Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT thường và dự ứng lực trong xây dựng cầu và đường đầu cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -********* - LÊ ANH TRUNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC VÁN BTCT THƯỜNG VÀ DỰ ỨNG LỰC TRONG XÂY DỰNG CẦU VÀ ĐƯỜNG ĐẦU CẦU CHUYÊN NGÀNH : CẦU, TUY NEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, THÁNG NĂM 2005 Đại Học Quốc Gia Tp.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - -****** - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Họ tên học viên : LÊ ANH TRUNG Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 05 –10 –1977 Nơi sinh : Nghệ An Chuyên nghành : Cầu tuynel công trình khác đường ôtô Mã số : 2.15.10 I TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT thường dự ứng lực xây dựng móng cầu đường đầu cầu” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Phần I : Nghiên cứu Tổng quan đề tài Chương 1: Tổng quan công trình cầu, đường đầu cầu đánh giá số nguyên nhân hư hỏng Phần II : Nghiên cứu sâu phát triển Chương 2: Cấu tạo đặc điểm cọc ván BTCT thường dự ứng lực Chương 3: Nghiên cứu khả ứng dụng cọc ván BTCT thường DUL xây dựng mố cầu đường đầu cầu Chương 4: Công nghệ chế tạo thi công cọc ván bê tông Chương 5: Nghiên cứu áp dụng công trình thực tế, đánh giá khả ứÙng dụng cọc ván BTCT vào xây dựng móng mố cầu đường đầu cầu Chương 6: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS-LÊ THỊ BÍCH THỦY GIÁO VIÊN HD TS LÊ THỊ BÍCH THỦY CHỦ NHIỆM NGÀNH TS LÊ VĂN NAM BỘ MÔN QL NGÀNH TS.LÊ THỊ BÍCH THỦY TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên : Lê Anh Trung Sinh ngày : 05 / 10 / 1977 Nơi sinh : Tp.Vinh – Tỉnh Nghệ An Ngày vào đoàn TNCS HCM : năm 1991 Ngày Vào đảng CSVN : 27/2/2003 Ngày thức vào Đảng : 27/7/2004 Dân tộc : Kinh Tôn giáo : Không Nơi : A3 – Đường D2 – Phường 25 – Q Bình Thạnh – HCM QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC : Chế độ học : quy Thời gian : từ tháng 9/1995 đến tháng /2000 Nơi học : Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải – sở 2, Tp.HCM Ngành học : Xây Dựng Cầu Đường TRÊN ĐẠI HỌC : Là học viên cao học lớp Cầu Đ13 – Trường ĐHBKTPHCM Chế độ học : quy Thời gian : từ tháng 9/2002 đến Nơi học : Trường Đại Học Bách Khoa –Tp.HCM Ngành học : Cầu, tuynel công trình khác đường ôtô CÔNG TRÌNH ĐƯC HÒAN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày … tháng … năm 2005 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian dài học tập nghiên cứu trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, em cảm thấy nhận nhiều kiến thức khoa học kiến thức thực tế kinh nghệim người trước Đặc biệt ngành cầu, nel công trình khác đường ôtô em thầy cô đem lại cho em kiến thức giảng ví dụ thực tế sinh động để em thu nhận để góp phần việc hòan thành luận văn Với lòng tri ân sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn tất giáo sư, tiến só dành nhiều tâm huyết, kiến thức kinh nghiệm truyền đạt thông qua giảng để em nắm bắt, cảm nhận nâng cao tầm hiểu biết nghiên cứu khoa học công việc chuyên môn thực tế Để hòan thành luận văn này, phần nhờ vào hướng dẫn tận tình cô TS Lê Thị Bích Thủy Cô người động viên khích lệ em chọn đề tài nghiên cứu mới, cho em hướng giúp em vượt qua khó khăn gặp phải trình thực luận văn Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn cô tất mà cô giảng dành cho em luận văn tốt nghiệp thạc só khuyến khích em nghiên cứu tiếp tục sau để có ứng dụng thực tế Qua em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Văn Hòa, TS Lê Bá Khánh trình giảng dạy góp ý, tìm sai sót trình bảo vệ đề cương để em hòan thành luận văn tốt Với hòan thành luận văn thạc só hội để em tỏ lòng cảm ơn tới tất thầy cô giảng dạy em đại học thầy cô giảng dạy ngành cao học “ Cầu, tuynel công trình khác đường ô tô” Xin chân thành cảm ơn anh chị bạn lớp cao học Cầu Đ13và bạn bè khác ủng hộ động viên hòan thành luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện phần lớn công trình cầu đường đầu cầu nước ta tồn số khiếm khuyết – hạn chế chưa giải Đó tượng đường dẫn đầu cầu đắp cao thường xuyên bị lún, gãy khúc, sụt trượt Phần tứ nón chân khay bị lún sụt, dịch chuyển phải gia cố suốt qúa trình khai thác sử dụng Các công trình cầu vừa nhỏ sử dụng cọc đóng có xu hướng chọn số lượng cọc mố cầu xấp xỉ số lượng cọc trụ cầu cọc BTCT thường chịu lực ngang mô men Ngòai công trình cầu đường qua vùng địa chất yếu tốn việc xử lý đất hiệu qủa mức độ vừa phải không triệt để Trong giới có xuất lọai cọc ván hệ cọc ván BTCT dự ứng lực năm 2000 trở lại xuất Việt Nam với nhiều ưu điểm vượt trội so với cọc ván thép khả chịu lực cao, tûi thọ cao, giá thành thấp hơn… Tuy nhiên công dụng cọc ván BTCT ứng dụng làm bến cảng, kênh mương dẫn nước, đê chắn, đập chắn Nhận thấy ưu điểm cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực có khả áp dụng công trình cầu đường đầu cầu để khắc phục tồn nêu trên, đồng thời phương án lựa chọn qúa trình lập dự án Tuy nhiên để nhìn nhận vấn đề áp dụng cọc ván BTCTDƯL vào công trình cầu đường có nhiều hướng khác nhau, nhiều góc độ tiêu chuẩn so sánh khác Vì luận văn tác giả nêu số khía cạnh nhỏ để nghiên cứu khả ứng dụng cọc ván BTCTDƯL vào móng cầu đường đầu cầu Sau nội dung luận văn : Phần giới thiệu chung Chương 1: “ Tổng quan việc sử dụng cọc ván bê tông cốt thép DƯL, trạng công trình cầu đường dẫn đầu cầu” Chương giới thiệu việc sử dụng cọc ván BTCT DƯL giới Việt Nam, số tồn công trình cầu đường dẫn đầu cầu, đánh giá nguyên nhân hướng khắc phục Chương 2: “Cấu tạo đặc điểm cọc ván bê tông cốt thép thường dự ứng lực” Chương giới thiệu lịch sử phát triển lọai cọc, cọc ván Giới thiệu đặc trưng, cấu tạo lọai cọc ván BTCT, BTCTDƯL Phân tích ưu nhược điểm cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Chương 3: “Nghiên cứu khả ứng dụng cọc ván thường dul xây dựng mố cầu đường đầu cầu” Chương giới thiệu sơ đồ cấu tạo khả áp dụng cọc ván móng cầu đường đầu cầu Một số tính tóan cọc chịu tải trọng ngang, tường cọc bản, tính lún, áp lực đất lên cọc Phân tích hiệu qủa áp dụng thực tế Chương 4: “Công nghệ chế tạo thi công cọc ván” Chương giới thiệu sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo, công nghệ thi công Chương 5: “Nghiên cứu áp dụng công trình thực tế, đánh giá khả ứng dụng cọc ván btct – dưl vào xây dựng móng cầu đường đầu cầu” Trong chương nghiên cứu áp dụng công trình thực tế , đánh giá khả áp dụng cọc cọc ván móng cầu đường đầu cầu, đề xuất số sơ đồ ứng dụng khác thi công cầu, đường qua vùng đất yếu, đường ngập nước… Chương 6: “ Kết luận kiến nghị” Chương có nhận xét, kết luận có khả ứng dụng cọc ván xây dựng cầu đường đầu cầu Đề xuất hạn chế để nghiên cứu thời gian ABSTRACT Today, almost bridge and road in Viet Nam have failure of bridge abutment, road junction continually fail, exemple: the foundation have sunk, Depression, the surface of the road is break into several sections, Abutment and road to be move Annual Government have to pay for to repair The pile of bidge abutment is concrete, so that have to use several pile, for this reason to make expensive cost price While, in the world appear a new sheet pile It is prestress concrete sheet pile Since 2000, prestress concrete sheet pile has been appear in Viet Nam With strong point is longevity, beautiful looking It can stand high loading capacity, correspond to the Viet Nam condition facts However the main application of sheet pile to build Port, sea walls, breakwater… We realize that the prestress concrete sheet pile can apply to build bridge abutment, road junction continually… In this thesis, author bring up some angle of problem to stadying competence apply concrete sheet pile in bridge and road This thesis includes six main chapter Chapter 1: overview of prestress concrete sheet pile, actuality of bridge and road junction continually Chapter 2: Composition and particular traits of concrete sheet pile and prestress concrete sheet pile Chapter 3: Stadying competence apply concrete sheet pile in bridge abutment and road Chapter 4: Technology production and construction (sheet pile) Chapter 5: Stadying to apply for factual construction project, the estimate applied capablity of prestress concrete sheet pile in bridge abutment and road Chapter 6: Conclusion and proposal GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só - Chương I GIỚI THIỆU CHUNG Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, việc thiết kế thi công dự án xây dựng ứng dụng nhiều loại vật liệu, loại kết cấu vào công trình Xây dựng nghành chiếm tỷ trọng lớn ngân sách nhà nước hàng năm công trình phần móng chiếm phần đáng kể Để kiểm tra chất lượng công trình tốt hơn, ngày người ta thường nghiên cứu ứng dụng cấu kiện đúc sẵn công xưởng lắp ghép trường Với công trình cầu giao thông, phần móng cầu xây dựng hệ cọc cọc vuông, cọc khoan nhồi, cọc ống Trong loại móng cọc khoan nhồi thường sử dụng cho công trình cầu có tải trọng lớn, nhiên có nhựơc điểm giá thành cao, ô nhiễm môi trường, khó kiểm tra chất lượng cọc… với móng cọc ống BTCTDUL có nhiều ưu điểm đễ kiểm tra chất lượng cọc, thi công nhanh, tiết kiệm vật liệu…và nhựợc điểm khó thi công, chế tạo cọc ống giá thành cao, dễ bị hư hỏng mối nối … Với hầu hết công trình cầu khu vực phía nam (thường có lớp đất yếu đường dẫn vào cầu) mặt đường thường bị gãy khúc hay không êm thuận vị trí tiếp giáp đường cầu, mà phần nguyên nhân phần đất phía sau tường mố bị lún chuồi xuống tạo thành lỗ hổng qúa độ Bên cạnh với công trình cầu vượt hay công trình thành phố thường có chiều cao đắp lớn ( >4m) sử dụng phương án đắp với mái dốc tự nhiên tốn nhiều vật liệu chiếm nhiều diện tích đất sử dụng Ngoài với việc đắp cao đường đầu cầu dẫn đến tượng sụt lở, chuồi đất áp lực đẩy ngang (do nở hông), dẫ ổn định lún tạo cảm giác không êm thuận phương tiện lưu thông Vì vấn đề giảm chi phí cho công trình phương án kết cấu cần theo nhà khoa học nghiên cứu để đưa giải pháp hữu hiệu cho công trình Để khắc phục phần tình trạng , giải pháp đưa sử dụng cọc ván bê tông làm móng mố cầu đường dẫn đầu cầu Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang1 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só - Chương I CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG CỌC VÁN BTCT DƯL, HIỆN TRẠNG CÁC CÔNG TRÌNH CẦU VÀ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU I TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG CỌC VÁN BTCT Tổng quan việc sử dụng cọc ván BTCT giới Lịch sử phát triển cọc ván bê tông cốt thép sau cọc bê tông thông thường khỏang mười năm Lúc kỹ sư thiết kế mong muốn khối lượng vật liệu tạo cọc có bề rộng lớn hơn, chịu lực tốt so với cọc vuông tròn Từ việc thiết kế chế tạo cọc rỗng kín cọc ống, cọc chữ nhật rỗng hình thành Sau tùy theo mục đích sử dụng khả chịu lực mà chế tạo lọai cọc chữ nhật, chữ C, chữ I, chữ W (dạng cọc ván), Z,L … Ngày việc sử dụng cọc ván DƯL sử dụng rộng rãi Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Hà Lan… Việt Nam từ năm 2000 trở lại Lúc đầu cọc ván BTCT sữ dụng nhằm tác dụng chắn đất công trình bờ kè, chống xói, sau dược áp dụng làm kênh mương, cống, tường chắn, cảng, đường, móng công trình (sử dụng cọc barét) Sử dụng cọc ván làm bến cập tàu ngăn nước, sỏi, trụ đỡ cầu dẫn Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang2 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục ze – chiều sâu tính đổi xác định theo công thức (G.4) tùy theo độ sâu thực tế z mà xác định σ z ,Mz, Qz ; Ho, Mo, yo vaø ψ o có ý nghóa nêu điểm G.4 G5 phụ lục ; A1 B1, C1 D1 A3 B3, C3 D3 - Các hệ số lấy theo bảng A4 B4, C4 D4 N – tải trọng tính toán dọc trục đầu cọc; 1.5 (G.8) Momen ngàm tính toán , Mng , T.m, tính cọc ngàm cứng đài đầu cọc không bị xoay , tính theo công thức sau : Mng = - δ MH + l 0δ MM + δ MM l 02 Eb I l + Eb I (3.29) Ở đây, ý nghóa ký hiệu giống công thức nêu Dấu (âm) có nghóa với lực ngang H hứơng từ trái sang phải , momen truyền lên đầu cọc từ phía ngàm có hướng ngïc với chiều kim đồng hồ Tính toán sức chịu tải trọng ngang theo phương pháp Broms ( 1964 ) Tùy theo độ cứng cọc phân bố phản lực theo phương ngang , cọc đạt tới sức chịu tải giới hạn theo chế khác Đối với cọc “ cứng “ sức chịu tải, phụ thuộc vào đất sức chịu tải cọc ‘mềm” hoàn toàn phụ thuộc vào khả chịu uốn vật liệu cọc Các công thức tính toán biễu đồ thiết lập cho trường hợp cọc nằm đất dính đất rời 3.1 (G.9.1) Cọc đất dính: a Cọc “ cứng “ : sức chịu tải cọc giới hạn , Hu tính toán sở biễu đồ quan hệ độ sâu ngàm cọc tương đối L/d sức chịu tải giới hạn tương đối Hu/Cud2 ( hình G3a ) trường hợp liên kết ngàm cọc đài cọc kể đến phương pháp tính b Cọc “ mềm “ : sức chịu tải giới hạn Hu tính toán sở biểu đồ quan hệ khả chịu uốn giới hạn tương đối vật liệu cọc Mu/Cud3 sức chịu tải giới hạn tương đối Hu/Cud2 hình (G.3) 3.2 (G.9.2) Cọc đất rời: Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl6 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục a Cọc “ cứng “ : sức chịu tải cọc giới hạn , Hu tính toán sở biễu đồ quan hệ độ sâu ngàm cọc tương đối L/d sức chịu tải giới hạn tương đối HuKp γ d3 ( hình G4a ) b Cọc “ mềm “ : sức chịu tải giới hạn Hu tính toán sở biểu đồ quan hệ khả chịu uốn giới hạn tương đối vật liệu cọc Mu/Kpd4 sức chịu tải giới hạn tương đối Hu/Kp γ d3 hình (G.4) δHH N M Ψ δHM Ho=1 δ MH lο Mo=1 δMM An Ψ O z l l G.1 Hình vẽ sơ đồ tải đầu cọc G.2 Sơ đồ chuyển vị cọc đất * Do tác dụng Ho=1 đặt mức mặt đất * Do tác dụng Mo=1 Đầu cọc tự - Đầu cọc ngàm H u Cu d 60 40 20 10 4 Hu e l 16= e d 10 20 40 60 100 300 600 H u Cu d H.G3Biều đồ sức chịu tải ngang cọc đất dính (với cọc dài) Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl7 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục 1000 Đầu cọc tự Ho=1 Đầu cọc ngàm u H u Kpγ d 100 l Kp =(1+sinϕ)/(1-sinϕ) 10 d e =0 d 16 32 0.1 1.0 10 Mu Kpγ d 100 1000 10000 H.G4Bieàu đồ sức chịu tải ngang cọc đất rời (với cọc dài) Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl8 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục II PHỤ LỤC TÍNH TOÁN TƯỜNG CỌC BẢN TRONG ĐẤT KHÔNG DÙNG NEO 1.Tường cọc đóng vào đất cát neo Khi đóng vào đất cát không neo, tường cọc tự ổn định nhờ khác áp lực bị động áp lực chủ động đất tác dụng lên tường Ẩn số toán chiều sâu D cắm vào Do chênh lệch cao độ mặt đất tác động lên sau trước tường với giả thiết tường tuyệt đối cứng, phần áp lực đất sau lưng tường mặt nạo vét làm xoay tường xung quanh điểm O Để thuận lợi cho việc thiết lập công thức tính toán, ta xem phân bố áp lực đất lên tường đường thẳng Sơ đồ tính toán tường cọc đất cát thể hình vẽ A Mực nước ngầm Cát γ ϕ c=0 L1 p1 C Caùt γsat ϕ c=0 L z' L2 P Mặt nạo vét L3 D E F'' L4 Dz p2 D' F z' F' L5 H Độ dốc: đứng:(K p - K a )γ' ngang p3 p4 B G Mmax Caùt γsat ϕ c=0 (a) (b) (a) Sự biến thiên biểu đồ áp lực ròng (b) Sự biến thiên moment Hình Sơ đồ tính tường cọc cát Cường độ áp lực đất chủ động độ sâu z = L1, ngang mực nước ngầm: (3.31) p1 = γL1ka ϕ Trong đó: k a = tg (45 o − ) - hệ số áp lực đất chủ động (theo Rankine) γ - trọng lượng riêng đất Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl9 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy ϕ - góc ma sát đất Luận văn thạc só – phụ lục Tương tự, độ sâu z = L1 + L2 , cường độ áp lực đất chủ động: (3.32) p2 = (γL1 + γ’L2 )ka Trong đó: γ’= γsat-γw – trọng lượng riêng đẩy đất Trên điểm xoay O, bên trái áp lực bị động, bên phải áp lực chủ động Tại độ sâu z, tính từ mặt đất sau tường, áp lực chủ động là: pa = [γL1 + γ’L2 + γ’(z - L1 - L2)]ka (3.33) áp lực bị động độ sâu z > L1 + L2 laø: pp = γ’(z - L1 - L2)kp (3.34) ϕ : k p = tg (45 o + ) : hệ số áp lực đất bị động (theo Rankine) Áp lực ngang ròng phạm vi điểm O là: p = pa - pp = [γL1 + γ’L2 + γ’(z - L1 - L2)]ka - γ’(z - L1 - L2)kp = (γL1 + γ’L2 )ka - γ’(z – L1 - L2)(kp - ka) (3.35) = p2 - γ’(z – L)(kp - ka) Taïi điểm E có z = L + L3 - áp lực 0: p2 - γ’(z – L)(kp - ka) = ⇒ z − L = L3 = p2 γ ' (k p − k a ) (3.36) Theo biểu đồ, ta có ∆ ED’D đồng dạng ∆ EBH ⇒ p L4 = p L3 ⇒ p3 = L4 L3γ ' (k p − k a ) L3 = L4γ ' (k p − k a ) = HB (3.37) Từ O đến đáy tường, áp lực bị động bên phải, áp lực chủ động bên trái Tại chân tường z = L + D, ta có: pp = (γL1 + γ’L2 + γ’D)kp (3.38) pa = γ’Dka (3.39) hiệu 02 áp lực chân tường: pp - pa= p4 = (γL1 + γ’L2 )kp + γ’D(kp - ka) = (γL1 + γ’L2 )kp + γ’L3(kp - ka) + γ’L4(kp - ka) Leâ Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl10 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục = p5+ γ’L4(kp - ka) (3.40) p5 = (γL1 + γ’L2 )kp + γ’L3(kp - ka) (3.41) vaø D = L3 + L4 (3.42) p4 = p5 + p3 Khi cân bằng, tổng áp lực ngang chiều dài đơn vị tường 0: diện tích biểu đồ áp lực (ACDE) –diện tích (EFHB) + diện tích (FHBG) = hay P − 1 p L + L5 ( p + p ) = 2 (3.43) Tổng moment chân tường (điểm B) 0: L L 1 P ( L4 + z ) − ( p L4 )( ) + L5 ( p + p )( ) = 3 (3.44) t biểu thức (3.43) ta được: L5 = p L4 − P p3 + p (3.45) kết hợp (3.37), (3.41), (3.44), (3.45) ta phương trình xác định L4: (3.46) L44 + a1 L34 − a L24 − a L4 − a = đó: a1 = p5 γ ' (k p − k a ) (3.47) a2 = 8P γ ' (k p − k a ) (3.48) a3 = a4 = P[2 zγ ' (k p − k a ) + p ] (3.49) γ ' (k p − k a ) P (6 z p + P ) (3.50) γ ' (k p − k a ) Giải phương trình (3.46) xác định L4, từ xác định chiều sâu tường cọc đóng vào đất nền: D = L3 + L4 Trong thực tế, thiết kế lấy k p ( design ) = kp FS với FS = 1,5 ÷ 2,0 : hệ số an toàn Dthực tế = (1,2 ÷ 1,3)Dlý thuyết o Xác định nội lực cọc : Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl11 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục Sau xác định chiều sâu chôn cọc, ta cần xác định nội lực cọc để tìm cấu tạo thích hợp Theo biểu đồ trên, moment cực đại đoạn EF’ ứng với lực cắt O Chọn trục z’ hình vẽ Tại điểm có lực cắt 0, ta coù: P= ⇒ z' = ( z ' ) (k p − k a )γ ' 2P (k p − k a )γ ' (3.51) Moment cực đại là: M max = P(z + z') − [ γ ' z '2 (k p − k a )]( z') = P( z + z ' ) − γ ' z ' (k p − k a ) (3.52) Trong thực tế, trường hợp tổng quát nêu trên, ta gặp vài trường hợp riêng mực nước ngầm thấp chân tường cọc hay cao trình mặt đất trước sau tường nhau… Sau đây, đề tài đề cập đến trường riêng cách sơ lược: * Trường hợp mực nước ngầm thấp chân cọc: (thường gặp áp dụng cọc ván BTCT cho đường dẫn đầu cầu vượt) A C át γ ϕ c=0 L P M ặt nạo vét p2 D' L3 D z C át γ ϕ c=0 E D L4 L5 H p3 B p4 G Hình 3.7 Sơ đồ tính cọc ván cát nước ngầm Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl12 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục Từ sơ đồ trên, ta coù: p2 = γLka (3.53) p3 = L4 (kp - ka)γ (3.54) p4 = p5 +γL4 (kp - ka) (3.55) p5 = γLkp +γL3 (kp - ka) (3.56) Lk a p2 = γ (k p − k a ) k p − k a (3.57) L3 = P= 1 p L + p L3 2 z = L3 + Lk a L L ( 2k a + k p ) L = + = k p − ka 3(k p − k a ) (3.58) Cuối ta phương trình xác định L4: L44 + a '1 L34 − a ' L24 − a ' L4 − a ' = đó: (3.59) a '1 = p5 γ (k p − k a ) (3.60) a' = 8P γ (k p − k a ) (3.61) a' = a' = P[2 zγ (k p − k a ) + p ] γ (k p − k a ) P (6 z p + P ) γ (k p − k a ) (3.62) (3.63) 2.Tường cọc đóng vào đất sét neo Khi tường cọc đóng vào sét, phần phía sau tường đắp cát Ổn định tường có nhờ chênh lệch áp lực bị động chủ động trước sau tường Nhưng với sét điều kiện không thoát nước ϕu = nên ka = kp = 1, khác 02 áp lực nhờ lực dính Sơ đồ tính toán tường cọc đất sét thể hình vẽ Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl13 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục A M ực nước ngầm C át γ ϕ c=0 L1 p1 C C aùt γsat ϕ c=0 L z L2 P1 z1 M ặt nạo vét F D E D p6 L3 z' p2 Seùt γsat ϕ=0 c G L4 I B p H Hình :Sơ đồ tính tường cọc sét Tại độ sâu z > L1 + L2 điểm xoay O, áp lực chủ động từ phải qua trái nhö sau: p a = [γL1 + γ ' L2 + γ sat ( z − L1 − L2 )]k a − 2c k a (3.64) tương tự, áp lực bị động từ trái qua phải: p p = [γ sat ( z − L1 − L2 )]k p + 2c k p (3.65) với ϕu = 0, ka = kp = 1, ta áp lực ròng (hiệu 02 áp lực) tác động lên tường: p = p p − p a = [γ sat ( z − L1 − L2 )] + 2c − [γL1 + γ ' L2 + γ sat ( z − L1 − L2 )] + 2c = 4c − (γL1 + γ ' L2 ) (3.66) Tại chân tường, áp lực bị động từ phải qua trái là: p p = (γL1 + γ ' L2 + γ sat D ) + 2c (3.67) tương tự, áp lực chủ động từ trái qua phaûi: p a = γ sat D − 2c (3.68) ta áp lực ròng chân tường: Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl14 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy p = p p − p a = (γ L + γ ' L ) + c Luận văn thạc só – phụ lục (3.69) Điều kiện cân giải tích: ∑FH = 0, tức là: diện tích biểu đồ áp lực (ACDE) – diện tích (EFIB) + diện tích (GIH) = hay: P1 − p D + L4 ( p + p ) = ⇔ P1 − [4c − (γL1 + γ ' L2 ) D + L4 (4c − (γL1 + γ ' L2 ) + 4c + (γL1 + γ ' L2 )] = (3.70) với P1 : lực tương đương với diện tích (ACDE) đơn giản biểu thức ta được: L4 = D[4c − (γL1 + γ ' L2 )] − P1 4c (3.71) Tổng moment điểm B = 0: ⇔ P1 ( D + z ) − [4c − (γL1 + γ ' L2 )] L D2 + L4 (8c)( ) = 2 (3.72) với z khoảng cách từ vị trí đặt lực P1 đến mặt nạo vét Kết hợp 02 biểu thức (3.71), (3.72) ta được: ⇔ D [4c − (γL1 + γ ' L2 )] − DP1 − P1 ( P1 + 12c z ) =0 (γL1 + γ ' L2 ) + 2c (3.73) Giải phương trình ta chiều sâu D cần đóng vào lớp sét Trong thực tế thường lấy Dthực = (1,4 ÷ 1,6)Dlý thuyết o Xác định nội lực cọc: Trong sơ đồ trên, moment cực đại ứng với điểm có lực cắt 0, chọn trục z’ mà z’ = mặt nạo vét trước tường: P1 – p6z’ = ⇔ z ' = P1 p6 (3.74) Moment cực đại là: M max = P1 ( z + z ' ) − p6 z'2 (3.75) Tương tự trường hợp tường cọc đóng vào đất cát, ta xét trường hợp riêng tường cọc đóng vào đất sét Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl15 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy o Luận văn thạc só – phụ lục Sơ đồ tính hình vẽ C a ùt γ ϕ c = L P1 z1 M a ë t n a ï o v e ùt p2 L L p6 S e ùt γsa t ϕ = c D p7 Hình Sơ đồ tính tường cọc sét nước ngầm Từ sơ đồ trên, ta có: p2 = γLka (3.76) p6 = 4c - γL (3.77) p7 = 4c + γL (3.78) 1 p L = γL2 k a 2 (3.79) D(4c − γL) − γL2 k a L4 = 4c (3.80) P1 = Chiều sâu lý thuyết D cắm vào đất xác định biểu thức: D (4c − γL) − DP1 − P1 ( P1 + 12c z ) =0 γL + 2c (3.81) Moment cực đại tường cọc là: M max = P1 ( z + z ' ) − ñoù: p6 z'2 2 γL k a P1 z' = = p6 4c − γL Leâ Anh Trung – MS: CẦ13.032 (3.82) (3.83) Trang pl16 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục III PHỤ LỤC TÍNH TOÁN TƯỜNG CỌC BẢN TRONG ĐẤT CÓ DÙNG NEO Khi phần lệch mặt trước sau tường > 6m, phương án tường có neo kinh tế Có 02 cách tính toán tường cọc đóng đất có neo dựa 02 giả thiết khác nhau: - Chân tường dịch chuyển tự - Chân tường ngàm đất Mực nước ngầm Mực nước ngầm Neo Độ võng Neo Độ võng Moment Mặt nạo vét Moment Mặt nạo vét (a) (b) Biểu đồ độ võng moment tường cọc có neo (a) Chân tường, dịch chuyển tự do; (b) Chân tường ngàm đất Trong thực tế, giả thiết chân tường dịch chuyển tự thường sử dụng thực tế, ta giải toán dựa giả thiết 1.Tường cọc đóng đất cát có neo A Mực nước ngầm L1 Neo O' Cát γ, ϕ, c=0 l1 F l2 p1 C z L L2 Mặt nạo vét p2 L3 (K p - K a)γ' L4 p8 z E D F D P Caùt γsat ϕ , c=0 Caùt γsat ϕ , c=0 B Hình 10 Sơ đồ tính tường cọc đất cát có neo Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl17 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Áp lực đất độ sâu z = L1, ngang mực nước ngầm: Luận văn thạc só – phụ lục p1 = γL1ka tương tự độ sâu z = L1 +L2: p2 = (γL1 + γ’L2 )ka Trên điểm xoay O, bên phải áp lực chủ động, bên trái áp lực bị động Tại độ sâu z > L1 +L2: Áp lực chủ động là: pa = [γL1 + γ’L2 + γ’(z - L1 - L2)]ka Áp lực bị động là: pp = γ’(z - L1 - L2)kp Áp lực ngang ròng phạm vi O là: p = pa - pp = [γL1 + γ’L2 + γ’(z - L1 - L2)]ka - γ’(z - L1 - L2)kp = (γL1 + γ’L2 )ka - γ’(z – L1 - L2)(kp - ka) = p2 - γ’(z – L)(kp - ka) áp lực độ sâu có z = L1 + L2 + L3 : p2 - γ’(z – L)(kp - ka) = ⇒ z − L = L3 = p2 γ ' (k p − k a ) Tại độ sâu z = (L1 + L2) +(L3 + L4) = L + D có áp lực ngang ròng là: p8 = γ’L4 (kp - ka) (3.84) Tường cân khi: * ∑H = ⇔P− p L4 − F = ⇔ F = P − γ ' (k p − k a ) L24 (3.85) đó: P diện tích biểu đồ áp lực (ACDE) F: lực kéo neo tính đơn vị chiều dài * ∑M / O' =0 − P[( L1 + L + L3 ) − ( z + l1 )] + [γ ' (k p − k a )]L24 [l + L2 + L3 + L4 ] = Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl18 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phuï luïc hay L34 + 1,5L24 (l + L2 + L3 ) − 3P[( L1 + L2 + L3 ) − ( z + l1 )] =0 γ ' (k p − k a ) (3.86) Giải phương trình ta L4 chiều sâu cần đóng vào đất Dlý thuyết = L3 + L4 Chiều sâu cọc đóng vào đất thường tăng 30% đến 40%: Dthực = (1,3 ÷ 1,4) Dlý thuyết Nếu không gia tăng độ sâu chôn cọc tính toán áp lực bị động, nên giảm hệ số áp lực bị động theo biểu thức: kp(thiết kế) = kp/FS Moment cực đại cọc xảy vị trí lực cắt triệt tiêu, vị trí nằm từ độ sâu z = L1 đến độ sâu z = L1 +L2 : 1 p1 L1 − F + p1 ( z − L1 ) + k a γ ' ( z − L1 ) = 2 (3.87) Giải phương trình ta độ sâu z mà lực cắt triệt tiêu, moment đạt giá trị cực đại Từ ta tính Mmax cách trình bày toán 2.Tường cọc đóng đất sét có neo A Mực nước ngầm L1 Neo O' Cát γ, ϕ, c=0 l1 F l2 p1 C z L L2 P z1 Mặt nạo vét p2 D Cát γsat ϕ , c=0 Sét γsat ϕ =0 c D F p6 B Hình 11 Sơ đồ tính tường cọc đất sét có neo Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl19 GVHD: TS.Lê Thị Bích Thủy Luận văn thạc só – phụ lục Phân tích áp lực tác động lên tường tương tự trường hợp không neo, sau ta có: p6 = 4c − (γL1 + γ ' L2 ) Tường cân khi: * ∑H = ⇔ P1 − p6 D − F = (3.88) ⇔ F = P1 − p D * vaø ∑M / O' =0 ⇔ P1 ( L1 + L2 − l1 − z ) − p D(l + L2 + D )=0 ⇔ p D + p D ( L1 + L2 − l1 ) − P1 ( L1 + L2 − l1 − z ) = (3.89) Giải phương trình ta tìm D chiều sâu tường cọc cần đóng vào đất Môment cực đại cọc xảy điểm có lực cắt triệt tiêu, điểm nằm độ sâu L1 < z < L1 + L2 Lê Anh Trung – MS: CẦ13.032 Trang pl20 ... 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CỌC VÁN BTCT THƯỜNG VÀ DUL TRONG XÂY DỰNG MỐ CẦU VÀ ĐƯỜNG ĐẦU CẦU I ỨNG DỤNG CỌC VÁN BTCT THƯỜNG VÀ BTCTDƯL VÀO MÓNG CẦU Đặt vấn đề : - Đối với công trình cầu. .. thép dự ứng lực Chương 3: ? ?Nghiên cứu khả ứng dụng cọc ván thường dul xây dựng mố cầu đường đầu cầu? ?? Chương giới thiệu sơ đồ cấu tạo khả áp dụng cọc ván móng cầu đường đầu cầu Một số tính tóan cọc. .. : Cầu tuynel công trình khác đường ôtô Mã số : 2.15.10 I TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT thường dự ứng lực xây dựng móng cầu đường đầu cầu? ?? II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Phần I : Nghiên