Chương này đã tóm tắt hai lý thuyết cơ bảntính áp lực đất tác dụng lên tường
chắn là lý thuyết áp lực đất Rankine và lý thuyết áp lực đất Coulomb.Các lý thuyết này vẫn chưa được hoàn thiện và đầy đủ, tuy nhiên trên nền tảng này, các lý thuyết tính áp lực đất vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển.
Trong chương 2 cũng trình bày các phương pháp tính tường chắn phổ biến hiện nay, được phân loại thành 3 nhóm cơ bản:
- Nhóm 1: Tính tường làm việc độc lập với đất nền - Nhóm 2: Tính tường làm việc đồng thời với đất nền - Nhóm 3: Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)
Trong đó, nhóm phương pháp PTHH có thể mô phỏng bài toán và phản ánh gần đúng sự làm việc của đất nền, kết cấu chắn giữ thông qua các mô hình vật liệu và các điều kiện biên, cho phép xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu, đất nền xung quanh và các quá trình tương tác giữa đất nền và kết cấu trong từng giai đoạn thi công.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu phần mềm tính toán 3.1.1 Giới thiệu PLAXIS
Quá trình tính toán về ứng suất, biến dạng, chuyển vị, ổn định của hố móng trong quá trình thi công sẽ được thực hiện theo phương pháp PTHH, sử dụng
chương trình phần mềm PLAXIS.
PLAXIS là một trong những chương trình phần mềm chuyên về phân tích nền
móng, địa kỹ thuật phổ biến hiện nay.Sự phát triển củaPLAXIS được bắt đầu từ 1987 tại đại học công nghệ Delff – Hà Lan. Đến năm 1993, công ty PLAXIS BV được thành lập và từ năm 1998, các phần mềm PLAXIS đều được xây dựng theo phương pháp PTHH với hầu hết các dạng mô hình nền hiện nay.Chương trình PLAXIS cho phép xác định trạng thái ứng suất – biến dạng của bản thân kết cấu (vỏ công trình ngầm và các phần tử khác liên quan), đất nền xung quanh và các quá trình tương tác giữa đất nền, kết cấu công trình ngầm [2]. Bài toán địa kỹ thuật được mô phỏng theocác mô hình vật liệu được thiết lập sẵn trong PLAXIS.
3.1.2 Các mô hình nền trong PLAXIS
PLAXIS cung cấp các mô hình nền sau:
- Mô hình đàn hồi tuyến tính: Tuân theo định luật Hooke về đàn hồi tuyến tính đẳng hướng. Mô hình này sử dụng rất hạn chế trong mo phỏng các ứng xử của đất.Nó chỉ được dùng để mô phỏng các khối kết cấu cứng trong đất.
- Mô hình Mohr – Coulomb: Là mô hình thường dùng để tính toán gần đúng ứng xử ở các giai đoạn đầu của đất.
- Mô hình tái bền của đất (Hardening Soil):Đây là mô hình đàn dẻo tuân
theo quy luật Hyperbol, sử dụng mô đun biến dạng thứ cấp E50 để mô phỏng các
- Mô hình đất yếu (Soft Soil): Đây là dạng mô hình Cam-clay dùng để mô phỏng ứng xử của đất yếu như sét cố kết bình thường và than bùn.
- Mô hình đất yếu có kể tới từ biến (Soft Soil Creep): Đây là mô hình đất yếu có kể tới yếu tố nhớt, dùng để mô phỏng ứng xử của đất yếu theo thời gian.
Để phát huy hiệu quả sử dụng phần mềm thì ngay từ đầu, việc lựa chọn mô hình nền phù hợp là rất quan trọng. Luận văn này phân tích bài toán hố đào cho đất nền ở khu vực Hà Nội. Từ đặc điểm địa chất đất nền khu vực Hà Nội đã được trình bày ở chương 1, chọn mô hình Hardening Soil để áp dụng giải quyết bài toán tường chắn - hố đào cho đất nền Hà Nội.
3.1.3 Các thông số của mô hình Hardening Soil
ef 50
r
E - Độ cứng thứ cấp trong thí nghiệm 3 trục, có thoát nước
ef r oed E - Độ cứng trong thí nghiệm 1 trục ef ur r
E - Độ cứng khi gia tải/dỡ tải (mặc định ef ef
urr 3 50r
E = E )
m - Năng lượng tại mức ứng suất, phụ thuộc độ cứng, m = 0,5~1 ur
ν - Hệ số Poisson khi gia tải/dỡ tải
ϕ - Góc ma sát trong của đất c - Cường độ kháng cắt của đất ϕ - Góc ma sát trong của đất ψ - Góc nở của đất 0 NC
K - K0 ở điều kiện cố kết bình thường (mặc định K0NC = −1 sinϕ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ref
p - Ứng suất tham chiếu của độ cứng (mặc định pref =100kPa)
f
tension
σ - Cường độ chịu kéo (mặc định σtension =0)
increment
c - Số gia cường độ kháng cắt của vật liệu theo chiều sâu
(mặc định cincrement =0)
3.2 Các trường hợp tính toán điển hình3.2.1 Dạng nền điển hình 3.2.1 Dạng nền điển hình
Dựa vào quy luật phân bố các dạng đất nền trong khu vực và sự chia khu theo mức độ thuận tiên xây dựng các công trình ngầm cho đất nền ở Hà Nội, trong chương này sẽ thực hiện tính toán hố đào với giải pháp tường trong đất kết hợp công nghệ Top-down cho các công trình cụ thể, ở 3 phân vùng địa chất điển hình của Hà Nội như sau:
- Dạng nền loại A:
Công trình: Trung tâm công nghệ cao bưu chính viễn thông Địa điểm: Xuân La – Tây Hồ – Hà Nội.
- Dạng nền loại B:
Công trình: Văn phòng giao dịch, giới thiệu sản phẩm và nhà ở cao tầng – MIPEC TOWER
Địa điểm: Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội.
- Dạng nền loại C:
Công trình: Nhà lưu trú - Khu tổng hợp Vĩnh Tuy Địa điểm: Vĩnh Tuy – Hai Bà Trưng – Hà Nội.
3.2.2 Chiều sâu tầng hầmđiển hình
Việc tính toán tường vây cho từng dạng đất nền điển hình sẽ được thực hiện với các giả thiết chiều sâu tầng hầm khác nhau, từ 1 đến 5 tầng hầm.
Bảng 3-1: Các trườnghợp tính toán tường vây Trường hợp tính
toán Sàn tầng Cao độ sàn Chiều dầy sàn
(m) (m) 1 tầng hầm Tầng hầm 1 -4.30 0.30 2 tầng hầm Tầng hầm 1 -4.22 0.22 Tầng hầm 2 -8.35 0.35 3 tầng hầm Tầng hầm 1 -4.22 0.22 Tầng hầm 2 -8.22 0.22 Tầng hầm 3 -12.40 0.40 4 tầng hầm Tầng hầm 1 -4.22 0.22 Tầng hầm 2 -8.22 0.22 Tầng hầm 3 -12.22 0.22 Tầng hầm 4 -16.50 0.50 5 tầng hầm Tầng hầm 1 -4.22 0.22 Tầng hầm 2 -8.22 0.22 Tầng hầm 3 -12.22 0.22 Tầng hầm 4 -16.22 0.22 Tầng hầm 5 -20.60 0.60 3.2.3 Tải trọng và tác động
Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn giữ chủ yếu bao gồm:
- Áp lực đất.
- Áp lực nước.
- Tải trọng móng các công trình lân cận trong phạm vi vùng ảnh hưởng.
- Tải trọng thi công: Máy móc thiết bị thi công, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ tường cừ: Lấy tải trọng thi công là 15kN/m2.
- Nếu kết cấu chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải xét đến tải trọng động đất.
Trong phạm vi luận văn, không xét đến tải trọng móng các công trình lân cận, tải trọng động đất, tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và sự co ngót của bê tông.
3.2.4 Các giai đoạn thi công (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.4.1 Trường hợp nhà có 1 tầng hầm
- Phase 1: Thi công tường vây. - Phase 2: Thi công sàn tầng trệt. - Phase 3: Đào đất tầng hầm 1.
- Phase 4: Thi công sàn tầng hầm 1, đài, giằng móng.
3.2.4.2 Trường hợp nhà có 2 tầng hầm
- Phase 1: Thi công tường vây; - Phase 2: Thi công sàn tầng trệt; - Phase 3: Đào đất tầng hầm 1;
- Phase 4: Thi công sàn tầng hầm 1, đào đất tầng hầm 2; - Phase 5: Thi công sàn tầng hầm 2, đài, giằng móng.
3.2.4.3 Trường hợp nhà có 3 tầng hầm
- Phase 1: Thi công tường vây; - Phase 2: Thi công sàn tầng trệt; - Phase 3: Đào đất tầng hầm 1;
- Phase 4: Thi công sàn tầng hầm 1, đào đất tầng hầm 2; - Phase 5: Thi công sàn tầng hầm 2, đào đất tầng hầm 3; - Phase 6: Thi công sàn tầng hầm 3, đài, giằng móng.
3.2.4.4 Trường hợp nhà có 4 tầng hầm
- Phase 2: Thi công sàn tầng trệt; - Phase 3: Đào đất tầng hầm 1;
- Phase 4: Thi công sàn tầng hầm 1, đào đất tầng hầm 2; - Phase 5: Thi công sàn tầng hầm 2, đào đất tầng hầm 3; - Phase 6: Thi công sàn tầng hầm 3, đào đất tầng hầm 4; - Phase 7: Thi công sàn tầng hầm 4, đài, giằng móng.
3.2.4.5 Trường hợp nhà có 5 tầng hầm
- Phase 1: Thi công tường vây; - Phase 2: Thi công sàn tầng trệt; - Phase 3: Đào đất tầng hầm 1;
- Phase 4: Thi công sàn tầng hầm 1, đào đất tầng hầm 2; - Phase 5: Thi công sàn tầng hầm, đào đất tầng hầm 3; - Phase 6: Thi công sàn tầng hầm 3, đào đất tầng hầm 4; - Phase 7: Thi công sàn tầng hầm 4, đào đất tầng hầm 5; - Phase 8: Thi công sàn tầng hầm 5, đài, giằng móng
3.2.5 Vật liệu sử dụng cho tường vây và hệ kết cấu phần ngầm
Bê tông: Bê tông cọc nhồi, tường vây, đài, giằng, sàn đáy hầm: B22.5 (#300)
Bê tông cột, dầm, sàn: B30 (#400)
Cốt thép:Cốt thép dọc chịu lực, thép đai: CII
Bảng 3-2: Thông số vật liệu dùng cho kết cấu phần ngầm
3.2.6 Tính toán điển hình khả năng chịu lực của tường vây theo vật liệu
Cắt một dải tường bề rộng 1m, tính toán khả năng chịu lực cho tường như một cấu kiện chịu uốn với tiết diện chịu lực: (bxh).
Trong đó: b - Bề rộng tiết diện, b = 1m;
h – Chiều cao của tiết diện, h = bề dày tường vây.
Quá trình tính toán tường vây về cường độ tuân theo [11]: TCVN 5574:2012:
Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
B22.5 B30
Cường độ chịu nén tính toán Rb 13 17
Cường độ chịu kéo tính toán Rbt 1.00 1.20
Mô đun đàn hồi Eb 29000 32500 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trọng lượng riêng γw 0.025 0.025
Rs Rsw
Cường độ chịu nén tính toán Rsc
Mô đun đàn hồi Es
Trọng lượng riêng γw 0.0785 Cốt thép Bê tông 280 225 280 210000
Cường độ chịu kéo tính toán
Thông số kỹ thuật Ký hiệu Mác vật liệu
CII
Mác vật liệu
Thông số kỹ thuật Ký hiệu
a. Khả năng chịu lực cắt của tiết diện
* Khả năng chịu cắt của bê tông
(1)
Trong đó: um là chu vi trung bình của tháp chọc thủng
um = ho + hb
hb : Chiều cao dầm bo tường vây
hb = 0.6 (m)
* Kiểm tra điều kiện phá hoại trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính:
(2)
b. Khả năng chịu mô men của tiết diện
Cốt thép tường vây được cấu tạo thành lồng thép
Trong một tiết diện tường có cả cốt thép chịu kéo As và cốt thép chịu nén A's
Gọi µ : Hàm lượng cốt thép chịu kéo
µ' : Hàm lượng cốt thép chịu nén
Tính toán với hàm lượng cốt thép hiệu quả: µt = 1.00%
Hàm lượng cốt thép chịu nén: µ' = 0.50%
Hàm lượng cốt thép chịu kéo: µ = 0.50%
* Khả năng chịu mô men của tiết diện:
(3)
Trong đó: Rs : Cường độ chịu kéo của cốt thép dọc chịu lực (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
As : Diện tích cốt thép dọc chịu lực
ho : Chiều cao làm việc của tiết diện
a' : Chiều dầy lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu nén
Hàm lượng cốt thép:
(4)
Từ (3) (4) ta tính được khả năng chịu mô men của tiết diện:
(5) 0 u bt m V = R u h 0 0, 3 o b V = R bh ( ') u s s o M = R A h −a s s o o A A = bh bh µ = ⇒ µ ( ') u o s o M =µbh R h −a
Kết quả tính toán khả năng chịu lực của tiết diện tương ứng với từng chiều dầy tường vây được tổng họp trong bảng 3-3:
Bảng 3-3: Khả năngchịu lực hiệu quả của tiết diện
Để đánh giá hiệu quả sử dụng tường vây, chúng tôi đưa ra tiêu chí đánh giá khả năng chịu lực của tường như sau:
Hình 3.1: Thang đánh giá khả năng chịu mô men của tường trong đất
Hình 3.2: Thang đánh giá khả năng chịu lực cắt của tường trong đất
Trong đó: Mu : Khả năng chịu mô men của tiết diện
Vu : Khả năng chịu lực cắt của tiết diện
M : Mô men tính toán của tường chắn
V : Lực cắt tính toán của tường chắn Khả năng Đơn vị
chịu lực 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50
Vu (kN/m) 582.40 950.40 1398.40 1926.40 2868.40 Vo (kN/m) 2028.00 2808.00 3588.00 4368.00 5538.00 Mu (kNm/m) 320.32 645.12 1081.92 1630.72 2663.92
3.3 Dạng nền loại A – Trung tâm công nghệ cao bưu chính viễn thông3.3.1 Giới thiệu công trình 3.3.1 Giới thiệu công trình
3.3.1.1 Vị trí công trình
Công trình được xây dựng trong khu vực cánh đồng thuộc phường Xuân La, quận Tây Hồ, Hà Nội.
Hình 3.3: Bản đồ vị trí công trình
3.3.1.2 Quy mô công trình
Công trình là loại công trình cấp I,bao gồm các khối chính như sau:
- Khối nhà văn phòng cao 21 tầng. Chiều cao khối văn phòng là 81m. - Khối nhà 5 tầngđồng thời là đế của cột ăngten.
Hình 3.4: Phối cảnh công trình
3.3.1.3 Điều kiện địa chất công trình
Căn cứ vào hồ sơ “Báo cáo khảo sát địa chất công trình” của dự án, phân chia
địa tầng khu vực khảo sát bao gồm các lớp đất như sau:
- Lớp 1: Đất san lấp, trạng thái chưa ổn định, chiều dầy chung của lớp thay đổi từ 0.8m đến 1.2m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Lớp 2: Sét màu xám, xám nâu, trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng, chiều dầy
chung của lớp thay đổi từ 0.8m đến 6.5m. Chỉ số SPT: N30 = 5÷6.
- Lớp 3: Sét màu nâu vàng, đốm đỏ, trắng loang lổ, trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng, chiều dầy chung của lớp thay đổi từ 3.1m đến 6.3m. Chỉ số SPT:
N30 = 6÷10.
- Lớp 4: Cát pha màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo mềm,dẻo cứng,
chiều dầy chung của lớp thay đổi từ 4.2m đến 7.6m. Chỉ số SPT: N30 = 7÷19. - Lớp 5: Cát hạt trung màu xám, xám vàng lẫn sỏi, trạng thái chặt vừa,
chiều dầy chung của lớp thay đổi từ 10.2m đến 12.1m. Chỉ số SPT: N30 = 16÷38.
- Lớp 6: Cát hạt thô màu xám vàng, lẫn cuội sỏi, trạng thái chặt,chiều dầy chung của lớp thay đổi từ 3.7m đến 5.5m. Chỉ số SPT: N30 = 27÷45.
- Lớp 7: Cát hạt thô màu xám vàng, lẫn cuội sỏi, trạng thái rất chặt, chiều
dầy chung của lớp thay đổi từ 5.5m đến 6.0m. Chỉsố SPT: N30 = 51÷72. - Lớp 8: Cuội sỏi lẫn cát, cao độ mặt lớp từ -35.5m đến -38.0m, chiều dầy lớp chưa xác định. Chỉ số SPT: N30> 100.
Bảng 3-4: Các chỉ tiêu cơ lí của đất – Nền loại A
h z γw ∆ eo γsat Eoedref Eurref C' ϕ'
(m) (m) (KN/m3) (kN/m3) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) (§é)
1 Đất san lấp 0.8 0.8 18 0.8 18.90 8100 24300 5 10
2 Sét màu xám, xám nâu, dẻo mềm-dẻo cứng 1.4 2.2 17.8 2.71 0.94 18.81 15714 47142 31 4.4
3 Sét nâu vàng, đốm đỏ, trắng, dẻo mềm-dẻo cứng 6.3 8.5 19.1 2.71 0.853 19.23 13342 40025 27 4.5
4 Cát pha xám nâu, xám vàng, dẻo mềm-dẻo cứng 7.6 16.1 19.8 2.68 0.657 20.14 14913 44739 28.5 19.2
5 Cát hạt trung màu xám vàng, chặt vừa 11 27.1 19.5 2.65 0.62 20.19 21870 65610 0 32
6 Cát hạt thô màu xám vàng, chặt 4.4 31.5 19.9 2.66 0.55 20.71 27900 83700 0 37
7 Cát hạt thô màu xám vàng, rất chặt 5 36.5 19.9 2.66 0.5 21.07 33750 101250 0 40
8 Cuội sỏi lẫn cát, trạng thái chặt 8.5 45 20 2.71 0.45 21.79 65250 195750 0 45