Luận văn Thạc sĩ: Phân tích - lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Phân tích - lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất" với mục tiêu nhằm góp phần nghiên cứu, phổ biến công nghệ neo trong đất nói chung và tường chắn đất có neo ứng lực trước nói riêng, nhằm phục vụ công tác thiết kế ổn định nền đường đào trên các tuyến đường giao thông trong điều kiện xây dựng Việt Nam. 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: Phân tích - lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất

1 Lêi giíi thiÖu Để phát triển kinh tế đòi hỏi Việt Nam đầu tư hệ thống cơ sở hạ tầng đặc biệt là nghành giao thông vận tải. Việc xây dựng các công trình có quy mô lớn đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải dẫn đến việc áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng ngày càng nhiều và phổ biến hơn. Nghành giao thông vận tải đang trên đà phát triển mạnh cùng với nền kinh tế. Những năm gần đây nước ta đã và đang đầu tư xây dựng các tuyến đường giao thông, trong đó có cá c đường cao tốc cũng đang được xây dựng ngà y cà ng nhiều. Để phục vụ xây dựng cá c công trinh này các nhà chuyên ̀ môn đã, đang và sẽ ứng dụng những công nghê ̣ mới. Công tá c tính toá n thiết kế và xây dựng tường chắ n đất tẳ ng đứng đang đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng rai, đặc ̃ biêṭ là cá c loại tường chắ n đấ t có neo (neo da ̣ng đing vít, neo ứng lực trước, v.v...). Neo đấ t kết hợp vớ i phầ n kế t cấ u bả o vê ̣ bề mă ̣t tường chắ n ta ̣o ra mô ̣t hệ thống làm ổn định và chống lại sự chuyển vị quá mức của đấ t cầ n bả o vê ̣ sau lưng. Đây là một công nghệ tiên tiến được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trong lĩnh vực ổn định nền đường. Công nghệ neo đất trong thi công xây dựng đường ô tô mang lại nhiều hiệu quả to lớn về kinh tế và kỹ thuật, bằng chứng là việc nó đã được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới. Neo cho phép không phải đào đấ t sau lưng tường chắn, cho phép thi công từ trên xuống giảm khối lượng chống đỡ. Công nghệ neo đất đã có trên 30 năm áp dụng ở nhiều quốc gia như Pháp, Mỹ, Thụy Sĩ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan... Ở Việt Nam neo đất đã được ứng dụng trong việc xây dựng một số các công trình giao thông như hầm Thủ Thiêm (Dự án Đại lộ Đông - Tây TP.HCM), hầm đường bộ Hải Vân; Dự án hầm Đèo Ngang trên QL1A và một số đoạn
2 thử nghiệm chống sụt trượt trên đường Hồ Chí Minh như: đoạn đèo Đá Đẽo (Quảng Bình), đoạn ATép - Thạch Mỹ... Ở các nước phát triển công nghệ neo trong đất đã và đang phát triển mạnh, đã có những thành tựu rất lớn trong nghiên cứu được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng công trình đường ô tô. Tuy nhiên, hiện tại ở việt Nam việc ứng dụng công nghệ này mới chỉ là bắt đầu. Để neo trong đất được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam, góp phần làm đa dạng các phương pháp thi công công trình xây dựng đường ô tô, cần phải nghiên cứu hoàn thiện lý thuyết tính toán, cũng như nghiên cứu các giải pháp sử dụng neo trong đất có hiệu quả, qua đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý cho tường chắn đất có neo ứng lực trước là hết sức cần thiết. Vì những lý do trên tác giả lựa chọn và giải quyết đề tài: Phân tích - Lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất. Néi dung chÝnh cña LuËn v¨n gåm: Mở đầu: Nêu sự cần thiết của đề tài, mục đích, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và những đóng góp của đề tài. Chương 1: Lịch sử nghiên cứu phát triển của tường chắn đất có neo ứng lực truớc. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán và phương pháp thi công tường chắn đất có neo ứng lực trước. Chương 3: Phân tích - Lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất. Kết luận và kiến nghị: Đưa ra những kết luận về kết quả tính toán, chỉ ra sự hợp lý và những kiến nghị chung trong việc áp dụng công nghệ neo dạng ứng lực trước vào gia cố tường chắ n.
3 Mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện Luận văn, nhưng do thời gian có phần còn hạn chế và khả năng có hạn nên khó tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự cảm thông và giúp đỡ của các thầy cô trong hội đồng cũng như của các độc giả. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau Đại học - trường Đại học Xây dựng, các thầy trong bộ môn Xây dựng Đường ô tô và đường đô thi ̣ và đặc biệt là PGS. TS Nguyễn Ngọc Bích đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt Luận Văn này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng 6 năm 2011 Học viên Phan Văn Tiến
4 MỤC LỤC ̣ Lờ i giớ i thiêu................................................................................................... 1 Cá c ký hiêu dù ng trong luâ ̣n văn .................................................................... 6 ̣ Mở đầ u ............................................................................................................ 8 1. Sự cầ n thiế t củ a đề tà i: ................................................................................ 8 2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 8 CHƯƠNG I: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC ................................................ 10 1.1. Một số khái niệm về neo đất ứng lực trước và tường chắn đất có neo ứng lực trước ........................................................................................................ 10 1.2. Lịch sử nghiên cứu và phát triển tường chắn đất có neo ứng lực trước.16 1.2.1. Trên thế giới ........................................................................................ 16 1.2.2. Ở Việt Nam ......................................................................................... 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC ......................................................................................................... 23 2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán và thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước ....................................................................................................................... 23 2.1.1. Khái niệm cơ bản về tường chắn đất có neo ứng lực trước ................ 23 2.1.2. Các bước tính toán-thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước ..... 25 2.1.3. Tính toán áp lực đất khi thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước ....................................................................................................................... 27 2.1.4. Những biểu đồ áp lực đất cho mặt cắt đất nền nhiều lớp ................... 33 2.1.5. Phương pháp phân tích nêm trượt....................................................... 34 2.1.6. Áp lực nước........................................................................................ 36 2.1.7. Áp lực đất do tải trọng trên bề mặt gây ra ......................................... 37 2.1.8. Thiết kế neo đất ứng lực trước ............................................................ 39 2.1.9. Thiết kế tường chắn đất dựa trên áp lực ngang .................................. 51 2.1.10. Tính toán ổn định ngoài của tường chắn đất có neo ứng lực trước: . 58
5 2.2. Phương pháp thi công tường chắn đất có neo ứng lực trước ................. 59 2.2.1. Các loại neo đất ứng lực trước ............................................................ 59 2.2.2. Các bước thi công tường chắn đất có neo ứng lực trước ................... 62 2.3. Kết luận của chương 2 ........................................................................... 67 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GÓC NGHIÊNG HỢP LÝ CỦA NEO ỨNG LỰC TRƯỚC SO VỚI PHƯƠNG NGANG CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT .................................................................................................. 68 3.1. Mô hình hóa các tham số để xác định ảnh hưởng góc nghiêng của neo ứng lực trước đến hiệu quả làm việc của tường chắn đất ............................. 68 3.2. Phương pháp tính toán thủ công truyền thống....................................... 69 3.3. Phân tích ảnh hưởng góc nghiêng neo đến nội lực của tường chắn ...... 79 3.4. Phân tích ảnh hưởng của góc nhgiêng neo đến áp lực đất sau lưng tường chắn và chuyển vị của tường chắn. ............................................................... 81 3.5. Phân tích ảnh hưởng góc nghiêng đến khả năng chịu lực của neo. ....... 83 3.6. Phân tích ảnh hưởng của neo góc nghiêng đến ổn định tổng thể của tường chắn đất. .............................................................................................. 84 3.6.1. Tường chắn thấp, H = 4m ................................................................... 85 3.6.2.Tường chắn trung bình, H=8m ............................................................ 87 3.6.3. Tường chắn có độ cao H=12m............................................................ 88 ́ 3.7. Ưng du ̣ng tường chắ n đấ t có neo ứng lực trước và gó c nghiêng củ a neo cho vù ng Sơn Đô ̣ng - Bắ c Giang. ................................................................. 90 3.7.1 Điều kiện chất và địa tầng của khu vực: .............................................. 90 3.7.2. Phân tích cá c giả i phá p chố ng su ̣t trươ ̣t ta luy khi thiế t kế đường: .... 91 3.7.3. Phân tích lựa cho ̣n đô ̣ nghiêng củ a neo khi thiế t kế tường chắ n đấ t có neo cho vù ng Sơn Đô ̣ng - Bắ c Giang: .......................................................... 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: ..................................................................... 93 1. KẾT LUẬN:.............................................................................................. 93 2. KIẾN NGHỊ: ............................................................................................. 94
6 C¸c ký hiÖu dïng trong luËn v¨n Ký hiÖu M« t¶ §¬n vÞ At DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña d©y neo mm2 B HÖ sè søc chÞu t¶i t-¬ng ®-¬ng víi Nq/14 kN/m2 C Lùc dÝnh kÕt cña ®Êt kN/m2 C’ Lùc dÝnh cã hiÖu cña ®Êt kN/m2 Ca Lùc dÝnh th©n kN/m2 CU §é bÒn kh¸ng c¾t kh«ng tho¸t n-íc kN Cub §é bÒn chÞu c¾t kh«ng tho¸t n-íc t¹i ®Çu phÝa gÇn cña bÇu neo kN/m2 §é bÒn chÞu c¾t kh«ng tho¸t n-íc trung b×nh trªn suèt chiÒu Cus kN/m2 dµi th©n D §-êng kÝnh bÇu neo hoÆc më réng m FS HÖ sè an toµn æn ®Þnh tæng thÓ cña s-ên dèc H ChiÒu cao cña t-êng ch¾n ®Êt m L ChiÒu dµi th©n neo m Ln ChiÒu dµi neo m L ChiÒu dµi bÇu neo m N ChØ sè SPT - Nq HÖ sè søc chÞu t¶i - Nc HÖ sè søc chÞu t¶i - HÖ sè thùc nghiÖm liªn quan ®Õn kü thuËt ®Æt neo vµ c¸c ®iÒu N - kiÖn ®Êt Rtc C-êng ®é tiªu chuÈn cña ®Êt kN/m2 S HÖ sè an toµn truyÒn t¶i gi÷a bÇu neo vµ ®Êt - SV Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c neo theo ph-¬ng mÆt s-ên dèc m SH Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c neo theo ph-¬ng ngang m T T¶i träng neo kN Tt Thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña lùc neo kN Tn Thµnh phÇn ph¸p tuyÕn cña lùc neo kN TW T¶i träng neo yªu cÇu kN T T¶i träng thö kN kN Tlo T¶i träng neo khi kho¸
7 Th T¶i träng dµi h¹n trong neo kN Kh¶ n¨ng dÝnh b¸m gi÷a bÇu neo vµ ®Êt kN Tf W Träng l-îng cña khèi tr-ît kN W Träng l-îng b¶n th©n cña m¶nh tr-ît Thµnh phÇn träng l-îng b¶n th©n cña m¶nh tr-ît vu«ng gãc Wn kN víi mÆt tr-ît Thµnh phÇn träng l-îng b¶n th©n cña m¶nh tr-ît song song Wt kN víi mÆt tr-ît Z VÞ trÝ cña neo tÝnh tõ ®Ønh cña s-ên dèc m Zn §é s©u khe nøt t¸ch m ULT øng lùc tr-íc -  Gãc gi÷a neo so víi ph-¬ng ngang ®é  Gãc nghiªng cña s-ên dèc ®é  Gãc ma s¸t trong cña ®Êt ®é ’ Gãc ma s¸t trong h÷u hiÖu cña ®Êt ®é
8 Më ®Çu 1. Sù cÇn thiÕt cña ®Ò tµi: Tường chắn đất và neo trong đất là hai loại kết cấu được sử dụng rất phổ biến trong nghành xây dựng đường, thường được dùng chống sạt lở nền đường, chống sạt lở mái ta luy nền đường. Kết hợp tường chắn đất và neo trong trong đất sẽ tạo nên kết cấu tường chắn đất có neo. Tường chắn đất có neo có rất nhiều ưu điểm só với các loại tường chắn thông thường. Kết cấu neo cho phép tường chắn hạn chế đến mức tối đa trọng lượng cũng như bề dầy của tường chắn, hạn chế khối lượng đào đắp, vật liệu làm tường chắn. Thân thiện với mối trường và hạn chế diện tích sử dụng đất trong xây dựng công trình. Tường chắn đất có neo ứng lực trước có tác dụng tăng khả năng chịu kéo của đất. Neo trong đất là hệ thống làm tăng ổn định kết bằng cách truyền tải trọng kéo tới khi đất chịu tải an toàn. Neo trong đất đã được sử dụng phổ biến cho các công trình xây dựng trong và ngoài nước, nó đã được sử dụng cách đây trên 50 năm và chứng minh được chất lượng và tính kinh tế vượt trội so vớ i các phương pháp truyền thống như: Tường bê tông chịu lực, đất có cốt, giảm hệ số mái dốc, cải tạo đất, các biện pháp thoát nước mặt,... Vì những lý do trên tác giả lựa chọn đề tài: “Phân tích – lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất”. 2. Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Công nghệ neo ứng lực trước trong đất (Pre-Stressed Ground Anchors). + Tường chắn đất có neo ứng lực trước (Pre-Stressed Ground Anchored Wall). - Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor). + Nghiên cứu lý thuyết tính toán tường chắn đất có neo ứ ng lư c trước. ̣
9 +Tự động hóa thiết kế công trình tường chắn đất có neo ứng lực trước, trên cơ sở đó lựa chọn giải pháp hợp lý khi áp dụng loại kết cấu này. - Phương pháp thực hiện + Thu thập, biên dịch tài liệu có liên quan. + Nghiên cứu công nghệ neo trong đất bảo vệ tường chắn đất. + Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm Geoslop, Slide, Plaxis, Geo.5,...nhằm tự động hoá thiết kế công trình tường chắn đất có neo ứng lực trước. - Ý nghĩa khoa học của luận văn Góp phần nghiên cứu, phổ biến công nghệ neo trong đất nói chung và tường chắn đất có neo ứng lực trước nói riêng nhằm phục vụ công tác thiết kế ổn định nền đường đào trên các tuyến đường giao thông trong điều kiện xây dựng Việt Nam.
10 CHƯƠNG I LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC 1.1. Một số khái niệm về neo đất ứng lực trước và tường chắn đất có neo ứng lực trước Neo đất phụt vữa ứng lực trước (dự ứng lực) là một bộ phận kết cấu được lắp đặt trong đất hay đá để truyền lực kéo cho đất. Loại neo này thường được lắp đặt trong các hố khoan phụt đầy vữa. Các neo đất phụt vữa cũng giống như các thanh (dây) giằng (“Tieback”). Những thành phần cơ bản của neo đất phụt vữa bao gồm: (1) thanh neo; (2) chiều dài neo tự do (chiều dài neo không liên kết); và (3) chiều dài liên kết. Những thành phần cơ bản và thành phần khác của neo đất ứng lực trước được phác họa dưới dạng sơ đồ như chỉ ra trên hình 1.1. Ống loe Đầu neo Tấm đệm Ống bảo vệ neo Tường Thanh tự do Vữa neo Thanh liên kết với vữa Hình 1.1. Những thành phần của neo đất.
11 Neo đất ứng lực trước – đó là những thanh thép cường độ cao, có các đường kính là: 26 mm; 32 mm; 36 mm; 45 mm, và 64 mm; chiều dài từng thanh (không tính móc) bằng khoảng 18 m (xem hình 1.2). Những thanh neo đơn có đường kính 64 mm có thể mang được taỉ trọng gần bằng 2.077 kN. Các neo ứng lực trước bắng cáp nhiều sợi thông dụng ở Hoa Kỳ thường có đường kính bằng 15 mm (xem hình 1.3). Tuy nhiên, neo đất dạng thanh thép có gân, cường độ cao có ưu điểm là độ kéo dãn thấp, nên khi làm việc trong tường chắn đất neo ít bị tổn thấp khả năng chịu tải theo thời gian (ít bị chùng neo). Tấm đệm Êcu chốt neo Thanh thép Hình 1.2. Các thành phần neo dạng thanh thép. Tấm nêm Tấm đệm Đệm Cáp Hình 1.3. Các thành phần neo dạng cáp.
12 Cấu tạo tường chắn đất có neo ứng lực trước bao gồm các bộ phận cơ bản như hình 1.4 dưới đây: Bề mặt trượt Cọc trợ lực tiềm ẩn (dầm đứng) Thanh neo ứng lực trước Tấm chịu Bầu vữa lực Tấm bản ngang a) Mặt chính diện tường chắn đất có neo ứng lực trước. Cọc trợ lực Tấm bản ngang (dầm đứng) b) Mặt cắt ngang tường chắn đất có neo ứng lực trước. Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo tường chắn đất 1 bậc có neo ứng lực trước. 1) Cọc trợ lực hay cọc đỡ có tiết diện hình chữ nhật hay chữ T để thuận tiện cho việc bố trí tấm chịu lực và đầu neo kích thước ≤(30x40)cm. 2) Tấm bản bằng bê tông cốt thép tiết diện hình thang hay hình chữ nhật, có thể khoét lỗ kích thước ≤ 15cm, hai đầu kê vào cọc trợ lực ≤10cm. 3) Neo ứng lực trước có tác dụng truyền toàn bộ áp lực vào lớp đất ổn định phía sau mặt trượt tới hạn. 4) Tấm chịu lực có tác dụng phân bố lực tập trung tại đầu neo ra xung quanh. 5) Bầu vữa có tác dụng làm tăng khả năng chịu lực của neo theo đất nền. Khi chiề u cao tường chắ n lớ n thì có thể thiế t kế thà nh nhiề u bâ ̣c như ̀ thể hiể n trên hinh 1.5
13 Cọc trợ lực (dầm đứng) Bề mặt trượt H2 tiềm ẩn Thanh neo ứng lực trước H1 Bầu vữa Tấm chịu lực Tấm bản ngang a) Mặt chính diện tường chắn đất có neo ứng lực trước. Cọc trợ lực Tấm bản ngang (dầm đứng) b) Mặt cắt ngang tường chắn đất có neo ứng lực trước. Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo tường chắn đất 2 bậc có neo ứng lực trước. Loa ̣i tường chắ n nà y có thể sử du ̣ng neo đất ứng lực trước (Ground Anchor) hoă ̣c neo đất dạng đinh vít (Soil Nail). Sự khá c nhau giữ a hai loa ̣i neo nà y được thể hiện trên hình 1.5 dưới đây. So vớ i neo đinh vít thì neo ứng lực trước có nhiề u ưu nhươ ̣c điể m như sau: Ưu điể m: Chuyể n vi ̣ củ a tường chắ n và đấ t sau lưng tường là nhỏ hơn do có lực neo căng trước là m ha ̣n chế chuyể n vị và sự dan dà i củ a thanh ̃ neo đã đươ ̣c tính toá n và lường trước khi thiế t kế lực neo. Nhươ ̣c điể m: - Công nghê ̣ thi công phứ c ta ̣p hơn do phải căng kéo ta ̣o ứng lực trước. - Có nguy cơ xảy ra hiên tươ ̣ng chù ng neo khi là m viê ̣c lâu dà i, gây ̣ chuyể n vi ̣tường chắ n và đấ t sau lưng tường. Hiên tươ ̣ng nà y đươ ̣c khắ c phu ̣c ̣
14 bằ ng cá ch kiể m tra neo đinh kỳ và khắ c phu ̣c hiê ̣n tươ ̣ng chù ng neo nế u có ̣ xả y ra. Những điểm khác nhau giữa tường có Neo đất ứng lực trước (Ground Anchor Wall) với tường có Neo đất dạng đinh vít (Soil Nail Wall): 1) Neo đất ứng lực trước (Ground Anchor): Tường Biểu đồ ứng suất - Đào đất / đá từ trên xuống; kéo tiêu biểu dọc - Phải có thép thanh (cáp) ứng lực U.S-trước chiều dài neo đất trước; dạng ứng lực trước trước - Thanh (cáp) thép làm việc giống Tấm chịu lực như lò xo bị căng; Giống lò Bầu vữa - Biểu đồ ứng suất là hình thang xo căng vuông và có tính chủ động; Biểu đồ phân bố - Sự truyền tải giữa đất và neo chỉ ứng suất trong tường xảy ra trong vùng ổn định ; Bề mặt trượt chắn đất neo ứng lực trước theo phương - Bề mặt tường mang toàn bộ áp tiềm ẩn đứng lực đất phía sau; - Thường xuyên phải kiểm tra Sơ đồ tường chắn đất có neo ứng lực trước neo đất để khắc phục kịp thời (Schematic of Ground Anchor Wall) hiện tượng chùng neo. Tường 2) Neo đất dạng đinh vít Biểu đồ phân bố (Soil Nail): lực kéo tiêu biểu dọc chiều dài neo - Đào đất / đá từ trên xuống; dạng đinh vít - Neo không có ứng lực trước; - Biểu đồ ứng suất là hình thang Tấm chịu lực gần như cân và có tính bị động; - Sự truyền tải giữa đất và neo xảy Neo đất Bầu vữa ra dọc toàn bộ chiều dài neo cả trong vùng trượt và vùng ổn định; Biểu đồ phân bố ứng - Đất bị nén từng phần do neo tạo Mặt trượt suất tiêu biểu trong ra; tiềm ẩn tường chắn có neo dạng đinh vít theo - Không cần kiểm tra neo đất dạng phương đưng đinh vít vì không có hiện tượng Sơ đồ tường chắn đất có neo dạng đinh vít chùng neo. (Schematic of Soil Nail Wall) Hình 1.6. Những điểm khác nhau giữa tường neo đất ứng lực trước (Ground Anchor Wall) và tường neo đất dạng đinh vít (Soil Nail Wall). Hình 1.7 giới thiệu một số chức năng của neo đất ứng lực trước áp dụng trong xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, và giao thông vận tải,…nhằm:
15 - Neo các tường chắn đất khi thi công các hố đào sâu phục vụ xây dựng công trình; - Tăng cường và ổn định các mặt cắt khi thi công những con đường mới; - Ổn định các mái dốc; - Ổn định và tăng khả năng làm việc của các kết cấu gạch, đá; - Ổn định và tăng cường khả năng làm việc của các công trình ngầm; - Ổn định kết cấu và móng công trình chống động đất; - Ổn định những công trình dạng tháp, ví dụ như các tháp kết cấu thép truyền tải điện; - Ổn định các móng của mố - trụ cầu, ví dụ như các cầu dây văng,… Tòa nhà hiện có Đất Tháp Cừ tạm Neo cố định Tường Thời cố định Kết cấu xây sau Neo cố định xuống Cừ tạm dưới Ứng dụng của neo đất ứng lực trước (Application of the Ground Anchor) Mố Đập cầu Bảo vệ hiện có Bản sàn sườn dốc Lực kéo Áp lực Neo cố trong Neo đẩy định neo xuống dưới Hình 1.7. Những ứng dụng cơ bản của neo đất ứng lực trước.
16 1.2. Lịch sử nghiên cứu và phát triển tường chắn đất có neo ứng lực trước 1.2.1. Trên thế giới Neo ứng lực trước lần đầu tiên được sử dụng để neo trong đá. Vào năm 1933, lần đầu tiên người ta đã dùng loại neo này tại đập Cheurfas, Algeria. cường độ kháng kéo của những thanh neo ứng lực trước có thể đạt tới 9810 kN đã được dùng để gia cố các đập thủy lợi hiện có. Đến cuối năm 1950, các neo cố định (ổn định lâu dài) trong đá đã được áp dụng trong việc cải tạo và xây mới một số đập khác nhau trên Thế Giới. Vào những năm 1950, các nhà thầu xây dựng đã bắt đầu sử dụng neo ứng lực trước để chống đỡ tạm thời các vách hố đào sâu. Những neo kiểu này có khả năng mang được tải trọng từ 178 đến 890 kN. Tại Hoa Kỳ, neo đất lần đầu tiên được thực hiện trong đất dính kết bằng cách sử dụng xe khoan giếng tự hành. Họ đã thực hiện khoan những hố khoan đơn đường kính lớn để đặt neo. Người Mỹ lần đầu tiên đã lắp đặt neo ứng lực trước tại California vào giữa năm 1950. Các neo đặt trong các hố khoan thổi rửa lần đầu tiên được sử dụng ở Hoa Kỳ vào đầu năm 1960. Tại Hoa Kỳ những neo đất cố định lần đầu đã được lắp đặt trong đất sét pha bụi cứng ở Detroit, Michigan vào năm 1961. Họ đã dùng các neo đơn đường kính lớn có đáy mở rộng để đỡ tường chắn cho các đường cao tốc. Cuối năm 1960, neo đất kiểu hình nhiều quả chuông ghép lại với nhau đã được người Anh sử dụng chủ yếu trong loại đất sét cứng London. Các neo ứng lực trước phụt vữa sau thành nhiều giai đoạn đã được S.I.F. Bachy áp dụng tại Pháp vào năm 1966. Tại Đức,vào năm 1958, Bauer đã tạo ra dạng neo bơm phụt bằng áp lực đầu tiên trong cát chặt Munich. Vào những năm 1958, ở Brasil, Hunt và Costa Nunes đã lập báo cáo về các loại tường chắn neo ứng lực trước cố
17 định, và họ xem đây là những phương pháp chính để bảo vệ các sườn dốc đất đá ở nước họ. Vào giữa những năm 1960, các neo đất ứng lực trước đã được ứng dụng tại các nước, như: Thụy Sỹ, Đức, Anh, và Pháp,… Năm 1979, Cục quản lý đường cao tốc Liên Bang Hoa Kỳ (FHWA) đã ủy quyền cho phòng công nghệ ứng dụng thực hiện một dự án neo đất ứng lực trước cố định. Mục đích của dự án này nhằm cung cấp cho các cơ quan quản lý đường cao tốc có những thông tin đầy đủ về những loại neo và tường chắn đất- đá có neo ứng lực trước. Mục đích của dự án này bao gồm: 1) Nghiên cứu công nghệ và phương pháp lắp đặt neo đất ứng lực trước hiện có trên Thế Giới; 2) Xác định những khu vực cần tiến hành nghiên cứu bổ sung; 3) Cập nhật những công nghệ neo hiện tại đang dùng; 4) Phát triển và xuất bản sổ tay thiết kế sơ bộ neo đất và hệ thống neo đất ứng lực trước; 5) Cố gắng lắp đặt neo ứng lực trước cho các dự án đường cao tốc. Giữa những năm 1979 và 1988, hai báo cáo do FHWA nghiên cứu đã được hoàn thành (đó là, báo cáo về các neo đất ứng lực trước cố định, và sổ tay hướng dẫn thiết kế neo đất và hệ thống neo đất ứng lực trước đã được FHWA xuất bản năm 1984; đồng thời đã cập nhật được những thông tin về neo đất ứng lực trước vào năm 1988 (FHWA-DP-68-IR, 1988), đó là một phần quan trọng của dự án thử nghiệm. Trong quá trình thực hiện dự án thử nghiệm này, có năm dự án đường cao tốc đã được lắp đặt hệ thống neo ứng lực trước cố định (xem FHWA-DP-90-068-003, 1990). Ngày nay, các loại neo đất và hệ thống neo đất ứng lực trước đã trở thành một phần không thể thiếu trong thiết kế và thi công đường cao tốc ở Hoa Kỳ. Ban chuyên trách 27 thuộc Hiệp hội các nhà quản lý giao thông và đường cao tốc Mỹ (AASHTO) đã có báo cáo về “Những phương pháp kỹ thuật cải tạo đất tại hiện trường”, trong đó có cả sổ tay hướng dẫn thi công
18 và kiểm tra chung neo đất ứng lực trước. Những tài liệu này tạo cơ sở cho ra đời các tiêu chuẩn xây dựng do nhiều cơ quan chuyên ngành đường cao tốc biên soạn. Những tài liệu của Viện nghiên cứu dự ứng lực (PTI) có tiêu đề “Những kiến nghị về neo ứng lực trước dùng cho đá và đất” (PTI, 1996), đây là bộ tài liệu tham khảo cho các nhà đầu tư, tư vấn thiết kế, và cung cấp vật liệu xây dựng. Ấn phẩm của FHWA, thông tư địa kỹ thuật số 4 “Neo đất và hệ thống neo đất ứng lực trước ” (Sabatini và các cộng sự của ông, 1999), đây là cuốn sổ tay hướng dẫn thiết kế sử dụng các hệ thống neo ứng lực trước để ổn định giao thông và ổn định trượt sườn dốc. Những tham số thiết kế cơ bản phải được cung cấp đầy đủ và chính xác, đó là tải trọng thiết kế, lựa chọn các loại thép ứng lực trước, và xác định ứng suất liên kết trong các loại đất, đá khác nhau. Cần nhấn mạnh rằng, những năm đầu thế kỷ 21, Hồng Kông - Trung Quốc đã trở thành một trong nhiều nước trên Thế Giới phát triển công nghệ neo đất khá mạnh, trong đó có loại neo đất ứng lực trước để bảo vệ các sườn dốc và tường chắn cho những công trình giao thông, cũng như các công trình dân dụng rất hiệu quả. Ví dụ, công trình mở rộng đường giao thông chạy sát ngay một công trình nhà ở hiện có (xem hình 1.6). Giải pháp tường chắn có neo ứng lực trước với độ cao 9 m trong trường hợp này đã được áp dụng và đạt kết quả cao như mong đợi. Trường hợp khác, khi người Hồng Kông – Trung Quốc thi công mới một tuyến đường giao thông chạy qua khu vực một bên là đồi núi và các công trình xây dựng hiện đang sử dụng, bên kia là hồ sâu. Trong trường hợp nền đường nửa đào nửa đắp như chỉ ra trên hình 1.7 dưới đây, họ đã sử dụng giải pháp tường chắn có neo ứng lực trước. Kết quả, sau khi tuyến đường hoàn thành và đi vào khai thác gần chục năm nay vẫn ổn định tốt.
19 Mở rộng đường bằng cách đào đất – đá và gia cường vách hố đào bằng tường chắn đất có neo ứng lực trước cạnh công trình xây dựng hiện có Hình 1.7. Hình ảnh một tường chắn cao 9 m có neo ứng lực trước để bảo vệ sườn dốc và công trình hiện có khi mở rộng tuyến đường giao thông ở Hồng Kông- Trung Quốc (2001). Thi công một tuyến đường giao thông mới chạy ven hồ bằng cách đào và bảo vệ sườn dốc đất-đá bằng tường chắn đất có neo ứng lực trước. Hình 1.9. Tuyến đường giao thông mới chạy ven hồ sâu có nền nửa đào nửa đắp và được bảo vệ bằng tường chắn có neo ứng lực trước tại Hồng Kông – Trung Quốc (2002).
20 Tại Hàn Quốc, công nghệ neo đất nói chung và neo đất ứng trước nói riêng cũng rất phát triển. Trong lĩnh lực neo đất - đá, phải kể đến công nghệ neo của Tập đoàn SAMWOO (gọi tắt là công nghệ neo SAMWOO). Công nghệ neo SAMWOO được thành lập ngày 22 tháng 10 năm 1993 tại Hàn Quốc, đây là một trong số những Tập đoàn có công nghệ neo đất – đá hàng đầu của Hàn Quốc và Thế Giới. Ngày nay, công nghệ neo SAMWOO đã có mặt ở hầu khắp các nước trên Thế Giới. Tháng 8 năm 2006, hãng công nghệ neo SAMWOO đã mở chi nhánh tại Việt Nam. Bằng công nghệ neo SAMWOO, nhiều công trình tường chắn đất - đá có chiều cao khác nhau với tổng chiều dài trên dưới 300 km đã được xây dựng thành công tại Hàn Quốc. Dưới đây là một ví dụ về tường chắn đất dùng neo ứng lực trước công nghệ SAWOO (xem hình 1.8). Hình 1.10. Tường chắn đất có neo ứng lực trước công nghệ SAMWOO. Trong thực tế hiện nay, các neo đất ứng lực trước đã được toàn Thế Giới chấp nhận như là một kỹ thuật đáng tin cậy và hiệu quả cho cả hai ứng dụng tạm thời và lâu dài. Ví dụ, Mỹ, Pháp, Thụy Sỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, ...