Neo và tường chắn đất - Phần 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

727
lượt xem 178
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tường chắn đất I. Tổng quan 1. Khái niệm Tường chắn để tăng cường ổn định khi công trình chịu áp lực ngang của đất. Có thể thấy tường chắn ở các công trình và bộ phận của công trình như tầng ngầm, đường ngầm, tường chắn đất, bờ kè ... Tường chấn thường được sử dụng để: - Giữ cho khối đất sau lưng tường được cân bằng, không bị trượt, đổ xuống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Neo và tường chắn đất - Phần 3

Tường chắn đất I. Tổng quan 1. Khái niệm Tường chắn để tăng cường ổn định khi công trình chịu áp lực ngang của đất. Có thể thấy tường chắn ở các công trình và bộ phận của công trình như tầng ngầm, đường ngầm, tường chắn đất, bờ kè ... Tường chấn thường được sử dụng để: - Giữ cho khối đất sau lưng tường được cân bằng, không bị trượt, đổ xuống. - Chống sạt lở cho công trình nơi địa hình đồi núi. - Chống sạt lở khi xây dựng mới cạnh công trình cũ. - Chống sạt lở cho bờ sông, vách núi. ... 2. Phân loại: a. Theo điều kiện chịu lực: - Tường chắn trọng lực sử dụng vật liệu như gạch, đá hộc, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép. - Tường chắn bán trọng lực (thành mỏng) chịu nén và uốn bằng bê tông cốt thép. - Tường cọc bản, tường vây, tường cừ larssen, gỗ, thép, bê tông cốt thép. - Tường cọc đất trộn xi măng, cọc khoan nhồi. b. Theo chiều cao của tường: - Tường thấp: chiều cao H < 10m. - Tường trung bình: H = 10 ÷ 20m. - Tường cao: H > 20m. Hình: Tường chắn trọng lực Tường thủy lợi Tường tầng hầm Tường mố cầu Tường bờ kè Một số loại trường trọng lực khác Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 1
c. Theo vật liệu: - Gỗ. - Gạch. - Đá hộc. - Bê tông đá hộc. - Bê tông. - Bê tông cốt thép - Thép. - Tường có cốt (tường ổn định cơ học): vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật. d. Theo điều kiện thi công: - Tường liền khối. - Tường lắp ghép. e. Theo nguyên tắc làm việc, căn cư vào độ biến dạng của lưng tường: - Tường cứng: tường trọng lực, tường bán trọng lực, tường bằng cấu kiện BTCT. - Tường mềm: cọc gỗ, cọc bản thép, cọc bản bằng BTCT. Hình: Tường chắn bán trọng lực Hình: Tường chắn thành mỏng. Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 2
3. Các lọai áp lực đất - Một phân tố đất cân bằng tĩnh trong bán không gian đất tự nhiên phải thỏa mãn phương trình cân bằng với các điều kiện như: tình liên tục, tính đồng nhất, tính đẳng hướng. - Một trong những giả thiết được áp dụng rộng rãi đã cho lời giải riêng của điều kiện cân bằng và kết quả được chấp nhận là ứng suất pháp tăng tuyến tính theo chiều sâu để tính được ứng suất do trọng lượng bản thân. - Nếu gọi E0 là áp lực ngang của đất ở trạnh thái tĩnh thì sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của vật chắn được thể hiện như sau: E Ep Eo Ea Chuyển vị ra khỏi khối đất Chuyển vị vào khối đất - Có hai trường hợp áp lực đất đẩy tường chắn ra xa (áp lực bị động) và ép tường vào khối đất (áp lực chủ động). - Có hai loại áp lực ngang cực trị: • cực tiểu: được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo chủ động, ký hiệu Ea. • cực đại: được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo bị động, ký hiệu Ep. II. Lý thuyết Mohr-Rankine A z σ ho ' P γ sat B - Áp lực ngang lên AB: • Áp lực nước lỗ rỗng. Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 3
Áp lực khung hạt đất ở trạng thái tĩnh σ h (ứng suất hữu hiệu theo phương • ' ngang. - Tại Pz: σ h = k0σ v' = k0γ ' z ' 1. Áp lực chủ động ϕ, A A’ σ σ v, σa z , M P B’ B Áp lực chủ động của đất trong hệ tọa độ ( , ) Điều kiện phát sinh áp lực chủ động của đất - Công thức tính áp lực ngang của đất ở trạnh thái cân bằng chủ động: • Đối với đất đính: ϕ' ϕ' σ ' a = γ '.z.tg 2 (45 0 − ) − 2c' tg ( 45 0 − ) 2 2 • Đối với đất cát: ϕ' σ ' a = γ '.z.tg 2 ( 45 0 − ) 2 • Hệ số áp lực chủ động ka có dạng: ϕ' k a = tg 2 ( 45 0 − ) 2 a. Ảnh hưởng của lực dính c lên áp lực chủ động: Với đất dính: σ ' a = k a .γ '.z − 2c' k a - Tạ i z = 0 σ ' a = −2 c ' k a A Vị trí đặc biệt có σ ' a = 0 - zc σ ' a = k a .γ '.z c − 2c' k a = 0 z 2c ' k a 2c ' ⇒ zc = = k aγ ' z k aγ ' γ ' ka - Tạ i z x B • lực ma sát k a .γ '.z : tăng tuyến tính 2c ' k a lực dính − 2c' k a : hằng số âm • Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 4
b. Ảnh hưởng của mực nước ngầm lên áp lực chủ động - Tính và vẽ cường độ áp lực nước Pa (hoặc Pp) có xét tới ứng suất hữa hiệu. - Tính và vẽ cường độ áp lực tĩnh của nước. - Tính Ea (hoặc Ep) bằng tổng của áp lực đất và áp lực nước. c. Ảnh hưởng của tải phân bố đều lên mặt đất sau đỉnh tường lên áp lực chủ động - Quy tải phân bố đều thành lớp đất quy ước có cùng trọng lượng riêng của lớp đất sau lưng tường. Chiều dày quy ước là h = P/ ’. d. Đất sau lưng tường có nhiều lớp - Tính hệ số áp lực ka (hoặc kp) cho từng lớp đất riêng biệt. - Tính và vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất Pa (hoặc Pp). - Tính Ea (hoặc Ep). 2. Áp lực bị động Điều kiện phát sinh ứng suất chủ Trạng thái áp lực bị động của đất động của đất - Hệ số áp lực bị động có dạng sau: ϕ' k p = tg 2 ( 450 + ) 2 • Đối với đất dính: ϕ' ϕ' σ ' p = γ '.z.tg 2 ( 45 0 + ) + 2c ' tg ( 45 0 + ) 2 2 • Đối với đất cát: ϕ' σ ' p = γ '.z.tg 2 ( 45 0 + ) 2 III. Lý thuyết Coulomb (1773) Xác định áp lực chủ động và bị động theo giả thiết sau: - Lăng thể trượt ABC ở trạng thái cân bằng dẻo còn nguyên khối. - Mặt trượt BC sau lưng tường là mặt trượt phẳng. - Mặt trượt thứ hai là lưng tường AB. Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 5
- Khi có lực dính thì lực này sẽ phân bố đầu trên mặt trượt BC C α A β θ-ϕ R ϕa H W ϕ W Ea ψ = 900-β-ϕa β R θ B 1. Xác định áp lực chủ động Coulomb đất rời sin(θ − ϕ ) = f (θ ) Ea = W sin(θ − ϕ + ψ ) 2. Xác định áp lực chủ động Coulomb đất dính Xét trường hợp đặc biệt có mặt đất nằm ngang, lưng tường thẳng đứng, tường hoàn toàn trơn láng (góc ma sát giữa đất và lưng tường bằng không): α = 0, ϕa = 0, β = 0. - Hệ số áp lực chủ động ϕ k a = tg 2 (450 − ) 2 - Tổng áp lực chủ động lên tường γH 2 ϕ ϕ Ea = .tg 2 ( 450 − ) − 2c.H .tg ( 450 − ) 2 2 2 - Áp lực chủ động lên tường ở độ sâu z ϕ ϕ σ az = γ .z.tg 2 ( 450 − ) − 2c.tg (45 0 − ) 2 2 C Aα β 0 ψ=90 -β-ϕa Ea W1 ϕa H θd - ϕ ϕ Ea K β W2 R 0 90 + ϕ ψ θc T B 3. Phép vẽ Culmann Các bước vẽ Culmann Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 6
Ci C C3 C2 C1 ci A c3 x c y Wi c2 β W3 Ea H c1 ϕa W2 W1 W Ea R ϕ B ψ = 900-β-ϕa - Vẽ lưng tường và mặt đất đúng tỷ lệ. Tính góc ψ với β là góc nghiêng lưng tường với trục thẳng đứng và ϕa là góc ma sát - giữa đất và vật liệu làm tường. - Vẽ trục Bx hợp với mặt ngang một góc ϕ. - Vẽ trục By hợp với Bx một góc ψ. - Từ B vẽ nhiều mặt trượt giả định: BC1, BC2, BC3, ..., BCi. - Tính các diện tích BC1, BC2, BC3, ..., BCi. - Tính trọng lượng W1, W2, W3, ..., Wi, của các lăng thể trượt ABC1, ABC2, ABC3, ..., ABCi. Do là bài toán phẳng nên thể tích của chúng được tính với chiều dài 1m. - Vẽ các giá trị W1, W2, W3, ..., Wi lên trục Bx. - Từ các điểm W1, W2, W3, ..., Wi trên Bx vẽ các đường song song với By cắt các mặt trượt BC1, BC2, BC3, ..., BCi tại các điểm c1, c2, c3, ..., ci. - Nối các điểm c1, c2, c3, ..., ci, ta được đường cong Culmann. - Tên đường cong này, vẽ tiếp tuyến song song với trục Bx ta xác định được c – trị số tổng áp lực đất chủ động Ea. Nối Bc cắt mặt đất tại C và BC chính là mặt trượt. - Kẻ đường song song với BC, đi qua trọng tâm lăng thể trượt, cắt lưng tường tại điểm đặt của áp lực đất tác dụng lên tường. 4. Xác định áp lực bị động theo Coulomb C - Tổng áp lực bị động Ep có dạng sau: α • Cho đất rời: A W 1 k pγ ' H 2 E p= Ep 2 H ϕa • Cho đất dính: β R ϕ 1 θ k p γ ' H 2 + 2c.H . k p E p= B 2 - Áp lực bị động Ep ở độ sâu z sau lưng tường: • Cho đất rời: σ p= k p γ ' z • Cho đất dính: σ p= k p γ ' z + 2c k p Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 7
IV. Tính toán tường chắn 1. Lực tác động lên tường chắn: Ea2 1/2 Ea2 Ea1 G Ea1 W 1/2 1/3 Kγh K p2 Q Ep Hình: Các lực tác động lên tường - Trọng lượng tường, W. - Tổng áp lực đất lên tường do đất sau tường Ea1 và do tải phân bố trên mặt đất Ea2. - Tổng áp lực bị động trước tường E. - Phản lực đất nền lên đáy tường Q. Lưu ý: Ep chỉ có thể đạt được khi tường di chuyển một đoạn đầy đủ. 2. Ổn định tường chắn Tường chắn chỉ hoạt động đúng chức năng nếu đạt được các yêu cầu: - Không bị trượt nông lẫn trượt sâu. - Không bị lật. - Các thành phần của kết cấu tường ổn định. a. Ổn định trượt ở đáy móng: - Điều kiện: ma sát ở đáy móng do trọng lượng tường phải lớn hơn tổng áp lực đất lên tường. - Hệ số an toàn chống trượt: (W + E av )tgϕ k= Ea E ah Eav Hệ số này phải lớn hơn hệ số an toàn cho Eah phép theo quy phạm. W Lưu ý: Cần kiểm tra sức chịu tải của đất nền. b. Ổn định trượt tổng thể khi có nền đất yếu dưới nền tường chắn Khi đất dưới nền yếu, hay tường đặt gần bờ sông hoặc trên mái dốc, cần Đất đắp phải tính đến ổn định trượt tổng thể. Tính hệ số an toàn chống trượt của mặt trượt sâu có kể đến ảnh hưởng của trọng lượng tường theo phương pháp ổn định mái dốc hay phương pháp phân mảnh. Đất yếu Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 8
c. Ổn định lật - Tường có khuynh hướng lật quanh điểm A. - Hệ số an toàn lật: M cl k1 = M gl Ea Mcl – moment chống lật do trọng lượng W tường W. Mgl – moment gây lật do áp lực lên tường A E. d. Ổn định kết cấu thân tường - Nếu tường bằng gạch đá, ứng suất trên Ea2 tiết diện phải là ứng suất nén. - Với tường consol phải kiểm tra khả năng Ea1 chống cắt của bê tông và cốt thép gia R W’ Ω cường trong thân tường và bản đáy móng. - Với tường BTCT: đỉnh tường không được phép có chuyển vị ngang quá lớn: H f≤ , 1000 BT không được nứt quá giới hạn cho phép. Ing. PHAN Truong Son, Ph.D. Page 9