đất đáy móng đất dính; Su = 29 < 0,5σmax nên QT diện tích phần biểu đồ phân bố ứng suất phía đường sức kháng cắt 29 38,71 49,92 - : Diện tích phần biểu đồ phân bố ứng suất phía đường sức Hình kháng cắt - S phan_ gach _ cheo = 29 × 3,6 = 104,4( KN ) - Ta có : QT = S phan _ gach _ cheo L ' = 104,4 ×1 = 104,4( KN ) - → QR = 0,85*QT = 0.85 x 104,4=88,434 (KN) - Điều kiện chống trượt: QR= 88,434 KN > ∑H = 8.217 (kN) ... kiện ổn định tường chắn - Do đặc điểm tường trọng lực độ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng thân tường, tường có kích thước lớn Vì kiểm toán tường thường cần kiểm tra chủ yếu điều kiện ổn định. .. làm tườngchắn + Kiểm tra điều kiện ổn định trượt tường chắn đất + Kiểm tra điều kiện ổn định lật tường chắn đất + Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải đất + Kiểm tra điều kiện lún tường chắn. .. toán tường chắn đất Nội dung: -Mô tả ký hiệu thực -Xác định thành phần tải trọng trọng tâm đáy móng trọng tâm tường -Tính toán áp lực đất lên tường chắn -Kiểm toán ổn định trượt -Kiểm toán ổn định