Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này trình bày phương pháp tính toán và kiểm toán theo tiêu chuẩn LRFD là tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi trong ngành Giao thông vận tải. Phần mềm Geostructure analysis phiên bản V.19 để tính toán và kiểm toán kết cấu tường vây theo tiêu chuẩn LRFD.
PHÂN TÍCH, SO SÁNH BÀI TỐN THIẾT KẾ HỐ ĐÀO SÂU CHO GA NGẦM CỦA ĐƯỜNG SẮT HÀ NỘI QUA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NGUYỄN CHÂU LÂN* TRƯƠNG QUANG MẠNH** Analysis and Comparison of design solutions for deep excavation of some underground station in Hanoi Abstract: There are urban railways which have been constructed according to Transport Development Plan for Hanoi until 2020 In which, the Urban Railway No.2 would be a vital role for urban transportation in near future With the design of three elevated, seven underground stations, deep excavation is an indispensible part of the construction in this project In details, C10 (Tran Hung Dao) terminal is more complex than others due to its configuration Although 35 m in length, 1.2 m in diameter diaphragm wall and also H350-shaped steel support have been applied, the depth of excavation is up to 21 m, the stability of the foundation pit as well as the wall during excavation is a critical issue To deal with excavation works design, this paper will present the calculation results of deep excavation at C10 terminal by using Geostructure analysis (Bentley) program In particular, sheeting design tool is widely adopted for design and analysis of sheet piles and other retaining wall types Modeling of layered-soil profile, staged-construction, it provides required pile embedment lengths (for fixed and hinged toes), bending moments, internal forces and wall displacement In addition, due to the large depth of the foundation pit, slope stability analyses at the end of excavation works are also performed Keywords: Deep excavation, Diaphragm wall, Urban railway, Geostructure analysis, underground station GIỚI THIỆU CHUNG* Theo kế hoạch phát triển giao thông đô thị Hà Nội tầm nhìn 2020 Thủ tướng phủ ban hành theo định số 90/2008/ QĐTTG ngày tháng 07 năm 2008, có tuyến đường sắt thị xây dựng Trong đó, tuyến đường sắt thị số đóng vai trò quan trọng cho phát triển giao thông đô thị tương lai Tuyến số 02 nối sân * ** 20 Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội, Việt Nam E-mail: nguyenchaulan@utc.edu.vn Cơng ty TNHH tập đồn xây dựng Delta E-mail: quangmanh.uct@gmail.com bay Nội Bài khu đô thị Đông Anh, Từ Liêm, Phố Cổ, qua quốc lộ Thượng Đình Dự án tuyến Nam Thăng Long đến ga Hàng Bài - Trần Hưng Đạo, với chiều dài 11,5 km (bao gồm 8.9 km 2,6 km ngầm), 10 ga với depot diện tích 17,5 làng Xuân Đỉnh Cụ thể, ga ngầm thiết kế đặt nút giao thông trọng điểm thành phố [2] Trong đó, ga C10 (Trần Hưng Đạo) khơng nằm vị trí quan trọng (gần với khu đơng dân cư tòa nhà cao tầng) mà sâu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 Support G.L 1.5 m Support G.L m Support G.L 10.5 m Support G.L 15 m Support G.L 18 m G.L m Thơng số đất tóm tắt Bảng Bảng Thơng số đất tính tốn Lớp phức tạp ga khác Vì vậy, để đảm bảo an tồn q trình thi cơng đào đất, tường vây thiết kế với chiều sâu 35m chiều dày 1,2m Tại dự án phần tính tốn kết cấu, tường vây thực theo tiêu chuẩn Nhật bản, tiêu chuẩn có nhiều ưu điểm, nhiên tiêu chuẩn chưa quen thuộc với kỹ sư Việt Nam Do báo trình bày phương pháp tính tốn kiểm toán theo tiêu chuẩn LRFD [1] tiêu chuẩn áp dụng rộng rãi ngành Giao thông vận tải Phần mềm Geostructure analysis phiên V.19 để tính tốn kiểm toán kết cấu tường vây theo tiêu chuẩn LRFD THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY NHÀ GA 2.1 Thông số đầu vào 2.1.1 Điều kiện địa chất Báo cáo khảo sát địa chất bao gồm thông số hố khoan địa chất, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, cơng tác thí nghiệm phòng 43 hố khoan toàn tuyến (EV-B1 đến EV-B14 DN1-1 đến DN1-29) tham khảo 32 hố khoan cho ga (ST-B1 đến ST-B2 GN1-1 đến GN1-30), địa chất khu vực nghiên cứu chia thành 13 lớp đất [2] Bởi ga C10 nằm gần với hố khoan GN1-26 nên địa chất tính tốn lấy (Hình 1) Độ sâu (m) Từ Đến Trọng M ô đun biến SPT Lực dính Góc ma dạng lượng (N) (kN/m ) sát (M pa) (kN/m ) Sét 15 18 9,8 Sét 12 30 18 9,8 Sét 15 40 18 13,5 Cát bụi 15 33 20 14 Cát bụi 26 35 20 14 Cát bụi 50 40 20 14 Loại đất 11 19 34 41 11 19 34 41 - 2.1.2 Thông số tải trọng Nhà ga xây dựng sát với khu vực đường thị Ngồi tải trọng hoạt tải xe cộ, tải trọng tính tốn bao gồm hoạt tải thi công Do vậy, tải bề mặt lấy sau: q = 12 kN/m2 theo quy định [1] 2.1.3 Vật liệu Văng chống Lựa chọn H-350x350x12x19 cho tầng văng chống thứ thứ với lực căng trước 150 kN: Bảng Thông số cho lớp văng Diện tích mặt cắt ngang Chiều dài Khoảng cách Loại Độ cứng gối đàn hồi A = 17,19x10-3 m2 L = 19 S = Spring K = 180947 m m kN/ m G.L 11 m G.L 19 m Chọn H-400x400x13x21 cho lớp văng thứ 3,4 với lực căng trước 200 kN: Bảng Thông số cho lớp văng 3,4 G.L 34 m G.L 41 m Hình Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 Diện tích mặt cắt ngang Chiều dài Khoảng cách Loại Độ cứng gối đàn hồi A = L = S = Spring K = 21,87x10-3 m2 19 m m 180947 kN/m 21 Tường vây Bảng Thông số tường vây Cường độ nén Cường độ nén yêu cầu Ứng suất nén cho phép Ứng suất cắt cho phép với thép Ứng suất cắt cho phép không thép Mô đun đàn hồi fck fcd = = 30 21 Mpa Mpa fca = 8,0 Mpa fq1 = 0,3 Mpa fq2 = 1,62 Mpa E = 2,35E4 Mpa PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 3.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Nhật Bản Về bản, tường chắn đất theo tiêu chuẩn Nhật Bản thiết kế dựa phương pháp dầm đàn hồi Chi tiết sau: Áp lực đất tác dụng lên tường chắn áp lực đất chủ động bị động, giả thiết tính tốn theo lý thuyết Rankine-Resal Coulomb (Hình 2) Hình Sơ đồ tính tốn áp lực đất dựa phương pháp dầm đàn hồi Độ sâu tường chắn chọn giá trị lấy lớn trường hợp sau: + Chiều sâu tối thiểu để chống lại tượng đẩy trồi hố móng 22 + Chiều sâu đảm bảo chuyển vị, momen tường nội lực kết cấu chống đỡ phạm vi cho phép + Trong trường hợp có tải đứng, độ sâu tường cần đảm bảo phá hoại chân tường + Độ sâu đặt cần đảm bảo nước ngầm khơng thấm vào hố móng suốt q trình thi cơng Hệ số ổn định tính toán hệ cần đảm bảo yếu tố sau đây: Hệ số an toàn mỏi vật liệu, ổn định chống trồi, ổn định chung hệ… 3.2 Phương pháp tính tốn theo LRFD Tiêu chuẩn LRFD tính toán theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng theo trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn sử dụng [1], theo nguyên lý tải trọng bé sức kháng Trong nội dung báo này, phần mềm Geostructure Analysis áp dụng để tính tốn kiểm tốn kết cấu theo LRFD Bộ phần mềm tính tốn kiểm toán theo tiêu chuẩn khác nhau, ưu điểm phần mềm bao gồm: - Phân tích dựa giả thiết trạng thái tới hạn hệ số an toàn - Mơ hình lớp đất khác - Thẩm tra thiết kế phân tích dựa EN 1997-1, LRFD hay phương pháp tiếp cận cổ điển - EN 1997 - lựa chọn hệ số an toàn dựa tiêu chuẩn quốc gia tương ứng - EN 1997 - lựa chọn tất phương pháp tiếp cận, cân nhắc đến tình thiết kế - Xây dựng hệ thống liệu đất - Tùy biến tải trọng tác dụng (dải, hình thang, tập trung) - Mơ hình nước ngầm phía phía ngồi tường vây - Mơ hình đường mặt đất phía ngồi tường vây - Ảnh hưởng động đất (MononobeOkabe, Arrango) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 - Phân tích áp lực đất hữu hiệu áp lực đất tổng - Mơ hình nhiều lớp văng chống Phương pháp tính tốn ổn định áp dụng phương pháp cân giới hạn - GLEM Phương pháp dùng thiết kế tính đơn giản, dễ áp dụng Các thơng số đất ,,c chọn để tính tốn áp lực đất Ổn định hệ tính tốn dựa phương pháp Bishop Và hệ chống mô gối đàn hồi 3.3 Trình tự tính tốn theo giai đoạn thi cơng Thi cơng hố đào sâu chia thành 11 giai đoạn trình tính tốn mơ Bước 1: Đào đất đến độ sâu 2,0m 6.50 Hình Giai đoạn thi công số Bước 4: Lắp đặt hệ văng chống số độ sâu 6m 1.50 180947.00kN/m 6.00 180947.00kN/m 12.00 1.50 2.00 +x 2.00 2.00 Hình Giai đoạn thi cơng số +z 9.00 8.00 Bước 5: Đào đất đến độ sâu 11m 35.00 +z 15.00 11.00 7.00 Hình Giai đoạn thi công số Bước 2: Lắp đặt hệ văng chống số độ sâu 1,5m Hình Giai đoạn thi công số 1.50 180947.00kN/m Bước 6: Lắp đặt hệ văng chống số độ sâu 10,5m 1.50 180947.00kN/m 6.00 10.50 180947.00kN/m 180947.00kN/m Hình Giai đoạn thi công số Bước 3: Đào đất đến độ sâu 6,5m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 Hình Giai đoạn thi cơng số 23 Bước 7: Đào đất đến độ sâu 15,5m 1.50 180947.00kN/m 6.00 10.50 180947.00kN/m 15.00 18.00 180947.00kN/m 180947.00kN/m 15.50 180947.00kN/m Hình 12 Giai đoạn thi cơng 10 Hình Giai đoạn thi công số Bước 11: Đào đất đến độ sâu 21m Bước 8: Lắp đặt hệ văng chống số độ sâu 15m 21.00 1.50 180947.00kN/m 6.00 10.50 180947.00kN/m 15.00 0.25 180947.00kN/m 180947.00kN/m Hình 13 Giai đoạn thi cơng số 11 Hình 10 Giai đoạn thi công số KẾT QUẢ Kết giai đoạn thi công cuối thể (Hình 14) Bước 9: Đào đất đến độ sâu 18,5m Displacement Min1 = -3.1; Min2 = -33.6mm Max1 = 0.1; Max2 = -2.0mm -3.1 0.1 Bending moment Min1 = 0.95; Min2 = -1525.79kNm/m Max1 = 475.50; Max2 = 0.00kNm/m -2.0 Shear force Min1 = 0.00; Min2 = -304.38kN/m Max1 = 436.63; Max2 = -8.44kN/m 0.95 -31.66-31.13 -3.07 93.46 385.00 -151.08 5.33-12.19 193.46 -30.99-30.99 -31.43 -31.43 268.64 -510.99 -374.62 475.50 -167.28 -8.44 -118.01 -118.65-118.65 -153.21-153.21 -154.91 411.43 22.60 18.50 -934.31 -64.87 5.09 -113.51-113.51 -114.83 -114.83 -926.95-926.95 -925.94 436.63 176.04 -1324.35-1324.23 -1324.23 -1299.34 -181.92 60.88 350.40 -163.18 -1525.79 -1517.39-1517.39 -1516.20 -1516.20 -33.6 35.74 -271.23 -1.0 -259.05 -304.38 3.96 207.09 44.40 -13.4 Hình 11 Giai đoạn thi cơng số Bước 10: Lắp đặt hệ văng chống số độ sâu 18m 24 -37.5 -1.0 37.5 [mm] -2000.00 2000.00-500.00 [kNm/m] 500.00 [kN/m] Hình 14 Biểu đồ chuyển vị, momen, nội lực tường vây bước đào cuối ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2019 Bảng Giá trị nội lực lớn tường vây Lực cắt lớn 436,63 kN/m Momen lớn 1525,79 kN.m/m 33,6 mm Chuyển vị lớn Mối quan hệ chuyển vị lớn chiều sâu đào thiết kế so sánh với số trường hợp điển hình khác trình bày bảng Kết cho thấy chuyển vị tường nằm giới hạn cho phép thống với kết từ nghiên cứu khác [2-5] Bảng Mối quan hệ chuyển vị chiều sâu hố đào Ví dụ Chuyển vị (m) Khoảng chuyển vị So sánh (mm) Kiểm tra Liu, Rebecca, Charles, and Hong (2011) 33,6 0,14%H 0,68%H 29,4