Công Nghệ Đường Sắt - Xây Dựng Nền Đường Sắt Phần 4 doc

.
.

Nñs.133


Chương 3

Tư ng ch n n n ñư ng
3. 1. Khái ni m m ñ u
Tư ng ch n n n đư ng là ch các lo i cơng trình xây d ng làm cho ñ t n n
ñư ng n ñ nh, ho c làm cho kh i ñ t xung quanh có liên quan đ n tr ng thái ñ t n n
ñư ng n ñ nh. Trong cơng trình n n đư ng thư ng dùng cho ta luy n n ñ p ho c
n n ñào do đ a hình h n ch ho c khi cơng trình c n mà khơng th xây d ng theo yêu

c u n ñ nh như ta luy cao, n n đào sâu, di n tích l n, ta luy sau khi ñào b l ra dư i
tác d ng c a các nhân t t nhiên như không khí, nư c và nhi t đ , r t d d n ñ n
m t n ñ nh, kh i lư ng đ t l n bóc đi khơng có cách đ x p đ t, n n đ p trên d c
ñ ng, t i m t bên xu ng d c c n thu h p l i ta luy n n đ p. Lúc đó có th ñ t tư ng
ch n ñ t t i chân ta luy, ch u áp l c kh i ñ t núi, gi m b t lư ng ph i ñào ho c thu
h i chân ta luy, làm cho cơng trình h p lý v kinh t . Khi n n ñư ng xây d ng t i
khu v c ñ t trư t và ch n l i b ng xây d ng tư ng ch n. T i nh ng nơi như c a
ñư ng h m, ch m c u n i li n gi a c u và n n đ p ven sơng đ u có đ t tư ng
ch n. Trong cơng trình n n đư ng tư ng ch n thư ng k t h p s d ng v i các cơng
trình c u t o có tính năng khác như rãnh th m tư ng ch n, phịng xói l b sơng, và
tư ng ch n đ t ch ng ñ thân n n ñ p. Trong chương này gi i thi u v tư ng ch n
ñ t thư ng dùng trong cơng trình n n đư ng và phương pháp thi t k các lo i tư ng
ch n.
3.1.1. ng d ng và phân lo i tư ng ch n đ t trong cơng trình n n ñư ng

Hình 3.1. Tư ng ch n vai ñư ng
3.2. Tư ng n n đư ng

Hình

Dư i nh hư ng c a các nhân t như áp
l c ñ t và t i tr ng ph …, tr ng thái n ñ nh
kiên c c a n n ñư ng khơng ng ng thay đ i,
đ đ m b o n n ñư ng n ñ nh thư ng s
d ng m t s bi n pháp gia c như c i thi n
ch t ñ t c a ta luy ho c móng và đ t
tư ng ch n. Tư ng ch n ñ t là m t
trong s ñó, nó ñư c s d ng r ng rãi
trong cơng trình xây d ng v i đ t. Tính
năng c a nó là ch ng l i áp l c sư n

c a kh i đ t, phịng tr kh i ñ t sau
tư ng b s t l .
Trong cơng trình n n đư ng, khi
g p n n ñ p cao, n n ñ p d c ñ ng, n n
ñ p b sông, thư ng s d ng tư ng vai đư ng (hình 3-1) ho c tư ng n n đ p (hình
3-2) phịng tr ta luy n n ñư ng ho c ñáy n n di ñ ng trư t, thu h p chân ta luy c a
Nñs.134


ñ t ñ p, gi m b t kh i ñ t ñá và chi m ít ru ng ñ t nơng nghi p, tư ng ch n đ t xây
d ng ven b sơng cịn có th phịng h cho n n đư ng khơng b dịng nư c xói l ,
đ m b o b đ p và gi m b t lư ng thu h p lòng sơng.
Tư ng ch n đ t đ t t i ta luy n n ñào g i là tư ng n n đào (hình 3-3), có th
ch n đ ta luy khơng n đ nh sau khi đào, h th p kh i lư ng g t b t và chi u cao
g t b t ta luy. Tư ng ch n đ t n n đào cịn thư ng dùng v i tư ng ch n ñá, tư ng
b o v s d ng t ng h p (hình 3-4) ngồi b o v ta luy ra cịn có tác d ng b o v n n
móng. Ngồi ra cịn có tư ng ch n đ t sư n núi đ ch n l i sư n núi khơng n đ nh,
đ tránh xâm chi m cơng trình xây d ng hi n có tuy n đư ng g n k mà xây d ng
tư ng ch n ñ t, ñ rút ng n ñư ng h m ho c chi u dài h m m mà ñ t t i c a h m
tư ng ch n ñ t, t i nhà ga ñ hành khách lên xu ng t u ho c tháo d hàng hoá thu n
ti n mà ñ t tư ng th m ga cùng
Hình 3.3. Tư ng n n đào
tư ng cánh đ u c u.
Khi l a ch n phương án thi t
k tư ng ch n ñ t nên ti n hành so sánh v kinh t k thu t v i các phương án khác
nhau. Ví d , s d ng tư ng ch n ñ t
n n ñào ho c sư n núi, thư ng cùng
so sánh v i các phương án ñư ng
h m, h m m . . . . ho c g t tho i ta
luy s d ng tư ng ch n ñ t n n ñ p

ho c vai ñư ng thư ng so sánh v i
c u vư t ho c kh i lư ng đ p cao,
đ tìm s h p lý cho cơng trình,
(hình 3-3 và 3-4).
Căn c vào v t li u xây d ng,
Hình 3.4. Tư ng n n đào
s
lý thuy t tính tốn và hình th c c u
d ng t ng h p.
t o không gi ng nhau có th phân
tư ng ch n đ t thành hai lo i ch
y u sau:
1. Tư ng ch n ñ t tr ng l c

a) Tư ng ch n ñ t ki u
tr ng l c lưng tư ng tuy n th ng

b) Tư ng ch n ñ t ki u
cân b ng tr ng l c

HÌNH 3-5. TƯ NG CH N ð T KI U TR NG L C.
Nñs.135


a)

b)

c)

a: Ki u nghiêng,
c: Ki u th ng ñ ng,

d)

b: Ki u nghiêng vào,
d: Lưng tư ng g y khúc.

Hình 3-6. Các d ng lưng tư ng c a tư ng ch n ñ t ki u tr ng l c.
Tư ng ch n ñ t mà ch y u d a và tr ng lư ng c a thân tư ng đ duy trì s
n đ nh g i là tư ng ch n ñ t lo i tr ng l c. Tư ng ch n ñ t tr ng l c dùng các lo i
v t li u ch y u khác nhau: Xây khan ñá phi n, xây v a đá phi n, bê tơng và g ch,
do ngu n v t li u ñá phong phú l y t i ch thu n ti n không c n thi t b và k thu t
thi công ph c t p, cho nên ñư c s d ng ph bi n. Hình 3-5, là lo i ch y u c a
tư ng ch n ñ t tr ng l c, trong đó (hình 3-5b) là tư ng ch n đ t hình d ng cân b ng
tr ng l c. Tư ng ch n ñ t d ng cân b ng tr ng l c là d a vào ñ t ñ p trên th m cân
b ng tr ng l c và tr ng lư ng b n thân c a tư ng duy trì n ñ nh, là m t lo i hình
ñ c bi t c a tư ng ch n ñ t d ng tr ng l c. ð thích ng các lo i đ a hình khơng
gi ng nhau, đi u ki n ñ a ch t và yêu c u kinh t , lưng tư ng c a tư ng ch n đ t
d ng tr ng l c có nhi u hình khác nhau (hình: 3-6a, b, c), cịn lo i lưng tư ng có đ
d c l n thì lưng tư ng g y khúc và tư ng ch n ñ t d ng tr ng l c b n ch c, (hình36d).
2. Tư ng ch n đ t lo i nh
Vào th p k 50 c a th k 20 tr l i ñây do t c ñ phát tri n c a k t c u xây
d ng đư ng s t, đư ng ơ tơ, kè, b n c ng, xây d ng ng m dư i nư c. ð có đư c
thi t k h p lý v kinh t nên ng d ng r t nhi u công ngh m i, d ng k t c u c a
tư ng ch n ñ t có đư c s phát tri n r t l n, như tư ng ch n ñ t d ng c c m neo,
tư ng ch n ñ t b n ñ nh m neo, tư ng ch n ñ t vách m ng, c c ch ng trư t và
tư ng ch n đ t tăng gân, (hình 3-7) liên t c xu t hi n, nh ng tư ng ch n này s d ng

nhi u.

a)

Nñs.136

b)

c)


d)

e)

a) Tư ng ch n ñ t c c m neo;
c) C c ch ng trư t;
e) Tư ng ch n ñ t tăng gân.

b) Tư ng ch n ñ t b n m neo;
d) Tư ng ch n ñ t ki u vách m ng;

Hình 3-7. M t s tư ng ch n đ t lo i nh
Bê tơng c t thép ho c xây d ng không ph i hồn tồn b ng đá, lý thuy t thi t
k tính tốn c a chúng cũng khác nhau, g i chung là tư ng ch n ñ t lo i nh . Ngồi
ra v n cịn m t s d ng k t c u m i ñang nghiên c u thí nghi m, đó là lo i v t li u
kéo gân c a tư ng ch n đ t tăng gân đ t thơng thư ng có dây thép tráng k m, h p
kim nhôm, nh a c ng và s i h p thành.
3.1.2. H l c tác d ng trên tư ng ch n ñ t
Khi ti n hành thi t k tư ng ch n đ t, c n ph i tính và tính toán h l c tác d ng
trên thân tư ng. Thông thư ng l c tác d ng căn c vào đ to nh c a nó và th i gian
tác d ng phân thành h l c ch y u, l c ph và các h l c ñ c bi t.

1. H l c ch y u
- T tr ng tư ng ch n ñ t G
- áp l c ñ t ch ñ ng Ea do tr ng lư ng v t li u ñ p sau lưng tư ng v i t i
tr ng đồn t u, m t ñư ng và tr ng lư ng k t c u t ng trên gây nên.
- T i tr ng có hi u Q
m t n t th hai).

sau lưng tư ng(gi a t i tr ng có hi u đ nh tư ng và

- Ph n l c pháp tuy n ñáy n n R và l c ma sát T.
- áp l c nư c tĩnh m c nư c thông thư ng và l c đ y n i.
Khi n n móng chơn tương ñ i sâu, mà t ng ñ t n ñ nh, khơng b dịng nư c
xói l phá ho i, k t h p v i ñi u ki n chuy n v thân tư ng, thì có th xét thích h p
l c nén đ t b đ ng Ep phía trư c tư ng, và các
trư ng h p bình thư ng khơng c n xét.
2. L c ph và l c ñ c bi t: trư ng h p ñi u
ki n ñ c bi t như nư c ng m, đ ng đ t…, cịn
ph i tính đ n tác d ng c a l c ph và l c ñ c bi t
a) áp l c nư c tĩnh m c nư c tính tốn;
Nđs.137


b) áp l c nư c ñ ng khi m c nư c h th p ñ t ng t;
c) L c ñ ng ñ t

khu v c ñ ng ñ t;

d) áp l c sóng, l c va ñ p c a v t

trôi n i.

Trong thi t k nh hư ng c a t i tr ng đồn t u ñ i v i n n ñư ng, nên căn c
vào có t i tr ng và khơng có t i tr ng đ phân bi t xem xét, ñ i v i tư ng ch n ñ t
tuy n đơi, đư ng ga…, ngồi vi c căn c vào t i tr ng đồn t u có tác d ng đ n
tư ng cịn nên xét t h p có t i tr ng khơng t i c a m t tuy n, hai tuy n, theo tình
hình b t l i nh t đ tính tốn, (hình 3-8).
3. 2. áp l c đ t

Hình 3-8. H l c ch y u trên
tư ng ch n ñ t.

áp l c ñ t là t i tr ng thi t k ch y u c a
tư ng ch n đ t, đ thi t k thì ph i tìm đư c đ to
nh , phương hư ng, đi m tác d ng h p l c và sơ ñ phân b l c men theo chi u cao
ñư ng.
Tư ng ch n đ t là cơng trình xây d ng, có chi u dài c a nó l n hơn nhi u so
v i chi u cao và chi u r ng c a nó, m t c t c a nó trong ph m vi dài khơng thay đ i,
vì th khi tính tốn áp l c ñ t l y m t mét dài tư ng ch n đ t ti n hành phân tích cơ
h c, mà không xét nh hư ng c a các b ph n tư ng k v i nó, t c là l y tính tốn
áp l c đ t ñ x lý v n ñ
bình di n.
ð to nh và s phân b áp l c ñ t quy t đ nh hình d ng k t c u, ñ c ng, góc
nghiêng, lưng tư ng và ñ nhám c a tư ng ch n đ t, tính ch t c a th ñ t sau tư ng,
t i l n hay nh và s phân b cùng v i tr ng thái di chuy n v trí c a tư ng, lý thuy t
cơ h c ñ t ñã nghiên c u: Tuỳ theo s khác nhau c a tr ng thái di chuy n v trí sau
khi tư ng ch u l c và bi n ñ i nghiêng c a th ñ t, áp l c ñ t trên tư ng ch n ñ t có
th phân thành áp l c ñ t tĩnh t i, áp l c ñ t ch ñ ng và áp l c ñ t b ñ ng. Tư ng
ch n ñ t dư i áp l c sư n sinh ra chuy n v phía trư c m t ít, t đó làm cho ph n l c
hư ng sư n c a kh i ñ t ñ i v i tư ng gi m nh d n, kh i ñ t có xu th trư t xu ng,
lúc này l c ch ng c t trong đ t có xu th tăng lên ñ ch ng l i xu th trư t xu ng.

Khi ph n l c hư ng sư n c a tư ng gi m ñ n m t giá tr nào đó, kh i đ t ñ t ñư c
tr ng thái cân b ng ch ñ ng l n nh t, áp l c tư ng lúc đó chính là áp l c tư ng ch
đ ng, đó là Ea.
N u lưng tư ng nh n bóng, căn c vào v t li u xây d ng và ñ c ñi m s d ng
tư ng ch n ñ t n n ñư ng, cho phép s n sinh lư ng bi n d ng nh , vì th áp l c đ t
tư ng ch n đ t n n đư ng tính tốn theo áp l c đ t ch đ ng, áp l c đ t đư c nói
đ n đây ñ u ch áp l c ñ t ch ñ ng và chú tr ng lưu ý t i áp l c ñ t ch ñ ng
dư i ñi u ki n biên khơng gi ng nhau, dư i đi u ki n lý thuy t áp l c ñ t CuLơng.
3.2.1.Tính tốn áp l c đ t ch đ ng c a lưng tư ng th ng ñ ng dư i các đi u
ki n biên
Trong cơng trình n n đư ng, m t đ t sau b trí tư ng ch n ñ t thư ng xuyên
ch u t i tr ng c c b ho c phân b đ y, căn c vào cơng th c đ nh lý Sin c a hình
h c ph ng là tam giác l c bao kín, có th suy lu n ra các cơng th c tính tốn áp l c
ñ t th c d ng. Trư ng h p tư ng ch n ñ t nên ñ p lưng tư ng nghiêng v phía sau
Nđs.138


làm ví d đ gi i thi u phương pháp tính tốn c a áp l c đ t ch ñ ng khi m t v n t
giao ngoài ph m vi phân b t i tr ng (hình 3-9).
M t ngoài v n t cho dù giao trong ho c ngoài ph m vi phân b t i tr ng thì
di n tích m t c t c a hình v n t đ u có th dùng cùng m t công th c sau.
S = A0. tgθ – B0

(3-1)

Trong đó:
A0, B0 – h s đi u ki n biên, giá tr c a nó tuỳ thu c vào đi u ki n
khác nhau.
Di n tích c a hình nêm v n t ABCDEFJN bi u th (hình 3-9).
S=

1
1

1
(a + H ) 2 tgθ −  ab + H (2a + H )tgα  + l0 h0
2
2

2

(3-1a)

S = A 0 .tg θ − B 0
A0 =

1
(a + H ) 2
2

B0 =

1
1
ab + H (2a + H )tgα − l0 h0
2
2

Trong đó:
H – chi u cao tư ng ch n(m);

a – chi u cao t ñ nh tư ng ch n ñ n vai ñư ng (m);
b – kho ng cách t vai ñư ng ñ n ñi m A (m);
h0 – chi u cao c t đ t tính ñ i (m);
l0 – chi u rông c t ñ t tính đ i (m);
θ – góc m t trư t h p v i phương th ng ñ ng (đ );
θ0 – góc m t trư t h p v i phương n m ngang (đ );
α – góc nghiêng c a lưng tư ng h p v i phương th ng đ ng (đ ),
α có th dương ho c âm.

Nñs.139


Hình 3-9. Sơ đ tính áp l c đ t ngoài ph m vi phân b t i tr ng
mà m t v n t giao v i m t n n đư ng.
Cơng th c (3-1) th y r ng, khi ñi u ki n biên ñã xác ñ nh, A0, B0 là thơng s và
có th căn c vào hình h c c a m t c t hình nêm v n t
đ tìm.
Do v y, tr ng lư ng riêng G c a hình nêm v n t là:
G = γ(A0 tgθ - B0)

(3-1b)

Trong đó:
γ - dung tr ng đ t đ p, khi hình nêm v n t tr ng thái cân b ng
l n nh t, có d ng hình tam giác l c khép kín (hình 3-9), t hình
tam giác l c căn c vào đ nh lý hình Sin có th tìm đư c Ea.

Ea = G

(

)

sin 90 0 − θ − ϕ
sin (θ + ϕ + δ − α )

(3-2)

Trong đó:
δ – góc ma sát gi a lưng tư ng v i ñ t ñ p. ð t ψ =ϕ+δ-α và l y
công th c (3-1b) thay vào trong công th c (3-2)
E a = γ ( A0 tgθ − B0 )

cos(θ + ϕ )
sin (θ + ψ )

(3-3)

Ea lúc này là hàm s c a θ. Khi θ = 900 - ϕ, R và G trùng h p, Ea = 0; khi θ
=α, G = 0, Ea = 0.
Khi θ > α, Ea tăng lên theo m c tăng c a θ; khi θ b ng m t giá tr nh t ñ nh, Ea
là l n nh t, t c là giá tr áp l c ñ t ch ñ ng c n tìm.
Do v y đ có th gi i bài tốn áp l c đ t lên tư ng ch n, CuLơng đã dùng
ngun lý c c tr ñ ñưa thêm vào m t phương trình n a. Ngun lý c c tr c a
CuLơng đ ngh có th bi u th theo ñ nh lý c a A. A. Gơvôzdep như sau: “ D ng
phá ho i th c c a h th ng tư ng - ñ t ñ p ng v i tr s nh nh t c a t i tr ng ph
Nñs.140