Tính toán thiết kế vòng vây cọc ván thép

3.5. Các loại vòng vây ngăn nước

3.5.4. Tính toán thiết kế vòng vây cọc ván thép

Trong hai giai đoạn trước khi đổ lớp bê tông bịt đáy chưa bơm cạn nước và sau khi bơm cạn nước.

3.5.4.1. Tính chiều dày bê tông bịt đáy:

Để ngăn không cho nước thâm nhập vào hố móng từ các phía, sau khi hạ vòng vây CVT cần phải tiến hành đổ lớp bê tông bịt đáy trong khi nước vẫn còn ngập đầy trong hố móng, bê tông bịt đáy có tác dụng:

- Giữ ổn định nền phía dưới đáy móng chống áp lực đẩy nổi.

- Ngăn kín nước từ phía đáy hố móng.

- Tạo mặt bằng thi công bệ móng.

Chiều dày lớp bê tông bịt đáy được xác định căn cứ vào khả năng chống áp lực đẩy nổi của nước. Khi không có các đầu cọc và không xét dính bám của bê tông với cọc ván, giữ lực đẩy nổi chỉ do trọng lượng của khối bê tông.

n.

bt bt

h  H

  (m)

quanh hố móng, chiều dày lớp bê tông bịt đáy được tính theo công thức:

 

. .

. . . .

n bt

bt coc

h H F

F nU m



 

  (m)

Trong đó:

H = Hn+hbt là chiều cao mực nước từ MNTC đến cao độ đáy móng (m).

F- diện tích hố móng m2.

bt- khối lượng riêng của bê tông (kg/m3).

n- khối lượng riêng của nước (kg/m3).

n- số lượng cọc.

Ucoc- chu vi một thân cọc (m).

- cường độ dính bám của bê tông (105N/m2).

m- hệ số điều kiện làm việc <1.

Dù tính theo công thức nào thì chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bịt đáy cũng không được nhỏ hơn 1m để đảm bảo chất lượng đổ bê tông dưới nước.

3.5.4.2. Tải trọng tác dụng lên vòng vây:

- Áp lực thuỷ tĩnh:

Giá trị áp lực: Pw = hw.w

Với: w là trọng lượng riêng nước lấy bằng 1T/m3.

hw là chiều sâu tác dụng của nước lên tường cọc ván, xác định như sau:

 Đối với đất rời: tác dụng trên suốt chiều dài cọc.

 Đối với đất dính: Áp lực nước tác dụng xuống theo chiều sâu khe nứt giả định chân cọc tách ra khỏi nền bằng: 0,8(Hm+t) đối với cọc không văng chống; 0,5t đối với cọc 1 tầng văng chống; 0,5m đối với cọc nhiều tầng văng chống. Trong đó t là chiều sâu chân cọc đóng ngập vào nền so với đáy móng công trình. Nếu chân cọc không chuyển vị thì áp lực thuỷ tĩnh chỉ tác dụng theo chiều cao cột nước tính từ cao độ mực nước đến cao độ mặt nền không thấm nước.

Nếu lưu tốc v của dòng chảy bằng hoặc lớn hơn 2m/s phải xét thêm cao độ nước dềnh lên ở phía thượng lưu:

g H v

. 2

2





- Áp lực chủ động từ phía đất nền:

Trong điều kiện trên cạn và thoát nước:

+ Đối với đất rời ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,a = (q+i.hi).a

+ Đối với đất dính ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,a= (q+i.hi).a - 2.C. a Trong khu vực ngập hoặc không thoát nước:

+ Trọng lượng riêng của đất là trọng lượng đẩy nổi:



 



  1

s 1

dn

Trong đó: s: dung trọng hạt của đất, s = 2,7T/m3 : hệ số độ rỗng của đất, = 0,4÷1.

+ Đối với đất rời ở độ sâu hi có: pi,a = đn.hi.a

+ Đối với đất dính ở độ sâu hi có: pi,a = đn.hi.a - 2.C. a Khi đất dĩnh bão hoà nước a=1 => pi,a = đn.hi - 2.C

Trong các công thức trên a là hệ số áp lực ngang chủ động: a = tg2(45o - /2) và C là hệ số độ dính của đất; q là tải trọng mặt đất; i là trọng lượng riêng các lớp đất.

- Áp lực bị động: áp lực ngang bị động xuất hiện khi có sự chênh lệch của áp lực chủ động trong và ngoài hố móng

Trong điều kiện trên cạn và thoát nước:

+ Đối với đất rời ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,p = i.hi.p

+ Đối với đất dính ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,p= i.hi.p + 2.C. p Trong khu vực ngập hoặc không thoát nước:

Khi đó trọng lượng riêng của đất được lấy với trọng lượng đẩy nổi:



 



  1

s 1

đn

Trong đó s: dung trọng hạt của đất, s = 2,7T/m3

: hệ số độ rỗng của đất, = 0.4÷1.

+ Đối với đất rời ở độ sâu hi có: pi,p = đn.hi.b

+ Đối với đất dính ở độ sâu hi có: pi,p= đn.hi.b + 2.C. p

Trong trường hợp đất dính bão hoà nước p=1 => pi,p = đn.hi + 2.C

Trong các công thức trên p là hệ số áp lực ngang bị động p = tg2(45o+/2); C là hệ số độ dính của đất.

3.5.4.3. Tính toán ổn định vòng vây cọc ván thép:

- Tính toán nhằm xác định chiều dài cần đóng của cọc vào nền đất "t" để cọc không bị bật khỏi nền.

- Các điều kiện cần xác định:

 Trong điều kiện ngập nước, nền đất rời, chiều sâu chôn cọc phải đảm bảo chân cọc không bị xói ở phía ngoài hoặc trong (PP đào đất bằng xói hút), tmin ≥ 1m

 Chiều sâu đóng cọc phải đảm bảo điều kiện đất chồi trong hố móng:

đn w w

m t H

t  

 . .

.

1 min

 



Trong đó:

Hw: Chênh cao mực nước trong và ngoài hố móng.

m1 : Hệ số điều kiện làm việc, nền cát nhỏ = 0,4; trung = 0,5; sỏi sạn = 0,7.

đn : Trọng lượng đẩy nổi của đất nền.

 Trong hai giá trị tmin ở trên lấy giá trị lớn hơn để làm chiều sâu ngàm tối thiểu.

 Ngoài ra chiều sâu chôn cọc phải đảm bảo ổn định trong các giai đoạn khác nhau của quá trình thi công:

- Sơ đồ tính ổn định vòng vây cọc ván không có văng chống:

 Sử dụng khi nước ngập nông, đất trong vòng vây phải đào sâu đến cao độ tự nhiên Giai đoạn mất ổn định: khi mới đào xong hố móng, mực nước trong hố móng hạ thấp hơn so với bên ngoài là 2m do nước chưa kịp chảy vào, chưa có lớp bê tông bịt đáy.

 Điều kiện ổn định: Ml m.Mg

Trong đó: Ml : Tổng mô men gây lật.

Mg : Tổng mô men giữ.

m: Hệ số an toàn, lấy bằng 0,9.

 Điểm cân bằng mô men lấy tại chân cọc ván thép.

- Sơ đồ tính ổn định vòng vây cọc ván có một tầng khung chống

 Đây là sơ đồ phổ biến nhất.

 Các giai đoạn: giai đoạn đào lấy đất trong vòng vây mới chỉ lắp một tầng văng chống trên cùng, các tầng tiếp theo chỉ lắp khi đã có lớp bê tông bịt đáy và sau đó bơm cạn nước đến đâu người ta lắp tiếp văng chống đó.

 Trạng thái tính: đào đất trong vòng vây chưa có lớp bê tông bịt đáy, trong vùng ngập nước có chênh cao mực nước trong và ngoài vòng vây là 2m.

 Nếu vòng vây phải đổ đất vào thì văng chống làm việc như thanh giằng và áp lực chủ động là áp lực ngang của đất đắp trong vòng vây, để an toàn coi mực nước ở

H3.8- Sơ đồ tính chiều sâu đóng cọc ván

hai bên bằng nhau.

- Sơ đồ tính ổn định vòng vây cọc ván có nhiều tầng khung chống:

 Đây là sơ đồ phổ biến cho hố móng sâu, diện tích lớn.

 Giai đoạn tính là sau khi đã hạ xong các tầng khung chống, xét hố móng có hoặc không có bê tông bịt đáy.

 Sơ đồ tính hố móng không sử dụng bê tông bịt đáy:

 Sơ đồ tính hố móng có sử dụng bê tông bịt đáy:

3.5.4.4. Tính toán cường độ và độ cứng của vòng vây cọc ván:

H3.9- Sơ đồ tính chiều sâu đóng cọc ván một tầng văng chống

- Sơ đồ tính: sau khi bơm cạn nước và đã đổ lớp bê tông bịt đáy.

- Tải trọng: áp lực thủy tĩnh và có thể có một phần áp lực ngang chủ động của nền đất yếu trong vòng vây hố móng.

- Khi tính lấy 1m chiều dài vòng vây để tính như một dầm làm việc độc lập. Đối với vòng vây không có văng chống thì vòng vây làm việc như một dầm công xon, vị trí ngàm tính tại điểm cách lớp bê tông bịt đáy (hoặc đáy móng không bịt đáy) 0,5m. Đối với loại có một tầng văng chống sơ đồ tính là dầm giản đơn, một gối là điểm cách lớp bê tông bịt đáy (hoặc nền móng) 0,5m và gối thứ hai là vị trí văng chống. Đối với loại có nhiều tầng khung chống sơ đồ tính là dầm liên tục với các gối là các vị trí đặt khung chống và vị trí cách đáy móng hoặc tầng bê tông bịt đáy 0,5m (sơ đồ này nên sử dụng phần mềm để tính toán chính xác).

- Tính mô men max từ các sơ đồ và tính duyệt điều kiện cường độ: MMAX R

  W  Trong đó:

W- mô men quán tính của 1m chiều dài vòng vây.

R- cường độ của thép chế tạo cọc ván - Tính duyệt độ cứng:  

250 f  f  L

- Nếu một trong hai điều kiện không đạt thì bố trí thêm tầng văng chống, lúc này dầm liên tục có các gối là tại điểm văng chống.

- Khung chống gồm mỗi mặt khung làm việc như một dầm liên tục kê trên các văng chống và ở hai đầu là hai cạnh khác. Mỗi cạnh của khung làm việc theo điều kiện nén uốn, tải trọng tác dụng là phản lực gối của cọc ván tựa trên khung chống.