Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn

Chia sẻ: Bui Ngoc Ngu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

241
lượt xem 70
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để tài nghiên cứu Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn được tổ chức thành 5 chương: Chương 1 bao gồm phần giới thiệu, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài và tổ chức đề tài nghiên cứu, chương 2 tổng quan về neo trong đất và các hệ thống tường neo, chương giới thiệu về cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán hệ thống tường neo, chương 4 trình bày mô hình phân tích và các kết quả tính toán, chương 5 một số kết luận và kiến nghị rút ta được từ đề tài nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ------------œ•------------- VOÕ MINH THEÁ NGHIEÂN CÖÙU KHOAÛNG CAÙCH BOÁ TRÍ HÔÏP LYÙ CUÛA NEO TRONG ÑAÁT CHO HEÄ THOÁNG TÖÔØNG CHAÉN CHUYEÂN NGAØNH: XAÂY DÖÏNG CAÀU HAÀM LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP. HOÀ CHÍ MINH, thaùng 12 naêm 2008
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRẦN XUÂN THỌ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 01 năm 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày……… tháng…….. năm …….. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Võ Minh Thế Giới tính : Nam þ/ Nữ ¨ Ngày, tháng, năm sinh : 24/06/1982 Nơi sinh : Long An Chuyên ngành : Xây dựng Cầu hầm MSHV : 03806727 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: − Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor). − Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo trong đất và hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào. − Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường neo. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. PHÙNG MẠNH TIẾN TS. LÊ BÁ KHÁNH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. Ngày …..…tháng ..….. năm …….. TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH
i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những kiến thức mới và hướng giải quyết cho đề tài. Nhờ sự hướng dẫn tận tình của T.S Phùng Mạnh Tiến, tôi nắm bắt được nhiều kiến thức và do đó có thể hoàn thành được đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy. Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã chỉ dạy cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Đức Toản, dự án Metro Hà Nội, đã giúp tôi định hướng đề tài, giới thiệu nhiều tài liệu hữu ích và cho nhiều nhận xét để hoàn thiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn đến Văn phòng Việt Nam của công ty Samwoo Geotech (Hàn Quốc), chuyên về công nghệ neo trong đất, đã cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý giá về neo. Xin cảm ơn gia đình và những người thân đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong xây dựng làm kết cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia vào kết cấu chịu lực cuối cùng nhằm ổn định hố đào, ổn định mái dốc, ổn định kết cấu chống lật, ổn định kết cấu chống lực đẩy nổi. Đề tài giới thiệu tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường chắn có sử dụng neo trong đất để giữ ổn định hố đào và nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến nội lực và chuyển vị trong tường. Hố đào được giữ ổn định bằng tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu tại dự án Lake Parkway, Milwaukee, Wi, US được dùng để phân tích tính toán. Sau khi nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, tường neo của hố đào dự án Lake Parkway được mô hình tính toán, phân tích bằng chương trình phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 Kết quả phân tích cho thấy nếu bố trí khoảng cách neo hợp lý sẽ giảm mô men uốn lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường dùng để tính toán thiết kế kết cấu đi rất nhiều. Khi khoảng cách hai neo quá xa hoặc quá gần đều làm tăng mô men uốn và chuyển vị ngang của tường. Ảnh hưởng của lực neo đến nội lực và chuyển vị của tường cũng xét đến trong đề tài. Lực neo lớn sẽ gây mô men uốn lớn trong tường, nhưng chuyển vị ngang sẽ giảm. Ngược lại, lực neo nhỏ sẽ gây mô men uốn nhỏ trong tường, nhưng chuyển vị ngang lớn. Kết luận rút ra từ nghiên cứu là khi tính toán hệ thống tường neo cần tối ưu hoá khoảng cách bố trí neo và lực neo nhằm giảm giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang của tường, làm tiết kiệm vật liệu và hạ giá thành xây dựng.
iii ABSTRACT Ground anchor has many applications in construction field. It can be used for temporary supports or permanent anchored systems, such as: retaining wall stabilization, slope and landslide stabilization, lift-up resistance for structure under the ground water level. This thesis presents the ground anchor, anchored wall systems and studies the effect of ground anchor spacing to wall bending moment and horizontal displacement. The deep excavation supported by anchored deep mixing wall, namely Lake Parkway project, Milwaukee, Wi, US is used to analysis. After an extensive literature review on anchors and anchored retaining wall, the excavation of Lake Parkway project is described, modeled and analyzed by finite element method program Plaxis 8.2. The numerical analysis results show that the wall bending moment and horizontal displacement will reduce if the reasonable anchor spacing is selected. When the anchor spacing is too large or too small, the wall bending moment and horizontal displacement will be large. Anchor force effects to wall bending moment and horizontal displacement was also performed in this thesis. The large anchor force will result the large wall bending moment and the small horizontal displacement. Otherwise, the small anchor force will result the small wall bending moment and the large horizontal displacement. Base on the results of this study, it can be concluded that the designers should optimize the anchor spacing and anchor force to get the minimum wall bending moment and horizontal displacement to save the wall material and to achieve the cost-effective project.
iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ....................................................................... ii ABSTRACT ....................................................................................................... iii MỤC LỤC ....................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. xi MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Giới thiệu ...................................................................................................... 1 2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài .................................................. 1 3. Tổ chức đề tài nghiên cứu ............................................................................ 2 CHƯƠNG 1 ........................................................................................................ 3 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO ................................ 3 1.1. Neo trong đất (Ground Anchor) .............................................................. 3 1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất ..................................................... 3 1.1.2. Phân loại neo trong đất ........................................................................ 4 1.1.2.1. Tổng quan ................................................................................. 4 1.1.2.2. Neo tạo lực kéo ......................................................................... 5 1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập trung .......................................................... 7 1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố ............................................................ 8 1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất ..................................................................... 9 1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp ................................................................ 9 1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm ..................................................10 1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp ............................11 1.1.3.4. Vữa ximăng..............................................................................11 1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất ................................................................12 1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào .......................12 1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào .............................14 1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc ..............................................15
v 1.1.4.4. Ổn định kết cấu ........................................................................15 1.2. Các hệ thống tường neo ..........................................................................17 1.2.1. Tổng quan ...........................................................................................17 1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang .............................................19 1.2.3. Tường neo cọc ván thép ......................................................................21 1.2.4. Tường cọc bê tông đổ tại chổ ..............................................................22 1.2.5. Tường cọc đất-xi măng trộn sâu ..........................................................24 1.2.6. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất....................................................25 1.3. Kết luận chương 1 ...................................................................................26 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO ....................28 2.1. Áp lực đất ................................................................................................28 2.1.1. Tổng quát............................................................................................28 2.1.2. Áp lực đất chủ động và bị động ..........................................................28 2.1.2.1. Lý thuyết Rankine ....................................................................28 2.1.2.2. Lý thuyết Coulomb ..................................................................33 2.1.3. Áp lực đất ở trạng thái nghỉ.................................................................34 2.1.4. Ảnh hưởng chuyển vị của tường đến áp lực đất...................................34 2.2. Thiết kế tường neo ..................................................................................38 2.2.1. Tính toán áp lực đất ............................................................................38 2.2.1.1. Tổng quan ................................................................................38 2.2.1.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck ...................39 2.2.1.3. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến đề xuất cho đất cát .......................40 2.2.1.4. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng .........................................................................................41 2.2.1.5. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái mềm đến trung bình ..........................................................................................42 2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm..............................................43 2.2.2. Thiết kế neo trong đất .........................................................................43 2.2.2.1. Xác định vị trí mặt trượt giới hạn .............................................43 2.2.2.2. Tính toán tải trọng neo dựa vào biểu đồ áp lực đất biểu kiến ....44 2.2.2.3. Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết .....................................46 2.2.2.4. Thiết kế đoạn chiều dài liên kết ................................................46
vi 2.2.2.5. Xác định khoảng cách các neo..................................................47 2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo .................................................49 2.2.3.1. Phương pháp RIGID ................................................................50 2.2.3.2. Phương pháp WINKLER .........................................................50 2.2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM) ...............................51 2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2...................................................55 2.3.1. Tổng quát............................................................................................55 2.3.2. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis 8.2. ......................................56 2.4. Kết luận chương 2 ...................................................................................60 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT ................................................................................63 TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY .......................63 3.1. Mô tả dự án Lake Parkway ....................................................................63 3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis .................................63 3.2.1. Mô hình bài toán .................................................................................63 3.2.2. So sánh trường hợp tường không bố trí neo và có bố trí neo ...............70 3.2.2.1. Mô hình bài toán ......................................................................70 3.2.2.2. Chuyển vị ngang của tường ......................................................71 3.2.2.3. Mô men uốn trong tường ..........................................................72 3.2.2.4. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng...................................74 3.2.3. Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của neo................................................79 3.2.4. Khoảng cách bố trí hợp lý của neo khi lực neo thay đổi. .....................85 3.3. Kết luận chương 3 ...................................................................................91 KẾT LUẬN .......................................................................................................92 1. Kết luận .......................................................................................................92 2. Kiến nghị ......................................................................................................93 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................94 PHỤ LỤC .......................................................................................................98
vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Phân loại neo trong đất ........................................................................... 5 Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền. .............................. 6 Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực kéo. .................................................................................................. 6 Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén tập trung. ................................................................................... 7 Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén phân bố. ..................................................................................... 8 Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất. ............................................. 9 Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất .............................................10 Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm .......................................................11 Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào ....................................12 Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga tuyến Metro Athen- Hy Lạp. .................................................................................................13 Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia..........13 Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào .............................................................................................................14 Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở. ....................15 Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở ..............................16 Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu. ........16 Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi .........................................................................17 Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng. ................................19 Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang. ...............................................20 Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống. ...........................20 Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun ...............................................21 Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép .........................................................21 Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép. ......................................................................22 Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề ........................................23 Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau.............................................23 Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu. ...................................................24 Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu. .................................25
viii Hình 1.27. Mặt cắt ngang điển hình của tường cọc đất-xi măng trộn sâu. ..............25 Hình 1.28. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất.....................................................26 Hình 2.1. Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẵn. .....29 Hình 2.2. Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang. ..................30 Hình 2.3. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho tường nghiêng ......................31 Hình 2.4. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho đất có mái dốc nghiêng. ........32 Hình 2.5. Mặt cắt của mô hình tường neo ..............................................................35 Hình 2.6. Chuyển vị ngang và áp lực đất khi đào đến cao độ tầng neo đầu tiên .....35 Hình 2.7. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi truyền lực cho neo. ......36 Hình 2.8. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến tầng neo bên dưới. .....................................................................................................37 Hình 2.9. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến cao độ thiết kế. .........................................................................................................38 Hình 2.10. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck...............................40 Hình 2.11. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát. ..............................................41 Hình 2.12. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng. 42 Hình 2.13. Tính toán lực neo cho tường một tầng neo ...........................................44 Hình 2.14. Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo ....................................45 Hình 2.15. Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương ngang .....49 Hình 2.16. Phương pháp dầm tương đương tựa trên gối cứng. ...............................50 Hình 2.17. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi. ...............................................52 Hình 2.18. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng..........................................53 Hình 2.19. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng ...........................................54 Hình 2.20. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính. ..........57 Hình 2.21. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng. .....................................59 Hình 2.22. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục chuẩn có thoát nước. ...........................................................................59 Hình 2.23. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q .............................60 Hình 2.24. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất chính............................................................................................61 Hình 3.1. Dự án Lake Parkway .............................................................................63 Hình 3.2. Mặt cắt ngang của dự án Lake Parkway .................................................64
ix Hình 3.3. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên ..........................................67 Hình 3.4. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên .....................................67 Hình 3.5. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2 ..............................................68 Hình 3.6. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2..........................................68 Hình 3.7. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế ..............................................69 Hình 3.8. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo mô hình của Cassandra Junel Rutherford. ...................................................69 Hình 3.9. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo ..........71 Hình 3.10. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ....................................................71 Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường. .............................72 Hình 3.12. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ....................................................72 Hình 3.13. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường. ...................................73 Hình 3.14. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.....................................................74 Hình 3.15. Biểu đồ τ-σ và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb khi σ’h tăng .........75 Hình 3.16. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp không có neo ................................75 Hình 3.17. Chọn điểm ứng suất để vẽ quan hệ ứng suất-biến dạng. .......................77 Hình 3.18. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm C, trường hợp không có neo .......77 Hình 3.19. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo. ................78 Hình 3.20. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo .......................78 Hình 3.21. Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo..................................................79 Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1. .............80 Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2. .............80 Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3. .............81 Hình 3.25. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4. .............81 Hình 3.26. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. .............82 Hình 3.27. Biểu đồ quan hệ Mmax và khoảng cách neo. ..........................................83 Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ σhmax và khoảng cách neo...........................................84 Hình 3.29. Biểu đồ Mmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. ................................86 Hình 3.30. Biểu đồ quan hệ σhmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. ..................86 Hình 3.31. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5 .............................................................87 Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. ...............................87
x Hình 3.33. Biểu đồ mô men trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. ......88 Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang với h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. .....89 Hình 3.35. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường. .................................................90 Hình 3.36. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .....................................................90
xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Phân loại tường neo thường được sử dụng bởi US Army Corps of Engineering...........................................................................................18 Bảng 2.1. Giá trị tải trọng cuối cùng truyền vào đất cho việc thiết kế sơ bộ neo trong đất đường kính nhỏ. .....................................................................48 Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis.................................64 Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu ..........................65 Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết ...................................66 Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết ..............................................66 Bảng 3.5. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình ..................76 Bảng 3.6. Khoảng cách 2 hàng neo ........................................................................79 Bảng 3.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo .............................................................................................................82 Bảng 3.8. Giá trị lực F1, F2 (T) cho mô hình tính toán............................................85
1 MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Để phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam đang và sẽ đầu tư nhiều cơ sở hạ tầng mới như: đường giao thông, đường hầm, bãi đổ xe ngầm, các công trình ngầm nhằm tận dụng không gian ngầm. Khi đó, các công nghệ xây dựng mới cũng sẽ được ứng dụng nhiều hơn trong thiết kế và thi công. Ứng dụng neo trong đất trong thi công xây dựng có nhiều hiệu quả, bằng chứng là việc nó được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới. Neo trong đất được sử dụng trong việc ổn định tường chắn đất, ổn định mái dốc và chống sạt lở, ổn định kết cấu chịu lực đẩy nổi, ổn định chống lật cho kết cấu đập, ổn định mố trụ cầu dây văng, ổn định và tăng khả năng làm việc của hầm. Để neo trong đất nói chung và hệ thống tường neo được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam, góp phần làm đa dạng các phương pháp thi công công trình xây dựng trong nước, cần phải nghiên cứu lý thuyết tính toán, cũng như nghiên cứu các giải pháp sử dụng neo trong đất có hiệu quả trong đó có yếu tố khoảng cách bố trí hợp lý của neo cho hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào. Hệ thống tường neo bằng cọc đất-xi măng trộn sâu sử dụng tại dự án Lake Parkway được Cassandra Janel Rutherford mô hình tính toán trong đề tài nghiên cứu của mình bằng phần mềm Plaxis trên cơ sở phần tử hữu hạn để giải nội lực và chuyển vị của tường. Đề tài nghiên cứu đã mô hình lại dự án trên dựa vào các nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, từ đó nghiên cứu về ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến nội lực và chuyển vị ngang của tường. 2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài Trong thực tế thi công có nhiều loại tường neo như tường cọc ván thép, tường cọc bê tông cốt thép, tường cọc bản bê tông cốt thép, tường cọc đất trộn xi măng. Tường neo được phân loại thành hai loại là tường cứng và tường mềm tuỳ theo cơ chế
2 tương tác với đất nền. Đề tài chỉ nghiên cứu loại tường cọc đất-xi măng trộn sâu là loại tường mềm. Tuỳ theo chiều sâu đào và điều kiện địa chất, tường neo có thể có một hoặc nhiều hàng neo để đảm bảo giữ ổn định cho hố đào. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chỉ xét tường neo có hai hàng neo. Có nhiều phương pháp tính toán tường neo như phương pháp RIGID, phương pháp WINKLER, phương pháp phần tử hữu hạn. Trong đó, phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp có xét đến tương tác giữa tường và đất nền và được dùng để phân tích tường neo bằng công cụ hỗ trợ là phần mềm Plaxis 8.2. Kết quả bài toán chỉ xét đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường, là hai tiêu chí để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo mà chưa xét đến lực cắt trong tường, lực theo phương đứng do neo gây ra, chuyển vị theo phương đứng do thành phần lực neo theo phương đứng gây ra và các yếu tố khác. 3. Tổ chức đề tài nghiên cứu Đề tài nghiên cứu được tổ chức thành năm chương Chương 1. Bao gồm phần giới thiệu, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài, và tổ chức đề tài nghiên cứu. Chương 2. Tổng quan về neo trong đất và các hệ thống tường neo. Chương 3. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán hệ thống tường neo. Chương 4. Trình bày mô hình phân tích và các kết quả tính toán. Chương 5. Một số kết luận và kiến nghị rút ra được từ đề tài nghiên cứu.
3 CHƯƠNG 1 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 1.1. Neo trong đất (Ground Anchor) 1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá. Định nghĩa của Littlejohn: “Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp địa tầng” [22]. Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn định của tường chắn trong xây dựng đường cao tốc so với các tường ổn định bằng cơ học. Dự đoán này được căn cứ vào các công trình đã sử dụng hệ thống tường neo trong đất có giá thành rẻ hơn so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Cục đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) ước tính hệ thống có sử dụng neo trong đất có giá thành thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường [22]. Hơn nữa, hệ thống được neo thường có thời gian thi công nhanh hơn và không cần làm đường tạm. Neo trong đất thường được sử dụng để thay thế các kết cấu như thép, bê tông, gỗ. Neo trong đất được sử dụng trong xây dựng tường chắn và kết cấu chống lại áp lực đẩy nổi của nước từ thế kỷ thứ 19. Neo trong đất được sử dụng ở đập Cheurfas, Algeria để neo bể chứa nước vào năm 1938. Sau chiến tranh Thế Giới thứ 2, neo trong đất được ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực: ổn định mái đào, ổn định mái dốc và chống sạt lở, gia cố đập …. Châu Âu đi đầu trong các ứng dụng neo trong đất. Vào những 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 đã sử dụng neo trong đất cho rất nhiều công trình xây dựng.
4 Vào thập niên 1970, neo trong đất đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Hoa Kỳ sử dụng neo trong đất cho hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào đất và dần dần phát triển ứng dụng cho các kết cấu vĩnh cửu. Ở Việt Nam, công trình đầu tiên sử dụng kỹ thuật neo trong đất đã được Bachy Soletanche Vietnam thực hiện thành công ở Toà tháp VietcomBank tại 184 Trần Quang Khải, Hà Nội vào năm 1997. Tường vây sử dụng neo trong đất được sử dụng để thi công 3 tầng hầm dự án Trung tâm điều hành và Thông tin viễn thông Điện lực Việt Nam có diện tích 14.000 m2 tại số 11 phố Cửa Bắc, TP. Hà Nội vào năm 2008. Tòa tháp Keangnam Landmark Tower cao nhất Việt Nam, tại Lô 6 đường Phạm Hùng, Hà Nội, do Samwoo Geotech thi công từ tháng 5/2008, tường bê tông cốt thép liên tục trong đất dày 80cm và hai tầng neo trong đất có sức chịu tải từ 35-40 tấn được sử dụng để thi công 2 tầng hầm của tòa tháp này. Cọc đất-xi măng trộn sâu được xem xét thiết kế làm giải pháp ổn định hố đào (kết hợp một phần với neo DƯL trong đất) cho 2 tầng hầm của chung cư cao tầng Thương mại - Dịch vụ LUGIACO ở số 70 đường Lữ Gia, P.15 quận 11, thành phố Hồ Chí Minh [34]. 1.1.2. Phân loại neo trong đất 1.1.2.1. Tổng quan Neo trong đất có thể phân loại dựa theo cách liên kết với đất nền, cách lắp đặt, phương pháp phun vữa, công dụng, phương pháp căng kéo (hình 1.1). Theo mục đích sử dụng, neo được chia thành neo tạm thời và neo cố định. Neo tạm thời là loại neo có thể tháo ra sau khi kết cấu có khả năng chịu lực. Neo cố định sử dụng lâu hơn tuỳ vào thời gian tồn tại của công trình, nó tham gia chịu lực chung với kết cấu công trình. Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực ma sát giữa lớp vữa và đất (hình 1.2)
5 Hình 1.1. Phân loại neo trong đất 1.1.2.2. Neo tạo lực kéo Nhược điểm của neo tạo lực kéo là gây nên vết nứt trong lớp vữa bảo vệ và mất tải trọng do từ biến. Do đó, trong biểu đồ phân bố ma sát (hình 1.3a), đường phân bố ma sát ban đầu là đường cong (1). Khi tải trọng tác dụng đường cong (1) sẽ bị thay đổi thành đường cong (3).
6 Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền. 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. Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực kéo.