Bài Tập Lớn Tường Chắn Đất ĐH Mở HCM

BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm

ĐỀ TÀI
BÀI TẬP LỚN TƯỜNG CHẮN ĐẤT
1
Giáo viên hướng dẫn : Ts Dương Hồng Thẩm
Sinh viên thực hiện :

SVTH: - Trang 1 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm

MỤC LỤC
Phần I: Phần thuyết minh tính toán:
1/ Chọn sơ bộ kích thước tường chắn……………………………………trang 3
2/ Tính toán các hệ số và áp lực lên tường……………………………….trang 4
3/ Tinh toán các giá trị áp lực…………………………………………… trang 6
4/ Bảng tính các giá trị Moment chống lật và Moment gây lật…………. trang 7
5/ Kiểm tra ổn định của tường chắn…………………………………… trang 8
6/ Tính toán kết cấu cho tường…………………………………………….trang 13
Phần II: Bản vẽ
Tài liệu tham khảo
1/ Bài tập cơ học đất : Vũ Công Ngữ - Nguyễn Văn Thông ( NXB Giáo Dục Việt
Nam )
2/ Tập bài giảng Cơ học đất : GV.TS Lê Trọng Nghĩa
3/ Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện đặc biệt : Võ Bá Tầm (NXB Đại Học
Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh )
4/ Nền móng công trình: Châu Ngọc ẩn ( NXB Xây Dựng Hà Nội – 2010 )
4/ Sổ tay tực hành Kết Cấu Công Trình: PGS- PTS Vũ Mạnh Hùng (NXB Xây Dựng
Hà Nội – 1999 )
5/ TCXDVN 356-2005 :Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế.

SVTH: - Trang 2 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
BÀI TẬP LỚN TƯỜNG CHẮN ĐẤT
SỐ LIỆU ĐỀ BÀI
Mã đề: A075010
- Loại đề bài: Tường chắn BTCT
- Tải trọng bề mặt q = 0; độ sâu MNN cách MDTN z
1
= 1.5m.
- Góc ma sát lưng tường δ = 0; góc nghiêng mặt đất với phương ngang: 10
0
- Số liệu địa chất sau tường: C = 0; φ = 30
0
; γ = 17 KN/m3; γ
1
= 21 KN/m3; C
2
= 0;
φ
2
= 30
0
; γ
2
= 21 KN/m3.
- Tường chắn BTCT, Bê tông B20, nhóm cốt thép CII, A-II
- Chiều sâu chắn đất H = 5.5m.
I. Phần thuyết minh tính toán:
? = 30
C = 0

? = 21 kN/m3
? = 17 kN/m3
1
1
1
0
? = 30
C = 0
? = 21 kN/m3
2
2
0
Df
H=5.5m
C
D
B
hm
t1
?=10°
Z=1.5m
SVTH: - Trang 3 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
1/ CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN
• Chọn chiều sâu chôn móng: D
f
= 1.5m
• Chiều cao của tường chắn: H = H1 + Df = 5 + 1.5 = 7m
H
1

= 5.5m là chiều cao đất đắp (số liệu đề bài)
• Bề rộng bản móng B:
B =
mH )9.46.2()7.04.0( ÷=×÷

Chọn B = 4.6 m
• Chọn sơ bộ chiều cao móng t
2
:
t
2
=
mH )58.07.0()
12
1
10
1
( ÷=×÷
Chọn t
2
= 0.7m
• Chọn sơ bộ bề rộng tường chắn t
1
:
Đỉnh tường chọn t = 0.3m
Chân tường:
t
1
=
mH )58.07.0()

12
1
10
1
( ÷=×÷
Chọn t = 0.5m.
• Chọn kích thước bản mũi trước tường a:
a =
mB )15.153.1()
4
1
3
1
( ÷=×÷
Chọn a = 1.1 m.
• Kích thước bản gót sau tường b:
b =
mB )45.306.3()
4
3
3
2
( ÷=×÷
Chọn b = 3.0 m
SVTH: - Trang 4 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
• Hình vẽ tường chắn sau khi chọn sơ bộ kích thước.
? = 30
C = 0
? = 21 kN/m3

? = 17 kN/m3
1
1
1
0
? = 30
C = 0
? = 21 kN/m3
2
2
0
1.5m
H=5.5m
1.1m 3m
4.6m
0.7
z=1.5m
500
?=10°
500
2/ TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ VÀ TÍNH ÁP LỰC LÊN TƯỜNG.
• Phân tích :
Bỏ áp lực ngang bị động trước tường để thiên về an toàn.
SVTH: - Trang 5 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
Ta xem lưng tường là thẳng đứng: α = 0
ο
Góc ngoại ma sát của đất (góc ma sát giữa đất và lưng tường )  thiên về an toàn lấy
δ = 0
ο

Góc nghiêng của mặt đất so mặt phẳng ngang: β = 10
ο
Theo đề bài lớp đất đắp sau lưng tường chắn gồm 2 lớp đất khác nhau . Muốn xác
định được áp lực đất chủ động lớn nhất của đất lên lưng tường , người ta thường coi áp
lực của mỗi lớp đất cần xác định không phụ thuộc vào áp lực của các lớp đất khác ;
nghĩa là khi xác định áp lực đất ta có thể xác định cho từng đoạn tường tương ứng với
mỗi lớp đất có tính chất cơ lý khác nhau.
Mặt đất nằm ngang, lưng tường thẳng đứng
→
Áp dụng lý thuyết Rankin.
Hệ số áp lực ngang chủ động của đất sau lưng tường chắn :
3.0
30sin1
30sin1
sin1
sin1
0
0
=
+
−
=
+
−
=
ϕ
ϕ
a
k

Khi tính toán áp lực đất lên tường chắn, đối với tầng đất nằm trên mực nước ngầm ta
dùng trọng lượng riêng tự nhiên, đối với tầng dưới mực nước ngầm tính dung trọng
riêng đẩy nổi.
Do đất đắp sau tường có C = 0 tính cường độ áp lực theo công thức :
P
a
=
mKNHk
a
106.1759.71733.0
2
1
2
1
22
=××=
′
××
γ
tới

→
Áp lực nằm ngang:
mKNP
a
161.15130cos06.175cos
0
1
=×=×
ϕ

tới
• cường độ áp lực của đất tại Z = 1.5 m
2
/65.75.1173.0 mKNZkP
aa
=××=××=
γ
• Cường độ áp lực của đất tại Z = 7m (tại chân tường).

2
/8.255.5113.05.1173.0 mKNZkZkP
đnaaa
=××+××=××+××=
γγ
• Ngoài ra còn phải xét áp lực của nước lên tường.
P
n
= γ
n
x H
2
= 10 x 5.5 =55 KN/m
SVTH: - Trang 6 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
• Biểu đồ moment gây lật, lực ngang Ea:
4600
700
800
5500
1000 3000500

MNN
? = 30
C =0 kPa
? = 21 kN/m3
? = 17 kN/m3
1
1
1
0
? = 30
C = 0
? = 21 kN/m3
2
2
2
0
   
1
2
3
o
500
   
25.8
7.65
E1
E2
E3
55
E4

Ea
3/ TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ ÁP LỰC:
-
1
1
.1,5.7,65 5,74
2
E KN= =

-
2
7,65.5,5 42.08E KN= =

-
3
1
.5,5.(28,5 7,65) 49,9
2
E KN= − =

-
4
1
.5,5.55 151,3
2
E aKN= =

SVTH: - Trang 7 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
4/ BẢNG TÍNH CÁC GIÁ TRỊ MOMENT GÂY LẬT VÀ MOMENT CHỐNG LẬT.

• Bảng tính moment gây lật, lực ngang Ea:
Tổng các lực ngang: H = Ea = E2+E3+E4+E4 = 249,02 KN
Moment gây lật: Mgl = 486.79 KNm
• Tính vị trí đặt lực Ea:
Ea.y = 486,79
249,02y = 486,79
=> y = 1,95m
Vậy Ea đặt cách chân tường chắn một đoạn y = 1,95 m
4600
700 80
0
5500
1100 3000500
MNN
? = 30
C =0 kPa
? = 21 kN/m3
? = 17 kN/m3
1
1
1
0
? = 30
C = 0
? = 21 kN/m3
2
2
2
0
7000

7
8
500
Z=1,5m
1
3
4
6
2
5
O
Biểu đồ tính moment lực gây trượt và lực đứng
SVTH: - Trang 8 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
• Bảng tính moment gây lực trượt và lực đứng:
Tổng các lực trượt
H
R
( theo phương ngang )
( ) ( ) ( ) ( )
1 2 3 4 41,405
H
R = + + + =
Tổng các lực theo phương đứng:
v
R∑
( ) ( ) ( ) ( )
5 6 7 8 519,92
v v
R∑ = ∑ = + + + =

Moment chống lật: Mcl = 1018,48 KNm
5/ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN.
• Tính hệ số an toàn lật:
ât
/
l
Mcl
HSAT
Mgl
=
=
1018,48
2,09
486,79
=
> 2 (thỏa)
Mcl = 1018,48 KNm là moment chống lật.
Mgl = 486,79 KNm là moment gây lật quanh điểm O.
Vậy tường chắn ổn định chống lật quanh điểm O.
• Tính hệ số an toàn trượt ngang:
_ _
/
_ _
truot
luc chong truot
HSAT
luc gay truot
∑
=
∑

=
2 2
. . .
v
H
tg C B
R
δ α
∑ +
=
519,92 0,364
4,6 1,5
41,405
×
= 〉
(thỏa)
Lực bám dính dưới đáy móng C
2
= 0
SVTH: - Trang 9 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
 α.C
2
.B = 0
v
R∑
là tổng các lực theo phương đứng:
v
R∑
= 519,92 KN

H
R
là tổng các lực theo phương ngang gây trượt phẳng.
tgδ
2
là hệ số ma sát giữa tường và đất
tgδ
2
= tg(
3
2
φ) = tg(
3
2
.30) = 0.364
Vậy tường chắn ổn định trượt ngang.
• Tính điểm đặt hợp lực và lệch tâm e:
Điểm đặt của hợp lực R cách điểm gót bản đáy:
X =
1018,48
1,96
519,92
net
v
M
X m
∑
= = =
∑
→

Độ lệch tâm e:
/ 2 2,3 1,96 0,34e B X m= − = − =
Nhận xét:
e = 0,34 <
6
B
= 0.77
→
Phản lực đất nền dưới móng có dạng hình thang
• Tính áp lực đáy móng qmax; qmin:
2
max
6. 519.92 6.0,4
(1 ) (1 ) 171,99 /
1. 1.4,6 4,6
v
e
q KN m
B B
∑
= + = + =
2
min
6. 535,55 6.0,4
(1 ) (1 ) 54,06 /
1. 1.4,6 4,6
v
e
q KN m
B B

∑
= − = − =
• Tính khả năng chịu tải của nền:
Áp dụng công thức tính toán khả năng tính toán chịu tải của đất nền chiu tải trọng
vừa thẳng đứng vừa có tải ngang
SF = KNCT cực hạn
u
q
/ Áp lực thẳng đứng lên nền
max /
3q 〉
2
0c =
SVTH: - Trang 10 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
1
'
2
u q qd qi d i
q qN F F B N F F
γ γ γ
γ
⇒ = +
Trong đó:
' 2 4,6 2.0,34 3,92B B e= − = − =
m
2 0 0 2
2 2
1,5
1 2tan (1 sin ) . 1 2tan30 (1 sin 30 ) . 1,1

' 3,92
qd
D
F
B
ϕ ϕ
= + − = + − =

1
d
F
γ
=
0
2 2
0 0
3,79
(1 ) (1 ) 0,9
90 90
ci qi
F F
ψ
= = − = − =

0
2 2
0 0
2
3,79
(1 ) (1 ) 0,76

30
o
i
F
γ
ψ
ϕ
= − = − =
0
0 1 1 0
cos
41,405cos30
tan t( ) tan ( ) 3,79
535,55
a
P
V
α
ψ
− −
= = =
∑

0
30
ϕ
=
tra bảng ta được (tra bảng 2.26.Giá trị các hệ số sức chịu tải của Vesic (1973)
– sách NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH của Châu Ngọc Ẩn, NXB xây dựng Hà Nội
2010 )

18,40
30,14
22,40
q
c
N
N
N
γ
=
=
=
1274,5
7,4 3
171,99
SP⇒ = = 〉
( thỏa )
Nhận xét:
Vậy nền đủ khả năng chịu lực
Độ lệch tâm e nhỏ, ứng suất đáy móng tường phân bố tương đối đều
SVTH: - Trang 11 -
2
. 21.1,5 31,5q D
γ
= = =
31,5.18,40.1,1.0,9 0,5.21.3,92.22,40.1.0,76 1274,5
u
q KN⇒ = + =
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
Cường độ đất nền dưới đáy móng:

R =
1 2
.m m
Ktc
[(Ab + B.D
f
)γ + Dc]
Trong đó m1; m2; Ktc = 1
Φ = 30
0
tra bảng ta được: A= 1.14 ; B= 5.59 ; C = 7.95
γ = 21 – 10 = 11 KN/m3
R = 1[(1.14 x 4,6 + 5.59 x 1.5)11 + 0] = 149,92
2
/KN m
Nhận xét:
Có q
max
=
2
171,99 /KN m
< 1.2R
q
min
=
2
54,06 /KN m
> 0
Vậy điều kiện ổn định đất nền thỏa, nền đủ khả năng chịu lực.
SVTH: - Trang 12 -

BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
700 800 5500
1100 3000500
MNN
? = 30
C =0 kPa
? = 21 kN/m3
? = 17 kN/m3
1
1
1
0
7000
7
8
500
1,5m
6
5
qmax=171,99KN/m2
qmin=54,06KN/m2
B/2
B/2
E
y
R
BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ ÁP LỰC ĐÁY MÓNG
Kiểm tra dộ nghiên của tường
Sơ đồ tính của tường đứng:
SVTH: - Trang 13 -

BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
f
6300
6300
Sơ đồ tính của tường Sơ đồ chuyển vi của tườn

Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh tường chắn là:
Trong đó:
là áp lực đất tại chân tường
h: chiều cao tường
E: modul đàn hồi
I: moment quán tính tiết diện
Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh tường phải thỏa mãn:

1 0,07 1
1000 700 1000
f
H
≤ ⇔ ≤
(thỏa)
KL: Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh tường đảm bảo về điều kiện chuyển vị
(sách kết cấu BTCT tập 3 – Võ Bá Tầm, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh-
2010 )
SVTH: - Trang 14 -
4
4
3
5
.
25,8.630

0.07
100.100
30. .
30.2.4.10 .
12
a
p h
f cm
E I
= = =
:
a
P
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
6/ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO TƯỜNG
- Tính toán kết cấu cho tường bao gồm tính tường chắn và móng tường.
- Khi tính toán đưa các giá trị tải về 1m dài.
- Giả thiết: Chiều dày lớp bê tong bảo vệ a = 50 mm;
Bê tông B20, nhóm cốt thép CII, A-II

0
700 50 650h h a mm→ = − = − =

11,5
1
280
0,9
b
s
b

R MPa
b m
R MPa
γ
=
=
=
=
• Tính toán cốt thép bản đứng
- Tường đứng được xem là ngàm với bản đáy,chịu tải trong là áp lực ngang chủ động
của đất, bỏ qua trọng lượng bản thân và áp lực ngang bị động ở phía ngục tường( đơn
giản và thiên về an toàn ).
SVTH: - Trang 15 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
- Tại ngàm:
Ea
581,04KNm
7000
500
500
7
. 249,02. 581,04
3 3
a
H
M E KNm= = =
- Tiết diên tinh toán là hình chữ nhật (cắt tại ngàm)
b=1000
6
2 2

. 0
581,04.10
0,13
. . 0,9.11,5.1000.650
m
b b
M
R b h
α
γ
= = =
1 1 2 1 1 2.0,13 0,13
m
ξ α
= − − = − − =
- Diện tích cốt thép :
SVTH: - Trang 16 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
2
0
0,13.0,9.11,5.1000.650
3123
280
b b
s
s
R bh
A mm
R
ξγ

= = =
Chọn
2
20 314,2mmφ =
; chọn
20a100φ
• Tính toán cốt thép bản đáy:
- Tính toán bản đáy được chia làm hai thành phần bản đáy phía ngực tường và bản
đáy phía lưng tường;
- Sơ đồ tải trọng tác dụng:
0,7m
B=4.6m
P1 P2
P3
P4
1.0 0.5 3.0
qmin=
54,06KN/m2
qmax=
171,99KN/m2
* Tính bản
đáy phía ngực
tường:
SƠ ĐỒ TÍNH
SVTH: - Trang 17 -
1
2
3
4 1 1 2 2
3,6

50,06 (171,99 50,06). 134,6 /
4,6
3
50,06 (171,99 50,6). 129,6 /
4,6
11.0,8 25.0,7 26,3 /
. 17.1,5 11.4,8 25.0,7 95,98 /
BT
BT
P KN m
P KN m
P H h KN m
P H H h KN m
γ γ
γ γ γ
= + − =
= + − =
= + = + =
= + + = + + =
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
0.7m
P1=134.6 KN/m
26.3
1.0 0.5 3.0
Pmax=
171,99KN/m2
66.61
BIỂU ĐỒ MÔ MENT
Giá trị moment:
2

1 1
( (171,99 26,3) (134,6 26,3)).1 66,61
3 6
M KNm= − + − =
6
2 2
. 0
66,61.10
0,015
. . 0,9.11,5.1000.650
m
b b
M
R b h
α
γ
= = =
1 1 2 1 1 2.0,02 0,02
m
ξ α
= − − = − − =
- Diện tich cốt thép :
2
0
0,02.0,9.11,5.1000.650
360
280
b b
s
s

R bh
A mm
R
ξγ
= = =
Chọn
2
22 380mmφ =
; chọn
22a250φ
• Tính bản đáy phía lưng tường:
SVTH: - Trang 18 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
SƠ ĐỒ TÍNH
0.7m
B=4.6m
54.06
P2=129.6 KN/m
95.98
1.0
0.5 3.0
BIỂU ĐÔ MOMENT VÀ LỰC CẮT

+
-
M
Q
41.62
33.62
Giá trị Moment:

2
9
.95,98.3 60.73
128
M KNm= =
SVTH: - Trang 19 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm

6
2 2
. 0
60,73.10
0,013
. . 0,9.11,5.1000.650
m
b b
M
R b h
α
γ
= = =
- Diện tich cốt thép :

2
0
0,013.0,9.11,5.1000.650
312
280
b b
s

s
R bh
A mm
R
ξγ
= = =
Chọn
2
20 314,2mmφ =
; chọn
20a100φ
• Nhận xét môn học:
Môn tường chắn đất là 1 chương trong cơ học đất nhưng do tầm quan trọng của nó
trong thực tế nên người biên soạn chương trình học đã đưa nó trở thành 1 môn học chính
thức.
Muốn giải quyết 1 bài toán về tường chắn đất thì yêu cầu đối với người thiết kế là
phải am hiểu kiến thức về cơ học đất ,nền móng ,bê tông một cách vững vàng .Kết cấu
tường chắn đất là 1 bộ phận kết cấu công trình rất phổ biến trong thời buổi hiện nay khi mà
các công trình cao tầng ngày càng phổ biến . Không những kết cấu tường chắn được sử
dụng phổ biến trong các công trình nhà cao tầng mà nó còn dược sử dụng khá phổ biến
trong các công trình giao thông mà điển hình là các tường chắn ở các tuyến đường đi qua
các đèo , vách núi ,hay các sườn núi.
Tuy thời lượng môn học có hạn, nhưng dưới sự giảng dạy tận tâm và nhiệt tình của
thầy TS. Dương Hồng Thẩm, thì tôi đã có thêm được những kiến thức quý báu về nghề của
mình. Sau khi đã kết thúc các buổi lý thuyết thì mỗi sinh viên được nhận 1 số liệu về bài tập
lớn tường chắn đất mà ở đó người sinh viên có thể thể hiện khả năng thiết kế của mình .
Tuy bài tập lớn này đã thực hiện xong nhưng do kiến thức của bản thân còn có những
hạn chế nên trong quá trình trình bày ,tính toán không tránh khỏi những sai sót mong thầy
bỏ qua cho,em sẽ cố gắn tiếp tục nghiên cứu nhiều hơn về môn học này,xem là một trong
những điều kiện tiên quyết để có thể làm việc,học tập sau này. Trong quá trình thực hiện bài

tập lớn này ,em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Dương Hồng Thẩm đã đứng lớp giảng dạy
và hướng dẫn về bộ môn “ Tường chắn đất ” cũng như bài tập lớn tường chắn.
Sinh viên thực hiện
Ngày 25/06/2012
II. Bản vẽ

SVTH: - Trang 20 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
SVTH: - Trang 21 -
BTL Tường chắn đất GVHD: TS Dương Hồng Thẩm
SVTH: - Trang 22 -