Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu tính toán tường chắn đất trong thi công hố đào sâu theo các mô hình trong các điều kiện địa chất nền khác nhau. Xây dựng biểu thức hệ số nền cho đất nền nhiều lớp trong tính toán tường chắn đất theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Đề xuất đường cong p-y từ kết quả phân tích theo giải tích và kiểm chứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN THÁI SƠN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P - Y LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - NGUYỄN THÁI SƠN KHĨA: 2011-2013 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P - Y Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGHIÊM MẠNH HIẾN Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN! Luận văn cao học kết cuối mà học viên cố gắng học tập suốt khóa học 2011-2013 Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Xin cảm ơn Khoa Sau Đại Học - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội tạo điều kiện tốt để học viên hồn thành luận văn cao học Tác giả xin cảm ơn chân thành đến thầy TS Nghiêm Mạnh Hiến tận tình giúp đỡ, dạy suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình học cao học làm luận văn tốt nghiệp Mặc dù tác giả cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận sử cảm thơng tận tình bảo q Thầy, Cơ bạn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 01 tháng năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thái Sơn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thái Sơn DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, biểu Bảng 1.1 Bảng 1.2: Tên bảng, biểu Giới thiệu số công trình có tầng hầm xây dựng thời gian gần Trang 11 Tọa độ trọng số tích phân số miền tam giác 32 Bảng 2.1 Hệ số theo CUR166 36 Bảng 2.2 Giá trị hệ số lưu biến đất ( ) 38 Bảng 2.3 Giá trị 50 cho đất sét 44 Bảng 2.4 Giá trị k cho đất sét cứng 49 Bảng 2.5 Giá trị 50 cho đất sét cứng mực nước ngầm 50 Bảng 3.1 Các đặc trưng đất 75 Bảng 3.2 Đặc trưng tường chắn đất 76 Bảng 3.3 Đặc trưng hệ chống đỡ 76 Bảng 3.4 Đặc trưng tường chắn đất 77 Bảng 3.5 Đặc trưng đất 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Biện pháp thi công tầng hầm theo phương án đào mở tòa nhà N03, dự án Berriver Long Biên - Hà Nội Sơ đồ tính tốn tường tầng hầm không neo Sơ đồ quan hệ chống với chuyển dịch thân tường trình đào đất Trang 14 17 Hình 1.4 Sơ đồ tính tốn xác theo phương pháp Sachipana 18 Hình 1.5 Sơ đồ tính tốn gần theo phương pháp Sachipana 19 Hình 1.6 Một sơ đồ tính khác phương pháp giải gần Sachipana 21 Hình 1.7 Sơ đồ tính dầm đàn hồi chịu uốn 22 Hình 1.8 Hình dạng phần tử tam giác 28 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 2.1 Hình 2.2 Phần tử tam giác nút hệ tọa độ tổng thể địa phương Phần tử tam giác nút hệ tọa độ tổng thể địa phương Mô hình tính tốn tường tầng hầm với đất có lớp đất Biểu đồ áp lực đất lên tường sau tường bị dịch chuyển 29 30 33 34 Hình 2.3 Hình 2.4 Độ cứng k1 Đường cong p-y chuẩn hoá cho đất sét mềm mực nước ngầm 42 43 Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm Hình 2.5 47 tải trọng tĩnh Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm Hình 2.6 48 tải trọng động Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm Hình 2.7 52 tải trọng tĩnh Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm Hình 2.8 53 tải trọng động Hình 2.9 Đường cong p-y cho đất cát 55 Hình 2.10 Đường cong p-y cho đất cát pha sét pha 56 Hình 2.11 Mơ hình đàn hồi dẻo lý tưởng 57 Hình 2.12 Mơ hình hypecbơn 58 Hình 3.1 Sơ đồ mơ hình hệ thống chống đỡ hố đào 60 Hình 3.2 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm theo phương pháp dầm đàn hồi 61 Hình 3.3 Phần tử lị xo 61 Hình 3.4 Ứng xử lị xo đất 62 Hình 3.5 Thuật tốn tính lặp theo giai đoạn thi cơng tường Hình 3.6 Sơ đồ áp lực ngang lên tường tải trọng tập trung bề mặt Hình 3.7 Sơ đồ áp lực ngang lên tường tải trọng tập phân bố theo đường thẳng bề mặt Hình 3.8 Sơ đồ áp lực ngang lên tường tải trọng tập phân bố bề mặt Hình 3.9 Tải trọng động đất tương đương tác dụng lên tường 65 71 73 73 75 Hình 3.10 Dữ liệu đất 78 Hình 3.11 Dữ liệu kích thước hố đào 78 Hình 3.12 Dữ liệu tường chắn 79 Hình 3.13 Dữ liệu q trình thi cơng 79 Hình 3.14 Sơ đồ chuyển vị 80 Hình 3.15 Biểu đồ mơ men 80 Hình 3.16 Dữ liệu chống 81 Hình 3.17 Sơ đồ chuyển vị giai đoạn thi cơng 82 Hình 3.18 Biểu đồ mơ men tường giai đoạn thi công 82 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Tình hình sử dụng tường chắn đất chống đỡ hố đào sâu Việt nam giới 1.2 Các phương pháp tính tốn tường chắn đất 13 1.2.1 Phương pháp giải tích 13 1.2.2 Phương pháp dầm đàn hồi 21 1.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 33 2.1 Mơ hình tính toán tường chắn 33 2.2 Các phương pháp xác định hệ số 34 2.2.1 Theo Vesic (1961) 35 2.2.2 Theo CUR 166 [13] 36 2.2.3 Theo Schmitt 37 2.2.4 Theo Ménard 37 2.2.5 Theo Chadeisson 38 2.2.6 Mô đun hệ số lấy từ phép lặp 39 2.2.7 Theo phương pháp gần 41 2.3 Đường cong p-y 43 2.3.1 Giới thiệu chung 43 2.3.2 Đường cong p-y đất sét mềm 43 2.3.3 Đường cong p-y đất sét cứng mực nước ngầm 45 2.3.4 Đường cong p-y đất sét cứng mực nước ngầm 48 2.3.5 Đường cong p-y đất cát 53 2.3.6 Đường cong p-y đất cát pha sét pha 56 2.3.7 Đường cong p-y đàn hồi dẻo lý tưởng 57 2.3.8 Đường cong p-y dạng hypecbôn 57 2.3.9 Đường cong p-y đất nhiều lớp 59 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN 60 3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho toán dầm đàn hồi 60 3.1.1 Mơ hình tính tốn 60 3.1.2 Xây dựng ma trận độ cứng 62 3.1.3 Phương pháp giải toán phi tuyến 64 3.2 Phần mềm tính tốn tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p-y 75 3.3 Ví dụ tính toán 76 3.3.1 Tường chắn đất conson 77 3.3.2 Tường chống chống ngang 81 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài "Nghiên cứu tính tốn tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong P-y." Sự cần thiết đề tài Đất nước thời kỳ mở cửa mở hội, thử thách thuận lợi khó khăn Ngành xây dựng hòa chung xu hướng phát triển nước, bước làm chủ công nghệ chinh phục tầm cao Đi với xu hướng q trình thị hóa nói năm gần diễn cách bùng nổ số lượng, chất lượng quy mô; đặc biệt thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh … Tốc độ phát triển nóng tạo áp lực hạ tầng thị, nhà ở, văn phịng, giao thơng thị không gian công cộng đô thị… Quỹ đất bề mặt đô thị lớn tình trạng gần cạn kiệt, khơng gian xanh, không gian công cộng ngày thu hẹp, làm ảnh hưởng đến đời sống, dịch vụ ngược với xu phát triển Để giải phần tốn nan giải việc thi cơng tầng hầm để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật dịch vụ cần thiết Trên nước nói chung thành phố Hà Nội nói riêng, việc xây dựng tầng hầm nhà cao tầng trở nên phổ biến Các cơng trình thường có nhiều tầng hầm sử dụng tường chắn đất Tính tốn tường chắn đất có nhiều phương pháp bao gồm phương pháp giải tích, phương pháp dầm đàn hồi phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp giải tích thường khơng xét đến tính phi tuyến đất dịch chuyển tường khơng đảm bảo độ xác cần thiết Phương pháp dầm đàn hồi thường sử dụng lò xo phi tuyến theo đường quan hệ đàn hồi dẻo lý tưởng chưa phản ánh đầy đủ ứng xử tường đất Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm chuyên dụng Plaxis, Geo-Slope… Tuy nhiên phần mềm thường địi hỏi thơng số mơ hình đất phức tạp nên việc sử dụng nhiều hạn chế kỹ sư thiết kế biện pháp thi cơng Với mức độ xác định dễ sử dụng, phương pháp đường cong p-y tính tốn theo mơ hình dầm nên đàn hồi cần nghiên cứu áp dụng Chính vậy, tác giả lựa chọn đề tài "Nghiên cứu tính tốn tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p - y." Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính tốn tường chắn đất thi cơng hố đào sâu theo mơ hình điều kiện địa chất khác - Xây dựng biểu thức hệ số cho đất nhiều lớp tính tốn tường chắn đất theo phương pháp dầm đàn hồi - Đề xuất đường cong p-y từ kết phân tích theo giải tích kiểm chứng phương pháp phần tử hữu hạn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Tường chắn đất thẳng đứng cho hố đào sâu tường cừ thép tường đất Tính tốn tường chắn đất chống đỡ cho hố đào sâu hạ theo phương thẳng đứng theo phương pháp hệ số mơ hình lị xo phi tuyến theo đường cong p-y 3 Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan phương pháp tính tốn tường cừ chắn đất - Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm đàn hồi - Nghiên cứu lý thuyết đàn hồi xây dựng biểu thức hệ số Ý nghĩa khoa học thực tiễn Tính toán tường chắn đất theo phương pháp đường cong p-y với thơng số đầu vào đơn giản góc ma sát trong, lực dính đơn vị, mơ đun đàn hồi thuận tiện cho nhà thiết kế đảm bảo tính xác chấp nhận thực tế xây dựng Do việc nghiên cứu vấn đề có tính cấp thiết thực tiễn Nếu đề tài vào thực tiễn giúp người kỹ sư thiết kế biện pháp thi công rút ngắn thời gian thiết kế, đem lại hiệu kinh tế cho việc đầu tư xây dựng Đặc biệt đem lai hiệu kinh tế, kỹ thuật cao, cụ thể cho cơng trình xây dựng điều kiện đất thành phố Hà Nội Cấu trúc luận văn PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Tình hình sử dụng tường chắn đất chống đỡ hố đào sâu Việt nam giới 1.2 Các phương pháp tính tốn tường chắn đất CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 2.1 Mơ hình tính tốn tường chắn 2.2 Các phương pháp xác định hệ số 2.3 Xây dựng đường cong p-y CHƯƠNG III: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN 3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho toán dầm đàn hồi 3.2 Phần mềm tính tốn tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p-y 3.3 Ví dụ tính tốn PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 84 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tường chắn đất cơng trình ngầm tính tốn theo phương pháp giải tích, dầm đàn hồi phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp dầm đàn hồi áp dụng phổ biến có độ xác chấp nhận khơng địi hỏi mơ hình đất phức tạp Tuy nhiên việc áp dụng mơ hình tương tác đất kết cấu dạng đường cong phi tuyến p-y chưa áp dụng nhiều Đề tài đưa phương pháp đơn giản để tính tốn tường chắn đất phương pháp đường cong p-y sử dụng đường cong p-y áp dụng cho cọc có sửa đổi đường cong hypecbôn Các biểu thức áp lực giới hạn lên cọc thay áp lực giới hạn lên tường chắn độ cứng ban đầu lò xo đất cho cọc thay độ cứng ban đầu lò xo đất cho tường chắn Độ cứng tường chắn xác định từ độ cứng phân đoạn tường áp dụng cho nhiều lớp đất có đặc trưng khác Tính tốn tường chắn đất theo phương pháp đường cong p-y với thông số đầu vào đơn giản góc ma sát trong, lực dính đơn vị, mô đun đàn hồi thuận tiện cho nhà thiết kế đảm bảo tính xác chấp nhận thực tế xây dựng Phương pháp tính tốn tường chắn theo đường cong p-y bổ sung vào phần mềm tính tốn tường chắn đất tuyến tính WEF Tính tốn cho số trường hợp so sánh với phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis cho thấy kết hai phần mềm tương đối giống 85 Áp lực lên tường chắn đất tính tốn theo phương pháp dầm đàn hồi phù hợp so với phương pháp giải tích kể đến phụ thuộc giá trị áp lực vào chuyển vị tường Áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp giải tích ln coi đạt đến trạng thái giới hạn chủ động bị động, độ sâu định, giá trị đạt tới trạng thái giới hạn chuyển vị tường nhỏ, không đủ lớn để áp lực lên tường đạt trạng thái giới hạn Có thể sử dụng phương pháp thực hành tính tốn thiết kế tường chắn đất Kiến nghị Đưa phương pháp tính toán tường chắn đất theo phương pháp đường cong p-y vào tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Ứng dụng phương pháp đơn giản để phân tích tường chắn đất phục vụ cho công tác thiết kế nghiên cứu 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Đình Đức (2002), Thi công hố đào cho tầng hầm nhà cao tầng đô thị Việt Nam Luận án Tiến sĩ kỹ thuật [2] Nghiêm Mạnh Hiến (2009), Phương pháp đơn giản tính tốn chuyển vị cọc đơn chịu tải trọng đứng ngang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội [3] Đinh Cơng Lý (2011), Tính tốn tường cừ hai lớp chống đỡ hố đào sâu theo phương pháp hệ số điều kiện thành phố Hà Nội Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội [4] Nguyễn Bá Kế (2008), Xây dựng công trình ngầm thị theo phương pháp đào mở Nhà xuất Xây dựng [5] Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi cơng hố móng sâu Nhà xuất Xây dựng [6] Nghiêm Hữu Hạnh (2010), Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để hạn chế ảnh hưởng tới cơng trình lân cận xây dựng cơng trình ngầm phương pháp đào hở Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Kinh tế Xây dựng, Sở Xây dựng Hà Nội [7] Phan Tường Phiệt (2001), Áp lực đất tường chắn đất, NXB Xây dựng [8] Withlow (1997), Cơ học đất I, II, NXB Giáo dục 87 Tiếng Anh [9] Cook, R D., Malkus, D S and Plesha, M E., (2002), Concepts and Applications of Finite Element Analysis, Third Edition John Wiley and Sons, Inc [10] Chadeisson, R 1961 Parois continues moulées dans le sols Proceedings of the 5th European Conf on Soil Mechanics and Foundation Engineering,Vol Dunod, Paris, 563-568" [11] Chang-Yu Ou (2006), Deep excavation, Theory and practice Taylor and Francis [12] Chen, W F and Mizuno, E (1990), Nonlinear Analysis in Soil Mechanics Theory and Implementation Developments in Geotechnical Engineering 53, Elsevier [13] CUR 166 Damwandconstructies, available at Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving: P.O.Box 420, 2800 AK Gouda (NL) [14] Das,, B M (1995), Principles of Foundation Engineering PWS Publishing Company, MA, p 448 [15] Duncan J M and Chang C Y (1970), Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol 96, pp 1629-1653 [16] Fine, Geo5 Manual [17] Kraft, L.M., Ray, R.P., and Kagawa, T (1981), Theoretical T-Z curves Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 107(11), pp 1543–1561 88 [18] Mallcolm Puller (1996), Deep excavation, a practice manual Thomas Telford [19] Menard L., 1975, The Menard Pressuremeter: Interpretation and Application of the Pressuremeter Test Results to Foundations Design SolsSoils, No 26, Paris, France [20] Mosher, R.L (1984), Load transfer criteria for numerical analysis of axially loaded piles in sand U.S Army Engineering Waterways Experimental Station, Automatic Data Processing Center, Vicksburg, MS [21] Plaxis V8.2, Scientific Manual [22] Reese, L C., Isenhower, W M and Wang, S T (2006), Analysis and Design of Shallow and Deep Foundations John Wiley and Sons, Inc [23] Schmitt P.(1995), Estimating the coefficient of subgrade reaction for diaphragm wall and sheet pile wall design in French Revue Franỗaise de Géotechnique, N 71, 2° trimestre 1995, 3-10 [24] Smith, I M and Griffiths, D V (1997), Programming The Finite Element Method John Wiley & Sons, Third Edition [25] Vesic, A B (1961), Bending of beams on isotropic elastic solid Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol 87, No 2, pp 35-53 ... "Nghiên cứu tính tốn tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p - y." Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính tốn tường chắn đất thi cơng hố đào sâu theo mơ hình điều kiện địa chất khác - Xây. .. sử dụng tường chắn đất chống đỡ hố đào sâu Việt nam giới 1.2 Các phương pháp tính tốn tường chắn đất CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 2.1... tuyến theo đường cong p-y 3 Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan phương pháp tính tốn tường cừ chắn đất - Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm đàn hồi - Nghiên cứu lý thuyết đàn hồi xây dựng