Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm 2

Chia sẻ: Cinny Cinny | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

232
lượt xem 100
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ góc độ cơ học, kết cấu công trình ngầm mất tính ổn định là do ứng suất vượt quá cường độ ứng suất cho phép, tạo ra vùng đứt gãy và trượt liên tục.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm 2

Ngoµi hai nhiÖm vô chÝnh ®ã c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm má còng cã thÓ ph¶i ®¶m nhËn nh÷ng nhiÖm vô phô kh¸c, tuú thuéc vµo nh÷ng ®ßi hái, c¸c yªu cÇu xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn thùc tÕ vµ tù nhiªn nh−: • B¶o vÖ khèi ®¸ xung quanh c¸c c«ng tr×nh ngÇm tr−íc c¸c t¸c ®éng ph¸ huû cña c¸c t¸c nh©n phong ho¸; • B¶o vÖ c¸c ®−êng lß khái bÞ n−íc x©m nhËp. Trong nhiÒu tr−êng hîp, c¸c nhiÖm vô phô nµy kh«ng mang ý nghÜa ®Æc biÖt, song còng cã nh÷ng tr−êng hîp chóng l¹i trë thµnh rÊt quan träng, ch¼ng h¹n khi ph¶i ®µo qua c¸c líp ®Êt/®¸ chøa n−íc. C¸c c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông, quèc phßng vµ c«ng nghiÖp th−êng cã tuæi thä cao h¬n, thËm chÝ vÜnh cöu, cho nªn ngoµi nhiÖm vô ®¸p øng c¸c môc tiªu chung ®Ò ra cho c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm, tïy theo chøc n¨ng cña c«ng tr×nh, chóng cßn ph¶i tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu cô thÓ kh¸c nhau nh− c¸ch n−íc, chèng ch¸y, thÈm mü, vËt lÝ khÝ hËu vµ ®Æc biÖt lµ ®é bÒn v÷ng hay æn ®Þnh l©u dµi (bÒn l©u). Ngµy nay c¸c thµnh tùu nghiªn cøu cña c¸c lÜnh vùc c¬ häc ®Êt/®¸ ®· kh¼ng ®Þnh r»ng khi thi c«ng x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm cÇn thiÕt ph¶i ®¶m b¶o, g×n gi÷ ®−îc ®é bÒn hay kh¶ n¨ng mang t¶i cña khèi ®Êt/®¸, ®Ó cã thÓ ph¸t huy, sö dông khèi ®Êt/®¸ thµnh mét bé ph©n chÞu t¶i. V× vËy c¸c biÖn ph¸p chèng gi÷ ®−îc sö dông còng cÇn ®¸p øng yªu cÇu lµ ph¸t huy, hç trî còng nh− g©y ¶nh h−ëng tèt ®Õn kh¶ n¨ng tù mang t¶i cña khèi ®¸. Trong tr−êng hîp lý t−ëng chØ nªn coi kÕt cÊu chèng lµ mét d¹ng gia cè hay gia c«ng bÒ mÆt cho khèi ®¸. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ c¸c kÕt cÊu chèng còng th−êng ®¹t ®−îc ®é cøng v÷ng nhÊt ®Þnh, nªn cã thÓ tiÕn hµnh tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ kiÓm chøng ®−îc. Nãi chung, ®Ó ®¶m b¶o, gi÷ g×n ®−îc kh¶ n¨ng tù mang t¶i cña khèi ®¸, còng nh− ®¶m b¶o æn ®Þnh, bÒn v÷ng l©u dµi cho c¸c c«ng tr×nh ngÇm, cÇn thiÕt ph¶i chó ý c¸c ®iÒu kiÖn hay kh¶ n¨ng sau: Lùa chän vÞ trÝ hîp lý bè trÝ c«ng tr×nh ngÇm; Lùa chän ®−îc h×nh d¹ng hîp lý cho c«ng tr×nh ngÇm, chó ý ®Æc biÖt ®Õn ®iÒu kiÖn cô thÓ vÒ c¸c tÝnh chÊt cña khèi ®Êt/®¸; Lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p vµ gi¶i ph¸p thi c«ng hîp lý; Lùa chän ph−¬ng ph¸p chèng gi÷ hîp lý; Chó ý ®Õn yÕu tè thêi gian ®èi víi c¶ khèi ®¸/®Êt vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm; ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p khai ®µo kh«ng hoÆc Ýt g©y t¸c ®éng xÊu ®Õn khèi ®Êt/®¸-(cã thÓ gäi lµ c¸c ph−¬ng ph¸p ®µo b¶o d−ìng khèi ®Êt/®¸)- tøc lµ Ýt g©y ¶nh h−ëng lµm thay ®æi ®é bÒn vµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña khèi ®Êt/®¸. 7
MÆc dï c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm cã thÓ ®−îc lùa chän vµ thiÕt kÕ theo c¸c ph−¬ng ph¸p, quan ®iÓm kh¸c nhau tïy theo c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau cña c¸c c«ng tr×nh ngÇm, song nãi chung khi lùa chän vµ tÝnh to¸n c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm ®Òu xuÊt ph¸t tõ c¸c yªu cÇu chung, mang tÝnh tæng thÓ lµ: 1)Yªu cÇu kü thuËt KÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm ph¶i ®¶m b¶o cã ®é bÒn vµ ®é æn ®Þnh nhÊt ®Þnh. KÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm ph¶i bÒn, nghÜa lµ ph¶i chÞu ®−îc c¸c t¸c dông cña ngo¹i lùc còng nh− c¸c tr¹ng th¸i øng suÊt sinh ra trong c¸c cÊu kiÖn cña kÕt cÊu chèng trong giíi h¹n cho phÐp. KÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm ph¶i æn ®Þnh tøc lµ d−íi t¸c dông cña ¸p lùc ®Êt ®¸, c¸c lo¹i t¶i träng vµ c¸c t¸c ®éng kh¸c cña m«i tr−êng, vÉn ph¶i gi÷ ®−îc kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng ban ®Çu, hoÆc kÝch th−ícvµ h×nh d¹ng nhÊt ®Þnh theo yªu cÇu sö dông cô thÓ. Tïy theo yªu cÇu sö dông cô thÓ kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm cÇn ph¶i bÒn v÷ng l©u dµi. 2)Yªu cÇu theo chøc n¨ng sö dông Nãi chung c¸c kÕt cÊu chèng kh«ng ®−îc g©y ra c¸c trë ng¹i cho c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, thi c«ng vµ ph¶i cho phÐp ¸p dông ®−îc c¸c kh¶ n¨ng c¬ giíi hãa trong thi c«ng (tïy theo yªu cÇu); chiÕm Ýt kh«ng gian, thuËn tiÖn cho viÖc sö dông kho¶ng kh«ng gian ngÇm tuú theo môc ®Ých cô thÓ; ®¶m b¶o kh¶ n¨ng th«ng giã, an toµn vÒ ch¸y; søc c¶n thñy ®éng nhá, trong nhiÒu tr−êng hîp cßn ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu vÒ c¸ch n−íc, thÈm mü. 3)Yªu cÇu kinh tÕ KÕt cÊu chèng ph¶i phï hîp víi thêi gian tån t¹i cña c«ng tr×nh ngÇm do vËy ®−îc lùa chän vµ thiÕt kÕ sao cho tæng vèn ®Çu t− ban ®Çu vµ gi¸ thµnh b¶o d−ìng, söa ch÷a ph¶i lµ nhá nhÊt. 1.3 Lo¹i h×nh kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm Cïng víi sù tiÕn bé kh«ng ngõng cña khoa häc kü thuËt, ®Æc biÖt lµ nh÷ng kÕt qu¶, hiÓu biÕt míi trong lÜnh vùc c¬ häc ®Êt, c¬ häc ®¸ vµ thµnh tùu cña lÜnh vùc khoa häc vËt liÖu, c¸c kÕt cÊu chèng ®ù¬c ph¸t triÓn vµ sö dông trong lÜnh vùc x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm ngµy cµng phong phó vµ ®a d¹ng. Sù ph¸t triÓn ®ã còng gãp phÇn ph¸t triÓn nh÷ng c«ng nghÖ, ph−¬ng ph¸p thi c«ng míi, ngµy cµng cã hiÖu qu¶ h¬n. §ång thêi chÝnh nh÷ng ®ßi hái vÒ chÊt l−îng ngµy cµng cao h¬n, kinh tÕ h¬n trong thùc tÕ còng ®· t¹o c¬ së cho viÖc ph¸t triÓn nhiÒu lo¹i vËt liÖu vµ kÕt cÊu chèng míi. §Ó cã thÓ h×nh dung ®−îc mét c¸ch tæng thÓ vÒ c¸c lo¹i h×nh kÕt cÊu chèng c¸c c«ng tr×nh ngÇm, phôc vô viÖc ph©n tÝch lùa chän theo nh÷ng yªu cÇu kh¸c nhaucã thÓ s¬ bé ph©n lo¹i c¸c kÕt cÊu chèng theo nh÷ng dÊu hiÖu kh¸c nhau. 8
1. Ph©n lo¹i theo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o Dùa theo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o, c¸c kÕt cÊu chèng ®−îc ph©n ra ba nhãm chÝnh lµ: khung chèng, vá chèng vµ kÕt cÊu tÝch hîp hay "hoµ nhËp" vµo khèi ®¸. Trªn b¶ng 1-3 lµ vÝ dô ph©n nhãm c¸c d¹ng kÕt cÊu chèng theo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o, ®ång thêi còng s¬ l−îc giíi thiÖu vÒ vËt liÖu chèng còng nh− h×nh d¹ng vµ tÝnh n¨ng, chøc n¨ng cña c¸c lo¹i kÕt cÊu chèng ®ã. B¶ng 1-3. C¸c lo¹i kÕt cÊu chèng c¬ b¶n KÕt cÊu tÝch hîp Khung chèng Vá chèng Kh¸i C¸c thµnh phÇn cña kÕt L¾p ghÐp tõ c¸c cÊu kiÖn L¾p ghÐp tõ c¸c cÊu kiÖn niÖm cÊu nh©n t¹o x©m nhËp d¹ng thanh (th¼ng hay d¹ng khèi, d¹ng tÊm hay vµo khèi ®¸ hay tÝch hîp cong) ®æ, x©y t¹i chç, phun t¹i víi khèi ®¸ chæ • khoan phôt • khung gç • vá x©y b»ng g¹ch, ®¸, C¸c • ®ãng b¨ng • khung kim lo¹i d¹ng ®¸ bª t«ng • vá l¾p ghÐp tõ c¸c cÊu • cäc, v¸n, èng • khung bª t«ng cèt kÕt cÊu • neo kiÖn ®óc tr−íc: tÊm pa thÐp ®óc tr−íc c¬ • khung hçn hîp hay nen bª t«ng cèt thÐp, c¸c b¶n tÊm tuyp-bing (gang, khung kÕt hîp tõ c¸c thÐp, bª t«ng cèt thÐp, bª d¹ng khung vµ vËt liÖu t«ng sîi thÐp) kh¸c nhau • vá bª t«ng liÒn khèi: bª t«ng phun, bª t«ng th−êng, bª t«ng cèt thÐp • vá thÐp 9
10
Mét kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm cã thÓ ë d¹ng ®éc lËp cña c¸c kÕt cÊu c¬ b¶n d¹ng khung, d¹ng vá hay d¹ng tÝch hîp; cã thÓ hîp thµnh tõ mét hay nhiÒu lo¹i vËt liÖu; cã thÓ ë d¹ng tæ hîp hay hçn hîp cña c¸c d¹ng kÕt cÊu kh¸c nhau. Còng v× vËy ®«i chç cßn sö dông kh¸i niÖm tæ hîp kÕt cÊu chèng hay hÖ thèng kÕt cÊu chèng. Nãi chung mét tæ hîp kÕt cÊu c«ng tr×nh ngÇm ®−îc lùa chän vµ thiÕt kÕ phô thuéc chñ yÕu vµo c¸c yÕu tè sau: • møc ®é æn ®Þnh vµ c¸c ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt, ®Þa kü thuËt cña khèi ®¸, • chøc n¨ng cña c«ng tr×nh ngÇm, • ph−¬ng ph¸p thi c«ng x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm. 2. Ph©n lo¹i theo vËt liÖu Nãi chung trong x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm, mäi lo¹i vËt liÖu x©y dùng nh− gç; thÐp, kim lo¹i; g¹ch, ®¸, bªt«ng; vËt liÖu tæng hîp...®Òu cã thÓ ®−îc sö dông, tïy theo yªu cÇu vµ chøc n¨ng cña c«ng tr×nh ngÇm còng nh− nh÷ng ®ßi hái ®èi víi c¸c kÕt cÊu chèng. Ngoµi c¸c vËt liÖu x©y dùng th«ng th−êng, trong lÜnh vùc x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm còng ph¸t triÓn mét sè vËt liÖu víi tÝnh n¨ng hay ®Æc ®iÓm sö dông riªng, nh− c¸c lo¹i thÐp h×nh, c¸c v¸n thÐp... KÕt cÊu tÝch hîp Khung chèng Vá chèng VËt CÊu kiÖn c¬ b¶n lµ neo VËt liÖu chÝnh lµ gç, thÐp VËt liÖu c¬ b¶n cã thÓ lµ liÖu tõ (gç, tre) thÐp thanh, h×nh (thÐp c¸n ®Þnh ®¸, g¹ch, bª t«ng phun c¸p, thÐp èng, thanh h×nh), thÐp x©y dùng, kim hoÆc bª t«ng ®æ t¹i chç (cã chÊt dÎo vµ c¸c chÊt lo¹i, bª t«ng cèt thÐp ®óc hoÆc kh«ng cã cèt thÐp, sîi dÝnh kÕt; c¸c lo¹i dung s½n d¹ng thanh, (c¸c tÊm thÐp, l−íi thÐp), bª t«ng cèt dÞch khoan phôt; èng chÌn b»ng gç hay bª t«ng thÐp, sîi thÐp ®óc s½n d¹ng thÐp, cäc thÐp, v¸n thÐp; ®óc s½n) tÊm hay m¶ng, tÊm thÐp, vïng ®−îc ®ãng b¨ng gang, kim lo¹i 3. Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng kÕt cÊu C¸c kÕt cÊu chèng cã thÓ ®−îc lùa chän, thiÕt kÕ vµ l¾p dùng víi nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau, tïy thuéc vµo ®Æc ®iÓm xuÊt hiÖn ¸p lùc hay t¶i träng lªn kÕt cÊu chèng, tïy thuéc vµo lo¹i vµ h×nh d¹ng cña c«ng tr×nh ngÇm, ®Æc ®iÓm cÊu tróc cña khèi ®¸ vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt. Nãi chung trong thùc tÕ c¸c kÕt cÊu chèng th−êng cã c¸c d¹ng dÇm ®¬n, cét ®¬n, d¹ng h×nh thang, h×nh ®a gi¸c, h×nh ch÷ nhËt, h×nh vßm, h×nh mãng ngùa, mâm nh¸i, trßn, ellÝp...; c¸c kÕt cÊu cã thÓ ë d¹ng kÕt cÊu kÝn (bao kÝn mÆt lé cña khèi ®¸) hay kÕt cÊu hë. 11
KÕt cÊu tÝch hîp Khung chèng Vá chèng H×nh Liªn kÕt víi mét vïng KÕt cÊu chèng d¹ng KÕt cÊu chèng d¹ng vá ch÷ d¹ng, khèi ®¸ t¹o ra dÇm,vµnh khung h×nh thang, ch÷ nhËt, ®a gi¸c, vßm, trßn, cÊu hay vßng chÞu t¶i; treo nhËt, ®a gi¸c, c¸c d¹ng ellÝp.... t¹o chèt gi÷, gia cè, « èng...; h×nh vßm, trßn, ellÝp... TiÕp xóc diÖn víi mÆt lé t¹o nªn vïng ®−îc gia Khung chèng d¹ng kÝn khèi ®¸, víi c¸c d¹ng liªn cè, ®−îc ®«ng cøng. hay hë. kÕt kh¸c nhau. H×nh d¹ng bÊt kú Bª t«ng phun, thÝch hîp víi h×nh d¹ng bÊt kú, gia cè bÒ mÆt khèi ®¸. 4. Ph©n lo¹i theo chøc n¨ng, nhiÖm vô Tïy thuéc vµo møc ®é mÊt æn ®Þnh cña khèi ®Êt/®¸, tïy thuéc vµo ph−¬ng ph¸p thi c«ng vµ tïy thuéc vµo lo¹i c«ng tr×nh ngÇm, mét sè lo¹i kÕt cÊu nh©n t¹o cã thÓ ®−îc l¾p dùng tr−íc, trong hoÆc sau khi thi c«ng kho¶ng kh«ng gian ngÇm. C¸c kÕt cÊu nh©n t¹o nµy th−êng ®−îc gäi lµ kÕt cÊu chèng t¹m hay kÕt cÊu b¶o vÖ. Còng tïy thuéc vµo lo¹i khèi ®Êt/®¸, tïy thuéc vµo chøc n¨ng cña c«ng tr×nh ngÇm còng nh− thêi gian cÇn sö dông (tuæi thä), mét sè lo¹i kÕt cÊu nh©n t¹o ®−îc l¾p dùng ®Ó ®¶m b¶o bÒn v÷ng vµ æn ®Þnh c«ng tr×nh ngÇm trong suèt qu¸ tr×nh sö dông, vËn hµnh kho¶ng kh«ng gian ngÇm, tháa m·n c¸c yªu cÇu theo chøc n¨ng cña c«ng tr×nh ngÇm. Lo¹i kÕt cÊu nµy ®−îc gäi lµ kÕt cÊu chèng cè ®Þnh. KÕt cÊu tÝch hîp Khung chèng Vá chèng Chøc Gia cè tr−íc, chèng Chèng t¹m vµ chèng cè Chñ yÕu lµm kÕt cÊu chèng n¨ng tr−íc, chèng t¹m, chèng ®Þnh t¹i c¸c má hÇm lß. cè ®Þnh, riªng bª t«ng cè ®Þnh hay mét bé phËn Chèng t¹m, hoÆc lµ mét phun, vá tuyp-bing cã thÓ cña kÕt cÊu chèng cè bé phËn cña kÕt cÊu cã chøc n¨ng chèng t¹m vµ ®Þnh tïy theo ®iÒu kiÖn chèng cè ®Þnh t¹i c«ng chèng cè ®Þnh cô thÓ tr×nh ngÇm d©n dông 5. Ph©n lo¹i theo tÝnh n¨ng kü thuËt Tïy theo tÝnh n¨ng kü thuËt, c¸c kÕt cÊu chèng th−êng ®−îc ph©n biÖt theo hai nhãm lµ kÕt cÊu tÝch cùc, gia cè hay chñ ®éng vµ kÕt cÊu thô ®éng, chèng ®ì KÕt cÊu chèng cã thÓ c¶i thiÖn ®−îc tr¹ng th¸i cña khèi ®¸, hoÆc c¶i thiÖn ®−îc kh¶ n¨ng nhËn t¶i vµ biÕn d¹ng cña khèi ®¸ ®−îc gäi lµ kÕt cÊu tÝch cùc, chñ ®éng hay kÕt cÊu gia cè khèi ®¸ vµ còng cßn ®−îc gäi lµ kÕt cÊu chèng gi÷. C¸c kÕt cÊu víi chøc n¨ng chñ yÕu lµ tiÕp nhËn c¸c t¸c ®éng c¬ häc 12