CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG CHẮN BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
3.2 Các bước thiết kế dãy cọc ximăng - đất để gia cố thành hố đào
Thông thường để gia cố thành hố đào hố đào bằng cọc ximăng - đất thì sơ đồ bố trí cọc theo loại này thường được sử dụng như sau: cọc cát tuyến (Secant piles), cọc xếp theo hàng (rows of overlagging piles), girds or lattices (ô lưới cọc), Blocks…
Nhưng đối với việc gia cố vách hố đào hiện nay thường sử dụng là: secant piles, rows of overlagging piles, gird of piles.
Hình 3.6 Cọc cát tuyến (Secant piles) Hình 3.7 Ô lưới cọc (Girds or lattices)
Hình 3.8 Bố trí cọc theo khối hình chữ nhật Hình 3.9 Bố trí cọc theo khối đào tròn
Hình 3.10 Tường cọc ximăng - đất có gia cường thép hình
Ngoài ra, tùy theo hình dạng và chiều sâu hố đào mà ta có thể chọn kiểu tường khác nhau. Cho nên khi thiết kế cần phải xem xét đến các yếu tố:
Kích thước hình học của hố móng, hình dạng, độ sâu phải đào.
Điều kiện thủy văn, sự phân bố và tính năng cơ lý của các tầng đất, tình hình mực nước ngầm.
Tải trọng mà kết cấu chống phải chịu.
Các công trình xây dựng, giao thông và mạng cấp thoát nước ngầm lân cận.
Điều kiện mặt bằng thi công công trình mà bố trí các trạm trộn cho hợp lý.
Nguyên tắc và quy trình thiết kế.
Nguyên tắc thiết kế phải dựa trên tính năng sử dụng, an toàn tin cậy, hợp lý về kinh tế, thuận lợi và đảm bảo tiến độ thi công.
3.2.1 Quy trình thiết kế chung
Thông thường trong các hố đào người ta bố trí các cọc ximăng - đất thành dạng tường để tăng độ kháng cắt của đất. Số lượng hàng cọc ximăng - đất phụ thuộc vào chiều sâu hố đào và chỉ tiêu cường độ thiết kế của cọc ximăng - đất.
Hình 3.11 Mô hình tường chắn cọc ximăng - đất gia cố thành hố đào Phân tích tải trọng tác dụng lên tường chắn
Các loại tải trọng tác dụng lên tường chắn bao gồm: Áp lực đất, áp lực nước, tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng trong phạm vi lân
cận, tải trọng do con người và thiết bị thi công, tải trọng do biến đổi nhiệt độ và co ngót vật liệu ximăng - đất, ngoài ra còn có tải trọng bản thân tường.
a. Áp lực đất
Khi tường làm việc, áp lực đất tác dụng vào tường dưới hai hình thức: áp lực chủ động và áp lực bị động.
Đối với áp lực chủ động
Do sự mất cân bằng trong quá trình thi công đào đất. Đất, nước phía ngoài tường sẽ tạo nên một áp lực ngang tác dụng vào tường đến khi tường đạt đến trạng thái giới hạn cân bằng.
Bài toán áp lực đất chủ động được tính cho 2 trường hợp:
Trường hợp 1: Đất phía sau lưng tường là đất rời (đất cát, đất có lực dính c rất bé hoặc tương đương 0). Xét áp lực chủ động phía sau lưng tường tại độ sâu h.
a
a γhK
p = (3.2)
Trong đó
/2) (45 tg
Ka = 2 −ϕ - hệ số áp lực chủ động của đất.
γ- trọng lượng riêng của đất.
Pa- Cường độ áp lực chủ động của đất.
h- độ sấu tính từ điểm tính toán đến mặt đất đắp.
ϕ- góc ma sát trong của đất.
Trường hợp 2 : Đất phía sau lưng tường là đất dính
a 2 a
a γhK 2ctg K
p = − (3.3) Trong đó
/2) (45 tg
Ka = 2 −ϕ - hệ số áp lực chủ động của đất.
c- lực dính đơn vị của đất.
Đối với áp lực đất bị động
Bài toán áp lực bị động cũng được thực hiện như bài toán áp lực chủ động.
Cũng chia ra 2 trường hợp.
Trường hợp 1: Đối với đất cát (đất cát, đất có lực dính c rất bé hoặc tương đương 0).
p
a γhK
P = (3.4) Trong đó
/2) (45 tg
Kp = 2 +ϕ - hệ số áp lực đất bị động.
γ- trọng lượng riêng của đất.
Pp- Cường độ áp lực bị động của đất.
h- độ sâu tính từ điểm tính toán đến mặt đất đắp.
ϕ- góc ma sát trong của đất.
Trường hợp 2 : Đối với đất dính (đất có lực dính c khác không).
p 2 p
p γhK 2ctg K
P = + (3.5) Trong đó
/2) (45 tg
Kp = 2 +ϕ - hệ số áp lực bị động của đất.
c- lực dính đơn vị của đất.
Áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng có dạng tuyến tính theo chiều sâu.
Đối với áp lực nước
Áp lực nước tác dụng lên tường được xác định theo quy luật áp lực thủy tĩnh.
h) (z γ
Pw = w − (3.6)
Trong đó
γw: trọng lương riêng của nước.
h- độ sâu tính từ mặt đất tới mực nước ngầm.
z- độ sâu tính từ mặt đất tới điểm N.
Pw- áp lực nước tại điểm N.
3.2.2 Thiết kế tường chắn hố đào
Thông thường người ta bố trí cọc ximăng - đất thành dạng mảng tường để tăng cường độ kháng cắt. Số lượng hàng cọc ximăng - đất trên một bức tường phụ thuộc vào chiều sâu hố đào và chỉ tiêu thiết kế cọc ximăng - đất.
Chọn kích thước sơ bộ cho tường
Theo phương pháp cân bằng giới hạn của Coloumb thì chiều sâu tường được xác định theo công thức (2.11) cho hệ tường không giằng chống và công thức (2.23), (2.24) cho hệ tường có giằng chống đơn và (2.32) hệ tường có giằng chống nhiều tầng.
Theo thực nghiệm thì chiều sâu sơ bộ của tường được chọn như sau :Lt =(1,8→2.2)H và chiều rộng tường Bt =(0,7→1)H.
Trong đó
H chiều sâu thiết kế hố đào.