Kỹ thuật Thiết kế và thi công hố móng sâu: Phần 2

Chia sẻ: Cuc Cuc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:285

Thêm vào BST

Báo xấu

713
lượt xem 294
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Thiết kế và thi công hố móng sâu: Phần 2 của PGS. TS. Nguyễn Bá Kế sau đây trình bày về thanh cống, thanh neo trong đất, đinh đặt chắn giữ hố móng, hạ mục nước ngầm và đào đất, chuyển vị của đất quanh hố móng, sự cố và xử lý sự cố móng, quan trắc hố móng. Mời các bạn tham khảo Tài liệu bổ sung thêm kiến thức ở lĩnh vực này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật Thiết kế và thi công hố móng sâu: Phần 2

Chương 6 THANH CHỐNG 6.1. GIỚI THIỆU S ơ LƯỢC Hệ thống chắn g i ữ hố móng sâu d o hai bộ phận tạo thành, một là tường quây giữ, hai ià thanh chống bên irons hoặc là thanh neo vào đâ't bên ngoài. Chúng cùng với tường chắn đất làm tăng thêm ổn định tổng thể của kết cấu chắn giữ, không những có liẽn quan tới an toàn của hố móng và công việc đào đất, mà còn có ảnh hưởng rất lớn tới giá thành và tiến độ của công trình hố móng. Áp lực nước, đất tác động vào tường chắn có thể được các thanh chống bên trong truyền dẫn đi và duy trì cân bằng, cũng có thể do neo đất đặt ở bên ngoài duy trì cân bằng, chúng còn có thể làm giảm chuyển dịch của kết cấu chắn giữ. Chống bên trong có thể trực tiếp cân bằng áp lực ngang của tường quãy giữ hai bên, cấu lạo giản đơn. chịu lực rố ràng. Neo đất đặt ở phía sau lưng của tường quây giữ, tạo được không gian cho việc đào đất và việc thi công kết cấu công trình, có lợi cho việc nâng cao năng suất thi công. Trong các vùng đất yếu, đặc biệt là trong thành phố công trình xây dựng chen dày thì chống bên trong được sử dụng nhiều hơi>, do đó chương này chủ yếu giới thiệu về Ihiết kế và thi công thanh chống bên trong. 6.2. THIẾT KẾ VÀ THI CỒNG KẾT CẤU THANH CHỐNG 6.2.1. Sơ lược về kết cấu thanh chống 6.2. L I . Lựa chọn vật liệu làm thanh chống Hiện nay, hệ thống chống giữ sử dụng trong các công trình xây dựng thông thường và các công trình đô thị có thể chia làm ba loại vật liệu là thép ống, thép hình và bêtông cốt thép, căn cứ vào tình hình cụ thể của công trình, có khi trong cùng một hố móng sử dụng tổ hợp cả thép và bêtông cốt thép. Chống bằng kết cấu thép có các ưu điểm là trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ rất thuận tiện, hơn nữa lại cỏ thể sử dụng nhiều lần. Căn cứ vào tiến độ đào đất, chống bằng thép có thể vira đào vừa chống, lại có thể làm cho chống tăng thật chặt, rất có lợi cho việc hạn chế biến dạng của thân tường. Do đó, trong các trường hợp bình thường nên ưu ílên sử dụng chống bằng thép. Do độ cứng tổng thể của kết cấu thép tương đối kém, niiìt nối lắp ghép khá nhiều, khi cấu tạo mắt nối không hợp lí, hoặc thi công không thoả đánf„ không phù hợp yêu cảu thiết kế thì rất dễ gây ra chuyển dịch ngang của hố mónj úo thanh chống và mắt nối bị biên dạng. Có khi cả mắt nối bị phá huỷ dẫn đến toan DỘ l'Ị phá nong, v: vậy, pliải có thiết k ế hợp lí, quản lí hiện trường chặt ch ẽ và nâng cao trình độ kĩ tnuật thi công ở hiện Irường. 291
Chống bằng kết cấu BT CT đổ tại chỗ có độ cứng khá tốt, thích hợp với các loại hố móng có hình dạng mặt bằng phức tạp. Mắt nối đổ tại chỗ không bị dão lỏng để làm cho thân tường bị chuyển dịch. Thực tiễn công trình cho thấy, trong các trường hợp mà trình độ kĩ thuật thi công hệ thống chống bằng thép không cao thì chống giữ bằng kếi cấu BTCT có độ tin cậy cao hơn. Nhưng chống bằng BTCT lại có các khuyết điểm là trọng lượng bản thân lớn, không sử dụng được nhiều lần, lắp dựng và tháo d ỡ đều phải mất thời gian dài. Khi phải dùng bộc phá để phá d ỡ thanh chống thì có các trở ngại về tiếng ồn, về chấn động và các mảnh vỡ bẽtông bay ra, thi công ở những nơi đông người phải hết sức chú ý. Toàn bộ các công việc thi công thanh chố ng bằng BT CT như làm thép, cốp pha. đổ bêtông và dưỡng hộ cần một thời gian tương đối dài, do đó không thể vừa đào vừa chống được. Điều này bất lợi cho việc hạn c h ế chuyển dịch của thân tường. Khi các chống ở phần bên dưới của hố móng loại lớn mà dùng bêtông cốt thép thì phải đặc biệt thận trọng. 6.2.1.2. H ình thức kết cấu của hệ th ốn g ch ốn g g iữ 1. Chống g iữ kiểu thanh nén m ột nhịp Khi mặt bằng h ố móng có hình dài và hẹp, bề rộng của cạn h ngắn không lớn iắni, kiổu chống này có các ưu điổm là chịu lực rõ ràng, Ihi công láp dựng thuận tiện... Hình 6.1 là sơ đồ thể hiện kiểu chống này. iĩTw^rwww Hình 6.1: Chống giữ thanh nén một nhịp 2. C hống g iữ kiểu thanh nén nhiều nhịp Khi mặt bằng h ố m óng có kích thước tương đối lớn, khả năng chịu lực giới hạn của thanh chống với độ dài của h ố móng hẹp sẽ không thể đắp ứng được yêu cầu của hệ thống quây giữ thì phải có thêm các điểm đỡ ở trong các thanh chống như vậy và sC tạo Ihành hệ thống chống kiểu thanh nén nhiều nhịp, như hình 6.2. 292
6 .2 .1 .3 . C á c h ì n h t h ứ c c ơ b ả n đ ế b ố t r í t h a n h c h ố n g Trong các trường hợp bình thường có hai hình thức b ố trí hệ thanh chống là hệ thanh chống ngang và hệ thanh chống đứng. 1) Hộ chống ngang do xà quây (tức là dầm võng b ố trí ở phía bên trong của tường quây giử và chạy theo chiều nằm ngang suốt bốn xung quanh của tường), chống ngang và cột đứng tạo thành, như hình 6.3. Hình 6.2: Chông ỊỊiữ kiếii thanh nén nhiéii nhịp Chống ngang có thể chia làm: thanh chống đôi đầu hoặc dàn chống đôi đầu chạy suốt chiều dài hoặc chiều rộng của hố móng; thanh chống chéo hoặc dàn chống chéo ở chỗ góc giữa hai cạnh biên của hố móng; chống tam giác ở c hỗ đầu của thanh chống hoặc dàn chống; thanh liên kết giữa các thanh chống... 9- — y N o - 5 3 o J c y 4 " 9 U ' ^1 ^ 1 — 2 ^ / . y t / v \ ỉ \ / \ / V / y Hình 6.3: Hệ ììĩống cliấrỉỊỉ n^ang: . Tưởng I.]uây giừ; 2. Xà quây; 3. Thanh chống đối đầu; 4. Dàn chống đối đầu; 5. Chống lam giác; 6 . Chống chco ở gck; 7. Dàn chống chéo; 8 . Dàn biôn; 9. Thanh liôn kẽì; 10. Cội đứng. 293
Hệ c h ố n g nga ng c ó tính chỉnh thể tốt. truyền dẫn lực ngang đủ tin cậy, độ cứng theo mặt phẳng tương đối cao, thích hợp với các loại hố m óng nông sâu Icýn nhỏ k h á c nhau, p hạ m vi thích d ụn g tương đối rộng. 2) Hệ c h ố n g c h é o theo chiều thẳng đứng do xà quây, c hống c héo theo chiêu đứng, m óng c h ốn g chéo, thanh liên kết ngang và cột đứng... tạo thành, n h ư hình 6.4. Hình 6.4: Hệ thống chéo theo chiều đứng 1. Tường quây; 2. Dầm quây; 3. Chống chéo; 4. M ón g chống chéo; 5. Thanh nén ở móng; 6 . Cộl đứng; 7. Thanh liên kết; 8 . Mái dốc đất. Hệ c h ốn g c h é o đòi hỏi đất phải đào theo "hình chậu", tức là trước tiên đào đất ở giửa, xun g q uanh sát tường quây thì chừa lại thành mái dốc, chờ sau khi lắp chố ng chéo xong mới đ ào hết phần mái dốc ở xung quanh. Biến dạng của h ố m ó n g phụ thuộc vào biến dạn g c ủ a mái dốc và c ủ a móng chống chéo, thường chỉ thích hợp với những nơi có yêu cầu b ảo vệ xung quanh không cao, độ sâu đ ào h ố móng không lớn lắm. Với những h ố m ó ng có kích thước mặt bằng tương đối lớn, hình dạng phức tạp, áp dụn g phương án c h ố n g c h é o theo chiều đứng có thể thu được hiệu quả kinh tế tương đối cao 6.2.2. Tính toán thanh chống bằng thép Thanh c h ố n g bằ ng thép hiện được dùng nhiều nhất là thép ống và thép hình c h ữ H, các loại thép này với đặc điểm là trọng lượng nhẹ, độ cứng lớn, khối lượng công việc tháo lắp ít, tiêu hao vật liệu ít và có thể sử dụng lại nhiều lần... ở trong nước và ngoài nước, c h ố n g thép được sử dụng rộng răi trong việc đào h ố móng sâu, đặc biệt là khi làm ga tầu điện n g ầ m và các h ố móng có hình dài, trong h ố móng nhà c a o tầng cOng được sử d ụn g rộng răi. 6 .2 .2 .1. Tính toán thanh ch ốn g bằng thép n h ư thanh nén uốn ỉ. Tinh n ộ i lực vả biến dạng thanh nén uốn m ột nhịp Hình 6.5 là thanh chịu nén một nhịp, phương pháp tính nội lực và c h u y ể n vị như sau; Lấy một đoạ n (phần tử) của thanh nén uô'n một nhịp như hình 6.6 và x ét điều kiện cân bằng: 294
* \ Ã:n u ị _ [y (x ) V(x) 1 * Hỉnh 6,6: Điều kiện cân bằng Hỉnh 6,5: Thanh nén uốn mội nhịp thanh nén uốn một nhịp Phản lực gối lựa đầu A: I M .-M ^ ( 6 . 1) Trong đó: q - tải phân b ố đẻu và trọng lượng bản thân trên thanh nén uốn; I - nhịp của thanh. Mômen uốn tại X là: M(x) = v„x + Py(x) + Ma - Ỷ qx = :: qx{/ - x) - (6.2) 2 ‘ ' X “ / Trong đó: Ma, Mb - mômen uốn ở hai đầu thanh nén; p - lực trục của thanh nén; y(x) - độ võ n g tại X. Khi M , = Mb = 0. y(x) = 0, mômen uốn giữa nhịp của thanh nén là: (6.3) Bỏ qua ánh hường ciiu hiệu ứng mốmen uốn trục 'lỉanh sau khi uốn cong và biến dạng cắt, ta có: M(x) (6.4) dx d'v(x) p + p, y = M ( \ ) (6.5) đx Lil Đcm (6.4) thay \ ào công Ihức (6.5). la được nghiệm của phương trình vi phân là: 295
q q Mj - Mb Mg y(x) = Acoskx - Bsinkx + x(x - /) - —^ ;— X - —7 (6.6) 2P k-p p/ p Trong đó: k^ = EI Căn cứ điều kiện biên là độ vỗng ở đầu thanh bằng không: y(0 ) = 0 . y(/) = 0 ta tìm được: q M A = ,* + k-p p (6.7) k/ M M, B = - r - tan tank/ + —^ csck/ k-p 2 p p Trong đó kí hiêu hàm lưang giác csck/ —^ sink/ Căn cứ vào công thức (6 .6 ) có thể tìm được độ võng ở bất c ứ điểm nào của thanh chống. Sau đây se tính góc quay ở đầu dầm và mômen uốn của bấl kì mặt cắt nào irên dầm; dy(x) q - Mh = - Aksinkx + Bkcoskx + (2x - ỉ) + — ........... dx 2P p/ = - k-(Acoskx + Bsinkx) + ^ dx p Cho nên: ( 6 .8 ) ) = = - PM, + aMh + yỊ Trong đó: a = (1 - k/cotk/)/P/ p = (1 - k/csckO/P/ (6.9) q k/ q/ = - ĩ? M(x) = - EI ^ = M;,(coskx - colk/sinkx) + Mbcsck/sink dx (6.10) 296
2. Tinh nội lực vá biến dạng thanh nén uốn liên tục nhiều nhịp Như hình 6.7, hai nhịp kề nhau thứ i-1 và thứ i trong thanh nén uốn liên tục nhiều nhịp, lấy Mj (j = i - 1, i, i + 1) để biểu thị mômen uốn của thanh ở chỗ gối tựa thứ j. Hình 6.7: Cân bằng của ĩhanh nén uốn liên rục nhiều nhịp Gọi góc quay của nhịp thứ i-1 ở gối tựa i là 0, của nhịp thứ i ở gối tựa là 0 '. Theo công thức (6.8) có: 0 = - Mi.|p,.| + M .ơ i. ị + Yi.i 0 ’ = Mitt, - M ị. iP i + Yi Kết cấu trong giai đoạn đàn hồi thoả mãn điều kiện biếii dạng đồng điệu 0 = 0 ’, cho nên: - (a,.| + a,)M| + - (Yi_| + Yi) = 0 (6.11) Đây chính là phirợng (rình ba mOmrn của cấu kiện nén uốn liên tục nhiẻu nhịp. Khi độ rộng và độ cứng của các nhịp bằng nhau, thì công thức ( 6 . 1 1) có thể giản hoá thành: PM„, - 2 a M , + PM,^I - 2y = 0 (6.12) Một cấu kiện nén uốn liên tục n nhịp sỡ có (n + 1) gối tựa. đối với (n - 1) gô'i tựa tr u n g gia n c ủ a nó CC) th ể c ă n c ứ v à o c ô n g th ức (6 .1 1 ) h o ặ c c ô n g t h ứ c ( 6 . 1 2 ) đ ể viế t ra (n - 1) phương tiình ba mômen; đối với hai gối tựa biên có thể căn cứ vào điều kiện biên đã biết để viết ra mômen uốn, Do đó, có thể tìm ra được mômen uốn Mị (i = 1 ,2 , ... n + 1) của thanh ở mỗi gối tựa. Từ dó tính được độ võng và mômen ở bất kì mặt cắt nào trong bất kì nhịp nào. 6.2.2.2. P h ư ơ n g p h á p tín h k h á n ă n g chịu lực giới hạ n c ù a th a n h n én Trạng thái mà kết cấu đạt đến khả năng chịu lực lớn nhất hoặc đă biến dạng đến mức không thể tiếp tục chịu lực được nữa gọi là trạng thái giới hạn khả năng chịu lực. Tải trọng ở irạng thái giới hạn khỏ năng chịu lực gọi là khả năng chịu lực giới hạn. Trạng thái giới hạn khả năng chịu iực cúa thanh nén bao gồm hai hình thức biểu hiện: 1) Thanh chịu nén mất ổn định; 2) ứ n g suất trong mặt cắt ihanh đạt đến gkýi hạn chảy íy (điểm khuất phục fy) của vật liệu. Khi đó tuy là thanh vẫn có thể tiếp tục tăng tải, nhưng biến dạng rất lớn, trên kết cấu thường nhận ihấy là không thể liếp tục gia tải được nữa. 297
0 1 M i Ì4l . 1-1 n ị 1 1 1 ị i (0) (í-1) (i) (n-i) H ì n h 6 .8 : T h a n h n é n liê n ĩỊtc n h i ề u n h ị p Với thanh nén một nhịp, hoặc thanh nén liên tục nhiều nhịp mà độ cứng và độ rộng của các nhịp bằng nhau (như hình 6.8) thi tải trọng tới hạn của nó tức là tải trọng Euler: (6.13, ư Trong đó: / - nhịp tính toán. (1) Khả năng chịu lực giới hạn của thanh nén Thanh nén chỉ chịu lực nén trục, bỏ qua ảnh hưởng trọng lirợng bản thân của thanh, khi đó ứng suất nén dương trên mặt cất phân b ố đồu, do đó, khả năng chịu lực giới bạn có thể tính theo công thưc sau: P = fjA (6.14) Trong dó: p - khả nàng chịu lực giới hạn của thanh; fy - giới hạn chảy (cường độ khuấi phục) của vật liệu; A - diện tích mặt cắt của thanh. Khả năng chịu lực giới hạn của thanh nén phải là trị s ố nào đó nhỏ hơn trong hai tiị số tải trọng tới hạn Pcr và khả năng chịu lực giới hạn p. (2) Tính tải trọng tới hạn của thanh nén liên tục có nhịp không bằng nhau: Nếu như độ rộng hoặc độ cứng của các nhịp không bằng nhau thì khi mất ổn định, mômen uốn của (n- 1) gối tựa trung gian không toàn là bằng không, củng giống như thanh nén uốn liên tục nhiêu nhịp, ta có phuomg trình ba mômen sau đây: P,.iMi., - (aj.| + a,)M, + P|Mj*i = 0 (6.15) Với mỗi gối tựa trung gian viê\ ra một phương trình loại này, có thể được một hệ phương trình tuyến tính cùng bậc về M |. M ọ , .... Mn_|, định (hức các hệ s ố c ủ a h ệ phương trình bằng không, tức: -(tto + a,) P| Pi -(«1+02) p2 p2 -(a2+ aO = 0 (6. 16) Pn-2 -(an-2+ an-l) Đây chính là phương trình ổn định của thanh, căn cứ vào phương trinh này có thể tìm ra tải trọng tới hạn của thanh. 298
Đô với thanh nén liên tục hai nhịp, định thức trong phương trình (6.16) chỉ có in&t hạng, tức phương trình ổn định là; tto + a , = 0 (6.17) Đô với Ihanh nén liên lục ba nhịp, định thức liong phương trình (6.16) lấy hai hàng, tức plương irình ổn định là; - ( a „ H a ,) Pi = 0 (6.18) p, -(a , + Ơ2) Nhr liình 6.9 là một Ihanh nén liôn tục hai nhịp khác nhau, phương trình ổn định của no là: ttị + a-) = 0 (6.19) Trciis đó; ơ; - khi ihanh mất ổn định, hệ sô' ảnh hưởng của mômen điểm đầu j trong nhịp thứ i đối với góc xoay của điểm đầu j; a j = ( I - k/ịCOtk/|)/(P/,) k = [P/(EI)]Ì E, I - niôđiin đàn hồi và mổmen quán lính của thanh. CT H ình 6.9: Thanh nén liên tục ĩ hai nhịp khác nhau Cho U| = k/|. phương trình ổn định (6.19) có ihc viết thành: 1 __________ 1 __ Ị __ ___________[ _______ ( 6 .20 ) uỉ U| tan U| /, UfEI Do đó: ( 6. 21) T ừ ọ h ư a n g trình (6.20) có thề' thấy, trị U| chỉ có quan hệ với tỉ số /|//, giửa hai nhịp, hệ sô' này phản ánh ánh hưởng của nhịp thứ hai đối với ổn định của nhịp thứ nhất. Bảng 6.1 ghi rõ U| tương ứng với tỉ s ố /ị//,. Bảng 6.1. Trị U| của thanh nén liên tục có nhịp khác nhau Uh 0 , 1 0 , 2 0.3 0.4 0.5 •Ji 0,4352 0.8445 1,2299 1,5915 1,9280 iH i 0 , 6 0.7 0 , 8 0.9 Ui 2,2372 2.5154 2,7596 2,9681 299
Khi /2 > /], vì tải trọng tới hạn p„2 của dầm đơn giản nhịp /2 nhỏ hơn tải trọng tới hạn Perl của dầm đơn giản nhịp / ị , nên nhịp thứ hai có tác dụng "gia tốc" đối với mất Ổn định của nhịp thứ nhất, trị u , nhỏ hơn hộ số 71 tương ứng trong biểu thức tính tải trọng tới hạn dầm đơn giản Pcr = n"EI//7 , mà l ụ ụ càng nhỏ thì tác dụng "gia tốc" càng rổ rệt, trị U| càng nhỏ. Ngược lại. khi /2 < /|. nhịp thứ hai có tác d ụ n g "kìm hăm" mất Ổn định của nhịp thứ nhất, trị ư | lớn hơn 71, mà l ụ ụ càng lớn thì tác dụng kìm hăm càng rõ rệt, trị U| càng lớn. Khi /,//2 rất lớn, tức nhịp thứ nhất lớn hơn rất nhiều so với nhịp thứ hai, khi đó, trị U| sẽ tiếp cận với hệ số tương ứng trong biểu thức tính tải trọng tới hạn thanh nén một nhịp một đầu gối đơn giản một đầu c ố định. Cho nên. trị tải trọng tới hạn thanh nén liên tục hai nhịp trong hình 6.9 phải ở irong khoảng P„1 và p „ 2- Tương tự, đối với tải trọng tới hạn c ủa thanh nén liên tục ba nhịp (hình 6 .10) cũng là: U^EI P c.= EI El Ei Hình 6.10: Thanh nén 1 liên tục ba nhịp Trong đó: ư , - chỉ có quan hệ với / 1//2, /(//3 (/3 là nhịp thứ ba dài /|), Bảng 6.2 là một số trị U) của thanh nén liên tục ba nhịp. Bảng 6.2. Trị U| của thanh nén liên tục ba nhịp đối xứng /I//2 0,2 0.3 0.4 0,5 U| 1,1038 1.5497 1.9294 2.24Í3 /I//2 0.6 0.7 0.8 Ui 2,5060 2,7168 2,8875 Tính tải trọng tới hạn của thanh nén liẻn tục nhiều hơn ba nhịp cOng lương tự 1hư thế. Trong thực tế thiết kế, tìm được tải trọng lới hạn p „ , theo công thức (6.13) c ó thể tìrn ra được độ dài tính toán của thanh, sau đó, dựa vào phương pháp tính kết cíu thép để lính lực nén trục cho phép lớn nhất của thanh chống bàng ihép. Hình 6.11 là ví dụ đường cong quan hệ giữa lực nén trục cho p hép của t h m h nén một nhịp với độ dài tính toán của thanh nén. 300
20 60 100 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 4.0 8.0 12.0 Nhịp ưnh t.oán cùa thanh chống Nhịp ưnh toán của thanh chổng ỉy/rn llin h 6 ,1 1 : Dườn^ c o n g q u a n hệ g i ử ơ lực nén í r ụ c cho p h é p với nhịp tinh toán 6.2.3. Thanh chống bằng bêtông cốt thép Hiện nay, kích thước mặt bằng của h ố móng sâu ngày càng lớn, bề rộng h ố đến mấy chục méi, có khi đến cả trăm mét; Độ sâu hố móng cững ngày càng sâu, mười mấy mét, có khi đến gần ba chục mét. Nếu ta vẫn áp dụng kiểu thiết k ế với phương pháp tính toán phân chia hộ iliống chống ơiử thành những thunh chịu nén riêng rẽ thì không thể đáp ứng được yẻu cầu của công trình. Gặp khi hậ ihống thanh chống thiết k ế thiếu líộ cứng lổng Ihổ Ihì líiih an loàn sỗ Lhỏng Ihổ cỏ diì bảo dảm tin cậy, điều này đă được chứng minh trong cồng trình thực úễn. Để giải quyết vấn đề này ta đem hệ thống t h a n h chống thiết k ế thành một khung kín nằm ngang về mặt kết cấu, đồng thời, hết sức cố gắng dùng bôtông cốt thép đổ tại chỗ, như vậy sỗ nâng độ cứng tổng thể của nó lên rất cao. Do chống giữ chỉ là kết cấu tạm thời nôn chỉ cần đáp ứng các tham số kĩ Ihiiật và các yôu cầu của công trình trong giai đoạn thi công. Dưới liền đẻ là thuận tiện cho thi công và tiết kiệm đầu tư, phải hết sức c ố gắng tối ưu hoá về măt b ố trí hình học của kêì cấu, lựa chọn một hình thức hình học có đủ độ cứng và tính năng chịu lực tốt, nhằm đạl được một phương án thiết k ế tối uu vồ an toàn và về kinh tế. 6.2 .3 .1. P h ư ơ n g p h á p p h á n tích kết cấu Hệ thống chăn giữ hố móng sâu thường gồm hai bộ phận tổ thành là hệ thống quây giữ và hệ chống đở. Nói một cách chặt chẽ là, kết cấu quây giữ chắn đất và kết cấu chống đỡ khép kín cùng nhau tạo thánh một hệ thống kô't cấu không gian; Hai loại kết cấu này cùng nhau gánh chịu sự chèn đẩy của khối đất và tác động của tải trọng, do đó, chuyển vị ngang của hệ thanh chống bao gồm hai phần: Một là dưới tác độ ng của tải trọng, hệ ihanh chống biến dạng; hai là sự chuyến vị của thể cứng (bao gồm cả dịch chuyển ngang và chuyển động xoay), là vì trong quá trình đào hô' móng, tải trọng ở các mặt bên của h ố móng không đều sinh ra, việc phát sinh chuyển vị của thể cứng ấy sõ dẫn đến sự phân phối lại tải irọng ở các măt bên của h ố m óng cho đến khi cân bằng. 301
Với điều kiộn là không kể đến chuyển vị của thể cứng, để cho việc tính toán được đơn giản, có thể phân biệt tính toán riêng hệ quây giữ và hệ chống đỡ sau khi đă kể đến tác độn g tương hỗ của chúng. Hệ quây giữ thì lấy độ dài đơn vị lường quây giữ làm phần tử tính toán để tính, việc này đã giới thiệu trong chương 4 và chương 5. Hệ chống giữ bằng bêtông cốt thép thiết k ế theo kết cấu khung ngang khép kín, ngoại tải sẽ từ kết cấu quảy giử trực tiếp tác động vào dầm qu ây chạy khép kín ở xung quanh và nối liền với hệ quây giử. Điều kiện khống c h ế ở xung quanh của khung khép kín phải đirợc quyết định bởi hình dạng h ố móng, tính chất cơ lí của đất nền và độ cứng của hệ quây giử. Đối với kết cấu khung khép kín này, phải tính theo tổ hợp nội lực bất lợi nhất và chuyển vị ngang lớn nhất do tác động của tải trọng bất lợi nhất sinh ra. Phải tính toán theo các công đoạn khác nhau của từng giai đo ạn đào đất khác nhau và từng phương thưc đào đất khác nhau. Với tải trọng bất lợi trong từng công đoạn khác nhau, phải lần lượt tính nội lực và c h u y ể n vị CLÌa hệ quủy g iữ và hê c h ố n g đ ỡ bằng b êtô ng cốt thép. I. Trình tụ và yêu cầu tính toán Theo sơ đồ tính (hình 6.12): 1) Lựa chọn thông số hình học phù hợp của kết cấu, lính độ cứng biến dạng ngang Kc của chống bằng BTCT. K. = Ị (6.22) Trong đó: ô - độ m ềm biến dạng của chống BTCT, ý nghĩa vật lí của nó là: chuyển vị ngang của điểm chống (tức dầm quảy) khi thanh chống BTCT theo chu vi của h ố móng chịu tác dụng của lực đơn vị phân b ố đều R = 1. Do chống giữ bằng bêtông cốt thép nên dưới tác đ ộ ng của lực chốn g giữ thì chuyển vị ngang trên các mặt cắt khác nhau của dầm quây c ũ n g khác nhau, độ cứng chống giữ cũng khác nhau. Để khống c h ế cnuyển vị ngang lớn nhất của ihân tường h ố móng, khi tính toán nên thiên về antoàn, vậ y có thể lấy chuyển vị ngang lớn nhất của dầm quáy chống giữ bằng bêtông cối thép làm độ mềm biến dạng ngang. 2) Căn cứ vào các chỉ tiêu tinh nâng cơ lí của lớp đất, theo trình tự của phương pháp phần tử hửu hạn hệ thanh, tính nội lực của tường quây giừ và chuyển vị ngang lớn nhất Amax của thân tường, đống thời tìm lực chống N của thanh chố ng đối với kết cấu thân tirờng. 3) Nhận xét chuyển vị ngang lớn nhất của thăn lirời.g h ố móng có đáp ứng được hay chưa: [ủmax] < [A] (6.23) Trong đõ: [A] - chiiyểr vị ngang lớn nhất cho phép ở m ép biên h ố móng. 302
tỉiỉih 6 .1 2 : S ơ dồ ĩếtìlt íoán 303
Nếu như công thức (6.23) không thoả màn thi điều chỉnh lại thông s ố hình họ c của thanh chống bêtông cốt thép, nàng cao độ cứng ngang của chúng, lập lại c ác bước tính toán 1), 2), 3) nói trên cho đến khi thoả m ẫn cổng thức (6.23). Khi công thức (6.23) khõng thoả mẫn, để điều chỉnh độ cứng của toàn bộ hố móng, thường có thể áp dụng các biện pháp như sau; 1) Điẻu chinh cốt cao của hệ c h ống giữ. 2) T ăng thêm kích thước mặt cắt cúa thanh chống, tức tăng thêm độ cứng biến dạng ngang c ủ a hệ thống chống; 3) T ăng thêm độ dày tường c h ắ n , hoặc t i n g thêm độ cắm sâu vào trong đất. Trong ba phương pháp điều chỉnh nói tJên, điều chỉnh cốt CúO của hệ thống chống là có hiệu quả nhất đối với việc khởng c h ế biến dạng ngang của h ố m ó n g, nếu vẫn chưa có cách nào thoả măn được thì lai điều chỉnh theo các bước 2), 3) cho đến khi thoả mãn ''ông thức (6.23). 4) D ùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính nội lực của thanh c h ố ng bêtông cốt thép và tính toán việt đặi thép. 2. S ơ đổ tính toán HỐ m ó n g có mặt bằng là hình chử nhật, khi sử dụng cọc nhồi để chắn đất và chống bằng hệ thống chống góc, bởi vì tổng áp lực đất ở ngoài h ố mà cạnh dài phải chịu sẽ lớn hơn cạnh ngắn, thường thường sẽ sinh ra chuyển vị cơ cấu, như thể hiện trên hình 6.13. Hình 6.13: Sơ đồ chuyển vị cơ cấu Khi tải trọng ở các thành bên của h ố m óng chênh nhau khá nhiều, nếu các hô móng ở liền kề nhau cùng đào một lúc, các công trình ở bên cạnh gần kề với h ố móng tiến hành việc đón g cọc và cAc nhàn tố khác...điều đó sẽ dẫn đến thành bên của hố .nóng 304
không cân bằng vé tải trọng, có thể làm toàn bộ hố móng bị "trôi dịch" vể một phía, gây ra chLiyển vị rấl lớn cho hệ thống chống giữ. Để lính toán chuyển vị cơ cấu hoàc chuyổn vị ihể cứng nói irên, phải xem hệ thống chống giữ và kêì cáu chắn đất là kết cấu không gian để tiến hành phân lích. 6.2.4. C â u tạo c ủ a k ết c ấu c hống giữ 6.2.4. ỉ. Cấu tạo củ a k ế t cấu c h ố n g g iữ bằtìỊi thép M?I cát thường dùng của Ihanh chống và dâm quây có thép ống, thép chữ H, thép chử ỉ, ihép lòns niáns và các mặl cắl tổ hợp của chúng, như thể hiện trên hình 6.14. X X— Ị B a - s Ị - -T - ■ - -r - - Ihnh 6.74.“ M áui iliitnii ihõiiịi hằiiỊi ìhép Bảng 6.3 và bảng 6.4 là quy cách và đặc irưng mặt cát của thép chữ H và thép ống thường dùng. r> > 1 -* B ả n g 6.3. Đ ặ c t r ư n g m ặ t cẩt c ủ a th é p c h ữ H tk t , B K ích thư ớ c mO» cắt D iộn D ộc irư n g m ặl cál T rọ n g lích lượng M ôm en q u án M Ađun m ậi B án kính m ặí tỉưn V( tính c ấ i (cnT^) q u a y (cm ) H x\i H XB ti y căi. ( k g . m ') (c n r) Jk -•y Rx Ry 0 3 4 1 5 6 7 8 9 10 1l 12 13 200 20 0 8 12 13 6 3 .5 3 4 9 .9 47 2 0 1600 472 160 8 .6 2 5.02 200 X 2(K) 2 0 0 X 2Ơ4 12 12 13 71 .53 56.2 4980 1700 498 167 8 .3 5 4 .8 8 250 X 250 9 14 16 9 2 .1 8 72.4 10800 .^650 «67 292 10.8 6 .2 9 250 X 250 250 X 253 14 14 16 104.7 82.2 1 1500 3880 919 304 10.5 6.0 9 305
B ản g 6-3 (tiếp Iheo) 1 ■) 3 4 5 6 7 8 9 to i1 12 13 294 X 302 12 12 18 107.7 84.5 16900 5520 1 150 ■Í65 12.5 7 .1 6 30 0 X 30 0 3 0 0 X 3Ơ0 10 15 18 119.8 9 4 .0 20400 6750 1360 450 13.1 7.51 3 0 0 X 305 15 15 18 134.8 106 21500 7100 1440 466 12,6 7 .2 6 ,M4 X .U 8 10 i6 20 146.0 115 33300 112(K) 1940 646 15.1 8 .7 8 3 5 0 X 35Ơ 3 5 0 X 35 0 12 19 20 173.9 137 40300 13600 2300 776 15.2 8,84 39 6 X 199 7 11 16 7 2 .1 6 5(>,6 20000 1450 lo to I4.S 16,7 4,4 8 4 0 0 X 20 0 4 0 0 X 20 0 H 13 16 8 4.12 6 6 .0 23700 1740 I 190 174 16.8 4.5 4 4 0 0 X 300 3 9 0 X 30 0 10 16 22 136 .0 107 38700 7210 1980 481 16.9 7.28 4 0 0 X 40Ơ 388 X 40 2 15 15 22 178.5 140 4y()()0 16300 2520 800 16.6 9.5 4 394 X .198 1i 18 22 186.8 147 56100 18900 2850 951 17.3 10.1 400 X 400 13 21 22 2 18,7 172 66600 22400 3330 1 120 17.5 lo .l 4 4 6 X 1 19 8 12 18 H4,3 66 .2 28700 1580 1290 159 18.5 4.33 450 X 20 0 4 5 0 X 20 0 9 14 18 9 6 .7 6 7 6 ,0 33500 1870 1490 187 18.6 4 ,4 0 4M) X M){) 4 4 0 X 300 11 18 24 157.4 124 56100 8110 255Ơ 541 18.9 7.1 8 4 9 6 X 199 14 20 101.3 79.5 41900 IK4Í) 1690 ỉ 85 2 0 .3 4 .2 7 5 0 0 X 200 5(K) X 20 0 10 16 20 114.2 8 9 ,6 47XÍM) 2140 1910 214 2 0 .5 4 .3 3 .S06 X 201 i1 19 20 13 1.3 103 56500 2580 2230 257 20.7 4,4 3 4 8 2 X 30 0 11 15 26 I45..S 1 14 60400 6760 2500 451 20.4 6,8 2 5 00 X 30 0 4 8 8 X MK) ]1 IS 26 163,5 128 71 ()()() 81 10 2910 541 20 .8 7,0 4 49 2 X 46.S 15 20 26 2 5 9 .6 204 1 l«()00 .rv so o 4800 1440 2 1 .3 11.4 50 0 X 500 502 X 46.S 15 25 26 .^06,1 240 147.000 41 m ) 5850 1KOO 2 1 ,9 1 1,70 502 X 4 7 0 20 25 26 33 1 ,2 26í) 152001) 4.^300 6060 1S40 21,4 I 1,40 59 6 X 199 10 , 15 22 \2i),5 94 .6 6K7(){) ly s o 2310 199 2 3 .9 4.05 6 00 X 20f) 60 0 X 200 11 17 22 í 34.4 ; 106 77f>()() 2280 2590 228 2 4 .0 4 .1 2 6 0 6 X 201 12 20 '>-> 152.5 120 9()4Í)0 29 S 0 271 24.3 4.2 2 5S2 X 30 0 12 17 2S 174.5 137 lO.UHK) 7670 511 24.3 6 .6 3 6 0 0 X 300 58« X M){) 12 20 2S 192.5 \^\ 1 18()(K) 9020 4020 601 24.S 6.85 594 X 302 14 23 28 2 22,4 !75 137000 10600 4620 701 24 .9 6 ,9 0 69 2 X M)i) 13 20 28 21 1.5 !6 6 172000 y02í) 4980 60 2 28 ,6 6.5 3 7 0 0 X 300 70 0 X .^00 \} 24 28 235..S ỈSÍĨ 201000 1()8()() 5760 72 2 29.3 6.7 8 792 y 300 14 22 28 2 43.4 101 254000 9930 6 4 !0 66 2 32 .3 6.3 9 800 X 300 8 0 0 X 3f)í) 14 26 28 2 6 7 .4 210 2920()() 1 1700 7290 782 33 ,0 6.62 890 X 15 23 28 2 7 0 .9 2 I.Ì 345()(ì() KÌ.^OO 7760 6SK 6 .1 6 9(K) X 300 900 X 30 0 16 28 2S 243 41 ]()()() 12600 9140 «13 36 .4 6,39 91 2 X 302 18 34 28 3 6 1 .0 286 49SOOO 1ÍÍ700 1()9()0 1010 3 7 .0 6.S 0 306
B ả n g 6.4. Đ ặc trưiìg m ặt cắt củ a th ép ố n g D iộn (ích Mt^mcn D iôn tích D ườní! kính Dộ dày T rọ n g lượng M ổctun m ặi B án kính míil cá i q u án íính niẠl n g o ài n g o ăi (n in i) (m ni) (kg. m *') CÂI (cnv^) q u a y (m m ) (m m ) (ctll'*) (m ^rĩí**) 9 138.8 109 41800 1670 17.4 500 12 184.0 144 54800 219 0 17,3 i.5 7 14 21.1.8 168 63200 253 0 17,2 ■^167.! 1.^1 ___ 72Ọ Í)0___ . , _ _ 2 4 3 0 ____ \2 221.7 174 95800 3200 2 0 .8 I1,OỐ 000 14 257.7 202 1 1 100 36 9 0 20 .7 16 29 3 .6 230 12.^(1 4180 20.7 9 195,4 15.^ 1 1700Í) 3330 24 .4 12 259 .4 204 154000 4390 2 4 .3 700 14 3 01.7 327 178000 5070 24 .3 16 343.8 270 201000 5750 24.2 1 12,4 8 8.4 22200 1090 4 0 6 .4 14.0 1.27 12 148.7 1 17 28900 1420 349.4 274 2 1 2()()0 594 0 24 .6 0 227.2 178 184000 4520 2 8 .4 8 1 2 .8 12 301 ,9 237 242000 5960 28.3 cc 2.55 14 351.3 276 2S()0í)0 6900 28,2 16 40 0 .5 314 318000 7820 28 .2 12 340.2 267 346000 7580 3 1 .9 14 39 6 .0 311 401000 878 0 ^1.8 914 4 2.87 16 4 5 1 .6 354 456()00 9970 3 1 .8 19 534..S 420 536000 1 1700 31.7 12 37H..S 297 477000 9390 35.5 1fìl 14 4 4 0 .7 346 55M)Oi) 10900 3 5 .4 V./ J ^ư 1 11V .1, Q 16 502 ,7 628000 12400 3 5 ,4 19 595.1 467 74(K)()0 74(KÌ0 3 5 .2 3 07
Cấu tạo mắt nối là một nội dung quan trọng cần phải đặc biệt chú ý trong khi thiết k ế c h ống giữ bằ ng thép, cấu lạo mắt nối không ihoả đáng dễ làm cho h ố móng bị biến dạng quá lớn. Hình 6.15 là mấy phương pháp ghép nối thép chữ H và thép ống. Trong đó, hình 6.15a là nối vặn ren, 6.15b là nối hàn. Nối hàn thường có thể đạt yêu cầu mặt cắt đồng cường độ. tính năng truyền lực khá tốt, nhưng khối lượng công việc ở hiện trường lớn. Nối vận ren thì độ tin cậy không bằng nối hàn nhưng thuận tiện ghép nối ngay ở hiện trường. I I TTTT J ___ I♦ ♦ ♦ ♦ I A -A B -B i b) Hiith 6.15: Mắt nổi thép chữ H và ilìép ống a) Nếi vận ren; h) Nối hàn. Khi dùng thép c h ữ H làm dầm quây, tuy trong mặi phẳng chính của nó tính năng chịu uốn rất tốt, nhưng tính năng chịu cắt và chịu xoán lại kém, phải có biện pháp cấu tạo ihoả đá ng để bù lại. Hình 6.16 là liên kết giữa dầm quây với thanh chống; giữa dầm quây với tường chắn nhồi kín bàng bêtông đá nhỏ có thể làm cho dầm quây chịu lực đồng đẻu hơn, tránh bị tác động lệch tâm và sinh ra xoắn; ở bản bụng của dầm quây và thanh c hống hàn các lấm gia cường có thể làm tang tính ổn định của bản bụng và nâng cao độ cứng chịu cắl của mặt cắt, đc phòng phá huỷ V I nén cong cục bộ. Liên kết tại điểm giao nhau giữa các thanh chống ngang dọc có hai loại là nối phẳng và nối chồn g, như hình 6.17. Thường ihì, điểm nối phẳng đủ tin cậy hơn điểm nối chồng, có thể làm cho hộ thanh chống hình ihàtih độ cứng phảng khá lớn. Nối chồng thì Ihi côn g thuận tiện nhimg kiổu nối này sẽ hạn chế sự nén gẫy trong mặt phàng ngang đến đâu thì cững đang còn hoài nghi. 308
Hình 6.16: Liên kết thanh chống với dảm quâ\ bằng thép 1. Tường quây giữ; 2. D ầm quây bằng thcp; 3. T han h chố n g bằng thóp; 4. Bản tăng cường; 5. Nhồi kín bằng bôtông đá nhỏ. p b) Ịp n ; Ị i t = ^ ^ — i lU U -_ ^ ir c '46 ir c-c 7 ^ 1 1 D -D Hình 6J7: Phirơìì^ pháp nối thanh chổng giao nhau a) Nối pỊiđng íhép clìữ H; h) Nối pháng thép ống: c) Nối chồng thép chữ H; d) Nối chồng thép ống. 309
6 .2 .4 .2 . C ấ u t ạ o t h a n h c h ố n g b ằ n g b è t ô n g c ố t t h é p đ ổ t ạ i c h ỗ Hệ thống chống giữ bằ ng BTCT phải được đổ tại chõ trong cùng một mặt phẲng. Thanh chống và dầm quây ihường có mặt cắt hình chữ nhật. Độ cao mặt cắt thanh chống ngoài phải thoả mãn yêu cầu về tỉ s ố dài rộng của cấu kiện chịu nén (không lớn hơn 75), còn phải không nhỏ hơn 1/20 nhịp tính toán trong mặt phẳng đứng c ủ a nó (thường lấy bằng cự li trung tâm hai cột đứng kề nhau). Độ cao mặt cắt của d ầ m quây (kích thước theo chiều nằm ngang) không được nhỏ hơn 1/8 nhịp tính toán theo chiều nằm ngang của nó. Độ rộng mặt cắt của dầm quây (kích thước theo chiều thẳng đứng) không được nhỏ hơn độ cao mặt cắt của thanh chống. Giửa dầm quây bằng bêtông với tường quây không được để có khe hở nằm ngang. Trong mặt phẳng đứng dầm quây có thể liên kết với thân tường bằng cốt treo, cự li cốt treo thường không lớn hơn l,5m, đường kính phải tính toán theo trọng lượng bản thân của thanh chống và dầm quây. Khi giữa dầm quây bằng bêtông với tường liên tục trong đất yêu cầu phải truyền dẫn lực cắt nằm ngang thì men theo độ dài của dầm quây trên thân tường cần chừa sẵn cốt lực cắt hoặc máng lực cắt. 6 .2 .4 3 . Cấu tạo cột đứ ng Trong trường hợp bình thường, từ măl đào của h ố móng trở lẽn dùng C Ộ I thép ghép thành, mặl cắt như hình 6.18, nhằm thuận tiộn cho việc thi công cốt thép bản đáy của móng công trình chủ thể, đồng thời cũng để thuận tiện cho việc liên kết với cấu kiện thanh chống. Hình 6.18: Mặt cái phẩn trên của cột chống 1. Thép góc L 120 X 10; 2. Bản hoặc thanh ghép. Cột chống từ mặt đào trở xuống có thể dùng cọc khoan lỗ đường kính khống nhỏ hơn 650m m (cũng có thể lợi dụng cọc công trình), cũng có thể dùng cọc thép ống hoặc cọc thép chữ H có mặt cắt bằng với phần cột ở bên trên. Khi dùng cọc khoan 16 thì cột đứng ở bên trên nó phải có phần chiều dài chôn vào trong cọc không nhỏ hon 4 lần cạnh dài của cột dứng thép và phải hàn nối với lồng cốt thép ở trong cọc. Để đề phòng cột đứng bị lún hoặc sự đàn hồi của đất ở đáy h ố gây ra ảnh hưửng bất lại cho kết cấu chồ'ng giữ Ihì đầu dưới của cột đứng phải chống vào tầng đất tuTrng đối tốt. ở vùng đâì m ềm yếu, độ sâu chân cột đứng kể từ mặt đào trở xu ống khủng nên nhỏ hơn 2 lần độ sâu đào h ố móng. 310