Nghiên cứu thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:310

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn sách "Cơ sở thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tính toán kết cấu công trình ngầm đô thị, các hệ thống kỹ thuật trong công trình ngầm đô thị, xây dựng công trình ngầm đô thị bằng phương pháp hở, xây dựng CTNĐT bằng phương pháp ngầm, bảo vệ môi trường trong xây dựng và khai thác CTNDĐT.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị: Phần 2

Chương V TÍNH TOÁN K ẾT CÂU CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ 5.1. N GUYÊN TẮ C CHUNG Kết cấu CTNĐT chịu tác dụng của các ngoại tải khác nhau. Đặc điểm phân bô và cưòng độ của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chiều sâu chôn móng, điểu kiện địa chất công trình, đặc điểm xây dựng đô thị và giao thông trên mặt đất, công nghệ thi công. Các dạng tải trọng có thể được chia ra loại thường xuyên, tạm thời (dài hạn, ngắn hạn). - Cúc tủi trọng thườììg .xuyên hao gồm: Trọng lượng bản thân CTNĐT, trọng lượng các lớp áo đường và các mạng kỹ thuật, áp lực đất và nước cũng như tải trọng do trọng lượng nhà và công trình lân cận hố đào ngầm gây nên, lượng ứng suất trước của cốt thép. Tải trọng bản thân kết cấu được coi là phân bố đều trên mái CTNĐT. Nếu trọng lượng riêng của các kết cấu không quá 5% áp lực đứng tính toán thì tác động của chúng có thể không cần xét đến. - Tải trọng tạm thời .xuất hiện do các phương tiện giao thông chuyên động trên CTNĐT, một số loại tải trọng xuất hiện trong giai đoạn thi công. Đặc tính tạm thời còn do tác dụng của các yếu tố sau gây nên: dao động nhiệt độ, trương nở đất và các tác động đặc biệt (động đất, va đập v.v...), hoặc do sự cố nào đó gây nên. Tất cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên CTNĐT đồng thời hoặc vào các thời điểm khác nhau. Các tổ hợp tải trọng khác nhau gây nên các trạng thái ứng suất khác nhau trong kết cấu. Để tính toán kết cấu ngầm cần tìm ra tổ hợp tải trọng bất lợi nhất (cơ bản và đặc biệt). Tổ hợp cơ bản bao gồm các tải trọng thường xuyên và các tải trọng tạm thời do các phương tiện giao thông gây nên, kê cả các tải trọng khai thác và xây dimg tạm thời. Tổ hợp dặc biệt bao gồm các tải trọng thường xuyên và tạm thời của tố hợp cơ bán và các tác động đặc biệt. Đưa các tải trọng này hay tải trọng khác vào tổ hợp cơ bán hoặc tổ hợp đặc biệt mang tính chất quy ước và phụ thuộc vào tình hình cụ thế, trong đó cùng một tải trọng có thê nằm trong tổ hợp đặc biệt và cơ bản. Trong nhiều trường hợp, tính toán được tiến hành theo tổ hợp tải trọng cơ bản và kiểm tra cho tổ hợp đặc biệt. 156
Kết cấu CTNĐT được tính toán theo các trạng thái giới hạn (khả năng chịu lực, biến dạng và mở rộng vết nứt) tương ứng với các tiêu chuẩn hiện hành. Kết cấu dạng tuyến được tính toán theo điều kiện biến dạng phẳng. Nếu kích thước các mặt cắt ngang tương đương với chiều dài công trình, ngoại tải thay đổi nhiều theo chiều dài hoặc nền xuất hiện độ lún không đều thì cần giải bài toán không gian. Khi thiết kế kết cấu CTNĐT thường sử dụng phương pháp tính toán gần đúng theo tải trọng cho trước kết hợp với các phương pháp cơ học kết cấu. Trong đó, đầu tiên xác định tất cả các tải trọng chủ động tác dụng lên vỏ công trình, sau đó tính toán chúng như hệ thanh có xét đến hoặc không xét đến phản lực đàn hồi của đất. Phương pháp này tính toán đơn giản nhưng có nhược điểm cơ bản là không tính hết các điều kiện tác động tương hỗ thực tế của vỏ hầm với khối đất xung quanh. Các phương pháp tính toán dựa trên lời giải của các bài toán tiếp xúc theo lý thuyết môi trường liên tục, sử dụng lý thuyết đàn hồi, đàn dẻo hoặc cân bằng giới hạn cho kết quả sát với thực tế hơn. Trong đó, trạng thái ứng suất của kết cấu ngầm và khối đất được xác định từ điều kiện kết hợp chuyển vị của vỏ công trình và chu tuyến hầm đào. Nội lực trong vỏ công trình có thể nhận được bằng phương pháp cơ học kết cấu. Tự động hoá quá trình tính toán bằng cách sử dụng máy tính điện tử giảm độ khó nhọc rất nhiều và nhanh chóng nhận được kết quả cần tìm. Trong đó, có thể xét được nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc tĩnh của kết cấu, tăng độ chính xác của kết quả tính toán v.v. Tất cả tải trọng nằm trong tổ hợp cơ bản và đặc biệt là những tải trọng tiêu chuẩn. Tương ứng với các tiêu chuẩn hiện hành, tính toán tĩnh học của CTNĐT được tiến hành theo tải trọng tính toán, giá trị của chúng xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số vượt tải tương ứng. Rp = R|_ikị (5.1) Trong đó: Rp - tải trọng tính toán; Rpi - tải trọng tiêu chuẩn; kị - hệ số vượt tải. Hệ số vưọt tải kị được chia nhỏ cho từng loại tải trọng cũng như cho từng tổ hợp tải trọng. Đối với cùng loại tải trọng trong giới hạn nhất định của đường ngầm, các hộ số vưọt tải được lấy như nhau. Hệ sô vượt tải đối với một sô tải trọng thường xuyên cho trong bảng 5.1. Các hệ sô tổ hợp tải trọng cần lấy tương ứng với TCVN 2737 - 1995 tải trọng và tác động, có thể tham khảo XNIP 2.01.07 - 85*. 157
Bảng 5.1. Các Hệ số vượt tải ki Các loại tải trong ki Tải trọng thường xuyên - Đứng từ trong lượng toàn bộ khối đất trên CTNĐT + Trong điều kiện kiến tạo tự nhiên u + Đất đắp 1,15 - Nằm ngang 1,3(0,9) - Đứng từ áp lực Mohr khi tạo vòm cho các đất: + Đá 1,6 + Sét 1,5 + Cát và hạt lớn 1,4 - Áp lực ngang khi tạo vòm 1 ,8( 1 ,2 )* - Đứng từ áp lực đất từ khối trượt 1,8 - Ngang từ áp lực đất 1,2(0,9) - Áp lực thuỷ tĩnh 1,1 (0,9) - Trọng lượng riêng của kết cấu: + BTCT lắp ghép 1,1 (0,9) + Bê tông đổ tại chỗ 1 ,2 (0 ,8) + Thép 1,05 - Cách ly, tạo phẳng, các lớp hoàn thiện 1,3 Tải trọng tạm thời dài hạn 1,05 - Trong lượng thiết bị cố định 1,1 - Tác động nhiệt độ khí hậu 1,5 - Lực trưong nở đất 1,1 - Tải trọng đứng từ cầu trục và cần trục treo 1,1 (0,9) - Tác động co ngót và từ biến bê tỏng 1,3(0,7) - Kết cấu ứng suất trước 1 ,2 (0 ,8) - Phản lực của đất (lực kháng đàn hồi) - Áp lực từ khối đất san, từ lớp cách nước, từ các lớp báo vệ khác cũng như từ 1 5(0 9) áo đường cúa phần đường xe chạv và các vía hè Ghi chú: * Trong ngoặc cho giá trị l úc hớ sỏ vượt tái cần chọn khi giám giá trị tái trọniỊ ( l í i n dến tái hat lợị cho két C í h i . Giá trị l ì ệ sò vưựt rái theo tải troììv, cho trong ngoặc lấ y trong trường hợp, kill ',;iain tái trụng dan dến tìụiìíỉ thái ha! lơi cho vỏ ( ong n inh 158
Các hệ sô vượt tải theo tầm quan trọng cần lấy dựa vào mức độ quan trọng của công trình. Kiểm tra cưòfng độ tiết diên cấu kiên bê tông và BTCT cần tiến hành theo TCVN kêt cấu bê tông và BTCT 356 - 2005, có thể tham khảo XNIP 52-01-2003 có xét đến hệ số bổ sung điều kiện làm việc Y(., giá trị hệ số này lấy như sau: - Sự sai lệch mô hình tính toán đã lựa chọn với điều kiện làm việc thực tế của vỏ bê tông toàn khối: Yc = 0,9. - Sự sai lệch điều kiện làm việc thực tế của các mối nối vỏ lắp ghép so với thiết kế: Yc = 0.9. - Sự giảm độ bền của bê tông trong vỏ công trình không có cách nước bên ngoài tại những vùng ngập nước: Yc = 0,9. Các giá trị tiêu chuẩn và tính toán đặc tính vật liệu cần lấy theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu từ các vật liệu tương ứng. Cần lưu ý rằng: khi xác định áp lực bên tính toán của đất do tải trọng đứng tạm thời di động gây nên theo công thức: q = Y h j£ ) tg"(45° - (p/2) giá trị góc nội ma sát được tăng lên 5° khi k > 1 và giảm đi 5° khi k < 1. Hệ số vượt tải đối với tải trọng tạm thời được xác định dựa vào loại tổ hợp tải trọng (bảng 5.2) Bảng 5.2 Hệ sô vượt tải đối với tải trọng tạm thời Hệ số vượt tải khi tổ hợp tải trọng Tải trọng Cơ bản Đặc biệt Tải ôtô H30 1,4 1,0 Bánh xe HK - 80 1,1 - Tải đường sắt CK - 14: - Có chất tải 1, 1- 1, 3* 0,7 - Không có tải 1,0 - Tàu điện ngầm 1,3 - Tải máy bay: - Đường dẫn chạy vòng và đường lăn 1,0 - - Phần sàn đỗ 0,85 - Đoàn người 1,4 - Tải xây dựng 1,4 - Tải động đất 1,3** 1,0 159
Ghi ch ú : Hệ sô VMiợí tải phu thuộc vào chiêu dài chất tải Ắ lủ 1,3 khi Ẳ = 0 ; 1,15 khi Ả * = 50m va 1,1 khi Ấ > 150m. Giá trị hệ s ố vượt tải dôi với tải trọng xây dựng cố thể diêu chỉnh khi xét dến diêu kiện tại ** chỗ theo công nghệ thi công. 5 .2 . TÍNH TOÁN K ÊT CÂU CTNĐT THI CÔNG BANG PHƯƠNG PHÁP HỞ 5.2.1. Nguyên tắc cơ bản Thiết kế CTNĐT thi công bằng phương pháp hở cần xét đến: - Công năng công trình, các giải pháp quy hoạch hình khối, độ sâu đặt ngầm. - Tải trọng chuyền lên công trình. - Công nghệ thi công công trình. - Các điều kiện của các công trình hiện có và ảnh hưcmg của CTNĐT lên chúng. - Ảnh hưởng tương hỗ giữa CTNĐT thiết kế với các CTNĐT hiện có. - Các yêu cầu về bảo vệ môi trường. - So sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, giải pháp thiết kế. Khi đánh giá ảnh hưởng của CTNĐT lên các công trình lân cận hiện có, dự đoán sự thay đổi trạng thái ứng suất của khối đất thực hiện bằng các mô hình toán học, sử dụng phương pháp số trên cơ sở các mô hình phi tuyến của cơ học môi trường liên tục. Dự đoán sự thay đổi chế độ thuỷ văn cần thực hiện bằng các mô hình toán của quá trình thấm cũng như các phương pháp số. Tính toán CTNĐT theo trạng thái giới hạn (thứ nhất và thứ hai) bao gồm việc xác định: - Khả năng chịu lực của nền, độ ồn định của công trình và các cấu kiện của chúng. - Độ bền cục bộ của nền. - Độ ổn định sườn dốc tiếp giáp với công trình, mái dốc, thành hố đào. - Độ ổn định của kết cấu tường chắn. - Nội lực trong kết cấu, thanh chống, neo và kết cấu móng. - Độ bền thấm của nền, áp lực nước ngầm lên kết cấu, lượng thấm. - Sự biến dạng hệ "CTNĐT - nền". Khi tính toán cần tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành, trong trường hợp nước ta chưa có tiêu chuẩn tương ứng có thế tham khảo các tiêu chuẩn sau đây của Nga: 160
XNIP 2.02.03 - 85; 2.01.07 - 84; 2.06.07 - 87; 52.01 - 2003 hoặc các tiêu chuẩn đirợc phép khác của các nước tiên tiến và cần xét đến khả nãng thay đổi các điều kiện địa chất thuỷ văn cũng như các tính chất cơ lý của đất, có xét đến các hiện tượng lún sụt, tính trương nở của đất. Khi thiết kế cần xét đến tải trọng và tác động xuất hiện trên tất cả các giai đoạn thi công và khai thác CTNĐT. Tác động tương hỗ giữa đất nền và kết cấu cần được xét đến bằng tính toán, xuất phát từ sự làm việc đồng thời của kết cấu công trình và nền. Các tải trọng thường xuyên cần xét đến trong thiết kế bao gồm: trọng lượng kết cấu CTNĐT và các công trình nổi tựa lên nó hoặc các công trình lân cận chuyền áp lực qua đất lên nồ, áp lực khối đất nằm trong công trình và nước ngầm khi dừng thấm; lực kéo của neo cố định, lực thanh chống... Tải trọng tạm thời dài hạn bao gồm: trong lượng thiết bị cố định của CTNĐT và các tải trọng có lợi khác; áp lực chất lỏng và khí trong các bể chứa và các đường ống; áp lực nước ngầm khi chế độ thấm không ổn định; tải trọng từ các khối vật liệu xếp trên mặt đất trong vùng ảnh hưỏfng; các tác động của nhiệt độ công nghệ; lực kéo neo tạm thời, tải trọng tạo nên sự thay đổi độ ẩm, độ sụt và từ biến vật liệu. Tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn bao gồm: áp lực bổ sung của đất, tạo nên từ tải trọng chuyển động trên mặt đất; tác động của nhiệt độ khí quyển... Các tải trọng và tác động đặc biệt bao gồm: tác động động học của các tuyến tàu điện ngầm đang khai thác, các công trình giao thông hoặc các công trình công nghiệp khác lân cận công trình, sự biến dạng nền đất do trương nở tác động lên công trình... Các hệ số vượt tải theo tải trọng và các tổ hợp tải trọng khả dĩ cần được lấy theo các yêu cầu của tiêu chuẩn "tải trọng và tác động" hiện hành (ví dụ: TCVN 2737 - 95, của Nga XNIP 2 .0 1 .0 7 -8 5 ). 5.2.2. Tính toán tưòTig chắn vách hô đào sâu Tưòng chắn cho hố đào trong xây dựng ngầm thường có dạng mềm, độ ổn định của chúng được bảo đảm bằng ngàm trong đất, các thanh chống và kết cấu neo. Kết cấu mềm bao gồm tường cừ, "tưòìig trong đất", tường chắn từ cọc tiết diện vừa và nhỏ các dạng khác nhau. Khi thiết kế tường chắn hố đào sâu cần xét đến: - Đặc điểm công nghệ thi công và trình tự các thao tác công nghệ. - Mức độ cần thiết chuyền các tải trọng lên kết cấu. - Sự cần thiết xây dựng hệ thống thoát nước lân cận tường chắn, sử dụng neo hoặc kết cấu giằng chống. 161
- Khả năng thay đổi đặc tính cơ lý của đất, liên quan đến các quá trình tự nhiên cũng như các quá trình khoan, đóng và các tác động công nghệ khác. - Sự cần thiết đảm bảo tính chống thấm yêu cầu của kết cấu. - Khả năng sử dụng các giải pháp kết cấu và các biện pháp giảm áp lực đất lên tường chắn (sử dụng các chi tiết giảm tải, vải địa kỹ thuật, gia cường cốt thép cho nền đất...). Kết cấu chắn giữ hố đào sâu được lựa chọn trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tê - kỹ thuật trong điều kiện cụ thể, có xét đến các điều kiện và niên hạn khai thác. Độ sâu đật kết cấu chống đỡ được xác định bằng tính toán tĩnh học. Khi thiết kế tường chắn trong đất no nước, độ sâu đặt kết cấu được dự kiên có xệt đên khả năng ngàm của nó trong lớp bền nước (với mục đích thi công đào đất không cần các biện pháp thoát nước hoặc hạ mực nước ngầm). Kết cấu tường chắn cần được thiết kế có xét đến cấu tạo lớp cách nước trong trường hợp cần thiết. Khi thiết kế tưòfng chắn trong môi trường ăn mòn nên tham khảo XN IP 2.03.11 - 85. Tường chắn BTCT chiều dài lớn cần bố trí khe nhiệt, khe lún tương ứng với các tiêu chuẩn hiện hành của kết cấu BTCT. Kết cấu khe nhiệt cần tính đến việc cách nước. Tường để chắn giữ hố đào cũng như nền của chúng được tính theo 2 nhóm trạng thái giới hạn: Theo ììììóni trạng thúi giới hạn thứ nhất: - Độ ổn định vị trí tưòfng chống trượt, lật và xoay. - Độ ổn định, khả năng chịu tải và cường độ cục bộ của nền. - Cường độ của các cấu kiện kết cấu và các nút liên kết của chúng. - Khả năng chịu tải và cường độ của neo. - Độ ổn định và cường độ của các thanh chống; - Độ ổn định chống thấm của nền. Theo nhóm trạiìíỊ thái íỊÌói hụn thứ 2 : - Nển, tường chắn và các chi tiết kết cấu theo biến dạng, trong đó có các chuyển vị ngang. - Các kết cấu BTCT của tường theo độ mở rộng vết nứt. Khi thiết kế tường chắn xây dựng bằng phương pháp "tường trong đất" cần tính toán ổn định của tường hào có nhồi vữa xúc biến. Khi thiết kế tường chắn xây dựng từ các cấu kiện đúc sẩn hoặc coc cấn tính toán cường độ nền chống chọc thủng. 162
Khi xác định ứng suất tiếp xúc và áp lực bên của đất lên tường chắn cần xét: - Các tải trọng ngoài và các tác động lân cận lên nền đất cụ thể như tải trọng từ các khối vật liệu, máy móc xây dựng, các phương tiện giao thông trên phần đường chạy, tải trọng chuyền qua móng của các công trình lân cận... - Các điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng. - Mặt nghiêng của đất, địa hình lồi lõm và độ nghiêng của các tầng địa chất so với phương ngang. - Khả năng xây dựng thành và mái dốc trong quá trình thi công đất. - Các tính chất độ bền trên mặt tiếp xúc "tường và khối đất". - Các đặc điểm biến dạng của tường chắn, neo và thanh chống. - Trình tự và công nghệ thi công. - Khả năng thu dọn đất trong quá trình đào. - Những áp lực bổ sung lên tưòng chắn do trương nở, bốc hơi của đất cũng như khi bơm vữa vào đất và trám, trát. - Các tác động rung và nhiệt độ. Lực ma sát và lực dính tại vị trí tiếp xúc "tường - khối đất" cần xác định dựa vào: - Giá trị đặc tính độ bền của đất. - Các điều kiện địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng. - Chất lượng bề mặt tiếp xúc và vật liệu kết cấu tường chắn. - Hướng và giá trị chuyển vị của tường. - Công nghệ thi công tường. - Khả năng tiếp nhận tải trọng đứng của kết cấu tường chắn. Khi không có thí nghiệm, trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ 2, cho phép lấy các giá trị tính toán đặc tính độ bền sau đây tại vị trí tiếp xúc "tưÒTig - khối đất"; - Lực dính Cj^ = 0 - Góc ma sát của đất theo vật liệu tường (Pị^ = Yk .ọ , trong đó: (p - góc ma sát trong của đất - hệ số điều kiện làm việc lấy theo bảng 5 .3 . Khi tính toán tưÒTig chắn mềm nên sử dụng phương pháp số (trên máy tính điện tử, xem mục 5.4), sử dụng mô hình phi tuyến của môi trường liên tục hoặc mô hình tiếp xúc phi tuyến, việc lựa chọn cần dựa vào loại đất và đặc điểm kết cấu của công trình. Phương pháp số cần sử dụng cho các CTNĐT quan trọng và phức tạp cũng như khi xây dựng chúng gần công trình nổi lân cận hiện có hoặc khi sử dụng thanh chống/neo. 163
Bảng 5.3. Hệ sô điều kiện làm việc theo còng nghệ thi cóng Vật liệu tucfng Công nghệ thi công và các điểu kiện đặc biệt Yk Bê tông, BTCT - Tường trong lực toàn khối và tường mềm và đổ bê tỏng khô. 0,67 - Tường trọng lực lắp ghép 0,5 - Tường mềm đổ tại chỗ dưới vữa sét trong đất no nước 0,33 - Tường mềm lắp ghép xây dựng dưới vữa sét trong đất bất kỳ Kim loại, gỗ Trong đất cát và cát bụi no nước 0 Trong các loại đất khác 0,33 Bất kỳ Khi có tải trọng rung lên nền 0 Tường chắn hố đào sâu có thể được gia cường bằng một, một số tầng neo hoặc thanh chống. Số lượng tầng chống, bước, góc nghiêng, kết cấu và kích thước neo được xác định bằng tính toán dựa vào chiều cao kết cấu tường được neo, điều kiện đất và khả năng chịu lực của neo. Loại neo được dự kiến xuất phát từ lực giữ tính toán, loại đất và điều kiện thi công. Neo đất sử dụng để gia cường tường chắn được chia theo niên hạn làm việc: tạm thời và cố định. Các neo tạm thời được coi là các neo có thời hạn làm việc không quá 2 năm. Thiết kế neo cần dựa trên kết quả tính toán tĩnh học hệ "tường - khối đất", trong đó cần xác định tải phân bố dọc trục lên neo có xét đến số lượng neo yêu cầu, các góc độ bố trí chúng, góc nghiêng của neo so với đường nằm ngang và góc nghiêng của neo trong mặt bằng so với đường pháp tuyến của tưcmg. Công tác thiết kê neo bao gồm việc xác định: Sô lượng neo trong tầng và bước của chúng, chiều dài chịu kéo tự do của neo đảm bảo liên kết của neo ngoài giới hạn khối trượt, chiều dài làm việc của neo (bầu neo) để tiếp nhận tải trọng theo thiết kế, vị trí để xây dựng neo thí nghiệm, số lượng neo cần thử kiểm tra và trình tự thực hiện (quy trình thử), lực cần tạo ứng suất trước cho neo sau khi thử nghiệm. Khi sử dụng các phưong pháp giải tích của lý thuyết cân bằng giới hạn (trong đó áp lực đất lên kêt cấu được xét như tổng các tải trọng chủ động và phản lực của đất nền) đê tính toán tường chắn mềm (tường trong đất) cho khung ngầm nhiều tầng theo giai đoạn đào đất có thể sử dụng các sơ đổ sau đây: - Tính toán tưòTig còng xôn ỉ . Trường lỉỌ p tường có độ ngùni tối thiển (hình 5.1). 2. Trường lìọp tường có độ ngủni dư dựa vùo phương pháp hệ sô'nên (hình 5.2). 3. Tính toán chuyển vị ngang cùa tườiHị công .vón 164
- Tính toán tường có một thanh chống/neo 7. Sơ đồ tựa tự Jo của tường (sơ đồ E.K lakohi). 2. Sơ đồ tường inỊÙnì (sơ đồ Bliiima - Lôniêiera). - Tính toán tường có nhiều thanh chống/neo Khi hố đào đạt độ sâu thiết kế, tường được tính toán hoặc theo sơ đồ dầm liên tục tựa trên một số gối tựa chịu áp lực ngang hoặc có thể tinh theo theo sơ đồ không gian dựa trên các chương trình máy tính (xem mục 5.4). Dưới đây ta xem xét các phương pháp tính toán đơn giản, có tính chất cơ sở. - Tính toán tưòng công xôn Sơ đồ tính toán tường mềm công xôn được dùng để đánh giá cường độ và ổn định tường cừ cho hố đào cũng như tưòfng CTNĐT thi công bằng phương pháp "tường trong đất", ở giai đoạn đào hố đến cao độ gối đỡ - tầng đầu tiên. Trong thực tế thi công hố đào sâu để xây dựng CTNĐT bằng phương pháp hở, phụ thuộc vào độ sâu ngàm tường vào nền đất, theo điều kiện ổn định, có thể xảy ra 2 trường hợp sau đây: - Trường hợp tưònig có độ ngàm tối thiểu vào nền đất (khi thi công CTNĐT một tầng). Trong trường hợp này, nhiệm vụ tính toán là xác định chiều sâu ngàm tối thiểu và chiều dày tường đảm bảo cưòng độ và ổn định của chúng. Trong đó giả thiết rằng sự cân bằng tĩnh học của tường xuất hiện do phản lực bị động của đất tác dụng lên đoạn của nó đặt sâu hơn đáy hố đào. Trong tính toán giả thiết rằng cưòng độ lực kháng bị động của đất trên toàn bộ chiều sâu ngàm đạt tới giá trị xác định theo lý thuyết cân bằng giới hạn, không phụ thuộc vào chuyển vị của tưòfng. - Trường hợp tường có độ ngàm dư vào nền đất thường gặp khi xây dựng tầng trên cùng của CTNĐT nhiều tầng hoặc tường hạ vào đất thấp hơn đáy hố đào đế ngàm trong lớp bền nước. Nhiệm vụ tính toán là đánh giá cường độ của tưòTig. Trong trường hợp này, trên các đoạn theo chiều sâu ngàm, phản lực bị động của đất có thể thấp hơn rất nhiều so với giá trị giới hạn xác định theo lý thuyết cân bằng giới hạn. Chúng được xác định từ điều kiện tác động tương hỗ của lường với khối đất có xét đên chuyển vị thực của tường và tính chất biến dạng của đất. 7. Tính toán tường niêm (côiiíỊ \ôn) có cĩộ lìịịùnì tối thiếu Phưong pháp tính toán giải tích đơn giản để xác định độ sâu ngàm tối thiểu cho tường còng xôn là dựa trên giả thuyết rằng, biến dạng xoay trong đất xung quanh điếm 0 nằm tại độ sâu f = 0,8t (f - độ sâu ngàm; t - độ sâu tường nằm trong đất) (hình 5.1). Trong đó, áp lực chú động của đất tác dụng từ cạnh phía sau lên tường cao hơn điếm 0 , còn từ mặt 165
trước thấp hơn mức đáy và từ mặt sau thấp hơn điểm 0 - phản lực bị động. Khi xác định áp lực chủ động và bị động, ma sát của đất trên bề mặt tường khống tính đến. Hình 5 . 1 . S ơ đ ồ tín h to á n t ư ờ n g c ô n g .x ô n k h i đ ộ s â n n g ò m tố i t h iê u Điều kiện cân bằng của tường là tổng mômen đối với điểm 0 bằng không. Từ điểu kiện đó xác định được chiều sâu ngàm cần thiết của tường thấp hơn đáy hố đào. Đối với đất đồng nhất, áp lực chủ động và bị động được tính theo công thức (3.81) và (3.82) có kể đến áp lực chủ động đối với đất dính chỉ bắt đầu tác dụng từ chiều sâu hc, xác định theo công thức (3.85). Giá trị áp lực chủ động cực đại tại điểm 0 bằng: ơah M = [y(h + 0 + q]>^ah - Ctgcp.( 1 - Ầ,h) AX (5.2) Phản lực bị động tại độ sâu đáy hố đào bằng: ơphi = C . t g ( p . ( Ầ p h - 1) (5. 3) còn tại điểm 0: Ơph2 = C.tg(p.(Ầah - 1) + yf Ằph (5.4) Trong đó: y, (p, c - các thông số của đất để tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (yj, (pj C|). Tiếp theo là xác định tổng họp lực của áp lực chủ động E| = 0,5 ơ 2[, |^y^(h + f - h(-) (5-5) Và cánh tay đòn tác dụng cuả nó đối với điểm 0 r, = ^ ( h + f - h c ) (5.6) 166
Biểu đổ áp lực bị động được chia ra thành phần hình chữ nhật và hình tam giác. Tổng hợp lực cân bằng phần hình chữ nhật E 2 = còn cánh tay đòn tác động của nó = 0,5.f. Tổng hợp lực cân bằng phần hình tam giác E 3 = 0 , 5 (ơph2 - ơphi).f, còn cánh tay đòn tác động của nó Ĩ 3 = l/3f. Điều kiện cân bằng được được viết trong dạng sau: E|ri = — (E 2 Ĩ2 + E 3 r3 ) (5.7) Yn Trong đó: - hệ số điều kiện làm việc lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 - 1995 hoặc có thể lấy tương ứng với XNIP 2.02.01 - 83: đối với cát, ngoài cát bụi, = 1, đối với loại đất khác Yc = 0,9; - hệ số tin cậy theo chức năng công trình lấy bằng 1 ,2 ; 1,15; 1,1 tương ứng với công trình loại I, II, III. Thay các giá trị lực, cánh tay đòn và ứng suất nêu trên nhận được phương trình sau: ^ Yn (h + f - hc { [ y (h + f ) + q ] - c.tg(p.(l - ^ah )} (5.8) 0 ,5 f^ C .tg (p .(X p h - l)- ^ Y .f\ p h Giải phương trình này đối với f xác định được độ sâu ngàm cần thiết. Phương pháp đơn giản nhất giải phương trình là phương pháp lựa chọn f. Để đảm bảo an toàn giá trị f sau khi xác định được cần tăng lên 1,2 lần, nghĩa là giá trị t sẽ bằng l,2 f (xem hình 3.3). Giá trị mômen lớn nhất ở tại độ sâu ỈQđược xác định từ điều kiện bằng 0 của lực cắt tại điểm có mômen cực đại: Yh {[Y (h + /0 ) + q]^ah - C.c.tg(p(l - )} (h + /0 - hc) ■ (5.9) -(Y c / 2)/ q[Y-/-?^ph + 2C.c.tg(p(>iph - 1 )" = 0 Tim được giá trị IqIỪ phương trình đó, giá trị mômen cực đại tác dụng lên Im chiều dài tường xác định theo biểu thức sau: M m ax = Ị ^ ^ ] - { [ Y ( h + ^0 ) + q ]^ah - C.c.tg(p(l - )} (h + /q - h , f (5.10) -\y-ỉo-\h+c.c.tg(ĩ>ịX pị^-\) [ 2 ) Theo giá trị tiên hành tính toán tiết diện tường theo cường độ. 167
Trong trường hợp tường ngàm trong đất sét không thoát nước khi 1,5. Không được dùng tưòmg ngàm tối thiểu khi Cy/h
Khi có loại tải trọng khác A| được tính theo các công thức, bảng trong sức bền vật liệu. Theo H.K. Xnhitko, độ võng đỉnh tường công xôn khi xem xét phần chốn sâu như dầm cứng sẽ bằng: 12 A = A, + - ^ [ M ( 2 + 3 h / t ) + Q ( 3 t / 2 + 2h)] (5.13) kgt Trong đó: M và Q - mômen uốn và lực cắt trong tiết điện r t 1^ tường tại mức đáy hố đào; kg - giá trị hệ số nền tại mức đầu dưới tường. Độ lún cực đại của mặt đất cạnh tường lấy bằng A. I - Tính toán tưòng có một thanh chống/neo 77777777" 7777PP 7 7 7 7 " ^ah2 l Khi tính toán tường cừ và "tưòíng trong đất" hạ vào khối đất không phá hoại cần xét đến liên kết gối tựa đầu dưới của chúng trong đất. Có thể xảy ra 3 trưòíng hợp liên kết gối tựa sau đây: Hình 5 . 3 . S ơ đ ồ tín h to á n + Tựa tự do; h iế n d ạ n g t ư ờ n g c ô n g x ô n + Ngàm hoàn toàn trong đất; + Ngàm từng phần. Khi tựa tự do, nghĩa là giả thiết tường xoay tự do ở phía chân tường, không có sức kháng bị động ở phía sau tường. Đất dưới hố đào chỉ gây nên sức kháng trồi từ mặt trước tường. Trong tường xuất hiện mômen uốn lớn nhất, còn độ sâu hạ tường trong đất nhỏ nhất (hình 5.4). Sơ đồ làm việc này thường thích hợp khi xây dựng tường trong đất sét, cát bụi và cát xốp do mức độ cố định chân tưòfng khống chắc chắn. Khi ngàm hoàn toàn, nghĩa là giả thiết ngàm chống lại sự xoay của tường, trong trưòng họp này sức kháng bị động xuất hiện ở cả 2 phía của tường. Do đó độ sâu hạ tường cần tính toán sao cho trong đó xuất hiện mômen nhịp nhỏ nhất, còn phản lực của đất tác dụng lên mặt sau tường lớn nhất. Biểu đồ mômen trong tường có hai dấu vì trục đàn hồi tường có điểm uốn c (hình 5.5). Sơ đồ làm việc này chỉ xảy ra trong đất cát và sỏi cuội chặt do sức kháng bị động khá lớn đủ đê tạo nên ngàm. Ngàm tỉmg phần là trạng thái trung gian giữa tựa tự do và ngàm hoàn toàn. Tương ứng với sơ đổ này mỏmen uốn và độ sâu ngàm có giá trị trung gian giữa 2 sơ đồ trên (hình 5.5.b). 169
Tính toán tường gia cường một thanh chống/neo thường tiến hành theo 2 sơ đồ: sơ đổ tựa tự do E.K lakobi và sơ đổ đưòmg đàn hồi Blima - Lomeiera. Lựa chọn sơ đổ tính toán cho các trường hợp trên cần dựa vào độ cứng phân bô theo chiều dài của tưòng n, được xác định từ quan hệ: n= ^ (5.14) Trong đó: t - độ sâu hạ tường xác định theo sơ đồ Blima - Lomeiera, m; dgy - chiều dày quy đổi của tiết diện tường, m, bằng; 121 d a v = 3. (5.15) D+ J Trong đó: I và D - mômen quán tính, và đường kính cọc (chiều rộng tưòng, cừ), m; j - khe hở giữa các cọc hoặc các cừ lân cận. Khi n > 0,06 tường được coi như có độ cứng hữu hạn và được tính toán theo sơ đổ E.K lakobi. Khi n < 0,06 tường được tính như tường mềm theo sơ đồ Blima - Lomeiera. 1. Theo sơ đồ E.K lakohi: Theo sơ đồ E.K lakobi, tường được xem như dầm tựa khớp tại vị trí gia cường neo và tại vị trí chân tường. Trong đó tất cả phần tường ngập vào nền chuyển vị về hướng hố đào. Nhiệm vụ tính toán ở đây là xác định độ chôn sâu của tưòng tj^j^, lực kéo tại điểm neo (phản lực gối tựa) và mômen uốn trong tường. Đơn giản nhất là sử dụng phương pháp cân bằng lực để tính toán. Đỉnh tưòíng có thanh chống/neo được coi là liên kết khớp (điểm A) (hình 5.4). Chân tường được coi là gối tựa tại điểm B. tại đó áp lực chủ động bằng áp lực bị động. Sau khi xác định được vị trí điểm B (điểm được coi là gối tựa khống có chuyển vị) có thể tính được nội lực trong tường. Xác định vị trí điểm B, tức là tìm giá trị min* Ta có: 1 1 y ( h + t|^ji^) ^ah ’ ^ a2 ^ah ’ ~ _y(^min) ph (5.16) Vị trí đật các lực E 31 và Ep đặt ở trọng tâm tam giác (bằng 1/3 chiều cao kể từ cạnh đáy). Vị trí đặt E jt ở trọne tâm hình chữ nhật. Lấy mỏmen đối với gối tựa A: 2 1 í 2 —y ( h + tp.iji^ ^Eg]+ —(h + ) Eg 2 ~ Q ^ 1-m E p = 0 in (5.17) 170
Hình 5.4. Sơ đồ lảm việc tường Mohrng một chống! neo khi chán tựa tự do Thay các giá trị Egị, Eg,, EpVà rút gọn ta có: + 3q^’" - SyÀP^h) (5.18) + (6 yX,^h- + 6 + 2 \^yh’ + 3q).,|,h- = 0 Phương trình bậc 3 này có thể giải bằng phương pháp đúng dần. - Xác định lực tác dụng lên thanh chống (hoặc neo) T^: Lấy mômen đối với điểm B và cho Mg = 0. 3 (h + t^in ) E ,1 + ^ (h + t^i„ )Ea 2 - 3 -Ep Ta = (5.19) h + U;„ Mômen có giá trị lớn nhất tại vị trí có lực cắt bằng không. Do đó ta xác định khoảng cách y, tại đó lực cắt = 0 : .2 2 ^ ^ a h + q ^ a h y -T A = 0 từ đó xác định được: _ - q ^ a h ± ^ / ( q ^ a h f + 2 y ^ a iJA y= (5.20) Y^ah và (5.21) 2 6 171
Theo sơ đổ Blìma - Lomeiera (hình 5.5): Theo sơ đổ Blima - Lomeiera, phần tưòfng chôn sâu vào nền có điểm uốn tại điêm c và gần đáy hố đào chuyển dịch theo hướng hố đào, còn thấp hơn điếm c - về hướng ngược lại. Phản lực bị động xuất hiện cả từ mặt đứng lẫn mặt sau tưòng. Điều đó tạo nên hai biểu đổ đơn dấu của mồmen uốn (hình 5 .5 ). Hình 5.5. S ơ d ồ là m v iệ c t ư ờ n g M o h r m ộ t c l ì ố n g / n e o : a ) K h i c h â n Iig à m to à n p h ầ n ; h ) K lìi c h á n n g ò m t ừ n g p ììíh ì Để xác định độ chôn sâu của tưòfng và lực kéo tại điểm neo (phản lực gối tựa), cũng như giá trị mômen uốn trong tưòng theo sơ đồ này, ta giả thiết rang cưòìig độ sức kháng bị động của đất tăng tuyến tính cùng với chiều sâu theo luật (3.82) và sức kháng phản lực ngược của đất từ mặt sau tưòng thấp hơn điểm xoay 0 của nó tác dụng trong dạng lực tập trung Ep đặt tại điểm xoay. Tường có một thanh chống/neo trong trường hợp này được tính toán như dầm tĩnh định tựa trên hai gối - tại điểm gia cưòng neo và tại điểm đặt lực tập trung Ep . Dầm chịu tải trọng từ áp lực chủ động và bị động. Theo phương pháp này, vị trí neo/chống được coi là khớp (điểm A). Chân tường cắm vào lớp đất cứng được coi là ngàm cố định (điếm D). Sơ đồ phân bố áp lực lên tường được thay bằng sơ đồ dầm tính toán, trong đó vị trí c trên sơ đồ tường có giá trị áp lực đất bằng 0 rất gần với vị trí thay đổi dấu của mômen nên vị trí này được coi là gối tựa của dầm thay thế. Như vậy ta có 2 dầm thay thế AC và CL. Vấn đề ở đây là cần xác định vị trí điểm c, tại đó áp lực đất bằng 0 và điếm D, tại đó dầm được coi là ngàm cứng. Sức kháng bị động Ep trên đoạn DL tác dụng như tái nằm ngang tại D. 172
Tại điểm c (hình 5.6) áp lực đất bằng 0, y là khoảng cách tìr điểm c đến đáy hố đào (điểm B). Áp lực phía trước và phía sau tường tại điểm c bằng nhau. - Xác định giá trị y: y K ^ y y^ah(H+y) = yH?tah +yy^ah = ah hay: y= (5.22) (^ph ^ah) - Xác định giá trị x: Theo nguyên íý của dầm đẳng trị, Tg là phản lực của gối tựa A và Pq là phản lực của gối tựa tại c. Mômen của Pq đối với điểm D sẽ bằng mômen của áp lực đất bị động (hình tam giác) đối với điểm D. Hình 5 . 6 . S ơ d ồ tín h to á n t h e o m ô h ìn h d ầ m th a y t h ể PqX = ^Y(Ầp|, -;^ ,,,) .x .x ^ .x =-^y(>.p„ ( 5 .2 3 ) 6P() X = (5.24) p(^ph-Kh) Độ sâu của chân tường ít nhất là ỈQ= y+x. Thông thưòng độ sâu ngàm lấy là 1 = l,2./o do trong tính toán ta đã bỏ qua đoạn DL. Giả sử mômen cực đại xuất hiện tại điểm cách vị trí neo/chống A một khoảng bằng z, ta có: T a - ị^ahy-Z^ suy ra: z = ^ và giá trị = T^.z - (5.25) ^ VK ì J 6 173
Trong trưòíng hợp tường có nhiều tầng chống/neo thì điểm c có thể sơ bộ xác định theo bảng 5.4 sau đó kiểm tra bằng tính toán. Bảng 5.4 Đất cát Đất dính 9 = 20 ° y = 0,25H N
CL +C d CNJ ip cp cp q = 0.75P,a h Hình 5 .7 . B iể u đ ồ á p l ự c h ê n c ủ a đ ấ t lê n t ư ờ n g c h ấ n c ó n h i ề u th a n h c h ố n g ! n e o t h e o T e r x a g h i : a ) c h o đ ấ t r ờ i ; h ) c h o clất (lín h . Khi tồn tại 2 - 3 tầng neo (gối tựa) hoặc lớn hom, tường CTNĐT được tính toán theo nhiều phương pháp: phương pháp dầm thay thế, phương pháp lực chống không thay đổi hoặc thay đổi trong quá trình đào, phương pháp dầm liên tục, phương pháp tính toán như tấm trên nền đàn hồi bằng cách sử dụng lý thuyết biến dạng tổng thể hoặc cục bộ, tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo chương trình trên máy tính điện tử. Trên hình 5.8 trình bày sơ đồ tính toán tường có nhiều thành chống/neo theo phương pháp dầm liên tục. Các vị trí chống/neo tốt nhất bố trí đều nhau. Tải trọng chuyền lên tường giữa 2 nhịp chống/neo theo Terxaghi có thể lấy phân bố đều như sau: b) 7m77/ '” 1 4 ^ ■ 1 " 'r M ' ỉr/ỉíO/ ~X77? 777 Hình 5 . 8 . S ơ d ồ lín h to á n t ư ờ n g n h i ê u n h ịp n h ư d ầ m liê n tụ c 175