Nghiên cứu và Tính toán tường trong đất

phương pháp đưa ra để tính toán tường trong đất có các thanh neo như: -Phương pháp Sachipana (Nhật bản); -Phương pháp Đàn hồi có xét đến ma sát giữa đất và tường chắn (Quy phạm thiết kế móng công

Vi - Tính toán tờng trong đất

I Tổng quan và lựa chọn phơng pháp tính tờng trong đất

Hiện nay có rất nhiều phơng pháp đa ra để tính toán tờng trong đất có cácthanh neo nh:

Một số giả định đa ra để tính toán nh sau:

+ Trong đất có tính dính, thân tờng đợc xem là đàn hồi dài vô hạn.

+ Phản lực chống hớng ngang của đất bên dới mặt đào chia làm hai vùng:Vùng dẻo đạt tới áp lực đất bị động có độ cao l; Vùng đàn hồi có quan hệ đờngthẳng với biến dạng của thân tờng.

+ Sau khi khi lắp đặt chống thì xem chống nh bất động.

+ Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống trênkhông thay đổi, còn thân tờng từ dới lên vẫn duy trì ở vị trí nh cũ.

Phơng pháp giải gần đúng chỉ dùng hai phơng trình cân bằng tĩnh:Y = 0

MA = 0

Với  =  - Suy ra:

Nk = .h0.xm + .h0k2/2 - W.xm2/2 – v.xm - 

N - .h0k.xm/2 + .xm2/2 (1)

ikkik

 - áp lực tĩnh của đất tác dụng lên trên mỗi mét dài theo chiều cao tờng w - áp lực nớc.

II Xác định sơ đồ tính của tờng trong đất:

Sơ đồ tính toán tờng trong đất đợc thể hiện từ quá trình thi công sau:

- Đào đất đến độ sâu - 3,4 m (kể từ mặt đất) thì ta đặt một đợt cây chống thứnhất (tổng quát thì cây chống ở đây có thể là neo, sàn tầng hầm bêtông cốtthép hoặc hệ các thanh chống bằng thép hình).

- Đào đất đến độ sâu - 7m thì đặt tiếp đợt cây chống thứ hai.- Đào đất đến độ sâu -10,6m thì đặt tiếp đợt cây chống thứ ba.

- Và tiếp tục đào đất đến độ sâu đáy đài – 13m – kết thúc quá trình đào đất.

cốt đáy đàihàng chống 3

Ta thấy rằng: thực tế công trình trên mặt đất xung quanh tờng đều đợc chấtcác vật liệu hoặc lán trại xây dựng, và có thể có các phơng tiện nhẹ đi lại lên trênmặt đất hố móng công trình, vì thế đã đợc chất một phần tải trọng phân bố đều q,giả thiết q = 1 T/m2 = 10 kN/m2

Tởng tợng kéo dài lng tờng chắn đến chiều cao h Từ đó có thể xác định cáctrị số áp lực đất theo lý thuyết áp lực đất Raikine, căn cứ vào mực nớc ngầm đểtính toán áp lực nớc, lấy 1m theo chiều dài thân tờng để tính.

II.1 Tính áp lực của đất và nớc lên tờng:

II.1.1 Tính áp lực đất chủ động tác dụng lên tờng:

-ở độ sâu Z = 1,2 m:

1,21

p = (q + .h) tan2(450

) – 2c.tan(450

) = (10 + 17 x 1,2) tan2(450) = 30,2 (KN/m2).

-ở độ sâu z = 3,4 m:

ở độ sâu z = 5,8 m:

- ở độ sâu z = 7,0 m:

ở độ sâu z = 9,2 m:

ở độ sâu z =10,6 m:

ở độ sâu z = 13,3 m:

II.1.2 Tính áp lực nớc ngầm:

Trong quá trình thi công, phải luôn đảm bảo đợc mực nớc ngầm thấp hơn

mặt đất đào là 1m Do đó sự chênh áp lực nớc sẽ đợc tính nh sau:

- Giai đoạn 1: đào đến độ sâu - 3,4 m (so với mặt đất) thì mực nớc ngầm tự

nhiên đang ở độ sâu - 6,5m, đảm bảo điều kiện thi công đặt ra, do đó ở giaiđoạn này, áp lực nớc ngầm ở hai bên tờng là cân bằng nhau.

- Giai đoạn 2: đào đất đến độ sâu –7m (so với mặt đất), hạ thấp mực nớc

ngầm ở bên trong lòng tờng xuống 1m so với mặt đất thi công, do đó độchênh lệch mực nớc ở độ sâu này là h1,5m áp lực nớc đợc tính nh sau: pw .h101,515KN/m2

-Giai đoạn 3: đào đất đến độ sâu –13,3 m (so với mặt đất), hạ thấp mực

n-ớc ngầm ở bên trong lòng tờng xuống 1m so với mặt đất thi công, do đó độchênh lệch mực nớc ở độ sâu này là h7,8m áp lực nớc đợc tính nh sau: pw .h10*7,878KN/m2

II.1.3 Tính áp lực đất bị động

-ở độ sâu –7m.

PP = .x.tan2(450 +

) + 2c.tan(450 +

) = 17,5*x*tan2(450 +

) + 2*5.tan(450 +

) = 25,75.x + 12,131.

Trong đá chặt: 0,5 - 1m, trong đá biến chất và trong sét chặt: 0,75 – 1,5m,trong á sét dẻo và sét dẻo: 1,5 - 2m Với công trình này, đào đất đến cốt –13,3m(lớp cát pha dẻo) nên ta chọn độ cắm thêm là xm.

Giai đoạn I Đào đất đến độ sâu -3,4m (tính từ mặt đất) và đặt hàngthanh chống thứ nhất.

Sau khi đào đất đến độ sâu –3,4m (so với mặt đất), ta tiến hành đặt hàngchống thứ nhất Gọi I

N1 là lực dọc trong thanh chống thứ nhất Tại thời điểm này,áp lực đất chủ động tác dụng lên tờng còn bé, nên coi N1I 0.

Mômen uốn thân tờng tại độ sâu này là: M1I 67,5KNm 6,75Tm.

Tiếp tục đào đất thì áp lực đất chủ động tăng dần và áp lực đất bị độnggiảm dần, do đó xuất hiện lực nén trong hàng thanh chống này.

(W - )xm3 – (

.h0k –

v –

W.hkk +

x.hkk -

.h0k) xm2- - (.h0k – v –

.h0k2(hkk –

h0k)] = 0

Xác định các hệ số ,, :

4 p 28,71543,7KN/mp

Pa  cd  w 

 = 1

=

= 6,25 ;  = 174

=

= 4,1 ;  =  -  = 6,25 – 4,1 =2,15



(25,75 – 4,1)xm3 – (

6,25*7 –

12,131 –

25,75*3,6 -

2,15*7)xm2-

- (6,25*7 – 12,131-

.2,15*7).3,6.xm – [

6,25*72*(3,6 –

7)] = 0

 7,22xm3 + 35,55*xm2 – 86,74xm – 194 = 0 xm3 + 4,93xm2 – 12xm – 26,87 = 0

Giải bằng phơng pháp thử dần, ta đợc: xm 1 = 2,8 m Dùng công thức (1) tìm lực trục thanh chống thứ haiN2II:Nk = .h0k.xm +

.h0k2 -

W.xm2 – v.xm - 

.h0k.xm +

.xm2 (1)

N1 = 6,25*7*2,8 +

6,25*72 -

25,75*2,82 – 12,131*2,8 -

*2,15*7*2,8+

4,1*2,82 = 135,7 kN = 13,57 tấn

=> Mômen uốn thân tờng tạo độ sâu – 7m là : M2II 19,4Tm

Biểu đồ mômen của tƯờng BarétGiá trị lực dọc tại hàng neo 1

- 1.00q = 1 T/m2

- 7.5

M = 19,4 Tm

M = 6,75 Tm

N = 13,57 t1II

Biểu đồ nội lực thanh chống và thân tờng tại giai đoạn thi công II

Giai đoạn III Đào đất đến độ sâu –10,6m (tính từ mặt đất) và đặthàng chống thứ ba.

Với k = 2; Nk = II

N1 = 135,7 kN; hok = 10,6 m, h1k = 7,2 m;

hkk = h2k = 3,6 m; Nk = N2III; w; v; ; ;  Dùng công thức (2a) tìm xm:

(W - )xm3 – (

.h0k –

v –

W.hkk +

x.hkk -

.h0k) xm2- - (.h0k – v –

.h0k2(hkk –

h0k)] = 0

(25,75- 4,1)xm3– (

2,15*10,6)xm2

- (6,25*10,6 – 12,131-

.2,15*10,6).3,6.xm – - [135,7*7,2 – 135,7*3,6 +

6,25*10,62*(3,6 –

10,6)] = 0  7,22xm3 + 26,89xm2 – 153,8xm – 513,2 = 0

 xm3 + 3,72xm2 – 21,3xm – 71,1 = 0

Giải bằng phơng pháp thử dần, ta đợc: xm 2 = 4,5 m Dùng công thức (1) tìm lực trục thanh chống N2III :

Nk = .hok.xm +

.h0k2 -

W.xm2 – v.xm - 

.h0k.xm +

=> N2III = 6,25*10,6*4,5 +

6,25*10,62 - 21 25,75*4,52 – 12,131*4,5 - 135,7 -

*2,15*10,6*4,5 +

4,1*4,52 = 188,8 kN = 18,85 tấn => Mômen uốn thân tờng tại độ sâu –10,6m là: M3III 30,4T

N = 13,57t

N = 18,8t

M = 19,4 Tm

M = 6,75 Tm

Biểu đồ mômen của tƯờng BarétGiá trị lực dọc tại các hàng neo

- 1.00

Dùng công thức (2a) tìm xm:

(W - )xm3 – (

.h0k –

v –

W.hkk +

x.hkk -

.h0k) xm2- - (.h0k – v –

.h0k2(hkk –

h0k)] = 0

(25,75- 4,1)xm3– (

6,25*13,3 –

25,75*2,7-

2,15*13,3)xm2

- (6,25*13,3 – 12,131-

.2,15*13,3)*2,7*xm – - [(135,7*9,9 + 188,8*6,3) – (135,7 + 188,8)*2,7 + +

6,25*13,32*(2,7 –

13,3)] = 0  7,22xm3 + 8,79xm2 – 153,1xm – 701 = 0 xm3 + 1,22xm2 – 21,2xm – 97,1 = 0

Giải bằng phơng pháp thử dần, ta đợc: xm 2 = 5,64 m

Dùng công thức (1) tìm lực trục thanh chống N3IV : Nk = .hok.xm +

.h0k2 -

W.xm2 – v.xm - 

.h0k.xm +

=> N2IV = 6,25*13,3*5,64 +

6,25*13,32 - 12 25,75*5,642 – 12,131*5,64 - 135,7 -

*2,15*13,3*5,64 +

4,1*5,642 = 204,5 kN = 20,45 tấn => Mômen uốn thân tờng tại độ sâu –13,3m là: => M4IV 50Tm.

M = 19,4 Tm

M = 6,75 Tm

M = 50 Tm

Biểu đồ mômen của tƯờng BarétGiá trị lực dọc tại các hàng neo

- 1.00

M = 30,4 TmN = 20,45t

N = 13,57t

N = 18,8t

q = 1 T/m2

- 7.5

Biểu đồ nội lực thanh chống và thân tờng tại giai đoạn thi công IV

Xét thấy, nếu x = 5,64m thì chân tờng Diaphramg sẽ nằm trong lớp Cátpha dẻo, mà lớp này là lớp yếu, có N = 21 Nên ta phải kéo dài cho chân tờng nằmtrong lớp Cát bụi chặt vừa (có N = 30) một đoạn là 2,5 m Các lý do khác cho sựlựa chọn này là:

- Bản thân tờng trong đất không chịu tải trọng của công trình, mà chỉ chịutrọng lợng bản thân và một phần tải trọng từ các sàn tầng hầm.

- Tờng trong đất không đợc phép lún, bởi nếu xảy ra lún thì sẽ phá vỡ liên kếtgiữa nó với sàn tầng hầm dới cùng, điều này dẫn đến nớc ngầm sẽ thẩm thấuvào hầm…

Vậy tổng độ dài của tờng Diaphramg là: H = 22cm.

IV Xác định sơ bộ kích th ớc tiết diện t ờng Diaphramg:

Các kích thớc sơ bộ của tờng nh sau:- Chiều dầy tờng chọn theo cơ sở sau:+ Theo yêu cầu chống thấm.

+ Từ Mômen trong tờng, ta tính đợc chiều cao làm việc của tờng (h0) thông quacông thức: h0 =

1 Với b – chiều rộng của dải tờng cần tính toán Trongbài toán này, chọn b = 0,8m (theo chiều cao tờng).

+ Căn cứ vào công nghệ và phơng tiện thi công thực tế Thờng thi công cạp ờng bằng gầu ngoạm, có các kích thớc gầu: 600, 800, 1000mm.

t-+ Chọn theo kinh nghiệm.

V Kiểm tra ổn định kết cấu chắn giữ:

Kiểm tra chống trồi đáy hố móng có xét đồng thời cả c và  theo công thứcsau:

 (*)

(Công thức kiến nghị của nhà nghiên cứu Uông Bỉnh Giám Đại học Đồng Tế Trung Quốc có tham khảo từ công thức xét khả năng chịu lực của nền đất củaPrandtl và Terzaghi).

-Trong đó:

KL  1,2 –1,3, do bỏ qua tác dụng chống trồi lên của cờng độ chịu cắtphía sau tờng Với điều kiện đất nền của công trình nh đã nêu trong phần I, tachọn KL = 1,3 (thiên về an toàn).

D- Độ chôn sâu của thân tờng xác định theo công thức chống lật (So sánhvới tiêu chuẩn hớng dẫn thực hành về nền móng - Tiêu chuẩn BS 8004:1986 củaAnh, Nhà xuất bản Xây Dựng 2002) Nh đã tính toán ở trên, có D = 8,7m

q = 1T/m2: Siêu tải đặt trên mặt đất.

1: Trị bình quân trọng lợng tự nhiên của các lớp đất phía ngoài hố đào (từ

mặt đất đến đáy tờng).

(kN/m3) 2- Trị bình quân trọng lợng tự nhiên của các lớp đất phía trong hố đào (Kể

từ mặt đào đến đáy tờng).

Nc , Nq – hệ số tính toán khả năng chịu lực giới hạn của đất (Xác định theo

Vậy các giá trị Nq và Nc đợc xác định nh sau:

23 tan42

2 cos 452

  

Vậy hố móng thoả mãn điều kiện chống trồi.

VI Tính toán cốt thép chịu lực cho tờng:

- Xác định cốt thép chịu lực:

Cắt một dải tờng Diaphramg có chiều rộng 1m theo chiều dài tờng, coi cácvị trí neo nh các gối tựa Từ đó, coi dải nh dầm đơn giản liên tục gối lên các gối

tựa là các vị trí bố trí các hàng chống.

áp lực đất

Sơ đồ tính toán tƯờng diaphramgCông thức tính dầm đơn giản, tính với giá trị mô men lớn nhất:Chọn bê tông mác 300, có Rn = 130 kg/cm2.

Chọn thép chịu lực AII, có Ra = 2800KG/cm2.+ M = 50 (T.m)

o = 0.428  = 0,5(1+ 1 2A ) = 0,9636

Chọn ỉ32a200, có Fa = 40,2 cm2 , thép đợc bố trí đối xứng  =

100% = 0,54 %

- Cốt thép ngang chọn theo cấu tạo 20a300.

- Phía trong lồng thép đợc bố trí các thanh ngang 20 có khoảng cách:> đờng kính ống Tremie.

A =  200mm. 10D chịu lực

 1,5B – Với B là chiều dày tờng

Vậy chọn khoảng cách các thanh thép ngang A = 800mm

- Tại vị trí cao độ của sàn và vị trí đài móng, ta phải đặt thêm cốt thép chịulực cắt, cụ thể:

Trong chiều cao 1m vùng cao độ mức sàn và 3,7m tại vị trí đài móng, ta đặtxen kẽ thêm thép 20 vào giữa hai thanh 32a200

- Trong vùng này, cốt thép ngang đợc đặt dày hơn, 20a200 Hình vẽ bố trí thép trong tờng Diaphramg nh sau:

cột tạmcột cố địnhdầm sàn tầng hầm

chống tạm

cọc khoan nhồi

ael

cột cố định

phƯơng án Chống đỡ tƯờng diaphramg

Kết quả của chuyển vị thân tờng tại cao độ các mức sàn từ chơng trìnhSap_2000 8.3.2:

TABLE: Joint Displacements

Ta thấy rằng chuyển vị lớn nhất của tờng là tại đỉnh tờng, có trị số 6,12mm, trịsố này rất nhỏ, nên phơng án bố trí hệ thống chống đỡ tờng nh vậy là hợp lý.

Têng lµm viÖc trong giíi h¹n an toµn vÒ øng suÊt