Lớp 4 Đá cuội kết, sạn kết cấu tạo phân lớp, kiến trúc hạt tròn cạnh, phong hóa trung bình - mạnh, màu xám trắng, xám vàng
3.2. Kiểm tra khả năng chịu lực của tường cọc khoan nhồi kết hợp neo
3.2.1. Mô hình bài toán tường cọc khoan nhồi kết hợp neo [12,16]
Dữ liệu đầu vào: Neo đất được bố trí kết hợp với hệ tường cọc liên tục D1000, dài 16m và sàn sườn tầng hầm để giữ ỗn định nền đất trong các khu vực thể hiện trên hình 3.1 và hình 3.2.
Hình 3.1 Mặt cắt điển hình 2-2
Hình 3.2 Mặt cắt điển hình mặt cắt 3-3
Hình 3.3 Mặt bằng bố trí neo đất a) Cấu tạo địa chất công trình:
Nền đất trong khu vực được mô hình hóa với mô hình Mohr Coulomb với các đặc trưng cơ lý cơ bản được thể hiện ở bảng 3.12dưới đây.
Bảng 3.12 Thông số đầu vào mô hình nền
b) Tải trọng: lấy 1.5T/m2 cho khu vực nhà và đường bộ lân cận c) Mực nước ngầm tại cao độ -12.5m.
d) Tường chắn đất: Tường cọc khoan nhồi liên tục D1000
Tường chắn đất được mô hình với mô hình tuyến tính với các thông số cụ thể về độ cứng, đường kính như bảng 3.13 sau
Bảng 3.13 Thông số mô hình tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi liên tục
e) Mô hình neo đất
Mô hình neo đất được sử dụng với mô hình tiên tiến cọc tương đương với đường kính bầu neo sau khi thi công , diện tích, độ cứng và khoảng cách được mô hình như bảng 3-14 dưới:
Bảng 3.14 Thông số mô hình neo trong Plaxis
3.2.2. Chuyển vị và nội lực tường vây qua từng bước đào MC1-1 và MC2-2.
a) Thi công cọc nhồi D1000 liên tục phía ngoài, chiều dài cọc 16m. Sau đó tiến hành đào bước 1 xuống cao độ -1,5m (từ cao độ hiện trạng 0,0m).
Chuyển vị ngang lớn nhất phía hố đào là 3,8mm
** Chuyển vị và nội lực trong tường
Mô men lớn nhất phía nền đất là 853 kNm, phía hố đào là 4,586x10-12 kNm
Chuyển vị ngang tường cừ lớn nhất về phía hố đào là 4,33mm
b) Thi công neo đất lớp 1: Neo được thi công với chiều dài 20.5m, bước neo 0.95m, lực căng trước 40 tấn
Chuyển vị ngang lớn nhất về phía hố đào: 6,942 mm c) Thi công bước đào 2 tới độ sâu -4,00m so với mặt đất hiện trạng
Chuyển vị ngang lớn nhất về phía hố đào: 8,622 mm
** Chuyển vị và nội lực trong tường cọc D1000 (dài 16m)
Mô men lớn nhất phía nền đất là 666 kNm/m, phía trong hố đào rất nhỏ 0,013x10-9 kNm
Chuyển vị ngang lớn nhất phía hố đào: 4,452 mm
d) Thi công neo đất lớp 2: Neo được thi công với chiều dài 18m, bước neo 0,95m, lực căng trước 40 tấn
Chuyển vị lớn nhất phía hố đào: 11,11 mm
e) Thi công bước đào 3 tới độ sâu -8,40m so với mặt đất hiện trạng
Chuyển vị ngang lớn nhất phía hố đào 23 mm
Chuyển vị ngang trong tường lớn nhất 23 mm
Mô men lớn nhất ở phía trong hố đào rất nhỏ: 8,5x10-12kNm, phía đất nền là 753.9 kNm
f) Thi công sàn tầng hầm
Chuyển vị ngang lớn nhất về phía hố đào 23mm
g) Thi công bước đào cuối cùng tới độ sâu -12,15m so với mặt đất hiện trạng
Chuyển vị ngang lớn nhất vào phía hố đào 37mm
Chuyển vị ngang lớn nhất vào phía hố đào: 30,6mm
Mô men lớn nhất phía trong hố đào 502 kNm, phía nền đất là -948 KNm
Bảng 3.15 Tổng hợp chuyển vị, nội lực trong tường cọc và hệ neo
Mô tả Đơn vị Giá Trị Ghi chú
Chuyển vị tường chắn (max) mm 37 Giai đoạn đào đến cao độ --12,15 Chuyển vị đỉnh tường cọc
(max) mm 31 Giai đoạn đào đến
cao độ --12,15
Moment tường (max) KNm/
m 948 Giai đoạn đào đến
cao độ --12,15
Lực căng trong neo (max) Tấn 514 Giai đoạn đào đến cao độ --12,15
Nhận xét: Kết quả cho thấy tường cừ kết hợp neo giữ ổn định hố đào có hướng dịch chuyển về phía trong hố đào với chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường (37 mm).
So sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả quan trắc chuyển vị ngang
Kết quả kiểm tra độ dịch chuyển bằng máy toàn đạc cho thấy chuyển vị trong các bước đào nhỏ hơn tính toán lý thuyết và chuyển vị lớn nhất của tường cọc ứng với đỉnh cọc của khu vực này chỉ là 2cm.
3.2.3. Chuyển vị và nội lực tường vây qua từng bước đào MC3-3 và MC4-4
a) Giai đoạn đầu tiên:
Thi công cọc nhồi D1000 liên tục phía ngoài, chiều dài cọc 16m, sau đó tiến hành đào bước 1 xuống cao độ -1,5m (từ cao độ hiện trạng 0,0m).
Chuyển vị ngang của đất nền về phía hố đào lớn nhất 9,9mm
** Chuyển vị và nội lực trong tường
Chuyển vị ngang lớn nhất trong tường về phía hố đào lớn nhất là 11,5mm
Mô men lớn nhất về phía nền đất là 1188 kNm
b) Thi công neo đất lớp 1: Neo được thi công với chiều dài 20.5m, bước neo 0.95m, lực căng trước 40 tấn
Chuyển vị ngang của tường lớn nhất về phía hố đào là 6,519 mm c) Thi công bước đào 2 tới độ sâu -4,00m so với mặt đất hiện trạng
Chuyển vị ngang của tường lớn nhất về phía hố đào là 15,48 mm
Chuyển vị ngang của tường lớn nhất về phía hố đào là 16,39 mm
Mô men lớn nhất trong tường là 1046 kNm
d) Thi công neo đất lớp 2: Neo được thi công với chiều dài 18m, bước neo 0,95m, lực căng trước 40 tấn
Chuyển vị ngang lớn nhất là 14,96mm
e) Thi công bước đào 3 tới độ sâu -8,60m so với mặt đất hiện trạng ( thi công khoan tạo lỗ, lắp đặt thân neo và bơm vữa cho lớp neo lớp 3)
Chuyển vị ngang lớn nhất là 58,27mm
Mô men lớn nhất là 954 kNm
Chuyển vị ngang lớn nhất là 60,35mm
f) Thi công sàn tầng hầm
Chuyển vị ngang lớn nhất là 60,39mm g) Thi công căng neo lớp 3 với lực căng ban đầu là 400 kN
Chuyển vị ngang lớn nhất là 60,63mm
h) Thi công bước đào cuối cùng tới độ sâu -13,95m so với mặt đất hiện trạng
Chuyển vị ngang lớn nhất là 68,14mm
Chuyển vị ngang lớn nhất là 70,78m
Mô men lớn nhất là 1275 kNm
Bảng 3.16 Tổng hợp chuyển vị, nội lực trong tường cọc và hệ neo
Mô tả Đơn vị Giá Trị Ghi chú
Chuyển vị tường cọc (max) mm 70 Giai đoạn đào đến cao độ --13,95
Chuyển vị đỉnh tường cọc
(max) mm 70 Giai đoạn đào đến cao
độ --13,95
Moment tường (max) KNm/
m 1275 Giai đoạn đào đến cao độ --13,95
Lực căng trong neo (max) Tấn 518 Giai đoạn đào đến cao độ --13,95
Nhận xét: Kết quả cho thấy tường cừ kết hợp neo giữ ổn định hố đào có hướng dịch chuyển về phía trong hố đào với chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường (7cm).
So sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả quan trắc chuyển vị ngang . Kết quả kiểm tra độ dịch chuyển bằng máy toàn đạc cho thấy chuyển vị trong các bước đào nhỏ hơn tính toán lý thuyết và chuyển vị lớn nhất của tường cọc ứng với đỉnh cọc của khu vực này chỉ là 4cm nhỏ hơn giá trị tính toán. Điều này có nghĩa là trong bài toán tính toán mô hình ta đã có kể tới những yếu tố bất lợi như mực nước thi công, các hệ số chiết giảm sức kháng của nền đất trong những điều kiện bất lợi.
3.2.4 Kiểm tra khả năng chịu lực của neo
Theo TA-95, lực căng trong neo có thể tính dựa theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.
Tu = . . D .Ls. qs (3.1)
Trong đó, là hệ số phụ thuộc vào loại đất và phụ thuộc vào phương pháp bơm vữa và đặc trưng cho khả năng mở rộng đường kính lỗ khoan sau khi bơm
phụt vữa phần bầu neo (Hình 3.4); Ls là chiều dài của bầu neo; D là đường kính của bầu neo và qs là ma sát đơn vị của bầu neo và đất nền và được xác định dựa vào bảng tra tùy thuộc vào loại đất và các kết quả của thí nghiệm hiện trường PMT, CPT hoặc SPT cũng như áp lực phụt vữa khi thi công bầu neo được miêu tả ở hình 3-4
Từ việc định ra lực căng tới hạn ta có thể tính được lực làm việc của neo theo độ bền của vùng đất nền đặt neo theo biểu thức:
T = Tu/ 2 (3.2)
Giá trị của lực làm việc neo đưa vào thiết kế được định nghĩa là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị lực neo tính toán theo độ bền của đất nền và lực neo tính toán theo độ bền của thanh neo hay các bó cáp làm neo (thường là 0,62-0,65 khả năng kéo đứt của thanh neo hoặc các bó cáp dự ứng lực)
Bảng 3.18 Hệ số mở rộng của đường kính lỗ khoan trong phần bầu neo
Loại đất
Giá trị Hệ số chỉ định áp dụng
Áp lực bơm pi pl
Áp lực bơm pi < pl
Số lượng vữa bơm Vi
Tỉ lệ xi măng/
nước
Sỏi cuội 1,8 1,3 đến 1,4 1,5Vs
1,7 đến 2,4 Sỏi lẫn cát 1,6 đến 1,8 1,2 đến 1,4 1,5Vs
Cát lẫn dăm
sạn 1,5 đến 1,6 1,2 đến 1,3 1,5Vs
Cát hạt thô 1,4 đến 1,5 1,1 đến 1,2 1,5Vs
Cát hạt trung 1,4 đến 1,5 1,1 đến 1,2 1,5Vs
Cát hạt mịn 1,4 đến 1,5 1,1 đến 1,2 1,5Vs
Cát lẫn bụi 1,4 đến 1,5 1,1 đến 1,2 1,5 đến 2 Vsđối với áp lực bơm pi pl và 1,5Vs với áp lực bơm pi < pl
Bụi 1,4 đến 1,6 1,1 đến 1,2 2 Vsđối với đối với áp lực bơm pi 1,7 đến 2,4
pl và 1,5Vs với áp lực bơm pi < pl
Sét 1,8 đến 2 1,2 2,5 đến 3 Vsđối với áp lực bơm pi pl
và 1,5 đến 2 Vs với pi < pl
Hình 3.4 Ma sát đơn vị dự kiến qs giữa đất nền và bầu neo theo kết quả thí nghiệm hiện trường
Bảng 3.19 Tính toán lực neo theo độ bền nền đất
No D
(m)
Ds
(m) Ls (m) N SPT qs (kPa)
Lực căng lớn nhất (kN)
Lực làm việc (KN) Tu = pi. Ds.Ls .
qs 0.5.Tu
1 0.15 2
0.182
4 10 50 200 1145 572
Bảng 3.20 Tính toán lực neo theo độ bền của cáp (ASTM416)
N
o Số lượng sợi
Diện tích sợi cáp (m2)
Cường độ kéo đứt (kPa)
Lực kéo đứt (F) (kN)
Lực làm việc (F/1.6)
(kN)
1 4 sợi 15,2mm 0.00014 1860000 1041,6 651 Lực căng lớn nhất neo có thể làm việc là 570 kN tức 57 tấn.
Lực căng lớn nhất trong neo ở các mặt căt mặt cắt là 518kN < Khả năng chịu kéo tính toán của neo tính theo lý thuyết 570 KN. Vậy neo thiết kế thỏa mãn yêu cầu chịu lực. Trước khi triển khai thi công neo đại trà, thực hiện thí nghiệm thử tải neo tới 1,25 % tải trọng thiết kế tương đương 518X1,25 = 648 kN
Lực căng thử Pp.
Lực thí nghiệm sẽ được duy trì bằng kích và theo dõi độ dịch chuyển của đầu neo trong vòng 15 phút, nếu sự trượt không được quá 5% chuyển vị đàn hồi của neo Δe thì neo đạt yêu cầu
Δe = Lực căng x chiều dài tự do của neo Tiết diện cáp x Mô du đàn hồi của cáp
Độ giãn dài của cáp được giới hạn bởi độ giãn dài của chiều dài biểu kiến:
- Chiều dài tính toán giới hạn dưới = 90% chiều dài tự do của neo - Chiều dài tính toán giới hạn trên = chiều dài tự do + 50% chiều
dài bầu neo
Lực căng phá hoại là căn cứ để xác định mức độ phù hợp của thiết kế (giữ nguyên, hoặc điều chỉnh lại thiết kế ban đầu).
Kết quả thử tải đã chỉ ra cơ bản dịch chuyển của cáp trong neo tuân theo tính toán lý thuyết với việc phần lớn nằm trong đoạn dãn dài biểu kiến. Tuy nhiên có phần đầu dự dịch chuyển này có những sai khác nhất định do có thể sự tiếp xúc ban đầu chưa tốt.
Kết quả thử tải cũng chỉ ra lực căng trong neo hoàn toàn đáp ứng được tính toán lý thuyết dự kiến là 52 tấn. Với việc thử vượt quá 1,25 lần quan hệ tải trọng - chuyển dịch cáp cơ bản vẫn là đàn hồi hay nói khác đi là lực căng trong neo đáp ứng được yêu cầu. Cũng như minh chứng việc tính toán lý thuyết theo TA -95 là hoàn toàn có thể chấp nhận được.
Hình 3.5 Quan hệ tải trọng và chuyển vị