ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG CHẮN ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU
5.4 ĐỀ SUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN MSE
1. Phương án 1: thiết kế tường chắn có cốt với vật liệu đắp là xỉ than.
2. Phương án 2: thiết kế tường chắn có cốt với vật liệu đắp là cấp phối thiên nhiên.
I. PHƯƠNG ÁN 1: Sử dụng vật liệu đắp là xỉ than 1. Thông số ban đầu :
Các lớp mặt đường
BTNC 12 DÀY 5CM γ= 2.4 T/m3
BTNC 19 DÀY 7CM γ= 2.4 T/m3
CP ĐÁ DĂM DÀY 30CM γ= 2.1 T/m3
Xỉ Than γ= 1.561 T/m3
Chiều cao đường đầu cầu h= 10.5 m
Khoảng cách lớp cốt h1= 0.75 m
Số lớp cốt n= 13 lớp
Bảng 5.1 : Bảng các thông số ban đầu 2. Tính toán tải trọng tác dụng lên mỗi lớp cốt
Lớp Cốt
Thành phần tải trọng Tải TK
(T/m2)
Khối lượng cốt(T)
1 KCAD + Lớp xỉ than dày 33cm+hoạt tải 3.075 0.031
2 Tải TK 1 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 1 3.984 0.031 3 Tải TK 2 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 2 4.893 0.031 4 Tải TK 3 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 3 5.802 0.031 5 Tải TK 4 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 4 6.711 0.031 6 Tải TK 5 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 5 7.620 0.031 7 Tải TK 6 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 6 8.529 0.031 8 Tải TK 7 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 7 9.438 0.031 9 Tải TK 8 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 8 10.347 0.031 10 Tải TK 9 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 9 11.256 0.031 11 Tải TK 10 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 10 12.165 0.031 12 Tải TK 11 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 11 13.074 0.031 13 Tải TK 12 + lớp xỉ than dày 75cm+ cốt lớp 12 13.983 0.031
Bảng 5.2 : Bảng tính toán tải trọng 3. Thông số loại cốt sử dụng:
Sử dụng cốt có gờ để sử dụng cho tường chắn có cốt.
Thông số Số liệu Đơn vị
E 2100000 kg/cm2
chu vi c 0.0314 m
diện tích 0.0000785 m2
Bảng 5.3 Thông số cốt sử dụng
Sử dụng 3 cốt 10 trên 1 hàng của 1 tấm panel với khoảng cách cốt 37.5cm.
4. Tính toán chiều dài cốt ứng với các lớp : Chiều dài cốt L được xác định từ công thức:
Trong đó:
L – Chiều dài cốt F – Lực kéo trong cốt
c –Chiều rộng quy đổi bề mặt tiếp xúc với đất. chu vi cốt σv– Áp lực thẳng đứng phân bố đều tác dụng lên cốt.
Từ kết quả nghiên cứu phần I, ta xác định được hệ số ma sát với từng lớp cốt ứng với các cấp tải trọng.
Hình 5.1 biểu đồ quan hệ ma sát – áp lực
Hình 5.2 Biểu đồ quan hệ lực kéo-áp lực - Bảng tính toán chiều dài cốt
Lớp Cốt Z Lực Fi biến dạng ma sát tải trọng Ltt
1 0.75 10.021 612.647 3.142 30.75 2.3
2 1.50 11.009 712.421 2.664 39.84 2.5
3 2.25 11.863 812.195 2.337 48.93 2.6
4 3.00 12.620 911.969 2.097 58.02 2.8
5 3.75 13.306 1011.743 1.911 67.11 2.9
6 4.50 13.934 1111.517 1.762 76.20 3.0
7 5.25 14.517 1211.291 1.640 85.29 3.2
8 6.00 15.061 1311.065 1.538 94.38 3.3
9 6.75 15.572 1410.839 1.450 103.47 3.5
10 7.50 16.056 1510.613 1.375 112.56 3.6
11 8.25 16.516 1610.387 1.308 121.65 3.7
12 9.00 16.954 1710.161 1.250 130.74 3.8
13 9.75 17.373 1809.935 1.197 139.83 4.0
Bảng 5.3 Bảng tính toán lựa chọn chiều dài cốt Với : Ltt= L.Kođ
Trong đó Kođ =1.4 : hệ số ổn định (theo AASHTO) - Kiểm tra điều kiện ổn định nội bộ:
+ Khu vực chủ động nằm ngoài mặt phá hoại nội bộ chính là khu vực gây ra lực kéo trong cốt( nếu không bố trí cốt thì mặt tường bao sẽ chịu áp lực đẩy của khối đất trong khu vực này). Do vậy cần xác định mặt phá hoại để xác định chiều dài cốt đảm bảo tính ổn định của tường chắn.
+Trong đồ án, sử dụng loại cốt cứng ít biến dạng nên mặt phẳng phá hoại dạng parabol được xem gần đúng như một mặt gãy khúc gồm 2 mặt phẳng : 1 mặt phẳng nghiêng so với phương nằm ngang một góc
450+φ/2 và một mặt phẳng đứng song song với mặt tường bao và cách
mép đỉnh mặt tường bao 0.3H.
Hình 5.3 Mặt phá hoại của tường chắn có cốt ( theo I.3.1.12- Thiết kế và thi công tường chắn có cốt- GS.TS Dương Học Hải)
- Lựa chọn chiều dài cốt:
+ Điều kiện đảm bảo ổn định nội bộ tường chắn + Điều kiên đảm bảo ma sát giữa đất và cốt + Điều kiện thi công , bố trí cốt thép.
Dựa vào các điều kiện trên ta xác định được chiều dài cốt theo bảng sau:
Lớp Cốt Ltt (m) Lôđ Ltt+Lôđ Lchọn
(m)
1 2.3 3.15 5.45 6.5
2 2.5 3.15 5.65 6.5
3 2.6 3.15 5.75 6.5
4 2.8 3.15 5.95 6.5
5 2.9 3.15 6.05 6.5
6 3 3.15 6.15 6.5
7 3.2 3.15 6.35 6.5
8 3.3 2.70 6.00 6
9 3.5 2.25 5.75 6
10 3.6 1.80 5.40 6
11 3.7 1.35 5.05 6
12 3.8 0.90 4.70 6
13 4 0.45 4.45 6
II. PHƯƠNG ÁN 2: Sử dụng vật liệu đắp là CPTN 1. Thông số ban đầu
BTNC 12 DÀY 5CM γ= 2.4 T/m3
Các BTNC 19 DÀY 7CM γ= 2.4 T/m3
lớp CP ĐÁ DĂM DÀY 30CM γ= 2.1 T/m3
mặt Cấp phối thiên nhiên γ= 2.031 T/m3
đường Chiều cao đường đầu cầu h= 10.5 m
Khoảng cách lớp cốt h1= 0.75 m
Số lớp cốt n= 13 lớp
Bảng 5.4: Bảng các thông số ban đầu 2. Tính toán tải trọng tác dụng lên mỗi lớp cốt
Lớp
Cốt Thành phần tải trọng
Tải TK (T/m2)
Khối lượng cốt(T)
1 KCAD + Lớp CPTN dày 33cm+hoạt tải 3.191 0.025
2 Tải TK 1 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 1
4.359 0.025
3 Tải TK 2 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 2
5.526 0.025
4 Tải TK 3 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 3
6.693 0.025
5 Tải TK 4 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 4
7.861 0.025
6 Tải TK 5 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 5
9.028 0.025
7 Tải TK 6 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 6
10.196 0.025
8 Tải TK 7 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 7
11.363 0.025
9 Tải TK 8 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 8
12.531 0.025
10 Tải TK 9 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 9
13.698 0.025
11 Tải TK 10 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 10
14.866 0.025
12 Tải TK 11 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 11
16.033 0.025
13 Tải TK 12 + lớp CPTN dày 75cm+ cốt lớp 12
17.200 0.025
Bảng 5.5 : Bảng tính toán tải trọng 3. Thông số loại cốt sử dụng:
LOẠI CỐT SỬ DỤNG φ10 CỐT Cể GỜ
E= 2100000 kg/cm2
chu vi c= 0.0314 m
diện tích Fthep= 0.0000785 m2 Bảng 5.6 Thông số cốt sử dụng
Sử dụng 3 cốt θ10 trên 1 đơn vị tấm panel với khoảng cách cốt 37.5cm.
4. Tính toán chiều dài cốt ứng với các lớp Chiều dài cốt L được xác định từ công thức:
Trong đó:
L – Chiều dài cốt F – Lực kéo trong cốt
c –Chiều rộng quy đổi bề mặt tiếp xúc với đất. chu vi cốt σv– Áp lực thẳng đứng phân bố đều tác dụng lên cốt.
Từ kết quả nghiên cứu phần I, ta xác định được hệ số ma sát với từng lớp cốt ứng với các cấp tải trọng.
Hình 5.4 biểu đồ quan hệ ma sát – áp lực
Hình 5.5 Biểu đồ quan hệ lực kéo-áp lực - Bảng tính toán chiều dài cốt
lớp 1 Z Lực Fi biến dạng ma sát tải trọng Chọn L
1 0.75 12.48 721.283 4.087 31.91 2.2
2 1.50 14.96 856.023 3.610 43.59 2.3
3 2.25 17.44 1084.585 3.284 55.26 2.4
4 3.00 19.91 1233.183 3.043 66.93 2.4
5 3.75 22.39 1382.216 2.855 78.61 2.4
6 4.50 24.87 1531.686 2.702 90.28 2.5
7 5.25 27.35 1712.234 2.574 101.96 2.6
8 6.00 29.82 1831.934 2.465 113.63 2.6
9 6.75 32.30 1933.243 2.371 125.31 2.6
10 7.50 34.78 2124.231 2.289 136.98 2.7
11 8.25 37.25 2264.234 2.215 148.66 2.7
12 9.00 39.73 2371.231 2.150 160.33 2.7
13 9.75 42.21 2596.145 2.090 172.00 2.8
Bảng 5.6Bảng tính toán lựa chọn chiều dài cốt Với : Ltt= L.Kođ
Trong đó Kođ =1.4 : hệ số ổn định ( lấy theo tiêu chuẩn AASHTO)
Dựa vào các điều kiện lựa chọn chiều dài cốt trên ta xác định được chiều dài cốt theo bảng sau:
lớp 1 Ltt (m) Lôđ Ltt+ Lôđ Lchọn (m)
1 2.2 3.15 5.35 6
2 2.3 3.15 5.45 6
3 2.4 3.15 5.55 6
4 2.4 3.15 5.55 6
5 2.4 3.15 5.55 6
6 2.5 3.15 5.65 6
7 2.6 3.15 5.75 6
8 2.6 2.70 5.30 6
9 2.6 2.25 4.85 5
10 2.7 1.80 4.50 5
11 2.7 1.35 4.05 5
12 2.7 0.90 3.60 5
13 2.8 0.45 3.25 5
Bảng 5.7 Lựa chọn chiều dài cốt
Để tìm ra phương án tối ưu trong hai phương án đã đưa ra ở trên thì ta phải tiến hành phân tích, so sánh, lựa chọn giữa hai phương án đó dựa vào các chỉ
tiêu chủ yếu sau:
- Chỉ tiêu về điều kiện thi công, nguồn vật liệu, nhân lực.
- Chỉ tiêu về điều kiện khai thác, sử dụng.
- Chỉ tiêu về mặt mỹ quan.
- Chỉ tiêu về tác động môi trường.
- Chỉ tiêu về giá thành .