PP Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng

• Mục đích chung: Nghiên cứu sự làm việc, tính toán và ứng dụng công nghệ neo trong đất • Nội dung nghiên cứu:  Tìm hiểu về các dạng neo, cấu tạo và biện pháp thi công  Các phương ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ỨNG DỤNG

CỦA NEO TRONG ĐẤT

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ NGÀNH: 60 58 60

CBHD: TS TRẦN XUÂN THỌ

HVTH: TRẦN TẤN HƯNG

LỚP: ĐKTXD 2005

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

CHUNG

• Mục đích chung:

Nghiên cứu sự làm việc, tính toán và ứng dụng công nghệ neo trong đất

• Nội dung nghiên cứu:

 Tìm hiểu về các dạng neo, cấu tạo và

biện pháp thi công

 Các phương pháp tính sức chịu tải của

neo

 Các yếu tố ảnh hưởng kết cấu neo

 Phân tích ổn định tường chắn có neo

với

• Các thông số khác nhau của tường

• Các thông số khác nhau của neo

• Đối tượng nghiên cứu

Neo tường tầng hầm nhà cao tầng công trình “APARTMENT BUILDING” ở phường Thảo Điền, Quận 2, TP.HCM.

• Ý nghĩa khoa học, thực tiễn

 Áp dụng một công nghệ mới trong

việc chống giữ tường trong đất.

 Dùng neo ổn định mái đất có thể

tiết kiệm 30 – 60% các khối lượng phát sinh so với các biện pháp khác.

 Việc phun vữa tạo bầu neo cho phép

thi công vừa nhanh vừa đạt hiệu quả cao.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NEO TRONG ĐẤT

 Ưu, khuyết điểm của neo

 Cấu tạo, phân loại neo

 Khả năng chịu tải của neo trong

đất

 Thi công neo trong đất

• Thiết bị thi công

• Công nghệ thi công

• Bố trí neo cho tường chắn

 Quy trình kiểm tra neo

 Công trình tiêu biểu ứng dụng

neo trong đất

• Ưu điểm của neo

 Thay thế cây chống giữ ổn định hố

đào, chống trượt mái dốc, giữa ổn định đê đập,

 Ứng dụng cho công tác tạm thời hay

vĩnh cửu, thích hợp cho các loại tường cừ bản

 Có hệ thống bảo vệ nên sử dụng neo

rất kinh tế và đáng tin cậy

• Hạn chế của neo

 Không được neo vào các vùng đất yếu

 Không áp dụng được đối với công

trình xây chen

 Khó khăn cho công tác xử lý khi có

sự cố

Cấu tạo và sự làm việc của neo trong

đất

• Phần đầu : Liên kết với kết cấu tường chắn

• Phần cố định: Cố định chắn chắn vào nền đất, đảm bảo khả năng dính bám với đất

• Phần thân tự do: Là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định

- Anchor head : Đầu neo

- Bearing plate: Bản đỡ

- Trumpet: Mũ neo

- Sheath: Ống nhựa bảo vệ thanh neo

- Unbonded tendon (unbonded length): Đoạn thanh neo (chiều dài) không dính kết

- Bonded tendon (bond length):

Đoạn thanh neo (chiều dài) dính kết

- Anchor grout: Vữa neo

PHÂN LOẠI

NEO

• Loại A (Straight shalf gravity

– posted ground anchors )

- Hình trụ tròn, bơm vữa

ximăng hoặc vữa ximăng

cát, chịu lực kéo không

lớn.

- Dùng phổ biến trong

đá và đất dính cứng

- Sức kháng nhổ phụ

thuộc vào ma sát bên

tại giao diện đất và vữa.

• Loại B (Straight shalf gravity – posted ground anchors )

- Hình trụ mở to ở phần

chân (bầu neo) hay một hình trụ không quy cu.û

- Dùng phổ biến trong

đá yếu nứt nẻ, các lớp đất hạt thô và trong đất rời hạt mịn.

- Sức kháng chịu nhổ

phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng cắt bên thực tế

• Loại C (Post – grouted)

- Bơm vữa nhiều lần để

mở rộng bầu neo Vữa

áp lực cao sẽ làm phá

vỡ phần vữa ban đầu

và đẩy chúng vào bên

trong đất, tạo ra chùm rễ

vữa hoặc hệ thống hang

hốc thay cho đường kính

lõi của lỗ khoan.

- Áp dụng phổ biến trong

đất rời hạt mịn tuy nhiên

cũng có thể sử dụng

cho đất dính cứng

• Loại D (Underreamed)

bằng ống tremie, một loạt chỗ mở rộng theo hình chuông, nón cụt hoặc hình bầu

- Dùng phổ biến nhất

trong đất dính từ chặt đến cứng

- Sức chịu nhổ phụ thuộc

vào ma sát bên và sức chịu ở mũi Kiểu neo này có khả năng chịu được lực nhổ khá lớn.

Neo sử dụng

thép thanh Neo sử dụng bó cáp

Thiết bị thi công

Máy khoan tạo

lỗ b) Đặt cốt thép c) Bơm vữa

e) Lắp đặt đầu neo, kéo

chuyền công nghệ thi công neo

Thao tác khô

Thao tác ướt

• Thi công neo trong cát dùng biện pháp phun vữa

áp lực thấp (Straight-shafted, low pressure grouted)

a Khoan tạo lỗ, phụt không khí làm sạch lỗ

khoan

b Tháo dỡ thiết bị khoan

c Sử dụng ống tremie để

phun vữa

d Chèn bộ phận căng kéo, sau đó rút ống trong quá trình bơm vữa

 Góc nghiêng: Phụ thuộc tính năng máy thi

công và tính chất lớp đất đặt bầu neo Thông thường góc nghiêng neo từ 0 – 450.

1 Bố trí neo kiểu so le 2 Bố trí neo kiểu lưới

vuông

• Neo trong tường chắn

 Khoảng cách bố trí neo nhỏ nhất là 4.5m tính từ

tâm của bầu neo đến đỉnh tường, chiều dài không dính bám nhỏ nhất là 3m đối với thanh neo và 4.5m đối với cáp neo

 S hmin là 1.2m nhằm hạn chế sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các neo khi lắp đặt

Khoảng cách nhỏ nhất

từ mặt trượt tiềm ẩn đến đỉnh bầu neo χ =

max(1.5;0.2H)

Sh > 1.2m

Khả năng chịu tải của neo trong đất

Sức chịu tải của neo có liên quan đến tính chất cơ lý của đất, độ sâu chôn neo, độ xiên, kết cấu của neo, phương pháp khoan, phun vữa,…

Điều chỉnh cấp tải

kiểm tra neo

- TN cho các neo được lắp đặt trong đất dính có giới hạn dẻo

> 20 hay giới hạn nhão > 50

- Xác định biến dạng

do từ biến của neo

- Sử dụng máy đo áp lực, tăng tải từng bước và ghi nhận biến dạng ở từng cấp tải

- Kiểm tra sức chịu tải của neo để chịu được lực kéo sử dụng

- Thực hiên đối với

hai hay ba neo đầu

tiên và ít nhất là 2%

số lượng neo còn lại

- Xác định khả năng

chịu lực tối đa của

neo

TN từ biến thanh neo

TN tính phù hợp tại hiện trường

TN sức chịu tải

của neo

MỘT SỐ CÔNG

TRÌNH ỨNG DỤNG

NEO TRONG ĐẤT

• Trạm xử lý nước

thải Garrett Morgan,

Cleveland, Ohio

 Sử dụng 400 đầu neo

 Sức chịu tải của neo

từ 50 -100T

 Bầu neo nằm trong

tầng đất sét, chiều

dài neo từ 18 – 36m

• Tường chắn 22/S.R 7

Steubenville, Ohio, Mỹ

 Sử dụng 4000 đầu neo

dài từ 12 – 36m giữ

ổn định 3 tường chắn

 Một trong 3 tường

chắn cao trên 39m là

tường cao nhất ở Bắc

Mỹ

Công trình sau khi hoàn

thành

• Nhà hát Opera ở

Copenhagen, Đan Mạch.

 Sử dụng thanh neo D36,

chiều dài neo từ 15 -

20m

 Neo chống đẩy nổi

• Đường số 36, tỉnh

Gangwon, Hàn Quốc.

 Sử dụng thanh neo dài từ 10.5 - 15.5m, chiều dài bầu neo 5m

 Neo chống trượt mái dốc

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ

THUYẾT TÍNH TOÁN NEO TRONG

ĐẤT

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG

CHỊU TẢI CỦA NEO

1 Neo trong đất rời:

 Đối với neo sử dụng biện pháp phun vữa

áp lực thấp (low-presure tieback) trong đất cát mịn đến vừa.

P = PiDlatg (Theo LittleJohn 1973)Trong đó:

– P - Khả năng chịu lực giới hạn của

neo

– Pi - Áp lực phun vữa

– D - Đường kính neo – la - Chiều dài neo

–  - Góc ma sát trong của đất

Đối với neo sử dụng biện pháp phun

vữa áp lực cao (presure injected Tiebacks).

Sức chịu tải của neo trong

đất rời (phụ thuộc chiều dài neo,

thành phần hạt)

Sức chịu tải của neo trong

đất rời (phụ thuộc áp lực bơm

vữa)

Cát lẫn bùn (20%

bùn, 80% cát đường

Phương pháp phun vữa Loại đất

2 Neo trong đất dính

 Sức chịu tải của neo sử dụng phương

pháp phun vữa áp lực thấp grouted) trong đất sét

 Sức chịu tải của neo hình trụ (straight-

shafted tieback) trong đất sét

P =  Dlafg

Trong đó:

P - Sức chịu tải cực hạn của neo

D - Đường kính neo

la - Chiều dài neo

fg - Ma sát giới hạn giữa đất và vữa

 Sức chịu tải của neo khi dùng phương pháp

mở rộng đường kính lỗ khoan (single – underreamed)

P = C u l s D s + /4 (D 2

u – D s 2 )N c C u

 - Hệ số lực dính

Cu - Sức kháng cắt không thoát nước trung bình

Ls - Chiều dài thân neo không mở rộng

Ds - Đường kính thân neo không mở rộng

Du - Đường kính mở rộng

Nc - Hệ số thể hiện sức chịu tải (Nc= 9)

 Sức chịu tải của neo khi dùng phương pháp

mở rộng nhiều lần đường kính lỗ khoan (multi - underreamed)

P = C u l s D s + /4 (D 2

u – D s 2 )N c C u + f u c u l u D u

(theo Little John 1973 và Bassett 1987)

 - Hệ số lực dính

Cu - Sức kháng cắt không thoát nước trung bình

Ls - Chiều dài thân neo không mở rộng

Ds - Đường kính thân neo không mở rộng

D u - Đường kính mở rộng

Nc - Hệ số thể hiện sức chịu tải (Nc= 9)

fu - Hệ số chiết giảm

Lu: Chiều dài đoạn mở rộng lỗ khoan

3 Phương pháp kiểm tra chống nhổ của neo

 Hệ số an toàn chống nhổ của thanh neo

n – Hệ số an toàn

Ttt – Lực tính toán của thanh neo

Tgh – Lực tính chống nhổ giới hạn của thanh neo

1.50 2.50 2.00

1.33 1.50 1.33

Đức (DIN 4125) Nhật (JSFD – 77)

neo ở một số nước

• Khảo sát sự ổn định của tường chắn có neo

 Các trường hợp gây mất ổn định tường chắn

sử dụng neo

Neo không đảm bảo lực

căng kéo Trượt giữa bầu neo và đất

Tường lật Tường bị uốn

a) Dãy các neo đơn b) Hệ neo

PHƯƠNG PHÁP TÍNH NỘI LỰC TƯỜNG

CHẮN CÓ NEO

1 Phương pháp đàn hồi:

 Các giả thiết cơ bản của phương pháp này:

 Thân tường xem là đàn hồi dài vô hạn

 Đã biết áp lực nuớc đất và giả định là

phân bố tam giác

 Phản lực đất tác động vào thân tường ở

phía dưới mặt đào giả định là tỉ lệ thuận với chuyển dịch của thân tường

 Sau khi đặt thanh neo thì xem điểm neo của

thanh neo là bất động

 Sau khi đặt tầng thanh neo dưới, thừa nhận

là lực trục trong tầng thanh neo trên duy trì không đổi, thân tường ở phần bên trên cũng duy trì chuyển dịch như cũ

2 Phương pháp tính toán nội lực hệ

tường neo theo tài liệu “Ground Anchors and Anchored Systems” (FHWA- IF-99-015)

• Các giả thiết:

 Chiều sâu hố đào lớn hơn 6m Chuyển

vị của tường đủ lớn để huy động toàn bộ sức kháng cắt của đất.

 Không xét mực nước ngầm.

 Khối đất phía sau lưng tường đồng nhất

và xem ứng xử của đất là thoát nước đối với cát và không thoát nước đối với sét Chỉ xét đến tải trọng ngắn hạn.

 Biểu đồ áp lực đất chỉ tính từ chân hố

đào, không thể hiện phần tường chôn trong đất.

Phương pháp tính toán nội lực hệ tường neo theo tài liệu “Ground Anchors and Anchored Systems” (FHWA-IF-99- 015)

Xác định lực neo dựa vào biểu đồ áp lực đất của Tezaghi và

a Tính toán lực neo

- Đối với tường có một tầng neo

 Phương pháp cân bằng diện

tích

 Phương pháp góc xoay

T = Tổng diện tích phần áp lực

Đối với tường có nhiều tầng neo

T 1 = Diện tích phần áp lực

3 Phương pháp cân bằng lực

(equilibrium) để xác định l

ực neo tường (theo FHWA–R

D–98–065, 1998)

)

tan(

) tan(

) cos(

)

sin(

) tan(

) 1

( 2

4 Phương pháp phần tử hữu hạn, dùng

phần mềm Plaxis tính toán tường trong đất sử dụng neo

• Cơ sở lý thuyết: Rời rạc hóa miền khảo sát, xác

định đại lượng cần tìm thông qua ma trận độ cứng và véctơ tải tổng thể

• Mô hình cho đất sét yếu (Soft soil)

NHẬN XÉT CÁC PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN

 Phương pháp giải tích xác định lực neo chỉ dựa

vào biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường mà không xét đến ảnh hưởng độ cứng của tường.

 Phương pháp giải tích chưa xét đến ảnh hưởng

của áp lực phun vữa đến sức chịu tải của neo

 Giả thiết ứng suất của vùng đất xung quanh bầu

neo là bằng nhau để xác định sức chịu tải của neo là chưa chính xác

 Biểu đồ áp lực đất theo tài liệu FHWA-IF-99-015

chỉ thích hợp cho tường đặt trong lớp đất đồng nhất

 Việc sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật mạnh

giúp các nhà thiết kế tính toán được nhiều trường hợp, từ đó chọn phương án hợp lý nhất

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ TÍNH

TOÁN KẾT CẤU TƯỜNG

CÓ NEO

40

Địa chất công trình

15 13

16 3

2 Góc nội ma sát  (o)

25.73 16.67

24.69 6.41

6.12 Lực dính đơn vị c (KN/m2)

16.7 16.2

14.2 8.2

8.1

Dung trọng khô d (KN/m 3 )

17.9 16

18.6 14.7

14.6

Dung trọng tự nhiên  (KN/m 3 )

30 48.6

30.9 78.9

80.9 Độ ẩm tự nhiên W (%)

Lớp 5 Lớp 4

Lớp 3 Lớp 2

Mặt cắt bố trí neo

Hợp lý

34.5 34.5 34.5 34.5

8.76 5.84 4.38 3.5

0.2 0.3 0.4 0.5

1.5 167

 = 10 0

Hợp lý

17.5 17.5 17.5 17.5

9.18 6.12 4.59 3.67

0.2 0.3 0.4 0.5

1.5 175

 = 20 0

Hợp lý

12 12 12 12

9.92 6.61 4.96 3.97

0.2 0.3 0.4 0.5

1.5 189

 = 30 0

Hợp lý

9.3 9.3 9.3 9.3

11.23 7.49 5.61 4.49

0.2 0.3 0.4 0.5

1.5 214

 = 40 0

Nhận xét

Lneo max

(m)

Lneo tt (m)

Đường kính bầu neo (D)

Hs at (f)

Lực neo ( T)

Góc nghiê ng

Kết quả tính toán chiều dài bầu neo theo phương pháp giải tích



Tf

L m 

Tính toán nội lực và chuyển vị trong tường có neo theo phương pháp phần

tử hữu hạn

• Mô phỏng bài toán, khai báo các thông số ban đầu

• Phân tích nội lực và biến dạng của hệ tường neo

trong quá trình thi công

Mô phỏng bài toán

Biến dạng hệ tường neo theo các bước

thi công

Lắp tầng neo thứ nhất

(chiều sâu đào 2m) Lắp tầng neo thứ hai (chiều sâu đào 4m)

Lắp tầng neo thứ ba (chiều

sâu đào 6m)

Đáy hố móng (chiều

sâu đào 8m)

Phân tích lực dọc thân neo

Phân tích chuyển vị bầu neo

Biến dạng hệ tường neo theo các bước thi

công

Kết quả phân tích chuyển vị và nội

lực trong tường

Chuyển vị tại đỉnh tường (Point A) và bầu neo (Point D) trong quá trình thi công

So sánh kết quả tính toán lực neo (kN)

giữa hai phương pháp

116 214

400

98.21 189

300

97.64 175

200

79.38 167

 Thay đổi góc nghiêng neo

 Thay đổi độ cứng thân neo

 Thay đổi chiều dài bầu neo

 Thay đổi độ cứng bầu neo

 Thay đổi khoảng cách bố trí neo

2 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH

 Phân tích ổn định vùng đất xung quanh

bầu neo

1 Kết quả phân tích khi chiều dày

tường thay đổi

0 20 40 60 80 100 120

2 Kết quả phân tích khi chiều dài thân neo (góc

nghiêng neo) thay đổi

3 Kết quả phân tích khi độ cứng thân neo

(số bó cáp) thay đổi

5 Kết quả phân tích khi chiều dài bầu

neo thay đổi

6 Kết quả phân tích khi đường kính (độ

cứng) bầu neo thay đổi

Phân tích, đánh giá ổn định đất nền xung

quanh bầu neo trong quá trình thi công

• Đánh giá ổn định vùng đất xung quanh bầu neo theo

điều kiện cân bằng của Mohr Rankine

• Phương trình toán học để diễn tả sự cân bằng giới hạn

của một điểm trong đất nền (đất dính) theo Mohr Rankine:

3 1





max <  : Điểm đang xét ổn định

max =  : Điểm đang xét ở trạng thái cân bằng giới hạn

max >  : Điểm đang xét mất ổn định

Vòng tròn Mohr đánh giá ổn định tại một điểm

trong đất nền

Kết quả phân tích ổn định đất nền xung quanh

bầu neo khi thay đổi các thông số tường và thông số neo trong quá trình thi công

Kết quả phân tích ổn định đất nền xung quanh bầu neo khi thay đổi các thông số tường và thông số neo trong quá trình thi công

B2: Góclệch  = 5.50

B3: Góclệch  =

60

B4: Góclệch  = 6.60

Vòng tròn Mohr theo quá trình thi công khi sử dụng 9

bó cáp

Vòng tròn Mohr theo quá trình thi công với khoảng

cách neo L spacing =1.2m

Kết quả phân tích ổn định đất nền xung quanh bầu neo khi thay đổi các thông số tường và thông số neo trong quá trình thi

Vòng tròn Mohr theo quá trình thi công với chiều

dài bầu neo l =4m

B1: Góclệch  = 4.20

B2: Góclệch  = 5.50

Nhận xét:

 Góc lệch  tăng dần theo quá trình thi

công nhưng mức tăng là không lớn Khả năng mất ổn định càng lớn khi càng thi công dần đến đáy hố đào.

 Giá trị ứng suất lệch thay đổi không

nhiều khi tiến hành thay đổi các thông số về neo, riêng với trường hợp góc nghiêng neo thay đổi thì ứng suất lệch có sự thay đổi đáng kể

 Các điểm càng xa hố đào thì mức độ

ổn định càng lớn