d) Một số hình ảnh công trình giao thông có sử dụng giải pháp tường chắn đa neo Multi-Anchor
2.2.2. Phương pháp thiết kế tường chắn đa neo (Multi – Anchor)
2.2.2.1. Tường chắn đa neo ( Multi – Anchor)
Tường chắn đa neo là loại tường chắn được phát triển dựa trên tường tường chắn có cốt bằng cách tạo bản neo ở cuối của thanh neo để tạo lực ma sát giữ ổn định cho tường.
Vì tường được giữ ổn định không chỉ có một neo mà nhiều neo được liên kết bởi tấm neo ở cuối thanh neo tạo tăng khả năng giữ ổn định của tường lớn hơn, chi tiết cấu tạo tường chắn đa neo được thể hiện như hình 2.5 dưới đây:
Hình 2.5. Mô tả cấu tạo tường chắn đa neo Multi-Anchor (Nguồn: Sưu tầm) 2.2.2.2. Nguyên lý Multi - Anchor
Tường chắn đa neo về cơ bản nguyên lý làm việc cũng như những tường chắn có cốt thông thường khác, tuy nhiên để tăng thêm ổn định cho tường cũng như tăng khả năng vươn cao thêm của tường chắn (>20m) thì tường chắn đa neo đã tạo thêm bản neo (Anchor plate) ở cuối của thanh neo để tạo lực ma sát (∑Q) giữ ổn định cho tường (hình 2.6).
Trình tự thiết kế Multi – Anchor
2.2.2.3. Điều kiện thiết kế cơ bản ban đầu
- Thông số của đất gia cố và nền đất bao gồm: + ϕ: Góc ma sát trong của đất.
+ C: Lực dính đơn vị của đất (kN/m2). + γ: Trọng lượng riêng của đất (kN/m3).
- Thông số tải trọng tác dụng lên tường chắn bao gồm:
+ Hoạt tải gồm: Tải trọng xe cộ tác dụng lên tường, tải trọng động đất.
+ Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân tường chắn, khối đất đắp sau lưng tường, áp lực đất chủ động và bị động.
- Hệ số chấn động ngang (Hệ số động đất Kh):
Gia tốc đỉnh nền thiết kế của dao động động đất được xem là gia tốc trung bình trong toàn bộ khối đất đắp sau tường, ký hiệu a, có quan hệ với gia tốc trọng trường g theo biểu thức sau:
a = K × g
Lập điều kiện thiết kế
Ổn định bên trong
Ổn định bên ngoài
Trong thực tế thiết kế, gia tốc này được phân tích thành các thành phần thẳng đứng av và nằm ngang ah :
av = Kv × g ah = Kh × g
Từ đó suy ra giá trị các hệ số động đất thẳng đứng Kv và nằm ngang Kh được xác định bởi:
Kv = av/g Kh = ah/g
Như vậy theo các hệ số động đất này là đại lượng không thứ nguyên mà nếu nhân với trọng lượng của một vật thể nào đó sẽ nhận được lực quán tính tựa tĩnh (dùng trong tính toán công trình tường chắn khi động đất).
Hình 2.7. Minh họa tường chắn đa neo áp dụng trên sườn dốc
Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu được quy định trong tính toán tường chắn đa neo Multi-Anchor được thể hiện trong bảng quy định rõ trong Bảng 1.2 của chương 1 đã trình bày.
2.2.3.4. Tính ổn định bên trong của tường chắn đa neo Multi-Anchor
Để tính toán ổn định bên trong của tường chắn đa neo cần thực hiện theo trình tự như sơ đồ khối dưới đây (Hình 2.8):
Trong đó:
l1i : Khoảng cách từ mặt sau của tường tới đường phá hủy chủ động tại bậc i (vị trí tấm neo).
l2i : Chiều dài cố định được ngàm sâu vào trong nêm đất ngoài cung trượt. Tính toán áp lực đất lên trước
tường
Tính lực căng lên thanh neo
Xem xét phá vỡ
thanh neo
Tính sức chịu kéo của anchor plate
Đánh giá chịu kéo của
anchor palte
Hình 2.8. Trình tự tính toán ổn định bên trong của tường chắn
l1 = l1i+l2i: Độ dài cần thiết của thanh neo
a). Tính toán áp lực đất lên tường chắn
Tính toán áp lực đất lên tường chắn đa neo được chia thành hai vùng áp lực:
- Tính toán áp lực đất chủ động tác dụng lên tường chắn của khối đất gia cố trong vùng hoạt có thanh neo.
- Tính toán áp lực đất chủ động tác dụng lên khối đất gia cố trong vùng hoạt có thanh neo do áp lực đất của nền đắp bên ngoài tác dụng vào được thể hiện chi tiết trong hình 2.9 bên dưới đây.
- Tính toán cường độ áp lực đất chủ động theo công thức: Pa=Ka.γ.{z}+Ka.q 2 cos sin( )sin cos (1 ) cos A K φ δ φ δ δ φ = = + − + Trong đó:
Pa: Cường độ áp lực chủ động của đất ở mặt tường với bề sau z ( kN/m2) Ka: Hệ số áp lực chủ động của đất
γ: Trọng lượng thể tích đơn vị của chất đất (kN/m3) z: Độ sau từ phần đầu tường gia cố (m)
q: Hoạt tải trong phạm vi ảnh hưởng (kN/m2) Ø: Góc ma sát trong của đất.
Hình 2.9. Sơ đồ áp lực đất chủ động tác dụng lên tường chắn
b). Tính lực căng lên thanh neo
- Lực căng thiết kế tác dụng lên thanh neo được xác định theo công thức:
Ti = Pi * Cosδ * ∆Hi * ∆Li
Trong đó:
Pi: Cường độ áp lực tác dụng nên mặt tường ở vị trí thanh neo tầng thứ i (kN/m2)
δ: Góc ma sát bề mặt tường
ΔHi: Khoảng cách phương thẳng của thanh neo (m) ΔLi: Khoảng cách phương mặt nước của thanh neo (m)
Ti: Lực kéo căng tác dụng tên thanh neo tầng thứ i (kN/1 thanh) Thông thường ΔH = 0.75m, ΔL = 1m.
Chi tiết thể hiện các lực tác dụng lên thanh neo được thể hiện chi tiết trong hình 2.10 bên dưới đây:
Hình 2.10. Tính lực căng lên thanh neo khi chịu tác dụng của hoạt tải
c). Tính lực dằn kéo của tấm neo - Anchor plate
- Khả năng chống đỡ vượt quá mức cho phép của tấm neo – Anchor plate:
pi
. .
pui c q pi
Q =c N +q N −q Trong đó:
Qpui: Khả năng chống đỡ của tấm plate anchor(kN/m2) qpi: Áp lực ràng buộc xung quanh tấm plate anchor(kN/m2) c: Khả năng kết dinh của chất đất (kN/m2)
Φ: Góc ma sát mặt trong của chất đất Nc: Hệ số lực chống đỡ vượt quá Nq: Hệ số lực chống đỡ vượt quá
Hình 2.11. Mô hình lực tính lực dằn kéo của tấm anchor plate
- Lực chống đỡ vượt quá mức cho phép của tấm mỏ neo . pui pi ai pu q A T F = Trong đó:
Tai: Khả năng chống đỡ vượt quá mức cho phép của tấm plate anchorở vị trí thanh neo tầng thứ i (kN/thanh).
Qpui:Khả năng chống đỡ vượt quá giới hạn trên của tấm plate anchor(kN/m2).
bi: ½ chiều rộng tổng thể của tấm plate anchor(m).
Api: Diện tích của tấm plate anchorở vị trí thanh neo tầng thứ i (m). Fpu: Tỉ lệ an toàn đối với khả năng chống đỡ vượt quá giới hạn trên của tấm mỏ neo.
- Kết quả kiểm tra đối với tỉ lệ vượt quá giới hạn cho phép của tấm neo Ti ≤ Tai Đạt (o)
Trong đó:
Ti: Lực kéo tác dụng lên anchor plate ( kN/thanh).
Tai: Lực chống đỡ vượt quá giới hạn cho phép của bản plate anchorthứ i (kN/thanh ).
bi: ½ chiều rộng tổng thể của tấm plate anchor(m). ΔLi: Khoảng cách hướng mặt nước của thanh neo (m).
Li: Khoảng cách tới mặt lưng giả định của tầng thứ i (vị trí bản mỏ neo) tính từ mặt tường (m).
2.4.3.3. Tính ổn định ngoài
Trình tự tính ổn định ngoài theo sơ đồ khối hình 2.12 bên dưới đây:
Hình 2.12. Sơ đồ khối thể hiện trình tự kiểm toán ổn định ngoài
Tính trượt ngang, lật Tính sức chịu tải Tính ổn định tổng thể
a). Tính ổn định trượt ngang - Công thức tính ổn định trượt: . . ( v W )r s H c B V c B P F P H µ µ + + + = ∑ = ∑ Trong đó:
Fs: Hệ số an toàn đối với kiểm toán trượt ngang.
Fsa: Hệ số an toàn cho phép đối với kiểm toán trượt ngang.
∑V: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mặt đáy của tường (kN/m). ∑H: Tải trọng ngang tác dụng lên tường (kN/m)
B: Bề rộng tường (bề rộng vùng gia cố neo)
C: Lực kết dính giữa mặt đáy tường và nền đất (kN/m2) μ: Hệ số ma sát giữa mặt đáy của tường với nền đất.
Wr: Tổng cộng tải trọng của tường và hoạt tải tác dụng phía trên mặt đường. Wr = W1 + W2
W1: Tải trọng của tường (kN/m)
W2: Tải trọng của tường + tải trọng trên tường (kN/m2)
Hình 2.13 bên dưới đây sẽ mô tả chi tiết các lực tác dụng để nhằm mục đích tính toán ổn định trượt ngang.
Hình 2.13. Mô hình lực tác dụng kiểm toán ổn định trượt ngang
- Hệ số an toàn cho phép khi tính toán thiết kế được quy định trong bảng 2.4:
Bảng 2.4. Quy định hệ số an toàn với các trường hợp thiết kế
Hệ số an toàn Giá trị hệ số an toàn khi thiết kế Khi bình thường Khi động đất Hệ số an toàn khi bỏ tấm mỏ neo Fa ≥ 3,0 Fa ≥ 2,0
Hệ số an toàn khi có dư chấn Fa ≥ 1,5 Fa ≥ 1,2
Đối với lực chống đỡ Fa ≥ 2,0 Fa ≥ 1,5
Hệ số an toàn với độ trơn bề mặt Fa ≥ 1,2 Fa ≥ 1,0
b). Tính ổn định lật
/ 2 / 6
/ 2 / 3
e B= − ≤d B …………Khi động đất Trong đó:
B: Độ rộng của tường (bề rộng của vùng gia cố neo)
d: Khoảng cách từ đầu mũi tường gia cố tới điểm tác dụng hợp lực (m)
Md d V ∑ = ∑
∑M: Mô men của xung quanh vùng đầu mũi (kN.m/m)
∑V: Tải trọng thẳng đứng trên mặt đáy của tường tương tự (kN/m2) Chi tiết xem mô tả các lực tác dụng để xác định hệ số ổn định lật như hình 2.14.
Hình 2.14. Mô hình lực tác dụng kiểm toán ổn định lật
c). Tính sức chịu tải
Qu=k . c’. N’c + k . Df . N’p + γ’. B . N’r /2
Trong đó:
Qu: Lực chống đỡ giới hạn của nền đất (kN/m2).
k: Hệ số tăng liên quan tới hiệu quả neo = 1+0.3*Df/B. Df: Độ sâu chiều dài neo tới nền đất.
B: Bề rộng của tường ( bề rộng của vùng gia cố) hoặc bề rộng của móng tường. γ': Trọng lượng thể tích đơn vị của đất nền (kN/m3).
c': Lực kết dính của nền. Φ': Góc chống đỡ của nền. N'c: Hệ số lực chống đỡ của đất nền. N'q: Hệ số lực chống đỡ của đất nền. N'r: Hệ số lực chống đỡ của đất nền. Fs: Hệ số an toàn cho phép.
Sức chịu tải cho phép của đất nền được xác định: Quallow = Qu/Fs
Quy định hệ số an toàn khi kiểm toán sức chịu tải của đất nền được quy định như sau:
Hệ số an toàn Fs Bình thường Động đất
Ngắn hạn 3.00 2.00
Hình 2.14. Mô hình lực tác dụng kiểm toán sức chịu tải dưới đất gia cố và tường
d). Kiểm toán ổn định tổng thể của tường chắn đa neo
Theo 22TCN 262-2000 đối với công trình với áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin≥ 1.4. Khi xét đến ảnh hưởng của động đất thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin≥ 1.25.