L ỜI CẢM ƠN
3.2 Mụ hỡnh tớnh toỏn bằng phần mềm PTHH Plaxis
3.2.1 Mụ hỡnh bài toỏn
Bài toỏn nghiờn cứu ảnh hưởng cỏc thụng số của neo đến dịch chuyển vị và monen của tường võy trong thi cụng nhà ga ngầm. Lấy mặt cắt địa chất nhà ga Ba Son làm thụng số để tớnh toỏn và nghiờn cứu
Bảng 3.1.Thụng số Địa chất ga Ba son [14] Thụng số đất nền Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Đơn vị Tờn lớp Đất đắp Cỏt hạt nhỏ lẫn bựn Cỏt Cỏt Cỏt Bựn sột cứng Cỏt bchặt ột
Mụ hỡnh vật liệu MC MC MC MC MC MC - Dung trọng tự nhiờn
unsat
γ 17.5 19.5 16 19.0 19.0 21.0 kN/m3
Dung trọng bĩo hũa
sat γ 18.1 19.7 20.5 21.0 21.1 21.2 3 /m kN Trị số SPT trung bỡnh 2 5 14 20 24 48 Mụ đun đàn hồi E 11000 6000 11000 24000 28800 57600 2 /m kN Hệ số Poisson ν 0.3 0.30 0.3 0.35 0.4 0.45 - Lực dớnh c 15 1 1 0 0 300 2 /m kN Gúc ma sỏt trong ϕ 10 22 25 33 34 0 Độ Gúc trương nở ψ 0 0 1 3 4 0 Độ Hệ số thấm k 0.00432 0.03024 0.01728 0.01296 0.00864 0.0013 m/ng.đ
Chiều dày lớp đất 3.8 2.8 10.7 8 10.5 m
Căn cứ vào kớch thước hố đào, bề rộng của mụ hỡnh là 2x35+22 = 92 m. Chiều cao mụ hỡnh là 41m, chiều cao đào 16,6m , chiều dài của tường 33m, phần tường dưới cao độ dỏy múng là 16,4 m. Hố đào được chống đỡ bằng tường tường liờn tục trong đất kết hợp với 5 tầng neo trong đất. Hàng neo bờn trờn cỏch mặt đất 1,6m và cỏc hàng neo cũn lại cỏch đều nhau 3m. Đoạn chiều dài liờn kết là 19m, Chiều dài khụng liờn kết (bầu neo) lấy 10m. Đường kớnh bầu neo d= 0,3cm.
Hỡnh 3.2. Mặt cắt ngang hố đào
Cỏc bài toỏn đặt ra
Bài toỏn 1: Phõn tớch ảnh hưởng của chiều dài bầu neo đến chuyển vị và monen của tường
Bài toỏn 2: Phõn tớch ảnh hưởng của khoảng cỏch theo phương ngang của neo đến chuyển vị và monen của tường.
Bài toỏn 3: Phõn tớch ảnh hưởng của lực ứng trước của neo đến chuyển vị và monen của tường.
Mục tiờu:
Bài toỏn được xõy dựng dựa trờn thụng số địa chất của nhà ga ngầm Ba son trong tuyến metro Số 1: Bến Thành – Suối Tiờn. Vỡ địa chất nơi đất yếu hơn so với khu vực Bến Thành, gần bờ sụng Sài Gũn nờn dể sạc lở. Ngồi ra, tại đõy cú thể sử dụng phương phỏp tường trong đất kết hợp với neo vỡ nhà ga xõy dựng trờn khuụn viờn rộng lớn, xung quanh ớt cụng trỡnh hiện hữu và hệ thống thiết bị thụng tin liờn lạc ngầm, nờn thuận tiện trong quỏ tỡnh thi cụng, ớt ảnh hưởng cỏc cụng trỡnh ngầm và cụng trỡnh lõn cận. Với việc phõn tớch trờn, ta chọn địa chất khu vực ga Ba son là địa chất để tớnh toỏn và mụ phỏng của luận văn.
Giả sử cỏc bầu neo nằm ngồi cung trượt của đất nền, ta chỉ khảo sỏt ảnh hưởng cỏc thụng số của neo đến tường liờn tục trong đất. Từ đú đưa ra nhận xột,
đỏnh giỏ về cỏc thụng số đú ảnh hưởng đến việc thi cụng nhà ga ngầm khi kết hợp neo trong đất với tường liờn tục trong đất
Bảng 3.2.Cỏc đặc trưng của tường BTCT liờn tục trong đất
Số Thụng liệu Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
Ứng xử của vật - - Elastic
Độ cứng dọc trục EA kN/m 2,16E+07
Độ cứng khi uốn EI kNm2/m 1.52E+06
Bề dày tương đương d m 0,8
Trọng lượng w kN/m/m 7,2
Hệ số poisson v - 0.15
Tổng chiều dài của neo là 33m, cú gúc nghiờng 15 độ so với phương ngang. Phần tử node to node được dựng để mụ hỡnh đoạn chiều dài khụng liờn kết của neo trong đất. Phần tử geogrid dựng để mụ hỡnh chiều dài đoạn liờn kết của neo. Lực neo sẽ được truyền vào neo trong quỏ trỡnh phõn tớch, tớnh toỏn mà khụng được gỏn trước vào mụ hỡnh.
Bảng 3.3. Cỏc đặc trưng của đoạn chiều dài khụng liờn kết
Thụng số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
Ứng xử của vật liệu - - Elastic
Độ cứng dọc trục ΕΑ kN/m 1,484E+07
Khoảng cỏch theo phương ngang Ls m 1,5
Bảng 3.4. Cỏc đặc trưng của đoạn chiều dài liờn kết
Thụng số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
Ứng xử của vật liệu - - Elastic
Mụ hỡnh bài toỏn được thể hiện trờn hỡnh 3.2 Lưới phần tử hữu hạn được phỏt sinh với độ thụ tổng thể loại rất mịn, lưới xung quanh phần tử tường được làm mịn hơn để mụ hỡnh chớnh xỏc hơn ứng xử của đất và tường. Điều kiện biờn gồm tớnh ngàm chuẩn (Ux = Uy = 0) cho mặt đỏy nằm ngang và tớnh ngàm ngang (Ux = 0) cho 2 mặt đứng. Điều kiện ban đầu đũi hỏi phải phỏt sinh ỏp lực nước và ứng suất ban đầu. Đường mực nước được đưa vào mụ hỡnh ở chiều sõu cỏch mặt đất 2.4m. Áp lực nước được phỏt sinh và sau đú ứng suất ban đầu được tớnh toỏn bằng hệ số K0.
Quỏ trỡnh thi cụng được mụ phỏng bằng nhiều giai đoạn khỏc nhau:
Giai đoạn 1,Thiết lập tường và lực phõn bố tỏc động khi thi cụng (Hỡnh 3.3)
Hỡnh 3.3. Giai đoạn 1
Hỡnh 3.4. Thi cụng giai đoạn 2
Giai đoạn 3, lắp đặt hàng neo thứ 1 và đào đến cao độ tầng neo thứ 2 (Hỡnh 3.5)
Hỡnh 3.5. Thi cụng giai đoạn 3
Hỡnh 3.6. Thi cụng giai đoạn 4
Giai đoạn 5, lắp đặt hàng neo thứ 3 và đào đến cao độ tầng neo thứ 4 (hỡnh 3.7).
Hỡnh 3.7. Thi cụng giai đoạn 5
Hỡnh 3.8. Thi cụng giai đoạn 6
Giai đoạn 7, lắp đặt hàng neo thứ 5 và đào đến cao độ đỏy hố múng (hỡnh 3.9).
Hỡnh 3.10. Biểu đồ momen và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 7 theo mụ hỡnh của Moh-Colum
3.2.2 Bài toỏn 1: Phõn tớch ảnh hưởng khi thay đổi chiều dài bầu neo đến chuyển vị và monen của tường chuyển vị và monen của tường
Cho chiều dài bầu neo (B) thay đổi từ 2 đến 11m. Ta xõy dưng mụ hỡnh 10 bài toỏn bằng phần mềm Plasix với cỏc trường hợp thay đổi chiều dài bầu neo. Cỏc thụng số cũn lại vẫn giữ nguyờn theo bảng 3.1, 3.2, 3.3 và 3.4 . Với 7 giai đoạn đào đất như
Giai đoạn 1,Thiết lập tường và lực phõn bố tỏc động khi thi cụng (Hỡnh 3.3) Giai đoạn 2, đào đất đến cao độ của hàng neo thứ 1 (Hỡnh 3.4)
Giai đoạn 3, lắp đặt hàng neo thứ 1 và đào đến cao độ tầng neo thứ 2 (Hỡnh 3.5) Giai đoạn 4, lắp đặt hàng neo thứ 2 và đào đến cao độ tầng neo thứ 3 (Hỡnh 3.6) Giai đoạn 5, lắp đặt hàng neo thứ 3 và đào đến cao độ tầng neo thứ 4 (Hỡnh 3.7) Giai đoạn 6, lắp đặt hàng neo thứ 4 và đào đến cao độ tầng neo thứ 5 (Hỡnh 3.8)
Giai đoạn 7, lắp đặt hàng neo thứ 5 và đào đến cao độ đỏy hố múng (hỡnh 3.9). Ta được kết quả bài toỏn như sau:
a.Chiều dài bầu neo 7m b.Chiều dài bầu neo 9m c.Chiều dài bầu neo 11m
Hỡnh 3.11. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường sau thi hồn thành đào theo mụ hỡnh của Moh-Colum
a.Chiều dài bầu neo 7m b.Chiều dài bầu neo 9m c.Chiều dài bầu neo 11m
Hỡnh 3.12. Biểu đồ momen uốn của tường sau thi hồn thành đào theo mụ hỡnh của Moh-Colum
Bảng 3.5.Bảng tổng hợp thay đổi chuyển vị và momen của tường Chiều dài
bầu neo (B) Chuyển vị tường (Ux) Chờnh lệch chuyển vị so với B=2m Momen uốn của tường(M) Chờnh lệch momen so với B=2m (m) (cm) % KN/m % 2 8,37 0 849,06 0 3 7,957 4,9 832,61 1,9 4 7,632 8,8 814,12 4,1 5 7,352 12,2 793,66 6,5 6 7,078 15,4 783,86 7,7 7 6,906 17,5 773,94 8,8 8 6,678 20,2 760,88 10,4 9 6,538 21,9 758,69 10,6 10 6,37 23,9 753,75 11,2 11 6,247 25,4 751,33 11,5
Hỡnh 3.13. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa chiều dài bầu neo (B) và chuyển vị (Ux) của tường
Hỡnh 3.14. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa chiều dài bầu neo (B) và momen uốn (M) của tường
Dựa vào kết quả của biểu đồ momen uốn và chuyển vị theo mụ hỡnh của Moh-Colum, giỏ trị tung độ dương và õm trờn biểu đồ chờnh nhau khỏ lớn và tập trung ở đoạn chiều sõu tường gần cao độ đào hơn. Khi tăng chiều dài bầu neo trong khoảng 2m-đến 5m thỡ ảnh hưởng lớn momen uốn của tường giảm nhanh, tức là ảnh hưởng lớn đến momen uốn của tường. Tiếp tục tăng chiều dài neo từ 5m-8m và từ 8m đến 12 thỡ monen cũng giảm theo nhưng theo chiều hướng biến động ớt hơn so với giai đoạn trước. Khi chiều dài bầu neo B=2m thỡ chuyển vị ngang của tường là 8,37 cm lớn hơn chuyển vị cho phộp của tường là 1/200Hhố =1/200x16,3=8,3 cm nờn trường hợp nay khụng đảm bảo an tồn khi thiết kế và thi cụng
3.2.3 Bài toỏn 2: Phõn tớch ảnh hưởng khi thay đổi khoảng cỏch cỏc neo theo phương ngang đến chuyển vị và monen của tường. phương ngang đến chuyển vị và monen của tường.
Ta thay đổi khoảng cỏch ngang (Ls) của cỏc neo như bảng Ls= 1,5m, Ls=2m, Ls=2,5m, Ls=3m ,Ls=3,5, Ls=4m, Ls=4,5m. Ta xõy dưng mụ hỡnh 7 bài toỏn bằng phần mềm Plasix với cỏc trường hợp thay đổi khoảng cỏch ngang (Ls) của cỏc neo trong bảng 3.3 (đặc trưng đoạn chiều dài khụng liờn kết). Cỏc thụng số cũn lại vẫn giữ nguyờn theo bảng 3.1, 3.2, 3,4. Với 7 giai đoạn đào đất như :
Giai đoạn 1, thiết lập tường và lực phõn bố tỏc động khi thi cụng (Hỡnh 3.3) Giai đoạn 2, đào đất đến cao độ của hàng neo thứ 1 (Hỡnh 3.4)
Giai đoạn 3, lắp đặt hàng neo thứ 1và đào đến cao độ tầng neo thứ 2 (Hỡnh 3.5) Giai đoạn 4, lắp đặt hàng neo thứ 2 và đào đến cao độ tầng neo thứ 3 (Hỡnh 3.6) Giai đoạn 5, lắp đặt hàng neo thứ 3 và đào đến cao độ tầng neo thứ 4 (Hỡnh 3.7) Giai đoạn 6, lắp đặt hàng neo thứ 4 và đào đến cao độ tầng neo thứ 5 (Hỡnh 3.8) Giai đoạn 7, lắp đặt hàng neo thứ 5 và đào đến cao độ đỏy hố múng (Hỡnh 3.9).
a. Ls=1,5m b. Ls=3m c. Ls=4,5m
Hỡnh 3.15. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường khi thay đổi khoảng cỏch cỏch neo (Ls)
a. Ls=1,5m b. Ls=3,5m c. Ls=4,5m
Hỡnh 3.16. Biểu đồ momen uốn của tường sau thi hồn thành đào theo mụ hỡnh của Moh-Colum khi thay đổi khoảng cỏch neo (Ls)
Bảng 3.6.Tổng hợp thay đổi chuyển vị và momen của tường do thay đổi khoảng cỏch neo (Ls) Khoảng cỏch cỏc neo (Ls) m Chuyển vị tường (Ux) cm Chờnh lệch chuyển vị so với Ls=1.5m Momen uốn của tường (M) Kn/m Chờnh lệch momen so với Ls=1.5m 1,5 6,37 0 753,75 0 2 6,455 -1,3 758,27 -0,6 2,5 6,511 -2,2 762,79 -1,2 3 6,529 -2,4 767,19 -1,8 3,5 6,551 -2,8 771,27 -2,3 4 6,571 -3,1 775,36 -2,8 4,5 6,591 -3,4 779,22 -3,3
Hỡnh 3.17. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa khoảng cỏch cỏc neo (Ls) và chuyển vị (Ux) của tường
Hỡnh 3.18. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa khoảng cỏch cỏc neo (Ls) và momen uốn (M) của tường
Nhận xột kết quả bài toỏn khi khoảng cỏch ngang của cỏc neo
Dựa vào kết quả của biểu chuyển vị (Hỡnh 3.17), khi thay đổi khoảng cỏch neo theo phương ngang chuyển vị của tường cũng thay đổi theo tỉ lệ thuận .Khi tăng khoảng cỏch ngang của neo lờn, từ khoảng 1,5m đến 2,5m thỡ ảnh hưởng lớn đến
chuyển vị của tường theo chiều hướng tăng lờn nhiều hơn. Việc tăng khoảng cỏch ngang từ 2,5m đến 4,5m thỡ chuyển vị cú tăng theo nhưng khụng đỏng kể. Đối với biểu đồ momen uốn của tường (Hỡnh 3.18), thỡ khoảng cỏch cỏc neo tăng thỡ momen cũng tăng như dạng đồ thị cựa 1 đường thẳng. Nờn khuyến cỏo chọn khoảng cỏch ngang của neo khi thiết kế từ 1,5m đến 2,5m (tức là từ 5d đến 8d, d là đường kớnh bầu neo)
3.2.4 Bài toỏn 3: Phõn tớch ảnh hưởng của lực ứng trước của neo đến chuyển vị và monen của tường. và monen của tường.
Khi bài toỏn chưa gia tải ứng lực trước của neo, thỡ lực của neo được tạo ra trong mụ hỡnh Plasix là lực F (F1, F2, F3, F4, F5 tương ứng với lực cỏc tầng neo). Ta thay đổi lực ứng trước của neo (F) trong cỏc giai đoạn bằng cỏch tăng hoặc giảm đều lực F (F1, F2, F3, F4, F5 ) của 5 tầng neo theo bước nhảy là 10% .
Bảng 3.7.Cỏc trường hợp khi thay đổi lực neo Lực
của tầng
neo
Chưa
gia tải Khi gia tải trong giai đoạng đào F KN/m F + 10% KN/m F + 20% KN/m F + 30% KN/m F + 40% KN/m F + 50% KN/m F + 60% KN/m F - 10% KN/m F-20% KN/m) F-30% KN/m F1 121 133,1 145,2 157,3 169,4 181,5 193,6 108,9 96,8 84,7 F2 178 195,8 213,6 231,4 249,2 267 284,8 160,2 142,4 124,6 F3 208 228,8 249,6 270,4 291,2 312 332,8 187,2 166,4 145,6 F4 224 246,4 268,8 291,2 313,6 336 358,4 201,6 179,2 156,8 F5 226 248,6 271,2 293,8 316,4 339 361,6 203,4 180,8 158,2
Ta xõy dưng mụ hỡnh 10 bài toỏn bằng phần mềm Plasix. Cỏc thụng số cũn lại vẫn giữ nguyờn theo bảng 3.1, 3.2, 3,3 và 3,4. Với 7 giai đoạn đào đất như :
Giai đoạn 1,Thiết lập tường và lực phõn bố tỏc động khi thi cụng (Hỡnh 3.3) Giai đoạn 2, đào đất đến cao độ của hàng neo thứ 1 (Hỡnh 3.4)
Giai đoạn 3, lắp đặt hàng neo thứ 1, gia tải ứng lực cho neo và đào đến cao độ tầng neo thứ 2 (Hỡnh 3.5)
Giai đoạn 4, lắp đặt hàng neo thứ 2, gia tải ứng lực cho neo và đào đến cao độ tầng neo thứ 3 (Hỡnh 3.6)
Giai đoạn 5, lắp đặt hàng neo thứ 3, gia tải ứng lực cho neo và đào đến cao độ tầng neo thứ 4 (Hỡnh 3.7)
Giai đoạn 6, lắp đặt hàng neo thứ 4, gia tải ứng lực cho neo và đào đến cao độ tầng neo thứ 5 (Hỡnh 3.8)
Giai đoạn 7, lắp đặt hàng neo thứ 5, gia tải ứng lực cho neo và đào đến cao độ đỏy hố múng (Hỡnh 3.9).
Ta được kết quả bài toỏn như sau:
Bảng 3.8.Biến thiờn lực neo ảnh hưởng đến chuyển vị và momen của tường Biến thiờn lực F ∆F Lực F + Biến thiờn của lực (∆F) (%) KN Chuyển vị tường (Ux) cm Chờnh lệch chuyển vị so 0% Momen uốn của tường (M) Kn/m Chờnh lệch momen so 0% +60% F+60% 5,12 20,51 656,78 14,76 +50% F+50% 5,273 17,01 668,44 12,76 +40% F+40% 5,443 13,36 682,77 10,40 +30% F+30% 5,612 9,94 695,56 8,37 +20% F+20% 5,778 6,78 713,33 5,67 +10% F+10% 5,977 3,23 734,01 2,69 0% F+0 6,17 0,00 753,75 0,00 -10% F-10 6,366 -3,08 773,44 -2,55 -20% F-20 6,567 -6,05 797,42 -5,48 -30% F-30 6,766 -8,81 820,41 -8,13
Hỡnh 3.19. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa biến thiờn lực neo (F+∆F) và chuyển vị (Ux) của tường
Hỡnh 3.20 . Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa biến thiờn lực neo (F+∆F) và momen uốn (M) của tường
a. F-30 a. F+20%
F+60%
Hỡnh 3.19. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa lực neo và momen uốn (M) của tường
Nhận xột kết quả bài toỏn khi khoảng cỏch ngang của cỏc neo
Dựa vào kết quả của biểu đồ mụ men uốn và chuyển vị. Khi thay đổi ứng lực trước F của cỏc tầng neo thỡ chuyển vị của tường và momen thay đổi theo chiều ngược lại. Lực F của cỏc tầng neo giảm xuống thỡ chuyển vị của tường và momen tăng lờn.
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận
Neo trong đất cú tỏc dụng rất lớn trong ổn định tường chắn và lựa chọn kết cấu tường. Khi bố trớ neo hợp lý sẽ khử được cỏc điểm chảy dẻo trong đất, từ đú giữ định mỏi đất. Neo cũng làm giảm mụ men uốn và chuyển vị ngang của tường nờn giảm được vật liệu khi thiết kế kết cấu tường
Đề tài đĩ giới thiệu và đỏnh giỏ mức độ ảnh hưởng của neo đối với tường võy khi thay đổi cỏc thụng số của neo trong hệ thống tường giữ ổn định hố đào cú sử