Đang tải... (xem toàn văn)
Trong nội dung bài báo này, phần mềm Geostructure Analysis được áp dụng để tính toán và kiểm toán kết cấu theo LRFD.. Và hệ chống được mô hình như là gối đàn hồi[r]
(1)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
1. 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/ QĐ-TTG ngày tháng 07 năm 2008, có tuyến đường sắt thị xây dựng Trong đó, tuyến đường sắt thị số đóng vai trị quan trọng cho phát triển giao thông đô thị tương lai Tuyến số 02 nối sân
*
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]
(2)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
2. 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 xun tiêu chuẩn SPT, cơng tác thí nghiệm phịng 43 hố khoan tồn 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)
1 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
G.L 11 m
G.L 19 m
G.L 34 m
G.L 41 m
Hình Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu
Thông số đất tóm tắt Bảng Bảng Thơng số đất tính tốn Độ sâu (m)
L
ớ
p
Từ Đến
Loại đất SPT (N)
Lực dính (kN/m2)
Góc ma sát
Trọng lượng (kN/m3)
M ô đun biến dạng (M pa) Sét 15 18 9,8 2 11 Sét 12 30 18 9,8 11 19 Sét 15 40 18 13,5 19 34 Cát bụi 15 33 20 14 34 41 Cát bụi 26 35 20 14 41 - Cát bụi 50 40 20 14
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 cịn bao gồm hoạt tải thi cơng 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 A = 17,19x10
-3 m2
Chiều dài L = 19 m
Khoảng cách S = m
Loại Spring
Độ cứng gối
đàn hồi K = 180947
kN/ m Chọn H-400x400x13x21 cho lớp văng thứ 3,4 với lực căng trước 200 kN:
Bảng Thông số cho lớp văng 3,4 Diện tích mặt
cắt ngang
A = 21,87x10-3 m2
Chiều dài L = 19 m
Khoảng cách S = m
Loại Spring
Độ cứng gối đàn hồi
(3)Tường vây
Bảng Thông số tường vây
Cường độ nén fck = 30 Mpa
Cường độ nén yêu cầu
fcd = 21 Mpa
Ứng suất nén cho phép
fca = 8,0 Mpa
Ứng suất cắt cho
phép với thép
fq1 = 0,3 Mpa
Ứng suất cắt cho
phép không thép
fq2 = 1,62 Mpa
Mô đun đàn hồi E = 2,35E4 Mpa
3. 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
+ 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 không thấm vào hố móng suốt q trình thi cơng
Hệ số ổn định tính tốn 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 tốn 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 toán kiểm toán 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 tồn
- 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
(4)- Phân tích áp lực đất hữu hiệu áp lực đất tổng
- Mơ hình nhiều lớp văng chống
Phương pháp tính toán ổn định áp dụng phương pháp cân giới hạn - GLEM Phương pháp dùng thiết kế tính đơn giản, dễ áp dụng
Các thông số đất ,,c chọn để tính tốn áp lực đất Ổn định hệ tính tốn dựa phương pháp Bishop Và hệ chống mơ gối đàn hồi
3.3 Trình tự tính tốn theo giai đoạn thi công
Thi công hố đào sâu chia thành 11 giai đoạn q trình tính tốn mô
Bước 1: Đào đất đến độ sâu 2,0m
+z+z+z+z+z+z
2.00 2.00
9.00
8.00
15.00
7.00
+z+z+z+z+z+z
2.00 1.50
12.00
2.00 +x
+z 35.00
Hình Giai đoạn thi cơng số
Bước 2: Lắp đặt hệ văng chống số độ
sâu 1,5m
180947.00kN/m 1.50
Hình Giai đoạn thi cơng số
Bước 3: Đào đất đến độ sâu 6,5m
6.50 6.50
Hình Giai đoạn thi cơng số
Bước 4: Lắp đặt hệ văng chống số độ
sâu 6m
180947.00kN/m 1.50
180947.00kN/m 6.00
Hình Giai đoạn thi công số
Bước 5: Đào đất đến độ sâu 11m
11.00 11.00
Hình Giai đoạn thi công số
Bước 6: Lắp đặt hệ văng chống số độ
sâu 10,5m
180947.00kN/m 1.50
180947.00kN/m 6.00
180947.00kN/m 10.50
(5)Bước 7: Đào đất đến độ sâu 15,5m
15.50 15.50
Hình Giai đoạn thi công số
Bước 8: Lắp đặt hệ văng chống số độ
sâu 15m
180947.00kN/m 1.50
180947.00kN/m 6.00
180947.00kN/m 10.50
180947.00kN/m 15.00
Hình 10 Giai đoạn thi công số
Bước 9: Đào đất đến độ sâu 18,5m
18.50 18.50
Hình 11 Giai đoạn thi cơng số
Bước 10: Lắp đặt hệ văng chống số độ
sâu 18m
180947.00kN/m 1.50 180947.00kN/m
6.00
180947.00kN/m 10.50
180947.00kN/m 15.00
180947.00kN/m 18.00
Hình 12 Giai đoạn thi cơng 10
Bước 11: Đào đất đến độ sâu 21m
21.00 21.00
0.25 21.00 21.00
0.25
Hình 13 Giai đoạn thi cơng số 11
4. KẾT QUẢ
Kết giai đoạn thi công cuối thể (Hình 14)
Max1 = 0.1; Max2 = -2.0mm Min1 = -3.1; Min2 = -33.6mm
Displacement -3.1
-33.6
-13.4 0.1 -2.0
-1.0
-1.0
-37.5 37.5
[mm]
Max1 = 475.50; Max2 = 0.00kNm/m Min1 = 0.95; Min2 = -1525.79kNm/m
Bending moment
0.95
-510.99 -374.62
-934.31 -926.95-926.95-925.94
-1324.35-1324.23 -1324.23-1299.34 -1525.79 -1517.39-1517.39-1516.20 -1516.20
385.00 268.64
475.50 22.60
176.04
35.74
207.09
-2000.00 2000.00 [kNm/m]
Max1 = 436.63; Max2 = -8.44kN/m Min1 = 0.00; Min2 = -304.38kN/m
Shear force
-31.66-31.13
-151.08-30.99-30.99-31.43-31.43-12.19
-167.28 -118.01-153.21-153.21-118.65-118.65 -154.91
-64.87 -113.51-113.51-114.83 -114.83
-181.92 -163.18
-271.23 -259.05 -304.38
-3.07 93.46
5.33 193.46
-8.44 411.43
5.09 436.63
60.88 350.40
3.96
44.40
-500.00 500.00 [kN/m]
(6)Bảng Giá trị nội lực lớn tường vây
Lực cắt lớn 436,63 kN/m
Momen lớn 1525,79 kN.m/m
Chuyển vị lớn 33,6 mm
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 <33,6 <142,8 OK
Liu, Huang, Shi, and
Ng, F.ASCE 33,6 0,14%H 0,89%H 29,4 <33,6<186,9 OK
Tan, Y., & Li, M
(2011) 33,6 0,1%H 0,275%H 21<33,6<57,75 OK
Wang, Xu& Wang
(2009) 33,6 0,1%H 1,0%H 21<33,6<210 OK
Ghi chú: H = 21 m chiều sâu đào
Kiểm tra nội lực văng chống
Bảng Kiểm toán văng chống
Lớp Chiều sâu
(m)
Chuyển vị
(mm) Nội lực (kN) Diện tích MCN (m
2) Ứng suất nén
(MPa)
1 1,5 -2,1 1,60 17,19x10-3 0,09
2 -9,0 772,24 17,19x10-3 44,92
3 10,5 -17,1 1605,71 17,19x10-3 93,50
4 15 -24,9 1425,05 17,19x10-3 82,99
5 18 -27,3 868,56 17,19x10-3 50,53
Kiểm tra: σ < σa = 210 (MPa) với σa ứng suất nén cho phép văng chống, kết quả: Đạt
Kiểm tra ổn định tổng thể
Phân tích cung trượt tròn Bishop:
Utilization = 65,0 % (FS=1,53>1,4)
So sánh với kết tính tốn dựa tiêu chuẩn Nhật Bản, giá trị lớn nội lực m dài tường vây theo giai đoạn thi công (Bảng 8)
ĐẠT
(7)Bảng Kết so sánh
Nội lực
Tiêu chuẩn ASSHTO
LRFD
Tiêu chuẩn
Nhật Bản Lực cắt lớn
(kN/m)
436,63 630
Momen lớn (kN.m/m)
1525,79 1078
Chuyển vị lớn (mm)
33,6 25,6
Từ kết so sánh bảng 8, nhìn chung nhận thấy tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD mơ hình phần mềm Geostructure analysis có xu hướng thiên an tồn so với tính tốn theo tiêu chuẩn Nhật Bản Cụ thể, giá trị momen chuyển vị lớn thu theo tiêu chuẩn Mỹ cao so với tính tốn theo tiêu chuẩn Nhật (41,5% giá trị momen 31,25% cho giá trị chuyển vị) Tuy nhiên, giá trị lực cắt tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản lại lớn so với tiêu chuần LRFD với bước đào (630 kN/m so với 436,63 kN/m)
Hình 16 Biểu đồ nội lực tính tốn theo tiêu chuẩn Nhật Bản
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận
Bài viết trình bày ví dụ tính tốn hố đào sâu cho tuyến đường sắt thị Hà Nội Theo đó, số kết luận rút sau: