7. Cấu trúc luận văn
1.5.2. Thiết kế tường vây bằng phương pháp số gia
1.5.2.1. Giới thiệu về phương pháp
Tường chắn nhiều thanh chống hoặc nhiều neo, nếu áp dụng phương pháp tính truyền thống là không kể đến sự biến dạng của thang chống và neo trong q trình thi cơng đào đất và ta được kết quả: lấy mô men chống uốn bên không đào làm chính, nếu tính theo phương pháp dầm đẳng trị, cũng thu được kết quả tương tự như hình 1.16 đã thể hiện rõ. Trong q trình thi cơng thực tế, khi đào đất thân tường sẽ có chuyển dịch, chống hoặc neo được lắp đặt vào khi thân tường đã có chuyển vị rồi, như thể hiện trong hình 1.16. Đối với trường hợp này trên đây cũng đã có giới thiệu sơ lược.
Hình 1.16. Sơ đồ mơmen theo phương pháp dầm tương đương
Hình 1.17. Sơ đồ quan hệ thanh chống với chuyển dịch của thân tường trong quá trình đào đất: 1) Chuyển dịch của tường sau lần đào thứ nhất; 2, 3) Chuyển vị của
tường sau lần đào thứ 2 và 3
Việc tính tốn nội lực của kiểu tường trong đất có nhiều chống hoặc nhiều neo này, Y.K.Cheung… đã từng đưa ra thống kê và lí luận tương đối có hệ thống.
Nhưng khi xét đến tồn bộ q trình thi cơng đào và chống giữ hố và mối quan hệ giữa biến dạng của thanh chống hoặc neo với lực chống thì phương pháp số của phần tử hữu hạn v.v… là phương pháp tương đối lí tưởng. Trong thực tế q trình chịu lực của tường chắn là quá trình tác động đồng thời giữa đất, tường, chống (hoặc neo), nội lực của tường có liên quan với tính chất của đất, độ cứng của tường, độ cứng của thanh chống (hoặc thanh neo) cũng như quá trình đào và chống. Phương pháp tính tốn nội lực của tường trong đất với nhiều chống (hoặc nhiều neo) trên cơ sở của phương pháp tính đơn giản hóa cọc, đất chịu tác động đồng thời của đất, tường, chống (hoặc neo) có kể tồn bộ q trình thi cơng từng bước chống giữ (hoặc neo giữ) và từng bước đào đất, đồng thời lại dùng lí luận để chứng minh chính xác của nó và dùng kết quả tính tốn thực tế để nói rõ.
1.5.2.2. Lý thuyết tính tốn
Với tường liên tục trong đất, lấy một mét dài làm đơn vị làm đơn vị tính tốn và xem nó là một dầm móng đàn hồi chịu tác động của áp lực đất: tác động của đất vào tường có thể biểu thị bằng một hệ thống lị xo đất giống như mơ hình Winkler, còn hệ số độ cứng K của lò xo thì xác định bằng định nghĩa K = N/∆, ∆ là chuyển vị tìm được của Boussinesq từ lí thuyết đàn hồi, N là lực tương ứng, K xác định là hàm số modun biến dạng E0 của đất, hệ số Poatxơng µs, diện tích đất chịu nén bi×d do lị xo làm đại diện như được thể hiện trên hình 1.18. Đối với lị xo đất từ mặt đào trở lên nếu là chịu kéo thì lị xo khơng gây ra tác động vì đất khơng chịu lực kéo, khi đó K = 0, cho lực tập trung của một lò xo đất sinh ra là xi, cho diện tích mà lị xo làm đại diện cho đất chịu nén là bi×d, d là độ rộng của phần tử tường, thường lấy d = 1m, thì áp lực phân bố tác động trên diện tích ấy là:
d b X q i i i (1.22)
Cho d < b, từ lời giải của Boussinesq có thể tính được chuyển vị ∆ dưới tác động của qi là: 0 2 0 2 1 1 E db dx E qd i s i s (1.23) 2 0 1 s i i bE X K (1.24)
ω là hệ số hình dạng có liên quan với b/d. Khi b/d = 1,0; ω = 0,8; khi b/d = 1,5; ω = 1,08, khi b/d = 2; ω = 2. Bởi vì ki y tương ứng với các lớp đất khác nhau có thể
phản ánh bằng Es, do đó Es của lớp đất cứng là lớn thì ki tương ứng cũng lớn, cho nên ki được xác định từ đó có thể xét đến chênh lệch của ki của lớp mềm và lớp cứng có thể lập thành chương trình máy tính và đã được vận dụng vào nhiều cơng trình thực, đã chứng minh là giữa tính tốn với kết quả thực đo là tương đối gần nhau.
Hình 1.18. Sơ đồ tính tốn theo phương pháp số gia
Trong hình 1.19a, thanh chống ở độ sâu H1 dưới mặt đất, tất yếu là phải đào đến độ sâu H1 + ∆H. Khi đó, tải trọng tương ứng và sơ đồ tính tốn như hình 1.19b. Oq1 là áp lực đất từ mặt đào trở lên, sau khi giải sẽ được phản lực x10, x20,…x60 của lò xo đất bên dưới mặt đào, nội lực và chuyển vị của thân tường tương ứng với lúc ấy sẽ có thể tìm được.
Hình 1.19. Sơ đồ q trình tính tốn của phương pháp số gia
Khi đặt thanh chống vào chỗ H1 bên dưới đỉnh tường, cho độ cứng lò xo của chống này là K, sau đó đào từ H1 + ∆H đến H2, sơ đồ tính tốn của q trình này như hình 1.19c, lượng tăng của áp lực đất là q1q2 mà khi đào tới H1 + ∆H, tức là ở
trạng thái như hình 1.19b, hai lị xo đất K1, K2 tác động vào thân tường có phản lực X10, X20, còn khi đào từ H1 + ∆H, đến H2, đất ở lò xo này bị đào đi mất nên K1 và K2 tương ứng khơng cịn nữa, nó tương đương với hai lực ở trên tường mà về mặt tác dụng có độ lớn tương đương và có phương chiều ngược lại với x10, x20 như hình 1.19c.
Do đó q1q2 và X10, X20,sẽ là số gia tải trọng của q trình tăng này và do lị xo đàn hồi K và lò xo đất ở bên dưới mặt đào cùng nhau gánh chịu và khi giải sẽ tìm được các phản lực lò XoX31, X32, X33, X34 , X35, X36 như hình 1.19d, nội lực thân tường và phản lực lò xo tác dụng trên thân tường của quá trình tăng sẽ được lực tác động trên tường, như hình 1.19d thể hiện, tức là số gia nội lực thân tường và chuyển vị thu được của quá trình hai lần tăng như hình 1.10b,c cộng dồn sẽ được nội lực và chuyển vị thân tường cuối cùng của q trình thi cơng như thể hiện trong hình 1.10d. Trên đây là q trình tính tốn của phương pháp số gia, nó hồn tồn có thể dùng trong trường hợp có nhiều chống hoặc nhiều neo.
1.5.2.3. Chứng minh lý luận của phương pháp
Khi đào đến H1 + ∆H, sơ đồ tính tốn và phản lực lị xo của đất ở bên dưới mặt đào như hình 1.19b, tưởng tượng tách ra một phần của tường, thì khi đó ngoại lực tác động vào tường có áp lực đất ở trên mặt đào và phản lực lò xo ở bên dưới mặt đào, như hình 1.20a. Lúc này hệ lực tác động lên tường là hệ lực cân bằng, khi lắp thanh chống vào chỗ H1 và đào từ H1 + ∆H đến H2, hệ lực không cân bằng đã biết tác động lên tường và tình hình gối tựa lị xo như hình 1.20b, hình 1.20a cho thấy là đào tới H2 thì nội lực và chuyển vị của thân tường có thể tính được từ hình 1.20b, sơ đồ tính tốn thể hiện trên hình 1.11b đã kể đến ảnh hưởng của việc lắp đặt thanh chống và trình tự thi cơng. Nếu chúng ta chứng minh được kết quả của hình 1.20b là cộng dồn kết quả của hình 1.20b,c thì tính chính xác của phương pháp số gia đã được khẳng định. Hình 1.20b có thể thu được từ cộng dồn hình 1.20c với 1.20d, kết quả của hình 1.20d và hình 1.20c là giống nhau, mà ngoại lực đã biết tác động lên tường ở hình 1.20c thì giống như hình 1.20a, chúng là một hệ cân bằng, cho là trên các lò xo gối tựa của hệ cân bằng 1.20c sẽ không sinh ra bất kì một lực mới nào nữa, do đó lấy phần tách ra ở tường của hình 1.20c, thì các ngoại lực tác động lên sẽ giống như kết quả của hình 1.20d. Do đó, nội lực và chuyển vị của tường ở hình 1.20b có thể thu được kết quả cộng dồn hai hình 1.19b,c. Với lý luận như vậy, thì trong tường có nhiều chống cũng có thể chứng minh được.
Hình 1.20. Sơ đồ chứng minh lý luận tính tốn theo phương pháp số gia
1.5.3. Nhận xét về các phương án thiết kế tính tốn tường vây hiện nay
Nói chung, các phương pháp tính tốn thiết kế tường vây tầng hầm nhà cao tầng hiện nay vẫn thường sử dụng các lý thuyết của các tác giả như Terzaghi, dầm trên nền đàn hồi lý thuyết Winkler…. áp lực tường chắn đất
Ở trong nước, hiện nay các tác giả thường tính tốn xác định chiều dầy tường vây trên cơ sở các bài tốn giải tích có kết hợp với các phương pháp số bằng các phần mềm. Các tác giả nghiên cứu về vấn đề này có thể kể tên như PGS.TS.Nguyễn Bá Kế, GS.TSKH.Nguyễn Văn Quảng, TS.Nguyễn Thế Phùng. Tuy nhiên, họ vẫn chưa xem xét sâu đến vấn đề mà vẫn chủ yếu dựa trên các lý thuyết tính tốn chưa đi sâu vào tính tốn một cơng trình cụ thể. Để áp dụng cụ thể các nghiên cứu và vận dụng các lý thuyết tính tốn tác giả xin đi đến áp dụng vào cơng trình cụ thể.Để đi xác định biện luận lựa chọn chiều dầy tường vây hợp lý cho các tầng hầm nhà cao tầng. Điều này địi hỏi phải có các nghiên cứu bổ sung để tính tốn lựa chọn loại hình tường vây và các tham số tường vây hợp lý cho các tầng hầm ở Việt Nam, đặc biệt là đối với cơng trình 345 Đội Cấn - Ba Đình - Hà Nội.
1.6. Nhận xét chương 1
Cơng trình tầng hầm nhà cao tầng đã được thiết kế và xây dựng nhiều tại các thành phố lớn trong và ngồi nước. Cùng theo đó là sự nghiên cứu phát triển áp dụng của các phương pháp chống giữ thành hố đào cũng như các phương pháp tính tốn ổn định thành hố đào. Tại mỗi cơng trình cần phân tích điều kiện cụ thể của cơng trình để có thiết kế số lượng tầng hầm, giải pháp chống giữ và tính ổn định cho thành hố đào.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TƯỜNG VÂY KHI THI CÔNG CÁC TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG
2.1. Khái quát chung
Xây dựng các cơng trình trong đơ thị, khu vực đơng dân cư luôn gặp phải các vấn đề: không gian thi công chật hẹp, công trường thi công nằm ngay gần nhà dân, gần đường giao thông…Khi triển khai thi công gặp phải rất nhiều vấn đề như: ách tắc giao thông, tiếng ồn, ô nhiễm môi trường trong thời gian thi cơng. Đặc biệt với các cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm, khi xây dựng các cơng trình này một phần cơng trình nằm trong lịng đất do đó gây ra các biến đổi: trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển... với các đặc điểm như vậy có thể gây lún hư hại cơng trình lân cận nếu như khơng có giải pháp thi cơng thích hợp. Do đó cần thiết phải lựa chọn phương pháp phù hợp thi cơng xây dựng các cơng trình.
Nói chung hiện nay ngun tắc chung của các phương pháp thi công tầng hầm bên dưới các tịa nhà cao tầng thì cơ bản phải đảm bảo được các yêu cầu tối thiểu sau:
- Phải đảm bảo sự ổn định của đất đá ở xung quanh hố móng các cơng trình tầng hầm;
- Đảm bảo điều kiện ổn định để cung cấp được việc đào, cắt xây dựng tường hố móng một cách an tồn tiện lợi;
- Đảm bảo được sự thích ứng, tương thích của kết cấu chống giữ và đất đá xung quanh các thành hố đào;
- Cung cấp ổn định, thiết lập được các bước khai đào một cách phù hợp tránh ảnh hưởng đến đất đá và các cơng trình xây dựng lân cận xung quanh;
- Quá trình xây dựng phải đảm bảo cơng tác thốt nước liên tục và tránh làm ảnh hưởng đến mực nước ngầm hoặc các đường ống nước ngầm cung cấp cho các hộ dân hoặc khu cơng nghiệp lân cận;
- Q trình xây dựng thì phải đảm bảo việc di dời đất đá an toàn và tránh ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.....
2.2. Phân tích các yếu tố địa chất ảnh hưởng đến thiết kế và thi cơng tường vây
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp thiết kế, thi cơng. Do đó chúng ta cần phải phân tích và đánh giá các yếu tố này một cách cụ thể, xem xét sự ảnh hưởng của chúng đến quá trình thiết kế, thi cơng các tầng hầm để tìm ra các giải pháp thi cơng phù hợp cho từng điều kiện cụ thể.
2.2.1. Các thông số địa cơ học đánh giá tính chất của đất nền bằng các thí nghiệm trong phịng
* Rây để phân loại cát:
- Cát to hạt lớn 0,50mm trên 50% trọng lượng.
- Cát trung chứa hạt lớn hơn 0,25% trên 50% trọng lượng. - Cát nhỏ chứa hạt lớn hơn 0,10% trên 75% trọng lượng. - Cát bụi chứa hạt nhỏ hơn 0,10% trên 75% trọng lượng.
* Phân loại đất theo thành phần hạt sét. (Φ ≤ 0,005mm)
- Đất sét chứa trên 30% hạt sét. - Sét pha chứa 10% - 30% hạt sét. - Cát pha chứa 3% - 10% hạt sét. - Cát chứa dưới 3% hạt sét.
* Phân loại theo chỉ số dẻo.
- Đất sét có Wn > 17. - Sét pha có 7 < Wn < 17. - Cát pha, có Wn < 17.
* Sàng để phân loại cuội sỏi và đá dăm.
- Cuội sỏi: Hạt trịn đường kính lớn hơn 2mm chiếm trên 50% theo trọng lượng.
- Đá săm: Hạt sắc cạnh, có đường kính lớn hơn 2mm chiếm trên 50% trọng lượng.
* Xác định độ chặt của của cát theo hệ số rỗng e. + Đối với cuội sỏi, cát to, cát trung:
-Khi có e < 0,55: trạng thái chặt
- Khi có 0,55 < e < 0,65: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,65 trạng thái rời xốp.
+ Đối với cát nhỏ.
- Khi có e < 0,6: trạng thái chặt
- Khi có 0,6 < e < 0,70: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,70 trạng thái rời xốp.
+ Đối với cát bụi:
-Khi có e < 0,6: trạng thái chặt
- Khi có 0,6 < e < 0,8: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,80 trạng thái rời xốp.
* Xác định trạng thái của đất theo độ sệt B (hoặc I)
-Đất ở trạng thái rắn khi có B ≤ 0 tức là W ≤ Wp. - Đất ở trạng thái nửa rắn khi B ≤ 0,2.
- Đất ở trạng thái dẻo cứng khi có 0,25 ≤ B ≤ 0,50 - Đất ở trạng thái dẻo mềm khi 0,5 ≤ B ≤ 0,75. - Đất ở trạng thái dẻo nhão khi 0,75 ≤ B ≤ 1. - Đất ở trạng thái nhão khi B > 1.
* Xác định tính chất của đất theo góc ma sát trong φ0.
-Đất rất yếu φ0 < 50 - Đất yếu 50 < φ0 < 100
- Đất trung bình 100 < φ0 < 200 - Đất tốt 200 < φ0 < 300 - Đất rất tốt φ0 > 300
2.2.2. Các tham số của nước ngầm
Trong xây dựng cơng trình ngầm trong đó có xây dựng tầng hầm nhà cao tầng các nhân tố địa chất đóng vai trị quyết định trong nhiều vấn đề lớn kể từ việc xác định tính khả thi tới giá thành cơng trình. Khác với các loại cơng trình khác, trong cơng trình ngầm, đất khơng chỉ chịu tải, mà cịn như là mơi trường bảo vệ cơng trình. Khi thi cơng các hố đào sâu, ngay từ ban đầu, độ bền của đất giữ cho thành hố đào ổn định cho tới khi các biện pháp chống đỡ gia cường được thi công lắp dựng và làm việc. Ngay cả khi thiết kế gia cường, cường độ của đất cũng được tính tốn tham gia mang tải góp phần ổn định cơng trình. Đất đá xung quanh cơng trình ngầm, về một khía cạnh nào đó, có thể xem như là vật liệu xây dựng tương tự như sắt thép, bê