Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Góp phần nghiên cứu hoàn chỉnh giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc trên đường ô tô qua vùng có hoạt động sụt trượt

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Góp phần nghiên cứu hoàn chỉnh giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc trên đường ô tô qua vùng có hoạt động sụt trượt" đề cập đến một vấn đề cấp bách nhằm góp phần hoàn chỉnh hơn giải pháp thiết kế neo. Rút ra một số kinh nghiệm thiết kế cho những công trình ứng dụng công nghệ neo xử lý chống sụt trượt đất trên đường giao thông trong những giai đoạn phát triển tiếp theo của đất nước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Góp phần nghiên cứu hoàn chỉnh giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc trên đường ô tô qua vùng có hoạt động sụt trượt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LƯƠNG HÙNG MẠNH GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU HOÀN CHỈNH GIẢI PHÁP THIẾT KẾ NEO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ QUA VÙNG CÓ HOẠT ĐỘNG SỤT TRƯỢT Chuyên ngành: Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố Mã số: 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. DOÃN MINH TÂM Hà Nội - 2012
LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam, đang ngày càng có nhiều những dự án lớn về xây dựng các công trình giao thông, xây dựng các tòa nhà cao tầng. Vấn đề sụt trượt các mái dốc cao hay hố đào sâu luôn là một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất để tìm ra các giải pháp phòng chống. Một trong những giải pháp tiên tiến hàng đầu hiện nay mà thế giới đang sử dụng rộng rãi là “công nghệ neo trong đất”. Luận văn rất có ích cho các kỹ sư, sinh viên chuyên ngành Cầu – Đường, chuyên ngành Địa kỹ thuật Xây dựng quan tâm đến vấn đề ổn định mái dốc, kiên cố hóa nền đường bằng công nghệ neo nói chung, và neo OVM của Trung Quốc nói riêng. Hoàn thành luận văn đối đối với tôi là một niềm vui khó diễn tả. Tôi vui mừng và hãnh diện vì đã có một sản phẩm lớn đầu tiên trong đời bằng chính sức lao động thực sự của bản thân dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình của các Quý Thầy Cô, các tập thể, Gia đình và bạn bè trong suốt quá trình thực hiện. Trước hết, xin gửi những lời tri ân nhất tới Thầy PGS.TS. Doãn Minh Tâm - người đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy GS.TS. Vũ Đình Phụng – người đã định hướng và chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Xây dựng. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, Quý Thầy cô trong bộ môn Đường, Quý Thầy cô trong Bộ môn Địa chất công trình, trường Đại học Xây dựng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Quý Anh, Chị thuộc Ban QLDA các CTGT tỉnh Lào Cai - Sở GTVT Lào Cai, Công ty cổ phần XD Nam Tiến Lào Cai, Viện chuyên ngành đường bộ & sân bay - Viện KH&CNGTVT đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tôi điều tra khảo sát, thu thập tài liệu thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin được nói lời cảm ơn sâu nặng tới gia đình mình - những người luôn bên tôi, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong học tập cũng như trong cuộc sống! Do trình độ còn hạn chế và thời gian không cho phép, cho nên luận văn chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiết sót hoặc có những mặt chưa đáp ứng được yêu cầu của các Quý Thầy Cô, các Bạn đồng nghiệp và các Bạn đọc tham khảo. Kính mong nhận được những sự thông cảm, các ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày ... tháng 12 năm 2012 Học viên Lương Hùng Mạnh
MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Danh mục các bảng………………………………………………………………… 1 Danh mục các hình vẽ……………………………………………………………… 2 PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................... 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NEO VÀ ỨNG DỤNG……………………………………………………………………….. 7 1.1. Tổng quan về công nghệ neo trong đất……………...……………………… 7 1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất…………………………………………. 7 1.1.2. Định nghĩa và phân loại neo trong đất………………………………………. 7 1.1.3. Cấu tạo neo đất và vật liệu sử dụng trong neo đất…………………………. 13 1.2. Ứng dụng của neo trong đất………………………………………….…….. 18 1.2.1.Trong xây dựng dân dụng……………………………………………….….. 18 1.2.2. Trong xây dựng công trình giao thông…………………………………..…. 19 1.2.3. Trong xây dựng đập, thủy điện………………………………………….…. 20 1.3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ neo tại Việt Nam................... 21 1.3.1. Công tác nghiên cứu…………………………………………………..…..... 21 1.3.2. Công tác ứng dụng thực tế…………….…………………………………… 22 Tổng kết chương I……………………………….……………………….……….. 24 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NEO TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC…………………………………………………………...…………… 25 2.1. Các phương pháp đánh giá sự ổn định mái dốc và nguyên lý neo……… 25 2.1.1. Phân loại hiện tượng phá hoại mái dốc ở Việt Nam…………..…………… 25 2.1.2. Nguyên nhân sụt trượt trên các nền đường đào sâu và đắp cao…………..... 28 2.1.3. Một số phương pháp phân tích đánh giá sự ổn định mái dốc……………… 29 2.1.4. Một số phương pháp xử lý sụt trượt mái dốc hiện nay ở Việt Nam…….…. 34
2.1.5. Nguyên lý sử dụng neo tăng cường ổn định mái dốc…………………...…. 36 2.2. Lý thuyết tính toán thiết kế neo……………………………………...……. 37 2.2.1. Sức chịu tải của neo……………………………………………………...… 37 2.2.2. Thiết kế neo OVM theo chỉ dẫn thiết kế GB50086-2001 – Trung Quốc…. 40 Tổng kết chương II………………………………………………………...……… 43 CHƯƠNG III XEM XÉT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ NEO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRÊN ĐOẠN BẢN PHIỆT – CẦU HỒ KIỀU II, QL 70, (TỈNH LÀO CAI) ..44 3.1. Mô tả hiện trường…………………………………………………..……… 44 3.1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình……………………………………...…… 44 3.1.2. Hiện trường điểm sụt trượt…………………………………………….…… 44 3.2. Môt tả địa chất khu vực sụt trượt……………………………………….… 45 3.3. Sơ bộ đánh giá nguyên nhân sụt trượt………………………………….… 47 3.4. Kiểm toán ổn định mái dốc ……………………………………………….. 49 3.4.1. Các trường hợp kiểm toán ổn định……………………………………….… 49 3.4.2. Lập sơ đồ tính toán………………………………………………….……… 50 3.4.3. Kết quả…………………………………………………………...………… 51 3.5. Phương án thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc ………………...…... 55 3.5.4. Phạm vi xử lý (phạm vi cắt cơ, phạm vi bố trí neo) ……………………….. 55 3.5.2. Tính toán, thiết kế neo ................................................................................... 58 Tổng kết chương III………………………………………………………………. 69 CHƯƠNG IV ĐỀ XUẤT, SO SÁNH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ NEO ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRÊN ĐOẠN BẢN PHIỆT – CẦU HỒ KIỀU II, QL 70 CỦA TÁC GIẢ VỚI PHƯƠNG ÁN ĐÃ THIẾT KẾ CỦA NHÀ THẦU ........ 70 4.1. Đánh giá phương án thiết kế của nhà thầu …………………………......... 70 4.2. Phân tích, đánh giá điều kiện làm việc thực tế của neo .............................. 71 4.2.1. Xác định biểu đồ phân bố mômen theo phương pháp của cố GS. Hồ Chất…71 4.2.2. Xác định tải trọng làm việc thực tế của neo ………………………………. 72 4.3. Giải pháp thiết kế của tác giả ...…………………………………………..... 75
4.4. Đánh giá, so sánh giải pháp thiết kế của tác giả với giải pháp của nhà thầu …………………………………………………………………………………….. 78 Kết luận chương IV ……………………………………………………………... 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………………….. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………. 85 PHỤ LỤC 1: ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU, ĐỊA CHẤT KHU VỰC SỤT TRƯỢT…. 87 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ BẢN VẼ THIẾT KẾ KỸ THUẬT…………………….... 91 PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU………. 92
1 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Đặc trưng các lớp địa chất trong mùa khô ............................................. 51 Bảng 3.2. Đặc trưng các lớp địa chất trong mùa mưa ........................................... 52 Bảng 3.3. Tính HSOD mái dốc trong mùa khô đối với cung trượt 1(O1, R1) ........ 54 Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả tính HSOD mái dốc trong các trường hợp..…………56 Bảng 3.5. HSOD mái dốc sau khi xử lý cắt cơ …………………………………... 59 Bảng 3.6. HSOD mái dốc trước và sau khi xử lý cắt cơ …………………………. 60 Bảng 3.7. Chiều dài cánh tay đòn của các lực neo tương ứng................................. 61 Bảng 3.8. Bảng khối lượng chi tiết neo ………………………………………..... 67 Bảng 4.1. Tính toán mômen giữ và mômen gây trượt khối đất…………………... 72 Bảng 4.2. Tính toán tải trọng làm việc thực tế của các neo tại MC TC1 ….…...... 74 Bảng 4.3. So sánh tải trọng làm việc thực tế với sức chịu tải giới hạn của neo….. 74 Bảng 4.4. Tính toán điều chỉnh chiều dài bầu neo theo điều kiện làm việc thực tế.76 Bảng 4.5. Thay đổi chiều sâu khoan và chiều dài cáp neo khi điều chỉnh chiều dài đoạn dây neo tự do................................................................................................... 77 Bảng 4.6. Yếu tố neo theo phương án thiết kế của tác giả ……………...……….. 77 Bảng 4.7. Thay đổi KL vật liệu và chiều sâu khoan khi điều chỉnh chiều dài bầu neo …….......................................................................................................................... 78 Bảng 4.8. So sánh yếu tố neo theo PA thiết kế của tác giả và PA của nhà thầu … 78 Bảng 4.9. Đánh giá hiệu quả kinh tế của PA đề xuất so với PA thực tế đã thi công …………………………………………………..………………………………… 79
2 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Phân loại neo trong đất ........................................................................8 Hình 1.2. Sơ đồ thay đổi tải trọng, biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực kéo .......9 Hình 1.3. Sơ đồ thay đổi tải trọng, biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực nén tập trung ......................................................................................................................9 Hình 1.5. Các kiểu neo phân loại theo biện pháp thi công ................................10 Hình 1.6. Neo đất dùng cốt thép thanh ..............................................................12 Hình 1.7. Cấu tạo chung neo đất........................................................................13 Hình 1.8. Đầu neo OVM....................................................................................13 Hình 1.9. Nêm neo .............................................................................................14 Hình 1.10. Bản neo ............................................................................................14 Hình 1.11. Bản đệm neo ....................................................................................15 Hình 1.13. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga ngầm, tuyến Metro Athen (Hy Lạp, 2007 [3]) ........................................................................19 Hình 1.14. Hệ dầm giằng truyền thống khi thi công hố đào làm tầng hầm tòa nhà Bảo Gia, Tp. Hồ Chí Minh ..........................................................................19 Hình 1.15. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công nền đường đào ................19 Hình 1.16. Neo ổn định mố trụ cầu ...................................................................19 Hình 1.18. Neo tăng cường ổn định đập nước và chống áp lực nước đẩy nổi ..20 Hình 1.19. Neo ổn định tháp cột điện cao thế ..................................................20 Hình 2.1. Mặt cắt ngang điển hình của một mái dốc .........................................25 Hình 2.2. Trượt đất đẩy tường chắn BTCT trên đường Hồ Chí Minh ..............26 Hình 2.3. Xói sụt đất làm phá hoại cống thoát nước trên đường Hồ Chí Minh 26
3 Hình 2.4. Các hình dạng phá hoại của sụt trượt ................................................26 Hình 2.5. Lở đất trên taluy Quốc lộ 6 ................................................................28 Hình 2.6. Đá lở trên Quốc lộ 37 ........................................................................28 Hình 2.7. Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Fellenius ............31 Hình 2.8. Sơ đồ tính toán theo phương pháp phân mảnh của Bishop ...............33 Hình 2.9. Xử lý cắt cơ giảm tải mặt dốc ............................................................34 Hình 2.10. Thoát nước mặt bằng rãnh đỉnh .......................................................34 Hình 2.11. Mái taluy được tăng cường ổn định bằng neo .................................37 Hình 2.16. Phạm vi ảnh hưởng và giao thoa neo ...............................................39 Hình 2.17. Hệ số giảm khi tính đến hiệu ứng nhóm [Theo Habid] ...................39 Hình 2.18. Cấu tạo neo OVM ...........................................................................40 Hình 2.19. Các khoảng cách yêu cầu khi bố trí neo ..........................................42 Hình 3.1. Bản đồ địa hình vị trí tuyến Quốc lộ 70 ............................................45 Hình 3.2. Bình đồ khu vực sụt trượt trước khi xử lý .........................................46 Hình 3.3. Mặt cắt địa chất tại cọc TC1 - Km: 194 + 457.35 .............................47 Hình 3.4. Sơ đồ lý thuyết nguyên nhân xảy ra hiện tượng sụt trượt .................48 Hình 3.5. Sơ đồ phân mảnh khối trượt ..............................................................53 Hình 3.6. Hình ảnh kết quả tính toán trên giao diện phần mềm STAB 95........55 Hình 3.7. Hình ảnh kết quả tính toán trên giao diện phần mềm STAB 95........55 Hình 3.8. Trắc dọc xử lý cắt cơ .........................................................................57 Hình 3.9. Trắc ngang xử lý cắt cơ cọc TC1 .......................................................57 Hình 3.10. Hình ảnh KQ tính toán bằng phần mềm STAB 95 ..........................58 Hình 3.11. Hình ảnh KQ tính toán bằng phần mềm STAB 95 ..........................58 Hình 3.12. Sơ đồ tính toán tổng mômen gây trượt khối đất ..............................61
4 Hình 3.13. Sơ đồ tính tổng mômen giữ khối đất gây bởi hệ neo .......................62 Hình 3.14. Chiều dài đoạn neo tự do .................................................................65 Hình 3.15. Hình ảnh kết quả tính toán trên giao diện phần mềm STAB 95......67 Hình 3.16. Hình ảnh kết quả tính toán trên giao diện phần mềm STAB 95......67 Hình 3.17. Bố trí neo và hệ dầm trên trắc dọc ...................................................68 Hình 3.18. Cấu tạo chi tiết neo thiết kế .............................................................69 Hình 3.19. Bản neo ............................................................................................69 Hình 3.20. Bản đệm neo ....................................................................................69 Hình 3.21. 3 bản chịu tải ....................................................................................70 Hình 3.22. Đầu dẫn hướng.................................................................................70 Hình 4.1. Bố trí neo tại mặt cắt TC1- Km: 194 + 457.35 ..................................71 Hình 4.2. Sơ đồ phân tích ổn định mái dốc, biểu đồ phân bố mômen và tải trọng làm việc thực tế của các neo tại MC TC1 .................................................74 Hình 4.3. Bố trí neo theo PA thực tế đã thi công tại mặt cắt TC1 ....................81 Hình 4.4. Bố trí neo theo PA của tác giả tại mặt cắt TC1 .................................81
5 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thảm họa do thiên tai mang lại rất to lớn và khó lường. Hiện nay dưới tác động của biến đổi khí hậu, các tác động của thiên tai ngày càng phức tạp và hậu quả thiệt hại càng lớn. Sụt trượt đất là một thiên tai gây tốn nhiều tiền của và nguy hại đến con người hiện đang có xu hướng gia tăng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ở Việt Nam. Mới đây nhất, rạng sáng ngày 15-4-2012, khu vực đổ đất đá thải Mỏ than Phấn Mễ (xã Phục Linh, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên) sạt lở, vùi lấp 12 hộ dân. Ban đầu, có ít nhất một người chết, một người bị thương và năm người mất tích. Sụt trượt đất trên QL6 (Hòa Bình) khiến 2 người thiệt mạng. Và, hiện nay, tình hình sụt trượt đất trên tuyến đường HCM cũng như một số tuyến đường quan trọng khác ở khu vực miền Trung và Tây Bắc đang xảy ra trầm trọng, diễn biến phức tạp… Chính vì thế, trong những năm trở lại đây, tìm cách khắc phục các hậu quả sụt trượt đất đảm bảo giao thông trên các tuyến đường luôn là vấn đề nóng của ngành GTVT. Hiện nay, trên thế giới, thực hiện công tác phòng chống sụt trượt mái dốc, đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng, trong đó có “công nghệ neo đất” là một trong những công nghệ mới, tân tiến và rất hiệu quả. Neo trong đất được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: trong ổn định tường chắn đất, ổn định mái dốc, ổn định chống lật cho kết cấu đập, ổn định mố trụ cầu, móng cột điện cao thế... Tại Việt Nam, công nghệ neo trong đất được ứng dụng lần đầu tiên vào năm 1994 và đối với những công trình đã thực hiện, việc tính toán, thiết kế đều được thực hiện theo các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của nước ngoài như Nhật Bản, Anh, Trung Quốc… còn gặp phải một số vấn đề chưa hợp lý trong công tác thiết kế gây thiệt hại kinh tế không nhỏ cho chủ đầu tư. Vì vậy, luận văn đề cập đến một vấn đề cấp bách nhằm góp phần hoàn chỉnh hơn giải pháp thiết kế neo. Rút ra một số kinh nghiệm thiết kế cho những công trình
6 ứng dụng công nghệ neo xử lý chống sụt trượt đất trên đường giao thông trong những giai đoạn phát triển tiếp theo của đất nước. 2. Mục đích của đề tài - Hoàn chỉnh hơn giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc, đồng thời kiến nghị sử dụng kết quả này cho các công tác thiết kế neo ổn định mái dốc ở các công trình khác về sau. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Trong phạm vi luận văn, thông qua nghiên cứu, đánh giá thiết kế neo ổn định mái dốc thuộc “Dự án kiên cố hóa nền đường bằng công nghệ neo OVM đoạn Bản Phiệt – cầu Hồ Kiều II, Quốc lộ 70, đoạn qua tỉnh Lào Cai” của nhà thầu đã thực hiện, tác giả góp phần nghiên cứu hoàn chỉnh giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc nói chung. - Phạm vi: Phương pháp tính toán, thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp tính toán thực nghiệm. 5. Tổ chức đề tài nghiên cứu Chương I Tổng quan về sự phát triển công nghệ neo và ứng dụng Chương II Lý thuyết tính toán neo tăng cường ổn định mái dốc Chương III Xem xét giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc trên đoạn Bản Phiệt – Cầu Hồ Kiều II, QL 70 (Tỉnh Lào Cai) Chương IV Đề xuất, so sánh phương án thiết kế neo ổn định mái dốc trên đoạn Bản Phiệt – Cầu Hồ Kiều II, QL 70 của tác giả với phương án đã thiết kế của nhà thầu Kết luận và Kiến nghị
7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NEO VÀ ỨNG DỤNG 1.1. Tổng quan về công nghệ neo trong đất 1.1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ neo Trên thế giới, công nghệ neo trong đất (gọi tắt là neo trong đất hay neo đất) được ứng dụng lần đầu tiên vào đầu thế kỉ XIX, trong xây dựng tường chắn và kết cấu chống lại áp lực đẩy nổi của nước. Năm 1938, Neo trong đất được sử dụng ở đập Chuerfas, Algeria để neo bể chứa nước. Sau chiến tranh Thế giới thứ 2 (1945), neo trong đất được ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực: ổn định hố đào sâu; chống sạt lở, ổn định mái dốc; gia cố đập... Ở Châu Âu, năm 1950, neo Bauer sử dụng tao cáp cường độ cao trong lỗ khoan có đường kính nhỏ đã được giới thiệu ở Đức. Tiếp theo là Úc và Thụy Sĩ. Đến năm 1970, neo trong đất đã được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều nước trên thế giới. Mới nhất là Hoa Kỳ, năm 1971, trong hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào đất. Ở Châu Á, neo trong đất được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1950 ở Nhật Bản, tại đập phụ trong đập Fujihara, để neo đá phục vụ mục đích đưa dự ứng lực vào đập. Sau đó, lan rộng sang các nước trong khu vực và thực sự phát triển mạnh từ cuối thế kỷ XX đến nay [9] [12]. Ở Việt Nam, công nghệ neo trong đất được ứng dụng từ những năm 1994 đến nay. Phạm vi ứng dụng ngày càng được mở rộng trong các lĩnh vực khác nhau, có thể kể đến như: trong lĩnh vực Xây dựng dân dụng: ổn định các hố đào sâu thi công tầng hầm nhà cao tầng hay ổn định các tháp cột điện cao thế; trong Xây dựng các công trình giao thông: ổn định mái dốc, kiên cố hóa nền đường; trong Xây dựng đập thủy điện: neo sàn các đập thủy điện chống lực đẩy nổi;… 1.1.2. Định nghĩa và phân loại neo trong đất Định nghĩa Theo TCVN 8870:2011: “Neo trong đất là kết cấu có khả năng truyền tải trọng kéo vào lớp đất chịu tải”.
8 Neo trong đất được cấu tạo từ 3 bộ phận: Đầu neo, thân neo (đoạn dây neo không liên kết) và bầu neo (đoạn dây neo có liên kết) [3]. Nó có tác dụng làm ổn định kết cấu, chống lại chuyển dịch quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra “ứng suất trước” truyền vào trong đất đá. Phân loại neo trong đất Neo trong đất được phân loại theo nhiều cách khác nhau (Hình 1.1.). Theo cách liên kết với đất nền; theo thời gian sử dụng [9]; theo biện pháp thi công [3]; theo điều kiện cải thiện chịu lực [9]. Hình 1.1. Phân loại neo trong đất 1.1.2.1. Phân loại theo cách liên kết của neo với đất nền Có 3 loại: Neo ma sát, neo chịu áp lực đất, neo phức hợp. Neo ma sát có 2 loại: neo tạo lực nén và neo tạo lực kéo. Neo tạo lực kéo cũng chia ra 2 loại: Neo tạo lực tập trung, neo tạo lực phân bố. 1- Neo tạo lực kéo
9 Nhược điểm của neo tạo lực kéo là gây nên vết nứt trong lớp bảo vệ và mất tải trọng do từ biến. Do đó, trong biểu đồ phân bố ma sát (Hình 1.2.), đường phân bố ma sát ban đầu là đường cong (1); khi tải trọng tác dụng thì đường cong (1) sẽ bị thay đổi thành đường cong (3). Theo biểu đồ thay đổi tải trọng, đường cong tải trọng mong muốn là đường (1), nhưng thực sự, khi tải trọng tập trung hình quạt vượt quá lực kéo cho phép của đất, đường cong bị mất tải trọng. Nguyên nhân là sự giảm ma sát do tải trọng tập trung. 2- Neo tạo lực nén tập trung Neo tạo lực nén tập trung sử dụng các tao cáp dự ứng lực được bọc bằng ống PE, tạo lực nén lên vữa bằng cách gắn chặt cáp vào đối trọng ma sát riêng. Tải trọng giảm do từ biến nhỏ hơn so với neo tạo lực kéo, nhưng phải sử dụng vữa có cường độ lớn hơn. Nhược điểm của loại neo này là không tạo được lực neo cần thiết trong đất yếu. Khi lực nén tác dụng lên vữa, tải trọng tập trung được tạo ra ở phần cuối của vữa có thể làm vỡ lớp vữa. Neo tạo lực nén tập trung cũng có sự giảm đi tải trọng như thể hiện trên biểu đồ thay đổi tải trọng (Hình 1.3.). Nguyên nhân làm giảm tải trọng đột ngột phụ thuộc vào sự phá hoại do tải trọng nén. Hình 1.2. Sơ đồ thay đổi tải trọng, biểu Hình 1.3. Sơ đồ thay đổi tải trọng, biểu đồ phân bố ma sát neo tạo lực kéo đồ phân bố ma sát neo tạo lực nén tập trung 3- Neo tạo lực nén phân bố Để khắc phục những nhược điểm của hai loại neo trên, tải trọng tập trung quá giới hạn không được xuất hiện ở trong đất và khối vữa, sử dụng cáp bọc ống PE mà không tạo ra giới hạn đối với chiều dài tự do của neo và phân bố lực neo vào trong đất dễ dàng. Để đạt được điều đó, dạng neo tạo lực nén phân bố được phát triển và sử dụng.
10 Trong trường hợp này, tải trọng truyền dọc theo chiều dài neo ít ảnh hưởng đến cường độ vữa và đảm bảo lực neo cần thiết trong đất yếu. Loại này có thể tạo được tải trọng rất lớn trong các loại đất Hình 1.4. Sơ đồ thay đổi tải trọng, biểu đồ phân thông thường và đất cát cũng như bố ma sát neo tạo lực nén phân bố đất đá. Sử dụng neo này có ưu điểm rất lớn đó là: tỷ lệ mất mát ứng suất nhỏ và giữ được tải trọng theo thời gian (Hình 1.4.). 1.1.2.2. Phân loại theo thời gian sử dụng Theo thời gian sử dụng dài hay ngắn, neo đất được phân loại thành hai loại [9]: 1- Neo vĩnh cửu (Permanent Ground Anchor) Neo vĩnh cửu là loại neo được dùng vào mục đích ổn định lâu dài cho các công trình vĩnh cửu. Neo được xem như là một bộ phận của công trình, có cùng tuổi thọ với cấp công trình, phải được tiến hành các biện pháp chống ăn mòn, chống han rỉ cẩn thận trước khi lắp đặt vào vị trí cho tất cả các bộ phận của neo. 2- Neo tạm thời (Temporary Ground Anchor) Neo tạm thời là loại neo được dùng trong thời gian ngắn từ vài tháng đến hai năm ở thời gian công trình đang xây dựng. Loại neo này có thể được tháo ra toàn bộ hay một phần sau khi công trình thi công xong. Neo tạm thời có thể phân thành hai loại: tháo dỡ toàn phần và tháo dỡ một số bộ phận của neo. 1.1.2.3. Phân loại theo biện pháp thi công Hình 1.5. Các kiểu neo phân loại theo biện pháp thi công
11 Khả năng chịu nhổ của neo đối với một điều kiện đất đã cho được quyết định bởi cấu tạo hình học của neo, kỹ thuật thi công, trình tự phun vữa, phương pháp khoan và thổi sạch, có thể phân bốn loại như sau (Hình 1.5.) [3]: 1- Kiểu neo loại A Kiểu neo loại A bao gồm ống tremie, thân lỗ khoan được phun vữa trong bao hoặc vỏ, có thể thẳng tạm thời hoặc không thẳng tùy theo sự ổn định của lỗ. Kiểu này dùng phổ biến nhất trong đá và rất ổn định đối với các đất đắp dính cứng. Sức kháng nhổ phụ thuộc vào ma sát bên, tại giao diện đất/vữa. 2- Kiểu neo loại B Kiểu neo loại B bao gồm các lỗ khoan được phun vữa áp lực thấp (áp lực phun vữa pi < 1000KN/mm2), khi đường kính của bầu neo tăng lên và xáo trộn ít nhất khi vữa thấm qua các lỗ rỗng hoặc các nứt nẻ tự nhiên của đất. Kiểu neo này áp dụng phổ biến nhất trong đá yếu, nứt nẻ và các lớp đất hạt thô, nhưng cũng rất phổ biến trong đất rời hạt mịn. Ở đây, các loại vữa xi măng không đi qua các lỗ rỗng nhỏ nhưng dưới áp lực vữa làm chặt đất cục bộ sau khi khoan và làm tăng đường kính có hiệu, tăng cường sức kháng cắt. Sức chịu kháng nhổ phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng cắt trên thực tế nhưng sức kháng mũi cũng có thể kể đến khi tính toán sức chịu tải giới hạn. 3- Kiểu neo loại C Các kiểu neo loại C này bao gồm các lỗ khoan được phun vữa ở áp lực cao pi > 1000KN/mm2 thông qua một ống thẳng. Chiều dài neo cố định được mở rộng bằng hydrfracturing của khối đất tạo ra chùm rễ vữa hoặc hệ thống thay thế cho đường kính lõi của lỗ khoan. Thông thường áp lực được đặt khi phun lần thứ 2, sau khi vữa phun lần thứ nhất. Và nó thường được thực hiện thông qua một ống của hệ thống măng sét hoặc các ống vữa rất nhỏ được bố trí bên trong chiều dài bầu neo. Cách trước ưu việt hơn nếu dự tính nhiều lần phun. Lượng vữa phun lần hai tương đối ít. Sự tiếp tục tràn hoặc ngừng đột ngột trong áp lực phun lần đầu có thể làm mất nước và sau đó chỉ giữ được áp lực tương đối hạn chế. Mặc dù kiểu neo nàu áp dụng phổ biến trong đất rời hạt mịn tuy nhiên cũng đã có một số kết quả
12 trong đất dính cứng. Thiết kế dựa trên cơ sở giả thiết về ứng suất tiếp không đổi dọc theo bầu neo. 4- Kiểu neo loại D Các kiểu neo D bao gồm cả lỗ khoan được phun vữa bằng ống Tremie. Trong đó có một loạt chỗ mở rộng theo hình chuông hoặc hình bầu, đã được hình thành từ trước. Kiểu neo này được sử dụng phổ biến nhất trong đất dính từ chặt đến cứng. Sức chịu nhổ phụ thuộc vào ma sát bên và sức chịu ở mũi. Dù không phổ biến nhưng kiểu neo này có thể sử dụng trong đất rời khi phối hợp với một vài dạng ổn định theo kiểu tường mặt trên một chiều dài lớn. Thường loại này thi công bằng cách phun trước vữa xi măng, hóa chất trong đất bao quanh bầu neo, bơm dịch khoan polime vào lỗ khoan khi khoan hoặc tạo bầu. 1.1.2.4. Phân loại theo điều kiện cải thiện chịu lực – Neo OVM 1- Dùng cốt thép thanh để neo Thanh neo được dính kết cả chiều dài thanh không có UST: Loại này được sử dụng rộng rãi đối với khối đất đá không cần đảm bảo taluy ổn định (Hình 1.6). Thanh neo dính kết cả hai chiều dài thanh có UST: Được sử dụng vào khối đất đá cần UST để gia cố ta luy. Hình 1.6. Neo đất dùng cốt thép thanh 2- Dùng cáp neo UST – có 3 loại: Cáp neo UST cải thiện lực kéo Đặc điểm của loại cáp neo này là đoạn neo dùng cáp cường độ cao, mặt nhẵn, còn đoạn tự do được nối với cáp cường độ cao, mặt nhẵn, đã qua xử lý phòng rỉ rồi quét đều một lớp mỡ, sau cùng đoạn tự do được luồn vào ống nhựa để tạo thành cáp neo. Toàn lỗ bơm vữa một lần. Thi công đơn giản. Khi lực căng kéo tăng thì đoạn tự do chịu nén còn vữa ở đoạn neo chịu kéo làm cho vữa ở đoạn tự do chịu
13 một phần ứng suất cắt, cải thiện một phần ứng suất cắt, cải thiện trạng thái chịu lực của cáp neo. Cáp neo phân tán lực nén Loại này dùng cáp neo không dính kết (với 2-4 sợi cáp không dính kết), bơm vữa một lần vào cả lỗ neo. Loại này tránh được hiện tượng tập trung ứng suất ma sát dính kết, làm cho ứng suất ma sát dính kết thành lỗ neo phân tán được đều. Loại cáp neo phân tán lực nén điều động triệt để cường độ chịu cắt của đất, đá làm cho lực neo được chắc chắn. Cáp neo phân tán kéo nén Loại này dựa trên cơ sở cáp neo phân tán lực nén, bóc bỏ phần ống lồng PE một đoạn dài nhất định, ở bên dưới cáp không dính kết sẽ trở thành đoạn neo có mặt nhẵn, trên cáp mặt nhẵn – chỗ tiếp giáp cáp mặt nhẵn với đoạn không dính kết lắp cáp neo vào bản chịu tải, biến đoạn neo có cáp không dính kết thành đoạn neo có lực nén (bản chịu tải tác nén vào vữa xi măng) hình thành cáp neo phân tán kéo nén. Cáp neo phân tán kéo nén có ưu điểm của cáp neo phân tán lực nén. Cơ chế truyền lực độc đáo này giúp cho việc tạo UST của cáp neo được phân lớp, phân đoạn và phân tán truyền cho lõi xi măng, làm cho cường độ chống cắt giữa lỗ neo với xi măng được phát huy đầy đủ. 1.1.3. Cấu tạo neo đất và vật liệu sử dụng trong neo đất Hiện nay, công nghệ neo trên thế giới là rất đa dạng. Ở Việt Nam, một số loại neo đang được ứng dụng gồm có: neo Samwoo (Hàn Quốc), neo SEC (Nhật Bản), neo OVM (Trung Quốc),… Trong phạm vi luận văn, tác giả tập trung tìm hiểu, trình bày cấu tạo đối với loại neo OVM của Trung Quốc. Hình 1.7. Cấu tạo chung neo đất Hình 1.8. Đầu neo OVM
14 1.1.3.1. Đầu neo Đầu neo bao gồm nắp đầu neo, tiếp đến là nêm neo, bản neo và cuối cùng là bản đệm neo (Hình 1.8.): Nắp đầu neo Nắp đầu neo có tác dụng bảo vệ các cấu kiện cố định của đầu neo sau khi căng kéo, chốt cáp neo như đầu cáp neo, nêm neo, bản neo. Cần sử dụng vật liệu có đủ cường độ để chịu các lực xung kích như đá rơi hay lực rung do máy móc thi công và có đủ tính bền đối với tác dụng của tia cực tím hoặc ăn mòn gây ra bởi axit. Nêm neo Hình 1.9. Nêm neo Khi căng kéo cáp neo, nêm neo sẽ được ép chặt về phía bản neo và qua đó ép, giữ chặt cáp neo vào bản neo. Mỗi một bó cáp sẽ được giữ bởi một neo và do đó neo có bao nhiêu bó cáp thì có bấy nhiêu bộ nêm (Hình 1.9). Bản neo Hình 1.10. Bản neo