Nghiên cứu ứng dụng của neo trong đất có hiệu quả trong các công trình xây dựng

-1- Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Trong khuôn khổ hạn chế luận văn, với kết khiêm tốn việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng neo đất có hiệu cơng trình xây dựng”, tác giả luận văn hy vọng đóng góp phần nhỏ bé phục vụ thực tế cho lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình có hố móng sâu phát triển mạnh mẽ nước ta Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo - TS Lê Xuân Khâm tận tình giúp đỡ, cho nhiều nhận xét, cách tiếp cận kiến thức hướng giải để hồn thiện luận văn Xin cảm ơn đến Văn phịng Việt Nam công ty Samwoo Geotech (Hàn Quốc), chuyên công nghệ neo đất, cung cấp cho nhiều tài liệu quý giá neo đất Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ môn thuỷ công, thi công, học đất, Khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện thuỷ điện Năng lượng tái tạo - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ tác giả tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Do trình độ thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả phát triển nghiên cứu sâu góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà nội, 28 tháng 05 năm 2011 Tác giả Lưu Mạnh Quảng Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -2- Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Tính cấp thiết ý nghĩa thực đề tài Mục tiêu luận văn Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Nội dung luận văn Những đóng góp luận văn CHƯƠNG NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO .10 1.1 Neo đất (Ground Anchor) 10 1.1.1 Lịch sử phát triển neo đất 10 1.1.2 Phân loại neo đất 11 1.1.3 Cấu tạo neo đất 14 1.1.4 Ứng dụng neo đất 17 1.2 Các hệ thống tường neo 21 1.2.1 Tổng quan .21 1.2.2 Tường cọc chống đứng ván lát ngang 23 1.2.3 Tường neo cọc ván thép 25 1.2.4 Tường cọc bê tông đổ chỗ 26 1.2.5 Tường cọc đất xi măng trộn sâu .28 1.2.6 Tường cừ bê tông cốt thép đất 29 1.3 Kết luận chương 30 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG NEO 31 2.1 Áp lực đất .31 2.1.1 Tổng quát 31 2.1.2 Các loại áp lực đất điều kiện sản sinh chúng 31 2.1.3 Áp lực đất trạng thái ngưng 38 2.1.4 Ảnh hưởng chuyển vị tường đến áp lực đất .40 2.2 Thiết kế tường neo 43 2.2.1 Tính tốn áp lực đất 43 2.2.2 Thiết kế neo đất .47 2.2.3 Các phương pháp tính tốn tường neo .53 2.3 Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 57 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -3- Luận văn thạc sĩ 2.3.1 Tổng quát 57 2.3.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm Plaxis 58 2.3.3 Các mơ hình đất phần mềm Plaxis 62 2.4 Kết luận chương 66 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT DỰ ÁN TRẠM XỬ LÝ NƯỚC SẠCH CIPUCHA 68 3.1 Giới thiệu dự án .68 3.1.1 Vị trí dự án 68 3.1.2 Số liệu tính tốn đầu vào 69 3.1.3 Kết tính tốn Samwoo Geotech Korea 71 3.1.4 Nhận xét kết tính tốn hướng nghiên cứu .72 3.2 Mơ hình tính toán phần mềm PTHH Plaxis 72 3.2.1 Giới thiệu chương trình tính tốn Plaxis 72 3.2.2 Mơ hình toán .73 3.2.3 Bài tốn 1: Xác định góc nghiêng hợp lý neo so với phương ngang 76 3.2.4 Bài tốn 2: So sánh trường hợp tường khơng bố trí có bố trí neo 78 3.2.5 Bài tốn 3: Tìm khoảng cách bố trí hợp lý hang neo 83 3.2.6 Bài toán 4: Khoảng cách hợp lý neo lực neo thay đổi 89 3.3 Kết luận chương 95 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .96 4.1 Kết luận 96 4.2 Kiến nghị 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .97 Tiếng Việt 98 Tiếng Anh 99 PHỤ LỤC 100 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -4- Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân loại neo đất .11 Hình 1.2 Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất 12 Hình 1.3 Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực kéo 12 Hình 1.4 Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực nén tập trung 13 Hình 1.5 Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực nén phân bố 14 Hình 1.6 Mặt cắt ngang điển hình neo đất 15 Hình 1.7 Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo đất .16 Hình 1.8 Bố trí cử định vị miếng định tâm 16 Hình 1.9 Neo ổn định tường chắn đất thi công hố đào 17 Hình 1.10 Neo ổn định tường chắn đào đất .18 Hình 1.11 Hệ shoring chống đỡ hố đào thi cơng tầng hầm tồ nhà Bảo Gia Đường Lê Đại Hành, quận 10, Tp HCM 18 Hình 1.12 So sánh tường trọng lực tường neo thi cơng đường đào 19 Hình 1.13 Ứng dụng neo đất ổn định mái dốc chống sạt lở 20 Hình 1.14 Ứng dụng neo đất, khối bê tông chống sạt lở 20 Hình 1.15 Ứng dụng neo đất chống tải trọng nâng ổn định kết cấu .21 Hình 1.16 Neo chống lực đẩy 21 Hình 1.17 Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng [16] 23 Hình 1.18 Tường neo cọc chống ván lát ngang .24 Hình 1.19 Tiết diện ngang liên hợp hình ống cọc chống 24 Hình 1.20 Ván lát ngang gỗ bê tông phun 25 Hình 1.21 Hệ thống tường neo cọc ván thép 25 Hình 1.22 Tường neo cọc ván thép 26 Hình 1.23 Tường gồm cọc bê tơng cốt thép liền kề 27 Hình 1.24 Tường gồm cọc bê tông cài vào .27 Hình 1.25 Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu 28 Hình 1.26 Chu kỳ thi cơng tường cọc đất-xi măng trộn sâu [14] 29 Hình 1.27 Mặt cắt ngang điển hình tường cọc đất-xi măng trộn sâu [14] .29 Hình 1.28 Tường cừ bê tông cốt thép đất [19] 30 Hình 2.1 Kết thí nghiệm mơ hình tường chắn đất Terzaghi [2] 32 Hình 2.2 Phương ứng suất lớn vịng trịn Mohr [2] .33 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn áp lực chủ động điểm đặt theo Rankine [2] 33 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -5- Luận văn thạc sĩ Hình 2.4 Sơ đồ tính toán áp lực bị động điểm đặt theo Rankine [2] 35 Hình 2.5 Sơ đồ tính áp lực chủ động đất rời theo Coulomb .36 Hình 2.6 Sơ đồ tính áp lực chủ động đất dính theo Coulomb 37 Hình 2.7 Sơ đồ tính áp lực chủ động đất theo đồ giải [2] 37 Hình 2.8 Sơ đồ tính áp lực bị động theo Coulomb .38 Hình 2.9 Tính áp lực đất ngưng mặt đất ngang, lưng tường đứng [2] 39 Hình 2.10 Lưng tường chắn mặt đất đắp nghiêng [2] 39 Hình 2.11 Mặt cắt mơ hình tường neo 40 Hình 2.12 Chuyển vị ngang áp lực đất đào đến cao độ tầng neo 41 Hình 2.13 Chuyển vị áp lực đất theo phương ngang truyền lực cho neo 41 Hình 2.14 Chuyển vị áp lực đất đào đến tầng neo bên .42 Hình 2.15 Chuyển vị áp lực đất đào đến cao độ thiết kế .43 Hình 2.16 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến Terzaghi Peck 44 Hình 2.17 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát 45 Hình 2.18 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng 46 Hình 2.19 Sơ đồ tính tốn ngun tắc thiết kế neo [8] .48 Hình 2.20 Phân tích thành phần lực đất rời đất dính [8] 48 Hình 2.21 Tính tốn lực neo cho tường tầng neo .49 Hình 2.22 Tính tốn lực neo cho tường có nhiều tầng neo 49 Hình 2.23 Khoảng cách yêu cầu neo theo phương đứng phương ngang 53 Hình 2.24 Phương pháp dầm tương đương tựa gối cứng .54 Hình 2.25 Phương pháp dầm tựa đàn hồi (WINKLER) .55 Hình 2.26 Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng .56 Hình 2.27 Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng 57 Hình 2.28 Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb khơng gian ứng suất 63 Hình 2.29 Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng 65 Hình 2.30 Quan hệ hyperbol ứng suất biến dạng thí nghiệm trục chuẩn có nước .65 Hình 2.31 Mặt chảy dẻo mơ hình HS mặt phẳng p-q 66 Hình 2.32 Các đường đồng mức chảy dẻo mơ hình HS khơng gian ứng suất 66 Hình 3.1 Mặt cắt hố móng trạm bơm xử lý nước Cipucha 68 Hình 3.2 Kỹ thuật thi cơng bảo vệ hố móng neo đất dự ứng lực .69 Hình 3.3 Biểu đồ mơ men chuyển vị ngang tường tư vấn Samwoo Geotech Korea 71 Hình 3.4a Mặt cắt ngang hố móng cơng trình 73 Hình 3.4 Giai đoạn – Đào đất đến tầng neo 74 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -6- Luận văn thạc sĩ Hình 3.5 Giai đoạn – Truyền lực cho tầng neo .75 Hình 3.6 Giai đoạn – Đào đất đến tầng neo thứ .75 Hình 3.7 Giai đoạn – Truyền lực cho tầng neo thứ 76 Hình 3.8 Giai đoạn – Đào đất đến cao độ thiết kế 76 Hình 3.9 Hệ số ổn định tổng thể tường neo (α = 15o) 77 Hình 3.10 Mơ hình tính tốn cho trường hợp tường khơng có neo có neo 78 Hình 3.11 Biểu đồ chuyển vị ngang tường 79 Hình 3.12 So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường 79 Hình 3.13 Biểu đồ mô men uốn tường 80 Hình 3.14 So sánh mơ men uốn dọc theo chiều sâu tường 80 Hình 3.15 Quan hệ ứng suất biến dạng 81 Hình 3.16 Biểu đồ τ -σ đường bao phá hoại Mohr-Coulomb 81 Hình 3.17 Các điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường khơng có neo 82 Hình 3.18 Các điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo 82 Hình 3.19 Sơ đồ tính tốn thay đổi khoảng cách bố trí hai hang neo 84 Hình 3.20 Biểu đồ mô men chuyển vị ngang tường giai đoạn 84 Hình 3.21 đồ mô men chuyển vị ngang tường giai đoạn 85 Hình 3.22 Biểu đồ mơ men chuyển vị ngang tường giai đoạn 85 Hình 3.23 Biểu đồ mơ men chuyển vị ngang tường giai đoạn 86 Hình 3.24 Biểu đồ mơ men chuyển vị ngang tường giai đoạn 86 Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ Mmax (kNm/m) khoảng cách neo x(m) 87 Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ chuyển vị max sh(mm) khoảng cách neo x(m) 88 Hình 3.27 Biểu đồ Mmax ∼ x với giá trị lực neo khác 90 Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ Uhmax ∼ x với giá trị lực neo khác 90 Hình 3.29 Biểu đồ mơ men giai đoạn 91 Hình 3.30 Biểu đồ chuyển vị ngang tường giai đoạn 91 Hình 3.31 Biểu đồ mơ men trường hợp x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m .92 Hình 3.32 Biểu đồ chuyển vị ngang với x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m 92 Hình 3.33 Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường .93 Hình 3.34 Biểu đồ chuyển vị ngang tường .93 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -7- Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại tường neo theo US Army Corps of Engineering [22] 22 Bảng 2.1 Giá trị tải trọng cuối truyền vào đất cho việc thiết kế sơ neo đất đường kính nhỏ [21] 52 Bảng 3.1 Các thuộc tính lớp đất cho mơ hình Plaxis 69 Bảng 3.2 Các đặc trưng tường vây 70 Bảng 3.3 Các đặc trưng đoạn chiều dài không liên kết .71 Bảng 3.4 Các đặc trưng đoạn chiều dài liên kết 71 Bảng 3.5 Hệ số an toàn Msf ứng với góc nghiêng neo .77 Bảng 3.6 Ứng suất chuyển vị điểm chọn mơ hình 83 Bảng 3.7 khoảng cách bố trí hai hàng neo .84 Bảng 3.8 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách neo 87 Bảng 3.9 Giá trị lực F1, F2 (KN/m) cho mơ hình tính tốn 89 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -8- Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết ý nghĩa thực đề tài Trong giai đoan phát triển kinh tế - xã hội thời kỳ hội nhập, Việt Nam đầu tư nhiều sở hạ tầng như: đường giao thông, đường hầm, bãi đổ xe ngầm, cơng trình ngầm nhằm tận dụng khơng gian ngầm Những cơng trình thường có mái dốc lớn hố móng sâu, điều kiện mật độ, giá thành không cho phép mở rộng mái dốc mở rộng hố móng Khi đó, sử dụng cơng nghệ xây dựng ứng dụng nhiều thiết kế thi công Ứng dụng neo đất thi cơng xây dựng có nhiều hiệu quả, có tác dụng làm ổn định kết cấu chống lại chuyển vị mức kết cấu xây dựng việc ứng dụng neo cáp dự ứng lực cố định đầu vào lòng đất đá căng kéo để tạo tải trọng neo Neo đất thường sử dụng việc ổn định tường chắn đất, ổn định mái dốc chống sạt lở, ổn định kết cấu chịu lực đẩy nổi, ổn định chống lật cho kết cấu đập, ổn định mố trụ cầu dây văng, ổn định tăng khả làm việc hầm Tuy nhiên để neo đất nói chung hệ thống tường neo ứng dụng rộng rãi Việt Nam, góp phần làm đa dạng phương pháp thi cơng cơng trình xây dựng nước, phải nghiên cứu lý thuyết tính tốn, nghiên cứu giải pháp sử dụng neo đất để có hiệu có yếu tố khoảng cách bố trí hợp lý neo cho hệ thống tường vây giữ ổn định hố đào Sau nghiên cứu lý thuyết neo đất hệ thống tường neo, áp dụng tính tốn theo theo phương pháp phần tử hữu hạn cho mơ hình có xét đến làm việc đồng thời tường vây neo đất hố móng đào sâu, phân tích phần mềm tính tốn Plaxis 8.2 Kết phân tích cho thấy bố trí khoảng cách neo hợp lý giảm mô men uốn lớn chuyển vị ngang lớn tường vây Khi khoảng cách neo xa gần làm tăng mô men uốn chuyển vị ngang tường Ảnh hưởng lực neo đến nội lực chuyển vị tường xét đến đề tài Lực neo lớn gây mô men uốn lớn tường, chuyển vị ngang giảm Ngược lại, lực neo nhỏ gây mô men uốn nhỏ tường, chuyển vị ngang tường lại lớn Vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dụng neo đất có hiệu cơng trình xây dựng” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -9- Luận văn thạc sĩ Mục tiêu luận văn Nghiên cứu cấu tạo ứng dụng neo đất (Ground anchor) Nghiên cứu lý thuyết tính tốn neo đất hệ thống tường neo chắn đất Nghiên cứu tính tốn tối ưu góc nghiêng so với phương ngang, khoảng cách, độ lớn lực hợp lý hàng neo cáp dự ứng lực cho hệ thống tường vây Trường hợp nghiên cứu cụ thể hoá cho dự án “Trạm xử lý nước Cipucha - Nam Thăng Long TP Hà Nội” Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Tổng hợp tài liệu nghiên cứu, giáo trình, quy phạm có nước Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình tính tốn có xét đến làm việc đồng thời hệ tường vây neo đất hố móng đào sâu, với hỗ trợ phần mềm địa kỹ thuật Plaxis để phân tích kết Nội dung luận văn Ngoài phần mở đầu, luận văn gồm bốn chương cụ thể sau: Chương I: Neo đất hệ thống tường neo Nội dung chương đề cập lịch sử phát triển neo, phân loại, cấu tạo, ứng dụng neo đất Nghiên cứu hệ thống tường neo Chương II: Cơ sở lý thuyết tính tốn tường neo Nội dung chương đề cập tổng quan áp lực đất, lý thuyết áp lực chủ động áp lực bị động Nghiên cứu thiết kế tường neo thiết kế neo đất phương pháp tính Chương III: Nghiên cứu ứng dụng bố trí hợp lý neo đất có hiệu Nội dung chương đề cập đến cụ thể hoá áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn mô hình tính tốn, với hỗ trợ phần mềm Plaxis để phân tích kết Áp dụng cho dự án “Trạm xử lý nước Cipucha - Nam Thăng Long TP Hà Nội” Chương IV: Kết luận kiến nghị Những đóng góp luận văn Tối ưu yếu tố góc nghiêng, khoảng cách neo lực neo để giảm giá trị mô men uốn chuyển vị ngang tường, tăng khả ổn định tường chắn q trình thi cơng vận hành giảm giá thành xây dựng cơng trình Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 10 - Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 1.1 Neo đất (Ground Anchor) 1.1.1 Lịch sử phát triển neo đất Neo đất hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển mức kết cấu cách tạo ứng suất trước truyền vào đất đá Định nghĩa Littlejohn: “Neo đất thiết bị có khả truyền tải trọng kéo vào lớp địa tầng” Neo đất sử dụng xây dựng tường chắn kết cấu chống lại áp lực đẩy nước từ kỷ thứ 19 Neo đất sử dụng đập Cheurfas, Algeria để neo hồ chứa nước vào năm 1938 Sau chiến tranh Thế Giới thứ 2, neo đất ứng dụng rộng rãi lĩnh vực: ổn định mái đào, ổn định mái dốc chống sạt lở, gia cố đập… Châu Âu đầu ứng dụng neo đất Vào năm 1950, neo Bauer sử dụng tao cáp cường độ cao lỗ khoan có đường kính nhỏ giới thiệu Đức Tiếp theo Úc Thụy Sĩ sử dụng neo đất cho nhiều cơng trình xây dựng Vào thập niên 1970, neo đất ứng dụng rộng rãi nhiều nước giới Hoa Kỳ sử dụng neo đất cho hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào đất phát triển ứng dụng cho kết cấu vĩnh cửu Ở Việt Nam, cơng trình sử dụng kỹ thuật neo đất Bachy Soletanche Vietnam thực thành công Toà tháp VietcomBank 184 Trần Quang Khải, Hà Nội vào năm 1997 Tường vây sử dụng neo đất sử dụng để thi công tầng hầm dự án Trung tâm điều hành Thông tin viễn thơng Điện lực Việt Nam có diện tích 14.000 m2 số 11 phố Cửa Bắc, TP Hà Nội vào năm 2008 Tòa tháp Keangnam Landmark Tower cao Việt Nam, Lô đường Phạm Hùng, Hà Nội, Samwoo Geotech thi công từ tháng 5/2008, tường bê tông cốt thép liên tục đất dày 80cm hai tầng neo đất có sức chịu tải từ 35-40 sử dụng để thi công tầng hầm tòa tháp Cọc đất-xi măng trộn sâu xem xét thiết kế làm giải pháp ổn định hố đào (kết hợp phần với neo DƯL đất) cho tầng hầm chung cư cao tầng Thương mại Dịch vụ LUGIACO số 70 đường Lữ Gia, P.15 quận 11, thành phố Hồ Chí Minh Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ Mơmen Max (kNm/m) - 90 - Luận văn thạc sĩ 260.0 250.0 240.0 230.0 220.0 210.0 200.0 190.0 180.0 170.0 160.0 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 200-200 200-300 200-400 200-500 300-300 300-400 300-500 400-400 400-500 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Khoảng cách neo x(m) Chuyển vị Max (mm) Hình 3.27 Biểu đồ Mmax ∼ x với giá trị lực neo khác 35.0 34.0 33.0 32.0 31.0 30.0 29.0 28.0 27.0 26.0 25.0 24.0 23.0 22.0 21.0 20.0 19.0 18.0 200-200 200-300 200-400 200-500 300-300 300-400 300-500 400-400 400-500 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Khoảng cách neo x(m) Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ Uhmax ∼ x với giá trị lực neo khác Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 91 - a x=3.0m, F1= F2=200kN/m Luận văn thạc sĩ b x=6.3m, F1=200, F2=400kN/m Hình 3.29 Biểu đồ mơ men giai đoạn a x=3.0m, F1= F2=200kN/m b x=6.3m, F1=200kN/m, F2=400kN/m Hình 3.30 Biểu đồ chuyển vị ngang tường giai đoạn Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 92 - a Giai đoạn Luận văn thạc sĩ b Giai đoạn Hình 3.31 Biểu đồ mơ men trường hợp x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m a Giai đoạn b Giai đoạn Hình 3.32 Biểu đồ chuyển vị ngang với x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 93 - a x=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m Luận văn thạc sĩ b x=4.5m, F1=400kN/m, F2=500kN/m Hình 3.33 Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường a x=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m b x=4.5m, F1=400kN/m, F2=500kN/m Hình 3.34 Biểu đồ chuyển vị ngang tường Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 94 - Luận văn thạc sĩ Qua kết tính tốn, rút số nhận xét: Về mơ men: Theo hình 3.27, giá trị mơ men uốn tăng lực neo tăng giảm lực neo giảm Đường cao ứng với giá trị mơ men lớn hình 3.27 với trường hợp cặp lực neo F1=200kN/m, F2=500kN/m Đường thấp ứng với giá trị mơ men nhỏ hình 3.27 với trường hợp cặp giá trị lực F1=200kN/m, F2=300kN/m Do tác dụng lực neo lớn, tường dịch chuyển phía đất chắn giữ, làm cho vùng đất xung quanh neo chuyển sang trạng thái bị động, áp lực đất vùng tăng lên hình 3.33 dẫn đến làm tăng mô men uốn tường Về chuyển vị: Trên hình 3.28, giá trị chuyển vị ngang tường giảm lực neo lớn Đường cong chuyển vị thấp tường hình 3.28 ứng với cặp giá trị lực F1=400kN/m, F2=400kN/m đường cao tương ứng chuyển vị ngang lớn ứng với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m Dưới tác dụng áp lực đất, tường dịch chuyển vào hố đào, nhờ tác dụng lực neo giữ nên giảm chuyển vị tường lực neo lớn Theo hình 3.34 chuyển vị ngang lớn tường Uxmax= 26,98mm Uxmax= 13,97mm tương ứng với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m F1=400kN/m, F2=500kN/m Kết luận: Qua phân tích trên, kết hợp hình 3.27 3.28, khoảng cách bố trí neo có giá trị mơ men chuyển vị ngang tường nhỏ nằm khoảng 4,5 đến 5,5m Khoảng cách neo nhỏ lớn cho giá trị mô men chuyển vị ngang lớn Khi khoảng cách hàng neo nhỏ, chiều dài nhịp tường hàng neo bên vị trí cao độ đào lớn nên mơ men lớn xuất đoạn chiều dài (hình 3.29a) Khi khoảng cách hàng neo lớn, chiều dài nhịp tường tựa hai gối hai hàng neo lớn nên mô men lớn xuất đoạn chiều dài (hình 3.29b) Tương tự chuyển vị ngang tường, khoảng cách neo nhỏ, chiều dài nhịp tường hàng neo bên vị trí cao độ đào lớn nên chuyển vị ngang lớn xuất khoảng (hình 3.30a) Khi khoảng cách neo lớn, chiều dài nhịp tường tựa hai gối hai hàng neo lớn nên chuyển vị ngang lớn xuất đoạn chiều dài (hình 3.30b) Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 95 - Luận văn thạc sĩ Theo bảng A.1 đến A.9 phụ lục A, khoảng cách neo lớn giá trị mơ men uốn chuyển vị lớn tường đạt giai đoạn Khi đào đất đến tầng neo thứ hai (chưa lắp đặt neo), độ nhịp tường từ hàng neo thứ đến cao độ đào (giai đoạn 3) lớn nên mô men chuyển vị lớn đạt giai đoạn Khi đến giai đoạn sau, nhờ lực neo đóng vai trị gối đỡ nên mô men chuyển vị ngang giảm Như thể hình3.31a 3.31b cho trường hợp x=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m, giá trị mô men giai đoạn là: Mmax= -183.27 kNm/m giai đoạn Mmax= -161.70mm Giá trị chuyển vị ngang tường cho giai đoạn Uxmax= 29.36mm giai đoạn Uxmax= 28.75mm hình 3.32a 3.32b 3.3 Kết luận chương Neo đất có tác dụng giữ ổn định kết cấu tường chắn giảm chuyển vị ngang tường Phá hoại trượt đất xuất điểm chảy dẻo Mohr-Coulomb Nếu bố trí neo hợp lý khơng cịn xuất điểm chảy dẻo tường giữ ổn định Nghiên cứu tính tốn tường chắn đất gia cố hai hàng neo ứng suất trước từ đề xuất, lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang để cơng trình có hệ số an tồn cao mà có ý nghĩa mặt kinh tế Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng lớn đến nội lực chuyển vị lớn tường Khoảng cách neo nhỏ lớn gây mô men uốn chuyển vị ngang tường lớn Do đó, thiết kế hệ thống tường neo cần tìm khoảng cách bố trí neo tối ưu để giảm nội lực, chuyển vị tường hạ giá thành cơng trình Khi lực neo lớn mơ men uốn tường lớn chuyển vị ngang tường giảm Ngược lại, lực neo nhỏ mơ men uốn tường nhỏ chuyển vị ngang lớn Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ - 96 - Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Hiện tính tốn thiết kế neo hệ neo cho tường chắn mềm, phương pháp truyền thống sử dụng phần mềm tính tốn ứng dụng Việc sử dụng phần mềm địa kỹ thuật mạnh cho phép nhà thiết kế tính tốn nhanh hơn, cho kết sát thực đặc biệt nhờ ưu điểm sử lý kết nhanh trực quan nên phần mềm cho phép nhà thiết kế tính tốn nhiều trường hợp, từ chọn phương án hợp lý Trên tinh thần này, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis - phần mềm địa kỹ thuật mạnh tính tốn cụ thể cho tốn từ đưa phương án bố trí neo hợp lý Đề tài giới thiệu tổng quan neo đất hệ thống tường giữ ổn định hố đào có sử dụng neo đất Đây kết cấu sử dụng phổ biến làm kết cấu tạm phục vụ thi công tham gia chịu lực với kết cấu cuối cùng, có nhiều ưu điểm thời gian thi công, không chiếm mặt thi công, giá thành thấp sử dụng điều kiện địa chất thích hợp Với hệ thống tường neo mềm, áp lực đất không phân bố theo biểu đồ hình tam giác thơng thường (tăng tuyến tính theo chiều sâu) mà phân bố theo dạng hình thang có phân bố lại áp lực đất ảnh hưởng chuyển vị tường tác dụng lực neo Neo đất có tác dụng lớn ổn định tường chắn lựa chọn kết cấu tường Khi bố trí neo hợp lý khử điểm chảy dẻo đất, từ giữ định mái đất Neo làm giảm mô men uốn chuyển vị ngang tường nên giảm vật liệu thiết kế kết cấu tường Trong tính tốn, thiết kế tường neo cần mô việc thi công theo giai đoạn phù hợp với bước thi cơng ngồi thực tế giá trị nội lực, chuyển vị lớn dùng để tính tốn kết cấu xảy giai đoạn thi công Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng lớn đến nội lực chuyển vị lớn tường Khoảng cách neo nhỏ lớn gây mô men uốn chuyển vị ngang tường lớn Do đó, thiết kế hệ thống tường neo cần tìm khoảng cách bố trí neo tối ưu để giảm nội lực, chuyển vị tường hạ giá thành cơng trình Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 97 - Luận văn thạc sĩ Lực neo có ảnh hưởng lớn đến mô men uốn chuyển vị ngang tường Lực neo lớn phạm vi cho phép mơ men uốn tăng, chuyển vị ngang tường giảm Lực neo nhỏ mơ men uốn nhỏ chuyển vị theo phương ngang tường lớn 4.2 Kiến nghị Tính tốn, thiết kế hệ thống tường neo cần tối ưu góc nghiêng neo, khoảng cách bố trí neo lực truyền cho neo, cho nội lực xuất kết cấu nhỏ nhất, nhằm đảm bảo an tồn cơng trình tính kinh tế Tính tốn thiết kế tường neo điều kiện yêu cầu cao chuyển vị, cần sử dụng neo có giá trị lực lớn Ngược lại, không yêu cầu chuyển vị, với loại tường mềm có độ cứng EI nhỏ, sử dụng neo có lực neo nhỏ; với loại tường cứng có EI lớn, sử dụng neo có lực lớn nhằm khai thác tối đa khả chịu tải vật liệu xây dựng Tính tốn thiết kế neo đất cho cơng trình xây dựng phức tạp, địi hỏi phải có kết hợp phương pháp lý thuyết thực nghiệm để có đánh giá cách tương đối ứng xử neo đất Qua tác giả đề xuất hướng nghiên cứu để luận văn mang tính khả thi áp dụng nhiều trường hợp cơng trình có điều kiện địa chất khác nhau: - Phân tích ảnh hưởng mơ hình với số liệu địa chất đầu khác từ kiến nghị yếu tố như: góc nghiêng, khoảng cách, độ lớn lực neo phù hợp - Phân tích ảnh hưởng độ cứng tường cọc - Nghiên cứu ảnh hưởng độ chôn sâu tường - Tải trọng động sóng va tác dụng lên tường neo đối cơng trình ven sơng kết hợp chống xói lở Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 98 - Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Xuân Bảo NNK (1983), phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng để tính tốn cơng trình thuỷ lợi, Nhà xuất Nơng nghiệp, Hà Nội [2] CaoVăn Chí Trịnh Văn Cương (2003), Cơ học đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [3] Nguyễn Hữu Đẩu (2001), Neo đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [4] Đỗ Văn Đệ (2010), Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính tốn cơng trình thuỷ cơng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [5] Nghiêm Hữu Hạnh (2001), Cơ học đá, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [6] Phạm Ngọc Khánh (2006), Phương pháp phần tử hữu hạn, Trường đại học Thuỷ Lợi, Hà Nội [7] Phan Trường Phiệt (2010), Áp lực đất tường chắn đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [8] Nguyễn Văn Quảng (2009), Chỉ dẫn thiết kế thi công cọc Baret tường đất neo đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [9] Nguyễn Trường Tiến, Nguyễn Đức Toản, Đặng Đình Nhiễm, Phạm Ngọc Tân, Lê Trung Kiên, Võ Ngọc Quận (2008) Cơng Trình Ngầm Khơng Gian Ngầm Của Việt Nam - Hôm Nay Ngày Mai Hội thảo “Những học kinh nghiệm quốc tế Việt Nam cơng trình ngầm thị”, Tp HCM, ngày 22 tháng 10 năm 2008 [10] Nguyễn Trường Tiến, Hội thảo khoa học toàn quốc “Sự cố phịng ngừa cố cơng trình xây dựng” [11] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật (2009), Dự án trạm xử lý nước Cipucha Nam thăng long Thành phố Hà Nội [12] Tạp chí phát triển KH&CN (2007), Tập 10, số 10 “Nghiên cứu tính tốn hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu phương pháp xét làm việc đồng thời đất kết cấu” Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 99 - Luận văn thạc sĩ Tiếng Anh [13] Briaud, J.–L, and Lim, Y (1997) “Soil Nailed Wall Under Piled Bridge Abutment: Simulation and Guidelines” [14] Cassandra Janel Rutherford (2004) “Design Manual for Excavation Support Using Deep Mixing Technology”, Texas A&M University [15] D T Goldberg, W E Jaworski, and M D Gordon (1976) “Lateral Support Systems and Underpinning” Vol I Design and Construction Report No FHWA-RD-75-128, Federal Highway Administration [16] D T Goldberg, W E Jaworski, and M D Gordon (1976) “Lateral Support Systems and Underpinning” Vol II Design Fundamentals Report No FHWA-RD-75-129, Federal Highway Administration [17] D T Goldberg, W E Jaworski, and M D Gordon (1976) “Lateral Support Systems and Underpinning” Vol III Construction Method Report No FHWA-RD-75-130, Federal Highway Administration [18] Kevin Abraham (2007) “Three Dimensional Behavior of Retaining Wall Systems”, Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College [19] Kim S.K (2008) “Ground Anchor and Anchored Systems” Samwoo Ground Engineering and Consulting Ltd Báo cáo Hội thảo chuyên đề Tổng công ty Vinaconex, Hà Nội, ngày 27 tháng 08 năm 2008 [20] Mueller, C.G., Long, J.H., Weatherby, D.E., Cording, E.J., Powers III, W.F., and Briaud, J-L (1998) “Summary Report of Research on Permanent Ground Anchor Walls, Vol 3, Model-Scale Wall Tests and Ground Anchor Tests” Report No FHWA-RD-98-067, Federal Highway Administration [21] P.J.Sabatini, D.G.Pass,R.C.Bachus.(1999) “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO - Ground Anchors and Anchored Systems” Report No FHWA-IF-99-015, Federal Highway Administration [22] Strom, R W, and Ebeling, R M (2001) “State of the practice in the design of tall, stiff, and flexible tieback retaining walls,” Technical Report ERDC/ITL TR-01-1, U.S Army Corps of Engineers Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 100 - Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC Bảng A.1 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=200kN/m Khoảng cách x (m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 158.85 149.70 145.70 136.13 127.56 120.30 111.35 99.61 89.19 100.91 114.15 128.50 161.71 183.27 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 3 3 3 Chuyển vị max sh 31.01 29.81 29.73 28.54 28.20 27.85 26.98 26.43 26.33 26.71 28.01 28.96 31.42 33.76 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 5 Bảng A.2 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=300kN/m Khoảng cách x (m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 151.46 142.76 137.67 127.49 119.47 110.45 101.16 90.13 89.19 100.91 114.15 128.50 161.71 183.27 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 3 3 3 Chuyển vị max sh (mm) 28.11 27.41 27.06 26.24 25.68 25.29 24.49 24.10 23.69 24.57 25.81 26.58 29.31 31.56 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 5 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 101 - Luận văn thạc sĩ Bảng A.3 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=400kN/m Khoảng cách x (m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 200.00 188.79 181.55 171.32 163.85 153.84 145.90 137.38 129.50 120.13 114.15 128.50 161.71 183.27 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 5 3 3 Chuyển vị max sh (mm) 26.61 25.86 25.46 24.64 24.31 23.50 23.03 22.56 22.10 23.12 24.11 25.04 27.79 29.90 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 5 Bảng A.4 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=500kN/m Khoảng cách x (m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 248.23 236.78 229.83 219.89 211.82 195.31 194.50 186.86 178.71 169.29 160.35 150.92 161.71 183.27 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 5 5 3 Chuyển vị max sh 25.31 24.45 24.09 23.41 22.92 22.04 21.14 21.45 21.19 21.69 22.89 23.91 26.65 29.36 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 102 - Luận văn thạc sĩ Bảng A.5 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=300kN/m Khoảng cách x(m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 160.58 149.77 142.83 135.41 126.96 117.46 115.26 115.36 115.38 115.33 119.76 133.69 163.65 186.96 Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 5 5 5 2 2 3 3 27.56 26.63 26.09 25.76 25.08 24.35 23.91 23.56 23.16 22.94 23.76 24.28 26.54 28.20 5 5 5 5 5 5 5 Bảng A.6 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=400kN/m Khoảng cách x(m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 189.52 178.45 170.28 160.47 153.17 144.09 135.87 128.53 120.47 115.33 119.76 133.69 163.65 186.96 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 3 3 Chuyển vị max sh 26.02 25.46 24.70 24.13 23.71 22.96 22.45 22.10 21.67 21.43 21.96 22.76 24.90 26.55 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 5 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 103 - Luận văn thạc sĩ Bảng A.7 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=500kN/m Khoảng cách x(m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 240.71 226.77 219.79 209.57 201.61 189.23 185.22 177.68 169.51 158.24 152.66 143.73 163.65 186.96 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 5 5 3 Chuyển vị max sh 25.04 24.10 23.70 22.98 22.47 21.92 21.35 20.88 20.40 20.10 20.61 21.54 23.61 26.30 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 Bảng A.8 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=400kN/m Khoảng cách x(m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 172.50 158.40 154.53 144.98 140.85 140.05 140.72 140.46 140.46 140.60 151.52 164.41 187.54 211.58 Giai đoạn có M max 5 5 2 2 2 3 3 Chuyển vị max sh 25.75 24.91 24.45 23.74 23.10 22.54 22.01 21.64 21.30 21.07 21.04 21.67 23.56 25.39 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ - 104 - Luận văn thạc sĩ Bảng A.9 Mô men uốn chuyển vị ngang lớn ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=500kN/m Khoảng cách x(m) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 6.3 6.6 Mômen max (kNm/m) 218.41 209.20 202.20 193.04 186.50 182.50 171.32 163.63 155.08 144.18 151.52 164.41 187.54 211.58 Giai đoạn có M max 5 5 5 5 5 3 3 Chuyển vị maxsh 24.54 23.80 23.25 22.48 22.07 21.56 20.96 20.53 20.07 19.67 19.68 20.21 22.21 25.39 Giai đoạn có s max 5 5 5 5 5 5 Lưu Mạnh Quảng - Lớp CH17C2 - Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ ... nghệ xây dựng ứng dụng nhiều thiết kế thi công Ứng dụng neo đất thi cơng xây dựng có nhiều hiệu quả, có tác dụng làm ổn định kết cấu chống lại chuyển vị mức kết cấu xây dựng việc ứng dụng neo. .. ngành Xây dựng cơng trình thuỷ -9- Luận văn thạc sĩ Mục tiêu luận văn Nghiên cứu cấu tạo ứng dụng neo đất (Ground anchor) Nghiên cứu lý thuyết tính tốn neo đất hệ thống tường neo chắn đất Nghiên cứu. .. đường kính nhỏ giới thiệu Đức Tiếp theo Úc Thụy Sĩ sử dụng neo đất cho nhiều công trình xây dựng Vào thập niên 1970, neo đất ứng dụng rộng rãi nhiều nước giới Hoa Kỳ sử dụng neo đất cho hệ thống