6. Đóng góp của luận văn
3.2.6. Khảo sát mái dốc tự nhiên vai trái đập Sơn La
Tiến hành khảo sát mức độ ổn định trượt của khu vực mái dốc vai trái thủy điện Son La. Khu vực nghiên cứu đã được mô phỏng bằng phần mềm SLIDE V6 (Hình 3.12). Ta nhận thấy, đây là khu vực có mái dốc cao, được phân biệt rõ ràng hai khu vực mái dốc với hai độ dốc mái khác nhau. Ta tiến hành nghiên cứu lần lượt từng khu vực với các trường hợp nghiên cứu và hệ số an toàn cho phép cho trong bảng 3.8.
3.2.6.1Khu vực 1
a)Vị trí :
Khu vực số một có vị trí nằm tại chân mái dốc, chiều cao khoảng 45 m, độ dốc của mái dốc trung bình là 53o (Hình 3.13)
Hình 3.13: Mái dốc khu vực 1
b)Số liệu địa chất
Địa chất khu vực khá tốt, chỉ bao gồm lớp IIA và IIB
Bảng 3.14: Địa chất khu vực 1 Đặc tính Dung trọng tự nhiên Dung trọng bão hòa Độ bền kháng cắt tự nhiên Hệ số Poisson Kí hiệu w d Ctn tn Đơn vị g/cm3 g/cm3 Mpa Độ IIA 2.96 3,32 0.8 45 0.22 IIB 2.98 3,39 1 47.7 0.2
Lớp IIA có 2 hệ khe nứt chủ yếu:
Hệ thống khe nứt 1 có phương vị chủ yếu 175o-185o góc dốc 50o-60o.
Hệ thống khe nứt 2 có phương vị chủ yếu 70o-80o góc dốc 75o-85o
Chỉ tiêu cơ lý C=0.70KG/cm2, góc ma sát tg kn = 0.6 (kn =31o).
c)Mô hinh hóa bài toán
Tiến hành mô phỏng bài toán trong SLIDE như trong hình 3. 14 với các khai báo vật liệu như hình 3. 15 và 3.16. Lớp IIA do có 2 hệ khe nứt, ta tiến hành khai báo sức chống cắt loại Anisotropic Function . Lớp IIB là lớp đá tốt, ít nứt nẻ, ta coi như khai báo cho vật liệu cứng tuyệt đối.
Hình 3.14: Mô phỏng bài toán
Hình 3.16: Khai báo vât liệu lớp IIB
d)Kết quả tính toán
Tính toán tương tự với các trường hợp khác ta có kết quả tổng hợp xem bảng
Bảng 3.15: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định khu vực 1
Bình thường Nước ngầm cao Nước ngầm + động đất Nước ngầm cao + động đất FS0 1.3 1.3 1.11 1.11 Khu vực 1 2.409 2.369 2.139 2.127
Ta nhận thấy khu vực này có hệ số an toàn cao trong các trường hợp tính toán, mái dốc ở đây tự ổn đinh. Nguyên nhân có thể do địa chất khu vực này chủ yếu là IIÂ và IIB là loại đá tốt, ít nứt nẻ, cường độ cao.
3.2.6.2Khu vực 2
a)Vị trí :
Khu vực số hai có vị trí nằm tại phần đỉnh mái dốc, chiều cao khoảng 65 m, độ dốc của mái dốc trung bình là 45o (hinh 3.19)
Hình 3.18: Mái dốc khu vực 2
b)Số liệu địa chất
Hệ thống khe nứt
Lớp IB
Hệ thống khe nứt có phương vị chủ yếu 170o-200o , góc dốc 20o-30o. Chỉ tiêu cơ lý C=0.50KG/cm2, góc ma sát tg kn = 0.55 (kn = 28.8o)
Lớp IIA
Lớp có 2 hệ khe nứt chủ yếu: Hệ thống khe nứt 1 có phương vị chủ yếu 175o- 185o góc dốc 50o-60o. Hệ thống khe nứt 2 có phương vị chủ yếu 70o-80o góc dốc 75o- 85o. Chỉ tiêu cơ lý C=0.70KG/cm2, góc ma sát tg kn = 0.6 (kn =31o).
Số liệu địa chất khu vực số hai Bảng 3.16: Địa chất khu vực 2 Đặc tính Dung trọng tự nhiên Dung trọng bão hòa Độ bền kháng cắt tự nhiên Hệ số Poisson Kí hiệu w d Ctn tn µ Đơn vị g/cm3 g/cm3 Mpa Độ IA1 1.77 1.94 0.045 21 0.42 IA2 2.40 2,50 0.1 33 0.35 IB 2.82 3,21 0.3 37 0.25 IIA 2.96 3,32 0.8 45 0.22 IIB 2.98 3,39 1 47.7 0.2
c)Mô hinh hóa bài toán
Tiến hành mô phỏng bài toán trong SLIDE như trong hình 3. 19
Hình 3.20: Khai báo vật liệu lớp IA2
d)Kết quả tính toán
Sau khi tính toán ta có kết quả tính trong trường hợp bình thường
Tính toán tương tự với các trường hợp khác ta có kết quả tổng hợp xem bảng
Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định khu vưc 2
Bình thường Nước ngầm cao Nước ngầm + động đất Nước ngầm cao + động đất FS0 1.3 1.3 1.11 1.11 Khu vực 2 0.932 0.852 0.774 0.764
Ta nhận thấy khu vực này có hệ số an toàn thấp hơn 1 trong các trường hợp tính toán, mái dốc ở đây đã bị mất ổn đinh. Cần tiến tiến hành xử lý bằng các biện pháp gia cố hoặc hạ chiều cao và góc mái dốc để đảm bảo khả năng làm việc an toàn của bờ dốc.
3.2.6.3Tổng hợp kết quả tính toán
Sau khỉ sử dụng phần mềm SLIDE để tính toán, ta có bảng kết quả sau
Bảng 3.18: Tổng hợp kết quả tính toán Bình thường Nước ngầm cao Nước ngầm + động đất Nước ngầm cao + động đất FS0 1.3 1.3 1.11 1.11 Khu vực 1 2.409 2.369 2.139 2.127 Khu vực 2 0.902 0.852 0.774 0.764
Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thây, dưới tác động của nước ngầm và động đất hệ số ổn định giảm nhanh. Các ảnh hưởng này là cần thiết phải chú ý khi thiết kế công trình
Trong 2 khu vực nghiên cứu, khu vực 1 có hệ số an toàn lớn hơn hệ số an toàn yêu cầu rất nhiều, đảm bảo khả nă ng ổn định. Khu vực 2 hệ số an toàn dưới mức cho phép, cần tiến hành xử lý gia cố bằng phương pháp neo.
CHƯƠNG 4.PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 4.1.Phương pháp neo
4.1.1.Tổng quan
Neo là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá.
Định nghĩa của Little John: “Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp địa tầng”.
Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn định của tường chắn trong xây dựng đường cao tốc so với các tường ổn định bằng cơ học. Dự đoán này được căn cứ vào các công trình đã sử dụng hệ thống tường neo trong đất có giá thành rẻ hơn so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Cục đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) ước tính hệ thống có sử dụng neo trong đất có giá thành thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Hơn nữa, hệ thống được neo thường có thời gian thi công nhanh hơn và không cần làm đường tạm.
Vào thập niên 1970, neo đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Hoa Kỳ sử dụng neo trong đất cho hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào đất và dần dần phát triển ứng dụng cho các kết cấu vĩnh cửu.
Ở Việt Nam, công trình đầu tiên sử dụng kỹ thuật neo đã được Bachy Soletanche Vietnam thực hiện thành công ở Toà tháp VietcomBank tại 184 Trần Quang Khải, Hà Nội vào năm 1997. Tường vây sử dụng neo trong đất được sử dụng để thi công 3 tầng hầm dự án Trung tâm điều hành và Thông tin viễn thông Điện lực Việt Nam có diện tích 14.000 m2 tại số 11 phố Cửa Bắc, TP. Hà Nội vào năm 2008.
4.1.2.Phân loại neo
Neo trong đất đá có thể phân loại dựa theo cách liên kết với nền, cách lắp đặt, phương pháp phun vữa, công dụng, phương pháp căng kéo. Theo mục đích sử dụng, neo được chia thành neo tạm thời và neo cố định. Neo tạm thời là loại neo có thể tháo
ra sau khi kết cấu có khả năng chịu lực. Neo cố định sử dụng lâu hơn tuỳ vào thời gian tồn tại của công trình, nó tham gia chịu lực chung với kết cấu công trình.
Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực ma sát giữa lớp vữa và đất đá
Hình 4.1: Bảng phân loại neo
4.1.3.Cấu tạo của neo
Đoạn chiều dài không liên kết (unbonded length) là đoạn chiều dài tự do, không liên kết với vữa. Chiều dài này có tác dụng truyền tải trọng từ đầu neo cho đoạn chiều dài liên kết với vữa. Đoạn chiều dài không liên kết phải đủ lớn để nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn.
Neo
Phấn loại neo dựa vào phương pháp liên kết Neo phức hợp Neo ma sát Neo chịu áp lực đất
Phân loại neo dựa vào thời gian sử dụng Neo tạm thời Neo cố định Neo tạo lực nén Neo tạo lực kéo Neo trong đất Neo di chuyển được Neo tạo lực tập trung Neo tạo lực phân bố
Đoạn chiều dài kiên kết với vữa (Bonded length) được bao bọc bằng vữa và truyền tải trọng từ neo vào đất đá xung quanh. Đoạn chiều dài liên kết có chiều dài trung bình từ 3.0m đến 10.0m
Hình 4.2: Cấu tạo của neo
Cả thép thanh và cáp dự ứng lực đều có thể được sử dụng làm neo. Các qui định về thanh thép và cáp dự ứng lực tuân theo tiêu chuẩn ASTM A722 và ASTM A416. Các thanh thép thường có các đường kính 26mm, 32mm, 36mm, 45mm, 64mm và chiều dài 1 thanh khoảng 18m. Tải trọng thiết kế của neo xấp xỉ 2,077 kN ứng với thanh có đường kính 64m. Với các neo có chiều dài lớn hơn 18m, có thể sử dụng hộp nối để nối các thanh thép khi cần để đạt chiều dài yêu cầu. So với các tao cáp dự ứng lực, thép thanh dễ tạo ứng suất và có thể điều chỉnh được tải trọng sau khi lắp đặt.
Các bó cáp DUL thường bao gồm nhiều tao cáp 7 sợi xoắn. Các tao cáp có đường kính 12.7mm hoặc 15.2mm. Neo sử dụng các tao cáp dự ứng lực không có giới hạn về chiều dài và tải trọng. Các tao cáp có độ tự chùng thấp được sử dụng để giảm mất mát do cốt thép tự chùng.
Hình 4.3: Bó cáp neo
Neo thường sử dụng vữa tuân theo tiêu chuẩn ASTM C150. Loại vữa xi măng cát cũng có thể sử dụng cho các lỗ khoan có đường kính lớn. Máy trộn vữa tốc độ cao thường được sử dụng để đảm bảo sự đồng nhất giữa vữa và nước. Tỷ lệ theo khối lượng nước/xi măng (w/c) trong khoảng từ 0.40 đến 0.55. Xi măng loại I thường được sử dụng với cường độ nhỏ nhất vào thời điểm tạo ứng suất là 21MPa. Tuỳ vào đặc điểm của công trình, các phụ gia có thể được sử dụng để tăng độ sụt cho vữa. Các chất phụ gia không yêu cầu sử dụng, nhưng hiệu quả hơn nếu sử dụng phụ gia siêu dẻo khi bơm vữa ở nhiệt độ cao và chiều dài bơm lớn.
4.1.4.Quy trình tính toán neo
4.1.4.1Xác định mặt trượt giới hạn
Xác định vị trí mặt trượt giới hạn để không đặt đoạn chiều dài liên kết của neo vào “vùng không mang tải trọng”. “Vùng không mang tải trọng” được định nghĩa là vùng đất giữa bề mặt trượt giới hạn và bề mặt mái dốc. Chiều dài đoạn neo không liên kết phải kéo dài hơn, qua khỏi mặt trượt giới hạn một đoạn tối thiểu là 1.5m sau bề mặt trượt giới hạn.
Hình 4.4: Giản đồ tính toán neo
4.1.4.2Tính toán lực căng của neo
Neo được đặt theo hướng hợp với phương pháp tuyến của mặt trượt một góc θ. Lực căng neo T sẽ được phân tích thành các thành phần vuông góc và song song với mặt trượt đều có tác dụng làm bờ dốc ổn định thêm. Khi có neo, hệ số ổn định được tính theo công thức:
(W cos cos ) tg Tsin
W sin T n (4-1) Trong đó:
W: Trọng lượng khối trượt;
α: Góc nghiêng của mặt trượt so với phương nằm ngang; T : Lực căng neo;
θ : Góc giữa phương của lực căng neo và phương pháp tuyến với mặt trượt; : Góc ma sát trong của đá
4.1.4.3 Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết
Chiều dài không liên kết nhỏ nhất của neo là 1.5m cho neo bằng tao cáp dự ứng lực. Qui định giá trị chiều dài nhỏ nhất này nhằm giảm mất mát ứng suất trong quá trình truyền tải trọng vào kết cấu. Chiều dài đoạn không liên kết có thể dài hơn để thoả các yêu cầu:
Đặt chiều dài đoạn liên kết vào tầng đất đá có khả năng mang tải,
Đảm bảo sự ổn định tổng thể của hệ thống tường neo,
Chịu được chuyển vị theo thời gian.
Thông thường, chiều dài đoạn neo không liên kết có thể kéo dài một khoảng nhỏ nhất H/5 hoặc 1.5m về phía sau mặt trượt giới hạn để truyền tải trọng đến cột vữa phía trên đỉnh của vùng neo.
4.1.4.4Thiết kế đoạn chiều dài liên kết
Xác định khả năng truyền tải trọng của chiều dài đoạn liên kết được căn cứ vào các kinh nghiệm của các công trình trước, có xét đến phương pháp lắp đặt và phun vữa khác nhau. Với một loại đất đá cho trước, khả năng mang tải thực đạt được phụ thuộc vào phương pháp khoan, đường kính lỗ khoan, phương pháp phun vữa và áp lực vữa phun, chiều dài vùng liên kết. Khả năng chịu tải của từng neo được xác định bằng các thí nghiệm trước khi được chấp nhận. Theo kinh nghiệm, các giá trị thiết kế được lấy như sau:
Tải trọng thiết kế từ 260 kN đến 1160 kN: Các qui định này giúp cho bó cáp và các thiết bị tạo ứng suất có thể di chuyển bằng nhân công mà không cần sử dụng máy móc, thiết bị nâng chuyên dụng. Đường kính lỗ khoan thường nhỏ hơn 150mm.
Tổng chiều dài neo từ 9 đến 18m: Do các yêu cầu về điều kiện kỹ thuật hoặc yêu cầu về hình học, chiều dài một số neo cho tường có thể nhỏ hơn 9m. Chiều dài đoạn không liên kết tối thiểu là 4.5m. Chiều dài tối thiểu này nhằm giảm sự mất mát ứng suất không mong muốn trong suốt quá trình thử tải và mất mát do từ biến của cáp dự ứng lực.
Góc nghiêng của neo từ 10 đến 45 độ: Neo trong đất thường được lắp đặt với góc nghiêng từ 15 đến 35 độ mặc dù góc nghiêng từ 10 đến 45 độ có khả năng thi công được. Khi xác định góc nghiêng cần xem xét điều kiện chiều dài vùng liên kết phải ở phía sau mặt trượt giới hạn và ngàm vào trong lớp đất đá có khả năng chịu tải. Độ nghiêng lớn nhằm mục đích tránh các công trình tiện ích dưới đất, các móng của công trình liền kề, các điều kiện bắt buộc, hoặc tránh lớp đất yếu, khối đá. Neo được lắp đặt
càng gần với phương ngang càng tốt nhằm giảm lực theo phương đứng tác dụng lên kết cấu tường. Tuy nhiên, việc phun vữa với góc nghiêng nhỏ hơn 10 độ, đòi hỏi phải có các kỹ thuật đặc biệt.
4.1.4.5Xác định khoảng cách các neo
Bố trí khoảng cách neo hợp lý có thể giảm được momen uốn và chuyển vị ngang lớn nhất. Mỗi neo chịu tải trọng phần diện tích xung quanh và phải đảm bảo độ cứng kết cấu chống chuyển vị ngang và ảnh hưởng của các kết cấu dưới mặt đất đến góc nghiêng của neo.
Khoảng cách lớn nhất theo phương ngang của neo phải đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho phép của neo và ảnh hưởng của nhóm neo giữa các neo gần kề nhau ( giảm khả năng chịu tải trọng của từng neo ) là nhỏ nhất.
Mỗi neo được thiết kế để chịu tải trọng của phần diện tích xung quanh, dựa vào khoảng cách theo phương ngang và đứng giữa các neo. Kích thước, cường độ của neo, phương pháp khoan và phun vữa, đường kính và chiều dài lỗ khoan được lựa chọn để đảm bảo rằng neo có thể mang được tải trọng trong suốt thời gian khai thác. Khoảng cách theo phương ngang và phương đứng của các neo khác nhau và phụ thuộc vào yêu cầu của từng dự án, có thể lựa chọn dựa vào các yếu tố sau:
Đảm bảo độ cứng của kết cấu để chống lại chuyển vị ngang,
Các kết cấu hiện hữu dưới mặt đất có thể ảnh hưởng đến vị trí và góc nghiêng