HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - ĐÀO HỐ

trờng đại học kiến trúc hà nội
khoa xây dựng
bộ môn xây dựng công trình ngầm đô thị
Hớng dẫn
Thực hiện đồ án môn học
(tính toán, thiết kế kết cấu công trình ngầm
thi công bằng phơng pháp đào hở)
chủ trì : T.S. nguyễn đức nguôn
thực hiện:
- T.S. nguyễn đức nguôn
- th.S. vũ hoàng ngọc

hà nội - 2008
mở đầu
Các công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hở có thể có dạng tập trung (các siêu thị ngầm,
ga ra ô tô ngầm, công trình công cộng ngầm ), dạng tuyến (tuy nen kỹ thuật, hầm đờng sắt, đờng
ô tô, đờng tàu điện ngầm ).
Đồ án môn học thiết kế kết cấu công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hở là một trong
nhứng đồ án môn học chuyên ngành của sinh viên ngành xây dựng công trình ngầm đô thị.
Mục tiêu của đồ án là tạo cho sinh viên kỹ năng phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hởng đến kết
cấu công trình trong quá trình thi công và khai thác, biết tập hợp số liệu, đánh gía điều kiện địa
chất công trình, xác định tải trọng tác động lên công trình, lựa chọn phơng án và mặt bằng kõt cÊu,
lập các sơ đồ tính toán và tính toán một số cấu kiện, bộ phận công trình, rèn luyện cho sinh viên
trong công tác thiết kế làm cơ sở cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp khi kết thúc khoá học.
CHƯƠNG i. Nội dung đồ án môn học
1.3. Nghiên cứu phơng án kết cấu:
1
1. Khi lựa chọn phơng án kết cấu cần nghiên cứu giải pháp kiến trúc và công năng công trình, vị trí
xây dựng công trình, tính chất, chiều dày và độ sâu của các lớp đất, các lớp san nền, cao độ mực nớc
ngầm, phơng pháp xử lý nền (hạ mực nớc ngầm, xi măng hoá đất, đông cứng nền đất), tình hình
công trình xây dựng lân cận (nếu có).

2. Cần dựa vào đặc điểm công trình, tình hình địa chất công trình để lựa chọn giải pháp kết cấu trên
cơ sở nghiên cứu 2-3 phơng án kết cấu.
3. Nếu hố đào không sâu (không quá 6m), xung quanh không có công trình quan trọng (cách 10-
15m) có thể dùng tờng cừ, ngợc lại cần sử dụng phơng án "tờng trong đất" kết hợp thi công bằng
phơng pháp topdown hoặc sử dụng cọc gia cờng vách hố đào.
4. Nếu mực nớc ngầm cao thì phải có biện pháp hạ mực nớc ngầm
5. Nếu trờng hợp nền cát hạt nhỏ có nớc ngầm cần có biện pháp loại trừ hiện tợng cát chảy, xói
ngầm hoặc hạ sâu móng tờng bên ngoài vào lớp đất không thấm phía dới.
6.Trờng hợp cần lựa chọn phơng án trên cơ sở so sánh chỉ tiêu kinh tế có thể so sánh khối lợng,
thiết bị dự kiến sử dụng, tiến độ thi công và tính theo tỷ suất bình quân của đơn giá hiện hành.
1.4. Một số kiến nghị về công tác thi công.
Trong đồ án thiết kế những công trình phức tạp cần phải chỉ dẫn biện pháp thi công, trình tự thi
công để đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, ví dụ:
- Phơng pháp đào đất, biện pháp thi công, biện pháp chống sạt lở
- Trình tự thi công, tiến độ thi công, biện pháp bảo vệ công trình lân cận hiện có
- Biện pháp chống xói ngầm, cát chảy
- Sử dụng cọc khoan nhồi hoặc khoan dẫn, ép để tránh ảnh hởng đến công trình lân cận, tránh rung,
ồn.
1.5. Cách trình bày đồ án
- Phần thuyết minh bao gồm: 20-30 trang
- Phần bản vẽ bao gồm: 2-3 bản (A
2
-A
3
)
1.6. Những lu ý khi thực hiện đồ án:
1. Đề bài phải rõ ràng, đầy đủ. Nếu có điều gì cha rõ thì sinh viên phải hỏi ngay và giáo viên giải
thích.
2. Thời gia giao nộp đồ án phải cụ thể, trong quá trình thực hiện đồ án giáo viên hớng dẫn có thể
kiểm tra ở 3 giai đoạn:

- Xong phần đánh giá điều kiện địa chất công trình và đa ra các phơng án giải pháp kết cấu và giáo
viên thống nhất phơng án;
- Xong phần thuyết minh tính toán chi tiết theo phơng án chọn;
- Thể hiện đầy đủ bản vẽ.
3. Ngoài cuốn hớng dẫn này sinh viên cần tham khảo thêm các sách lý thuyết khác và đặc biệt là
các quy trình quy phạm liên quan, hiện hành.
Chơng II. Hớng dẫn phơng pháp thực hiện đồ án.
2.1. Đánh giá điều kiện địa chất- công trình, điều kiện môi trờng - công trình
Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình, trong phần thuyết minh của đồ án, sinh viên cần làm
sáng tỏ những vấn đề sau đây:
1. Vị trí địa lý của khu vực xây dựng; phân tích, đánh giá đặc điểm công trình.
2. Đặc điềm địa chất của khu vực xây dựng (sự bố trí và chiều sâu các hố khoan, mô tả các lớp đất
từ trên xuống dới, chiều dày các lớp, đặc điểm thế nằm của chúng).
3. Điều kiện địa chất thuỷ văn (cao độ nớc ngầm, áp lực nớc ngầm, tính chất ăn mòn của nớc
ngầm).
4. ảnh hởng của công tác xây dựng công trình đến môi trờng xung quanh
5. Dựa trên kết quả đánh giá điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn, điều kiện -môi trờng
công trình, sinh viên cần đa ra các phơng án kết cấu, nền móng công trình.
Khi đánh giá tính nén ép của đất, có thể sử dụng các phân loại sau:
- Đất chịu nén tốt nếu: E
0
>10000kPa (E
0
- mô đun biến dạng của đất nền)
- Đất chịu nén trung bình, nếu: E
0
=5000-10000kPa;
- Đất chịu nén kém khi: E
0
<5000kPa.

Đánh giá trang thái của đất:
Đối với đất dính thì đánh giá theo độ sệt I
L
.
I
L
=
PL
P
WW
WW


(2.1)
trong đó: W- độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên; W
P
- độ ẩm ở trạng thái dẻo; W
L
- độ ẩm ở trạng
thái chảy.
2
Bảng 2.1
Đất sét, á sét (sét pha):
Trạng thái cứng khi
Trạng thái nửa cứng khi
Trạng thái dẻo cứng khi
Trạng thái dẻo mềm khi
Trạng thái dẻo nhão khi
Trạng thái chảy khi
Đất á cát (cát pha)

Trạng thái cứng khi
Trạng thái dẻo khi
Trạng thái chảy khi
I
l
< 0
0 I
l
0,25
0,25 <I
l
0,50
0,50 <I
l
0,75
0,75 < I
l
1,0
I
l
>1,0
I
l
< 0
0 I
l
1,0
I
l
>1,0

Đối với cát thì đánh giá theo độ chặt, dựa vào hệ số rống e
e=
1
)01,01(

+
w
S
W


(2.2)
trong đó: W- nh trong công thức trên;
S
- trọng lợng riêng của hạt đất;
w
- trọng lợng riêng của đất ở
độ ẩm tự nhiên.
Bảng 2.2
Loại đất cát Độ chặt của đất cát
Chặt Chặt vừa Xốp
Sỏi, cát to và cát vừa
Cát hạt nhỏ
Cát bụi
e<0,55
e<0,60
e<0,60
0,55 e

0,70

0,60 e

0,75
0,60 e

0,80
e >0,70
e > 0,75
e >0,80
Đánh giá độ chặt của cát theo hệ số rỗng e đôi khi gặp khó khăn do khó lấy mẫu nguyên dạng về thí
nghiêm trong phòng. Do đó có thể sử dụng hệ số độ chặt tơng đối D để đánh giá:
D =
minmax
0max
ee
ee


(2.2)
trong đó: e
0
, e
max
và e
min
- các hệ số rỗng của cát ứng với trạng thái tự nhiên, rời nhất và chặt nhất.
Trạng thái của cát đánh giá theo hệ số độ chặt tơng đối nh sau:
D < 0,33 - cát xốp;
0,66 D 0,33 - cát chặt vừa;
D>0,66 - cát chặt

Độ chặt tơng đối D của cát ở thế nằm tự nhiên có thể xác định bằng xuyên động (bảng 2.3 hoặc
xuyên tĩnh bảng 2.4).
Bảng 2.3
Số lần nện N để ấn dụng cụ lấy
mẫu xuống chiều sâu 30cm
Độ chặt tơng đối D của cát Trạng thái của cát
1-4
5-9
10-29
30-50
>50
0,2
0,2< D < 0,33
0,33 D 0,66
0,66 < D < 1,0
D=1,0
Rất xốp
Xốp
Chặt vừa
Chặt
Rất chặt
Bảng 2.4
Cát Trị số của sức kháng đơn vị (kg/cm
2
) ứng
với chiều sâu xuyên (m)
Trạng thái của cát
5 10
Cát hạt to >150
150-100

>220
220-150
Chặt
Chặt vừa
Cát hạt vừa >100
100-60
>150
150-90
Chặt
Chặt vừa
3
Cát hạt nhỏ >60
60-30
>90
90-40
Chặt
Chặt vừa
Đất thuộc loại yếu khi hệ số độ rỗng lớn (đối với đất sét khi e>1,1, á sét khi e>1,0 và á cát khi e
>0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng E
0
<5000Kpa và có trạng thái dẻo chảy khi I
L
>0,75;
chảy khi I
L
>1,0.
Khi đánh giá điều kiện môi trờng -công trình cần lu ý tới các công trình lân cận hiện có (tránh gây
ảnh hởng tới công trình lân cận, cuộc sống nhân dân xung quanh, khả năng ngăn chặn mạch nớc
ngầm, hạ mực nớc ngầm ảnh hởng đến các giếng khai thác nớc )
2.2. Tải trọng tác dụng lên công trình

Giá trị tải trọng và hệ số vợt tải cho từng loại tải trọng xác định theo tiêu chuẩn hiện hành (tiêu
chuẩn tải trọng và tác động:TCVN 2737 1995 hoặc tham khảo XNIP 2.01.07.85 -93).
Tất cả các tải trọng có thể đợc chia ra loại thờng xuyên, tạm thời (dài hạn, ngắn hạn), tải trọng
đặc biệt.
Các tải trọng thờng xuyên bao gồm trọng lợng bản thân công trình ngầm, trọng lợng các lớp
áo đờng và các mạng kỹ thuật, áp lực đất và nớc cũng nh tải trọng do trọng lợng nhà và công trình
lân cận hố đào ngầm gây nên, lợng ứng suất trớc của cốt thép, lực căng neo.
Tải trọng tạm thời dài hạn bao gồm: Trọng lợng các thiết bị cố định của công trình ngầm
(máy móc, mô tơ, băng tải, vật thể cứng và nớc, thiết bị bơm phụt v.v); áp lực thuỷ tĩnh nớc ngầm;
áp lực chất lỏng và khí đốt trong bể chứa; tải trọng lên vách ngăn từ khối vật liệu trên mặt đất; tác
động của công nghệ, nhiệt độ, tải trọng do con ngời lên mái, sàn; các tải trọng tạo nên do hấp thụ độ
ẩm ma và từ biến vật liệu.
Tải trọng tạm thời ngắn hạn bao gồm: áp lực bổ sung của đất do tải trọng chuyển động bố trí
trên mặt đất tạo nên (từ máy bốc dỡ, phơng tiện vận chuyển, các cơ cấu lắp ráp); các tác động nhiệt
độ, khí hậu.
Tải trọng đặc biệt bao gồm: Tải trọng động đất, tác động nổ mìn; các tác động gây nên do
biến dạng nền khi ẩm ớt, đất lún sụt và đông lạnh đất hoặc do sự cố nào đó gây nên. Ngoài ra còn
có thể có các tải trọng nh: tác động của nhiệt độ, tác động của lực trơng nở đất, tải trọng va đập, tải
trọng tạm thời từ các đoàn ngời đi trên hoặc trong công trình ngầm.
Tất cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên công trình ngầm 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.
Trong tính toán cần tính theo tổ hợp tải trọng bất lợi nhất từ các tổ hợp cơ bản và đặc biệt.
Trong tổ hợp cơ bản bao gồm các tải trọng thờng xuyên và các tải trọng tạm thời do các phơng
tiện giao thông gây nên, kể cả các tải trọng khai thác và xây dựng.
Trong tổ hợp đặc biệt ngoài tải trọng cố định, tải trọng lâu dài và ngắn hạn, còn có một trong
số các tải trọng đặc biệt.
Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm đợc phân thành tải trọng ngang và tải trọng đứng.
áp lực ngang lên công trình đợc chia thành áp lực chủ động, áp lực bị động và áp lực tĩnh.
áp lực chủ động là áp lực gây mất ổn định công trình, còn áp lực bị động có tác dụng giữ ổn định
công trình, chống lại áp lực chủ động. áp lực tĩnh có giá trị trung gian giữa áp lực chủ động và áp

lực bị động.
2.3. áp lực ngang tác động thờng xuyên.
2.3.1. áp lực ngang của đất
áp lực ngang của đất lên công trình đợc xác định có tính đến sự phân bố dạng tam giác theo
chiều cao, còn hệ số áp lực ngang đợc biểu thị qua góc ma sát trong hoặc hệ số Pausson.
Tờng công trình đợc tính toán chịu áp lực ngang của đất có xét đến tải trọng trên bề mặt nằm
trong khu vực khối trợt. áp lực từ trọng lợng đất xung quanh thờng đợc gọi là áp lực cơ bản, còn áp
lực từ tải trọng bề mặt - áp lực bổ sung.
Khi kết cấu tờng chuyển vị và xoay sẽ tạo ra áp lực chủ động của đất tác dụng lên mặt sau t-
ờng. Còn mặt trớc tờng phía dới đáy hố đào sẽ có áp lực bị động của đất .
Trong điều kiện thoát nớc, thành phần nằm ngang của áp lực chủ động và bị động khi góc
nghiêng của tờng (dơng) không lớn (tg1/3) đợc tính theo công thức:

ah
=(z +q).
ah
C.ctg (1-
ah
), (2.3)

ph
=(z +q).
ph
+ C.ctg (1-
ph
), (2.4)
trong đó: - giá trị tính toán trọng lợng riêng của đất, z khoảng cách kể từ mặt đất, q- tải
trọng phân bố đều liên tục trên mặt đất, và C - giá trị tính toán góc ma sát trong và lực dính của
đất.
4

Công thức (2.3) và (2.4) có thể biểu thị trong dạng sau:

ah
=
v
.
ah
2C.
ah

, (2.3)

ph
=
v
.
ph
+ 2C.
ph

, (2.4)
trong đó:
v
= z +q- áp lực thẳng đứng; 2.
ah

= ctg (1-
ah
) và 2.
ph

= ctg (1-
ph
).

ah
,
ph
- các hệ số áp lực ngang chủ động và bị động của đất, xác định theo công thức:

ah
=
)cos(.cos
)cos()cos(
)sin().sin(
1
)(cos
2
2
2




+

+
+
+

(2.5)

ph
=
)cos(.cos
)cos()cos(
)sin().sin(
1
)(cos
2
2
2











+
+

+
(2.6)
trong đó: - góc nghiêng mặt sau tờng so với đờng thẳng đứng, lấy dấu dơng khi độ nghiêng so
với mặt thẳng đứng về phía tờng; - góc nghiêng mặt đất so với đờng nằm ngang, lấy dấu dơng khi
độ nghiêng mặt đất so với mặt nằm ngang hớng lên trên; - góc ma sát của đất tại mặt tiếp xúc với
tờng lấy tơng ứng bằng 2/3

và 1/2

khi không sử dụng hoặc sử dụng huyền phù sét (để đảm bảo
độ chính xác so với lời giải chính xác khi các định áp lực bị động nên lấy (1/3)

). Khi trong
giới hạn chiều cao tờng tồn tại đất sét mềm và dẻo chảy hoặc khi trên bề mặt có tải trọng rung, góc
lấy bằng 0.
Khi = 0, = 0

ah
=
)2/45(
02

tg
( 2.5a)

ph
=
)2/45(
02

+tg
(2.6a)
H s ỏp lc ngang
ah
,
ph
= f() theo cụng thc (2.5a) v (2.6a) tra bng PL2; - gúc ma
sỏt trong ca t.
Biểu đồ áp lực chủ động đợc trình bày trên H. 2.1.
a) b)

H.2.1. Biểu đồ áp lực chủ động của đất khi có các lớp đất khác nhau (a) và áp lực đất trạng
thái tĩnh lên gối tựa, neo khi có lớp bền nớc (b) .
Trong điều kiện không thoát nớc trong đất bão hoà, có thể góc ma sát
0=
u

, cờng độ áp lực
chủ động và bị động có dạng:
Cờng độ áp lực chủ động:
ah
=(z +q) 2C
U
(2.3a)
Cờng độ áp lực bị động:
ph
=(z +q) + 2C
U
(2.4a)

trong đó: C
u
- lực dính không thoát nớc.
áp lực chủ động của đất dính không tác dụng trên toàn bộ chiều cao tờng mà chỉ bắt đầu từ độ
sâu cách mặt đất:
5
h
c
=
ah
ahah
qctgC


.)1(.
(2.7)
Thành phần ngang cân bằng của áp lực chủ động và bị động đợc xác định nh diện tích biểu đồ
tơng ứng của cờng độ áp lực
ah

và
ph

. Tổng hợp lực chủ động và bị động lệch đối với pháp tuyến
tờng chắn một góc

và đợc xác định theo công thức

E
a

=E
ah
/cos(
)

+
(2.8)
E
p
=E
ph
/cos(
)


(2.9)
Trờng hợp đất phía sau tờng là đất rời, có mặt nghiêng góc chịu tải trọng thẳng đứng phân
bố đều q. Các công thức tính áp lực và cờng độ áp lực đất chủ động nh sau:
E
a
=






+
+
).1(

2
1
2
1
2


tgtgH
q
H
a
(2.10)

ah
=z.
ah
+


tgtg
q
ah
.1
.
+
(2.11)
áp lực ngang của đất lên kết cấu công trình đứng dạng tròn (giếng đứng, giếng hạ chìm) cũng
đợc xác định nh đối với tờng đứng của công trình - tải trọng thay đổi dọc chiều sâu theo định luật
thuỷ tĩnh.
Trong tính toán giếng chìm cần xét đến áp lực bên bổ sung của đất do mặt nghiêng của lớp đất

nằm trong giới hạn khối trợt, do giếng bị nghiêng
- áp lực ngang tác dụng lên bản đáy công trình.
Dới tác dụng của áp lực đất bên ngoài công trình cũng nh trọng lợng bản thần tờng ngoài công
trình đất bên ngoài có thể bị đẩy trồi vào phía trong công trình.
H.2.2. Sơ đồ tính áp lực ngang đẩy trồi bản đáy công trình ngầm
Khi có tải trọng tác dụng ở mức đáy móng q
1
(h.2.2) sẽ xuất hiện áp lực ngang (chủ động)

ah
có giá trị :


ah
=

cd
= (q
1
+y)tg
2
(45
0
-/2) (2.12)
Dới tác dụng của lực q
C
sẽ tạo nên lăng thể trợt ABC. Phía bên mặt phẳng AB xuất hiện áp lực
bị động

ph

ph
=

bd
= ytg
2
(45
0
+/2) (2.13)
Tại độ sâu y
0
giá trị áp lực bị động bằng áp lực chủ động, từ đó xác định đợc y
0:
y
0
=
[ ]
)2/45()2/45(
)2/45(
0202
02
1


+

tgtg

tgq
(2.14)
Lực đẩy của lăng thể trợt là
R= E
a
- E
p
(2.15)
trong đó: E
a
-tổng hợp lực chủ động:
E
a
= E
c
= y
0
(q
1
+y
0
/2)tg
2
(45
0
-/2); (2.16)
6
E
p
-tổng hợp lực bị động:

E
p
= E
b
= (y
2
0
/2)tg
2
(45
0
+/2) (2.17)
Lực R đợc phân thành 2 thành phần:
- Thành phần T song song với mặt trợt BC:
T= Rcos(45
0
-/2) (2.18)
- Thành phần S vuông góc với mặt trợt BC:
S= R sin(45
0
-/2) (2.19)
Quá trình đẩy lăng trụ ABC trồi lên sẽ bị lực ma sát Stg cản lại. Nh vậy lực đẩy trồi tác
dụng lên bản đáy công trình sẽ có giá trị:
T
0
= T- Stg =
R
)sin(90
)2/sin(45
0

0


+

(2.20)
Lực T
0
gây nên áp lực thẳng đứng N
0
tác dụng lên bản đáy công trình:
N
0
=T
0
sin (45
0
-/2) (2.21)
Quy ra áp lực phân bố q
2
:
q
2
= N
0
/b' =
)2/45(
0
0
0

+tgy
N
(2.22)
Trên h.2.3 trình bày sơ đồ phân bố áp lực thẳng đứng lên bản đáy công trình tuỳ theo giá trị
y
0
.
Cần lu ý rằng, ngoài áp lực ngang nêu trên tác dụng lên bản đáy công trình ngầm còn có áp
lực đẩy nổi của nớc ngầm.
H.2.3. Sự phân bố áp lực đẩy trồi bản đáy công trình ngầm:
a- khi lăng thể trợt tiếp xúc nhau; b- khi lăng thể trợt giao nhau; c- khi lăng thể trợt không
tiếp xúc nhau
Tác dụng đẩy nổi của nớc ngầm đợc tính cho tất cả các loại đất có hệ số thầm k
t
>1.10
-8
m/s và
đất sét có chỉ số dẻo I
P
< 6,20.
- áp lực ngang từ công trình hiện có.
Khi công trình ngầm nằm gần các công trình đang tồn tại, cần tính đến áp lực từ móng nhà
nếu các nhà nằm trong giới hạn khối trợt (hình 2.4).
H.2.4. Sơ đồ xác định áp lực lên công trình ngầm
do móng công trình lân cận gây nên

7
Giá trị áp lực đứng của đất lên kết cấu công trình ngầm đợc xác định:
p

= Q/a

; (2.23)
còn áp lực ngang - theo công thức:
q

= Q/a

tg
2
(45
o
-/2) (2.24)
trong đó : Q - áp lực đứng lên đế móng; a

- chiều rộng của diện tích chất tải lên móng có tính
đến sự phân bố áp lực theo chiều sâu.
2.3.2. áp lực ngang của nớc ngầm ổn định
áp lực thuỷ tĩnh tiêu chuẩn chỉ đợc tính khi mực nớc ngầm cao hơn đế móng công trình ngầm.
Khi xác định áp lực thuỷ tĩnh cần tính đến khả năng nớc ngầm hạ xuống khi thi công và đợc phục
hồi ở giai đoạn khai thác công trình.
Nếu lớp đất thấm nớc nằm dới mực nớc ngầm thì trọng lợng riêng của nó đợc lựa chọn có xét
đến tác động đẩy nổi của nớc (trong đó cần tính đến góc ma sát trong của đất no nớc):

đn
= (
S
-
w

)/(1+e) (2.25)
trong đó :
S
- trọng lợng riêng của hạt đất (N/m
3
) ;
w
- trọng lợng riêng của nớc (N/m
3
);
e - hệ số rỗng của đất.
Nếu lớp đất không thấm nớc nằm thấp hơn mực nớc ngầm, áp lực của nớc chỉ đợc tính nh khối
gia tải tăng áp lực lên lớp đất dới mực nớc ngầm, không tính
đn
.
Do áp lực thuỷ tĩnh tác dụng theo mọi hớng tăng sự làm việc tĩnh học của kết cấu ngầm, tăng
lực pháp tuyến và giảm mômen uốn, nó cần đợc tính nếu kết cấu không thấm nớc tuyệt đối.
áp lực thuỷ tĩnh nằm ngang tác dụng lên phía sau tờng chắn (h.2.1), xác định theo công thức
sau:
Cao hơn đáy hố đào:
P
W
=
W
(Z- d
W
) (2.26)
Thấp hơn đáy hố đào:
P
W

=
W
(H
K
- d
W
).

(2.27)
trong đó: H
K
- độ sâu hố đào;

- hệ số xét đến vị trí đáy hố đào so với mực nớc ngầm và so
với cao độ lớp bền nớc, lấy: khi d
W
< H
K
d
BC


= 1, khi H
K
> d
BC


= 0.
Khi xác định áp lực ngang của đất và áp lực nớc ngầm, trong gian đoạn thi công nên tính mực

nớc ngầm thấp nhất, còn khi khai thác công trình- mực nớc ngầm cao nhất.
Nếu kết cấu tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm có lớp cách nớc bên ngoài, thì áp lực nớc
tác dụng lên mặt ngoài tờng chắn. Nếu kết cấu tờng chắn nhiều lớp có lớp cách nớc nằm giữa thì n-
ớc ngầm tác dụng lên lớp cách nớc và đặt phía trong tờng chắn. Khi đổ đầy nớc lên bể ngầm nó sẽ
tạo áp lực lên lớp cách nớc từ phía trong công trình.
- Lực nớc tĩnh xác định nh sau:
Lực ngang tơng ứng của nớc tĩnh khi mực nớc cao hơn đáy hố đào: :
E
WS
=
2
)(
ww
dZP
(2.28)
Lực ngang tơng ứng của nớc tĩnh khi mực nớc thấp hơn đáy hố đào:
E
WS
=
)(
2
)(
KBCw
wKw
HdP
dHP
+

(2.29)
Giá trị P

W
- xác định theo công thức (2.26 và 2.27).
Trong thực tế, để đơn giản hoá tính toán, áp lực ngang tiêu chuẩn đợc coi là phân bố đều theo
chiều cao và đợc xác định theo công thức sau:


h.
tc
=
w
(h
cb
+ 0,5h).
ah
(2.30)
Giá trị hệ số áp lực ngang
ah
cho tất cả các loại đất (trừ đất dẻo) đợc xác định theo công thức:

ah
= tg
2
(45
o
- /2) (2.31)
trong đó : - góc ma sát trong tiêu chuẩn của đất, độ.
Đối với đá cứng có hệ số kiên cố f > 2-3, giá trị góc ma sát trong thờng > 70-75
o
vì thế giá trị
hệ số áp lực ngang gần bằng 0. Trong những đất đá nh vậy áp lực ngang của nó có thể không tính.

Giá trị hệ số áp lực ngang trong đất dẻo đợc xác định theo công thức sau:

ah
= à/(1 -à) (2.32)
8
trong đó : à - là hệ số pausson.
Giá trị áp lực ngang khi 0,04 b < b
t
0,08b lấy

h
= 0,19
w
h (h -là chiều cao hầm đào), còn
khi b
t
> 0,08b nó không đợc tính.
áp lực ngang từ khối lở đợc coi là phân bố đều theo chiều cao hầm đào và chỉ tác dụng theo 1
hớng.
2.4. áp lực ngang tác động tạm thời.
2.4.1. áp lực ngang từ các phơng tiện thi công công trình
áp lực ngang tạm thời bổ sung từ tải trọng tập trung và tải phân bố nằm trên mặt đất trong
trạng thái tĩnh đợc xác định bằng tính toán theo lý thuyết đàn hồi
Giá trị áp lực ngang bổ sung xác định theo công thức:
Từ tải tập trung:
P
ko
=

p3

{







+
+

+

+
332
2
5
2
)(
)2(
)(
1
3
21
R
Z
RZR
yZR
ZRR
R

zy
à
} ; (2.33)
Từ tải trọng tập trung tuyến tính P, tác dụng theo tờng thẳng song song:
P
ko
=
222
2
)(
4
zx
zPx
+

; (2.34)
Từ tải trọng thẳng đứng q, phân bố đều trên diện tích chữ nhật:
P
ko
=2.k
0
p
z
; (2.35)
trong đó: x, y, z - khoảng c theo trục toạ độ từ điểm đặt tải hoặc đờng tác động đến điểm trong
đó xác định áp lực P
ko
;R
2
=x

2
+ y
2
+z
2
; à - hệ số nở ngang; k
0
- hệ số áp lực hông; p
z
- giá trị áp lực
thẳng đứng tại điểm đang xét, xác định theo phơng pháp điểm góc đã biết.
Tải trọng bổ sung trên mặt đất từ các máy nâng chuyển và vật liệu xây dựng lấy trong dạng áp
lực phân bố hoặc lực tập trung, nguyên tắc xác định chúng nh sau:
Khi không tồn tại tải trọng cụ thể trên lăng thể trợt, tờng đợc tính toán có xét đến sự tồn tại tải
trọng tiêu chuẩn tạm thời phân bố đều trên bề mặt, bằng q=10KPa (vật liệu xây dựng chất đống
theo khối không lớn). Tải trọng này tạo nên áp lực ngang chủ động, xác định theo công thức:
P
qh
= q.
ah

(2.36)
H.12.4. Các sơ đồ xác định áp lực đất từ tải trọng trên mặt đất
H.2.5. ảnh hởng của tải trọng phân bố đều trên mặt đất
Khi tải trọng liên tục q nằm trên khoảng cách a cách tờng (h.2.5), áp lực
P
qk
đặt lên tờng trên đoạn z q/tg. Khi tải trọng q tác động theo dải rộng b đặt dọc công trình trên
khoảng a cách tờng, áp lực P
qk

đặt trên đoạn tờng a/tg z (a+b)tg.
Góc nghiêng mặt phẳng trợt của lăng thể trợt đối với mặt phẳng đứng lấy bằng:
= 45
0
- /2 (2.37)
Tờng có gối đỡ hoặc neo của công trình có độ cứng lớn đợc tính chịu áp lực ngang của đất
trong trạng thái tĩnh (h.2.1). Cờng độ áp lực ngang cơ bản của đất
kg
lên tờng tại độ sâu z xác định
theo công thức sau:
Cao hơn lớp bền nớc:

kg
= k
0
.
zg
= k
0
i
n
i
i
h

=
1


(2.38)

Trong lớp bền nớc:
9
a, b,

kg
= k
0
[ ]
)(
wBCwzg
dd +


, (2.39)
trong đó:
zg
- cờng độ áp lực tự nhiên của đất tại độ sâu z so với mặt đất có xét đến tác dụng
đẩy nổi của nớc ngầm; k
0
- hệ số áp lực hông của đất trong trạng thái tĩnh lấy bằng: đối với đất hạt
lớn k
0
=0,3; đối với đất cát hoặc á cát k
0
= 0,4; đối với á sét k
0
=0,5; đối với sét k
0
=0,7; d
BC

- độ sâu
lớp bền nớc so với mặt đất; d
W
- độ sâu mực nớc ngầm;
W
- trọng lợng riêng của nớc, bằng
0,980665KN/m3;
i
và k
i
- trọng lợng riêng và chiều dày lớp đất nằm cao hơn tiết diện xem xét tại
chiều sâu z.
Cờng độ áp lực ngang tác dụng lên tờng từ phía hố đào (thấp hơn hố đào) đợc tính theo công
thức (2.38) và (2.39) trừ đi giá trị z từ đáy hố đào (h.2.1b).
Ngoài các tải trọng nêu trên, trong quá trình thi công còn có thể có tải trọng xuất hiện dolực
neo giữ tờng chắn.
2.4.2. áp lực ngang từ các phơng tiện giao thông lên công trình
áp lực ngang từ tải trọng di động tạm thời đợc tính toán nh khi xác định áp lực ngang của đất
lên tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm. áp lực ngang chủ động từ các phơng tiện giao thông và
máy móc xây dựng đợc xác định theo công thức (2.3-2.4), thay q = p
V
.
Tải trọng di động từ các phơng tiện giao thông và máy móc xây dựng đợc bố trí vào vị trí bất
lợi nhất trong giới hạn dải B
n
P
(h.2.5), chiều rộng của nó đợc xác định theo công thức
B
n
P

= (H
0
-h
0
)tg(45-

/2) - h
0
tg

(2.40)
trong đó: H
0
- độ sâu chôn móng tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm kể từ mặt đất; h
0
-
khoảng cách từ mặt đất đến đỉnh mái.
Xác định tải trọng di động trên đoạn có chiều rộng B
n
P
bằng cách tính diện tích chất tải:
- Bằng b x c- Khi tải trọng di động dọc trục tờng chắn, ở đây b - chiều rộng mặt tiếp xúc của
bánh có xét đến sự phân bố của áp lực trong áo đờng dới góc 45
o
, c - giá trị bằng chiều cao tờng nh-
ng không lớn hơn 4m đối với tải trọng H-30, và 3,6m đối với HK-80.
- Bằng a + d- Khi tải trọng chuyển động vuông góc với trục tờng công trình ngầm, ở đây a -
chiều dài phần tiếp xúc mặt nghiêng của bánh ôtô H-30 hoặc chiều rộng của toàn bộ khối trợt đối
với máy kéo HK-80 nhng không lớn hơn 3,6m; d - khoảng cách giữa các cạnh nghiêng phía ngoài
của các bánh xe lân cận ôtô H-30 hoặc mép bánh xe HK-80.

Giá trị áp lực ngang do tải trọng tạm thời đó gây nên dọc trục tờng công trình:


Bp
=
P
bc

tg
2
(45
o
-/2) (2.41)
Khi vị trí tải trọng tạm thời vuông góc với trục công trình giá trị áp lực ngang là:


BP
=
P
ad

tg
2
(45
o
-/2) (2.42)
trong đó: P - tải trọng tập trung tạm thời; - hệ số phân bố áp lực dọc tờng tuy nen, lấy theo
CH 200-62 (có thể lấy bằng 1).
Chiều dài đoạn chất tải của tờng xác định theo công thức (h.2.6):

o
A
y
tg 45
2
=





(2.43)
trong đó: A - giá trị bằng chiều dài hoặc chiều rộng mặt tiếp xúc nghiêng của ôtô có xét đến
phân bố áp lực trong áo đờng dới góc 45
o
.
- Khi chiều sâu đỉnh mái công trình ngầm nhỏ hơn 0,5m, tải trọng tạm thời từ H-30 đợc nhân
với hệ số động học 1+
à
. Giá trị đó là 1,3 nếu l
CT
5 và bằng 1 nếu l
CT
> 45m. Trong khoảng 5m <
l
CT
< 45m giá trị (1 + à) xác định bằng nội suy.
- Khi độ chôn sâu đỉnh mái công trình ngầm kể từ đế ray nhỏ hơn 0,5m, tải trọng từ các toa
tàu đờng sắt và tàu điện ngầm đợc nhân với hệ số:
1+

à
= 1 +
CT
l+20
10
(2.44)
trong đó:
CT
l
- chiều dài chất tải trọng tạm thời, m.
10
- Khi độ chôn sâu đỉnh mái 1m , hệ số 1+
à
lấy bằng 1,0. Khi độ sâu chôn mái trung gian,
giá trị 1+
à
lấy theo tỷ lệ.
Hệ số động học để xác định tải trọng từ các phơng tiện giao thông bánh hơi và bánh xích và
các máy móc thi công lấy bằng 1,0.

H.2.6. Sơ đồ xác định áp lực ngang từ các phơng tiện giao thông
Cần lu ý rằng: khi xác định áp lực ngang tính toán do tải trọng đứng tạm thời di động gây nên
theo công thức:
q
i
= h
T
Đ
tg
2

(45
o
-/2)- giá trị góc nội ma sát đợc tăng lên 5
o
khi k > 1 và giảm đi 5
o
khi k < 1.
(k - hệ số vợt tải).
Ví dụ 2.1VD. Tính toán áp lực ngang của đất lên tờng chắn.
Tờng chắn đất cao 7m . Lng tờng có góc nghiêng = -15
0
. Đất đắp sau tờng là đất cát có trọng
lợng riêng = 18kN/m
3
và có mặt nghiêng dới góc =20
0
, trên đó có tải trọng thẳng đứng phân bố
đều cờng độ q=20 kN/m
2
. Góc ma sát trong của đất đắp =30
0
, lực dính C= 0. Yêu cầu vẽ biểu đồ c-
ờng độ, xác định trị số và điểm đặt của áp lực chủ động lên tờng chắn.
Bài giải
Dựa vào QP-23-65 ta chọn góc ma sát giữa đất và tờng = /2=15
0
Hệ số áp lực chủ động tính theo công thức (2.5):

ah
=

( )
[ ]
1515cos).15(cos
)]15(20cos[)]15(15cos[
)2030sin().1530sin(
1
)]15(30[cos
2
2
2
+






+
+
+

=0,407
Cờng độ áp lực tính theo công thức (2.11):
Tại đỉnh tờng (z=0):

a0
=
20}.15(1
20.407,0
tgtg +

=9,0kN/m
2
Tại chân tờng (z=H) :

aH
=18.7.0,407+9 = 60,28kN/m
2
Trị số áp lực đất lên tờng chắn tính theo công thức (2.10):
E
a
=






+
+
]20).15(1[7.18
20.2
17.18.407,0
2
1
2
tgtg

=242,3kN/m
Điểm đặt lực của E
a

ứng với trọng tâm biểu đồ cờng độ hình thang, nằm cách chân tờng một đoạn
bằng :
928,60
9.228,60
.7.
3
1
2
.
3
1
0
0
+
+
=
+
+
aaH
aaH
H


= 2,71m
11
Hình VD 2.1 Biểu đồ áp lực đất lên tờng chắn cho VD2.1
Ví dụ 2.2 VD. Tính toán và vẽ biểu đồ áp lực chủ động và bị động tác dụng lên tờng chắn (cừ)
Cho tờng chắn và cấu tạo các lớp đất trên hình 1-VD2.2, cao độ các vị trí tính toán cho trong bảng
VD2.2, tính chất của các lớp đất cho trong bảng 2 VD2.2. Yêu cầu tính toán và vẽ biểu đồ áp lực
chủ động và bị động lên tờng chắn (cừ).

Bảng1- VD2.2
Cao độ m Cao độ
A
B
C
D
15
13
11,5
11
E
F
G
9,0
7,0
4,0
Hình 1-VD2.2 Sơ đồ tờng cừ và số liệu các lớp đất
Bảng2- VD2.2
Cao độ Loại đất Trọng lợng thể tích
(kN/m
3
)
Lực dính
(kN/m
2
)
Góc ma sát
trong (độ)
Từ A đến D
Từ D đến F

Từ F đến G
Cát (1)
Sét mềm (2)
Sỏi sạn (3)
Trên mực nớc-18
Dới mực nớc-20
18
22
0
5
0
32
22
45
Bài giải:
Các hệ số áp lực đất:
Lớp đất số 1:
a
= 0,31;
Lớp đất số 2:
a
= 0,46;
p
=1,1

ac
= 1,35;
pc
=1,49
Lớp đất số 3:

a
= 0,17;
p
=2,92
Tính toán áp lực đất:
Tại cao độ A : phía chủ động Tại cao độ F : phía chủ động
12
1
σ
v
=10,0 kN/m
2
u=0 ; σ’
v
=10,0 kN/m
2
σ’
h
=λ
a
. σ’
v
=0,31x10,0 kN/m
2
=σ
h
=31kN/m
2
T¹i cao ®é B : phÝa chñ ®éng
σ

v
=10,0+20x18= 46,0 kN/m
2
u=0 ; σ’
v
=46,0 kN/m
2
σ’
h
=λ
a
. σ’
v
=0,31x 46,0 kN/m
2
=σ
h
=14,3kN/m
2
T¹i cao ®é C :
Kh«ng cÇn tÝnh ¸p lùc chñ ®éng
σ
v
-phÝa bÞ ®éng = 0,0 kN/m
2
T¹i cao ®é D : phÝa chñ ®éng
σ
v
=46+20x20 = 86,0 kN/m
2

u=20x10 = 20 kN/m
2
;
σ’
v
= 86-20 = 66,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (1)
σ’
h
= 0,31x 66,0 = 20,5kN/m
2
σ
h
= 20,5+20 = 40,5kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (2)
σ’
h
= 0,46 x66,0 -1,35x5,0 = 23,6kN/m
2
σ
h
= 23,6+20 = 43,6kN/m
2
Kh«ng cÇn tÝnh ¸p lùc phÝa bÞ ®éng.
T¹i cao ®é E : phÝa chñ ®éng
σ
v
=86+2,0x18=122,0 kN/m

2
u=4,0x10 = 40 kN/m
2
;
σ’
v
= 122-40 = 82,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (2)
σ’
h
= 0,46 x 82,0 -1,35x5,0= 31,0 kN/m
2
σ
h
= 31,0+40= 71,0 kN/m
2
T¹i cao ®é E: phÝa bÞ ®éng (kh«ng cÇn tÝnh ¸p lùc níc)
σ
v
= 10x25 = 25,0 kN/m
2
u=10x2,5 = 25,0 kN/m
2
;
σ’
v
= 0 kN/m
2
¸p lùc ngang cña níc :

σ
h
= 25,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (2)
σ’
h
= 1x10 x0,0 +1,49x5,0= 7,5 kN/m
2
σ
h
= 7,5+25 = 32,5 kN/m
2
-
σ
v
=86+4,0x18=158,0 kN/m
2
u=6,0x10 = 60 kN/m
2
;
σ’
v
= 98,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (2)
σ’
h
= 0,46x98 -1,35x5,0= 38,3 kN/m
2

σ
h
= 38,3 +60 = 98,3 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (3)
σ’
h
= 0,17x98 =16,7 kN/m
2
σ
h
= 16,7 +60 = 76,7 kN/m
2
PhÝa bÞ ®éng:
σ
v
=25 + 2,0x18,0 = 61,0 kN/m
2
u=4,5x10 = 45 kN/m
2
;
σ’
v
= 16,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (2)
σ’
h
= 1,10x16+ 1,49x5,0= 25,1 kN/m
2

σ
h
= 25,1 +45 = 70,1 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (3)
σ’
h
= 2,92 x 16 = 46,7 kN/m
2
σ
h
= 46,7 +45,0 = 91,7 kN/m
2
T¹i cao ®é G : phÝa chñ ®éng
σ
v
=158+3,0x22=224,0 kN/m
2
u=9,0x10 = 90 kN/m
2
;
σ’
v
= 134,0 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (3)
σ’
h
= 0,17 x 134 = 22,8 kN/m
2

σ
h
= 22,8 +90,0 = 112,8 kN/m
2
PhÝa bÞ ®éng:
σ
v
=61,0+3,0x22,0 = 127,0 kN/m
2
u=7,5x10 = 75 kN/m
2
;
σ’
v
= 127,0-70,0 = 52 kN/m
2
T¹i líp ®Êt sè (3)
σ’
h
= 2,92 x 52 = 151,8 kN/m
2
σ
h
= 151,8 +70,0 = 226,8 kN/m
2
13
Hình.2.VD2.2. Kết quả tính toán áp lực lên tờng chắn

2.5. Tính toán tải trọng thẳng đứng tác động thờng xuyên.
Tải trọng thẳng đứng tác động thờng xuyên bao gồm tải trọng của đất đá phía trên công trình,

tải trọng bản thân của công trình.
- áp lực thẳng đứng của đất, đá:
Nếu kích thớc ngang tối thiểu của công trình ngầm b (chiều rộng hoặc D) bằng hoặc lớn hơn
chiều dày lớp đất trên mái h (h.2.7 a), thì áp lực đứng lên mái công trình bằng toàn bộ trọng lợng
cột đất lên công trình

v
=

=
n
i 1

i
k
i
+ q ( khi
h
b
1
) (2.45)
trong đó:
i
, k
i
- trọng lợng thể tích ( có xét đến đẩy nổi ) và chiều dày lớp đất trên mái; q
tải trọng phân bố đều liên tục trên mặt đất.
Nếu
h
b

< 1 và công trình thi công bằng phơng pháp lộ thiên thì áp lực đứng của đất đắp phụ
thuộc nhiều vào hình dạng và kích thớc hố đào. Nếu hố đào hẹp và có tờng đứng (hào) thì việc treo
đất đắp lên thành hào sẽ giảm áp lực lên công trình nhiều (h.2.7 b). Ngợc lại nếu chiều rộng hố đào
lớn hơn chiều rộng công trình thì độ lún đất đắp có thể gây nên sự treo đất xung quanh trên cột đất
nằm trên công trình và tăng tải trọng lên công trình (h.2.7 c).
Khi thi công công trình trong đất đắp hoặc trong hào, áp lực lên mái công trình đợc xác định
bằng công thức:


v
=k
v

,
h (khi
h
b
< 1 ) (2.46)
trong đó:
,
, h trọng lợng riêng và chiều cao đất đắp trên công trình.
Giá trị hệ số k
v
có thể đợc xác định theo đồ thị của giáo s Klein (h.2.8) đối với đờng hào
hoặc theo công thức:
k
v
=

b
htgf
l
k
b
tgf
bc
)2/'45(2
exp
)2/'45(2
)'/('21
02

0
02
0



, (2.47)
a)
14

b) c)

H.2.7. Các sơ đồ xác định áp lực đứng của đất
trong đó:
',','

C
- trọng lợng riêng, lực dính và góc ma sát trong của đất đắp; h, b - độ sâu và
chiều rộng hào cao hơn mái công trình; f
0



2/'

tg
- hệ số ma sát đất đắp đối với tờng hào.


áp lực đất lên vỏ công trình thi công bằng phơng pháp ngầm ( khi

h
b
<< 1 ) đợc tính nh áp
lực mỏ.
Tải trọng lên đáy công trình từ phía đất đợc lấy phân bố đều và bằng tổng toàn bộ áp lực đất
lên mái cộng với trọng lợng bản thân công trình.
Nếu các đoạn công trình ngầm đặt nông nằm trực tiếp dới móng các nhà thì tải trọng lên kết
cấu ngầm cần phải tính thêm tải trọng thẳng đứng truyền từ nhà.
- áp lực thẳng đứng từ trọng lợng bản thân công trình:
Tải trọng đứng từ trọng lợng bản thân công trình đợc xác định bằng cách nhân khối tích đặc
của các chi tiết cấu kiện công trình với trọng lợng riêng vật liệu của chúng, có xét đến hệ số vợt tải.
2.6. Tính toán tải trọng thẳng đứng tác động tạm thời.
15
H.2.8. Đồ thị để xác
định hệ số k
v
áp lực thẳng
đứng của đất: 1- đối với cát
đắp, cát dá vụn khô; 2- đối
với sét đắp, cát, đất vụn ẩm;
3-đối với sét dẻo; 4-dối với
sét dẻo nhão; 5- đối với sét
chảy, 6- đối với cát hạt nhỏ
và sét mềm, 7- đối với cát hạt
chung và sét dẻo, 8- đối với
cát hạt thô và sét cứng, 9- đối
với đá và nửa đá.
- áp lực thẳng đứng từ các phơng tiện giao thông:
Tải trọng đứng tiêu chuẩn tạm thời P
V

lên mái khi độ sâu mép trên của nó nhỏ hơn 11,5m
xác định từ các bánh xe kết hợp, phân bố trong giới hạn chiều dày áo đờng và chiều dày khối đất
đắp. áp lực trong áo đờng đợc coi là phân bố đều dới góc 45
0
, còn trong đất dới góc so với đờng
thẳng đứng bắt đầu từ mép vệt tiếp xúc bánh xe với áo đờng (h.2.9).
Góc phân bố ứng suất góc - giá trị quy ớc. Đối với đất thờng lấy =30
0
.
Để xác định giá trị áp lực cần tính diện tích chất tải, kích thớc của nó phụ thuộc vào chiều dày
áo đờng
n
, tính từ một bánh xe: a = a
0
+ 2
n
- dọc trục chuyển động: b = b
0
+ 2
n
- vuông góc với h-
ớng chuyển động. ở đây a
0
, b
0
- các kích thớc diện tích tiếp xúc của cặp bánh xe ôtô với mặt đờng
theo hớng dọc và hớng ngang.
Khi vị trí của 2 bánh xe ôtô trên công trình ngầm có trục cách nhau giá trị , kích thớc diện
chất tải là: a
2

= a
0
+ 2
n
- dọc hớng chuyển động; b
2
= b
0
+2
0
+ - vuông góc với hớng chuyển
động. Biết đợc kích thớc diện chất tải, giá trị tải trọng đứng tạm thời có thể xác định lại theo công
thức:
P
V
=
P
F
(2.48)
trong đó: P - giá trị tải trọng tập trung tạm thời ; F - diện tích chất tải (F = a x b hoặc F = a
2
x
b
2
).
Trên h.2.9. trình bày sơ đồ phân bố áp lực đứng từ một số bánh xe. Tới độ sâu nào đó h h
kp
,
nơi đờng phân bố áp lực cắt nhau, áp lực xác định theo công thức:
P

V
=
))((
00 prpr
bhah
P

++++
, (2.49)
trong đó:
pr

- chiều dày lớp áo đờng.
Dới độ sâu h
KP
tải trọng coi nh phân bố đều và đợc xác định theo công thức sau:
Từ các toa tàu chuyển động trên đờng sắt:
P
V
=
hl
V
s
+
(2.50)
Từ các phơng tiện ô tô trên đờng đô thị (ngoài tải trọng AK, trong các trờng hợp đó không xét
đến), cũng nh trên các đờng thuộc nhà máy, xí nghiệp công nghiệp:
P
V
=

ha
q
+
0
(2.51)
trong đó: V- cờng độ tải trọng đứng tạm thời từ các toa tàu chuyển động trên đờng sắt, phụ
thuộc vào chiều dài chất tải l
CT
= b+h và vị trí đỉnh đờng ảnh hởng
5,0=
ah

nhng không lớn hơn
19,6 K kN/M; l
S
- chiều dài tà vẹt bằng 2,7m; b - chiều rộng công trình ngầm theo chu vi bên ngoài,
m; h - khoảng cách từ đáy ray hoặc đỉnh áo đờng đến cao độ xem xét khi xác định áp lực đứng, m ;
q
và a
0
- tải trọng phân bố, KN/M và chiều dài đoạn tính toán phân bố của chúng, m. Khi tính toán,
các số liệu trên có thể tham khảo trong TCVN-22TCN-2007 và XNIP 2.05.03-84.
Trong thời gian xây dựng, cũng nh trong những trờng hợp khi tuyến chuyển động là đờng tạm
thời, tính toán công trình ngầm đợc tiến hành theo tác động của từng xe hoặc máy móc riêng biệt
và tổ hợp của chúng. Trong trờng hợp đó, tải trọng phân bố đều thẳng đứng tạm thời ở mức mái
công trình ngầm xác định theo công thức:
P
V
=
)2)(2(

0001

tghbtghC
p
++
(2.52)
trong đó: p - tải trọng thẳng đứng toàn phần từ các máy móc hoặc thiết bị; C
1
- chiều dài vùng tựa
quy ớc (dọc đờng chạy) của máy hoặc thiết bị lấy đối với tải trọng : AK-1.7m, HK-80-3,8m, T-60-
5,0m, b
0
- chiều rộng của vùng tựa quy ớc lấy theo bảng 2.3; h
0
- độ sâu của đỉnh mái kể từ mặt đất.
16
H.2.9.
Sơ đồ bố trí
các phơng tiện giao thông và máy móc thi công
trên công trình ngầm:
a- khi bố trí tải trọng di động vuông góc với tờng, b khi bố trí tải trọng di động song song với t -
ờng
Khi không tồn tại tải trọng cụ thể trên mặt đất thì lấy tải trọng đứng tạm thời tiêu chuẩn đợc quy ớc
là phân bố đều liên tục có cờng độ 10,0 KPa.
Bảng 2.3



- Từ
các phơng tiện ô tô

+ dạng dải ( AK 0,5) 9,81 0,2x0,6 2,5
+ dạng bánh xe ( HK-80) 98 0,2x0,8 3.5
- Từ phơng tiện vận chuyển
trên đờng sắt (XK) 24,5 - -
- Từ phơng tiện bánh xích (T-60) 294 0,7x5,0 3,3
Ghi chú: a
0
- chiều dài tiếp xúc bánh xe với mặt đờng (dọc tuyến chuyển động); b
0
- chiều rộng
tiếp xúc bánh xe với mặt đờng (ngang tuyến chuyển động), D
0
- khoảng cách giữa các mép ngoài
bánh xe hoặc bánh xích.
- áp lực thẳng đứng từ các hoạt tải sử dụng trong công trình:
Cờng độ các hoạt tải tác động bên trong công trình trong quá trình khai thác phụ thuộc vào công
năng công trình cũng nh từng bộ phận công trình. Các giá trị này có thể tra bảng trong tiêu chuẩn
tải trọng và tác động [3].
2.7. áp lực ngang từ tải trọng đặc biệt (khi có động đất)
Tính toán công trình nằm trong vùng hoạt động mạnh của động đất đợc tiến hành với lực động
đất cấp VII và lớn hơn. Mức độ động đất của các vùng đợc xác định theo bản đồ phân vùng động
đất.
áp lực ngang khi xét đến tải trọng động đất (theo TCXD 375-2006-phụ lục E) nh sau:
Tổng lực thiết kế tác dụng lên tờng chắn tại lng tờng E
d
tính theo công thức:
E
d
= (1/2)
*

(1 k
V
).H
2
+E
WS
+E
Wd
(2.53)
trong đó: H- chiều cao tờng; E
WS
; E
Wd
tơng ứng lực nớc tĩnh, động; - hệ số áp lực đất (tĩnh
và động); k
V
- hệ số động đất theo phơng đứng; * = -
w

Hệ số áp lực đất có thể đợc tính theo các công thức Mononobe và Okabe.
- Đối với các trạng thái chủ động.
+ Nếu -
Tải trọng Tải trọng tiêu
chuẩn lên bánh xe
(xích), KN
Kích th-
ớc diện tích
tiếp xúc a
0
xb

0
,
m
D
0
,m
17

ah
=
( )
( )
( )
2
''
2
'2
)sin()sin(
sin).sin(
1sin.sin.cos
sin








+

+
+
+




d
ddd
d
d
(2.54)
+ Nếu >-

ah
=
( )
( )
d
d



+
sin.sin.cos
sin
2
'2
(2.55)
- Đối với các trạng thái bị động (không xét ma sát giữa đất và tờng)

ph
=
( )
( )
( )
2
''
2
'2
)sin()sin(
sin.sin
1sin.sin.cos
sin








++
+
+
+

dd
d
(2.56)
Trong đó:
'
d

- giá trị thiết kế của góc kháng cắt của đất:

'
d

=









'
1
'



tg
tg

(2.57)

và - các góc nghiêng của lng tờng và của bề mặt lớp đất đắp so với phơng ngang. (xem
h.2.10);
d

- giá trị thiết kế của góc ma sát giữa đất và tờng, nghĩa là:

d

=









'
1



tg
tg
(2.58)
Biểu thức của các trạng thái bị động cần u tiên sử dụng cho bề mặt tờng thẳng đứng (

=90
0
);
'


-hệ số riêng của tg
'

;
'

- góc kháng cắt theo ứng suất hữu hiệu của đất;

- góc ma sát giữa bề
mặt kết cấu và nền tại đáy móng.
Lực do áp lực đất tác dụng lên các kết cấu cứng.
Đối với các kết cấu cứng và đợc ngàm cứng, trạng thái chủ động không thể phát triển trong
đất, và đối với một tờng thẳng đứng và đất đắp sau lng tờng nằm ngang thì lực động do gia số áp lực
đất có thể lấy bằng:
P
d
=.S..H
2
(2.59)
trong đó: H- chiều cao tờng; - tỷ số của gia tốc nền thiết kế a
g
trên nền loại A với gia tốc
trọng trờng g;.S -hệ số nền; - trọng lợng đơn vị bão hoà của đất;
w

-trọng lợng đơn vị của nớc.
Điểm đặt lực có thể lấy ở trung điểm chiều cao tờng.
Trong tính toán tải trọng động đất thờng đợc thay bằng tải trọng tĩnh tơng đơng và tác dụng
theo phơng ngang với hớng bất lợi nhất. Tác động động đất có thể đợc trình bày trong dạng tải quán
tính từ trọng lợng bản thân kết cấu và đất.
áp lực quán tính động đất P
hđ
xác định theo công thức sau:
Lên tờng công trình hình tròn trên mặt bằng:
P
hđ
=
kg
(1+2K
C
tg).sin ' (2.60)
18
H.2.10. Quy ớc cho các góc trong công thức tính toán hệ số áp lực đất
Lên tờng công trình hình chữ nhật trên mặt bằng:
P
hđ
=
kg
(1+2K
C
tg) (2.61)
trong đó:
kg
- áp lực ngang cơ bản của đất; K
C

- hệ số động đất lấy bằng 0,025; 0,05; 0,1 tơng
ứng với động đất cấp 7, 8, 9 độ rích te; - góc ma sát trong của đất; ' - góc toạ độ cực giữa pháp
tuyến đối với hớng tải trọng tác động và bán kính véctơ đi qua điểm xác định áp lực P
hđ
.
Tải trọng động đất đặt theo hớng (trong mặt bằng) xuất hiện điều kiện làm việc xấu nhất đối
với tờng. Đối với tờng hình tròn trên mặt bằng đặt đồng thời áp lực đối xứng theo hớng ngợc chiều
của công trình.
Với các kết cấu cứng nh tờng tầng hầm hoặc tờng trọng lực nằm trên nền đá hoặc trên cọc sẽ
phát sinh áp lực lớn hơn áp lực chủ động và đợc tính nh đất ở trạng thái nghỉ. Điều này cũng đợc giả
thiết cho tờng chắn có neo và không cho phép dịch chuyển.
Lực thiết kế này đợc coi là hợp lực của áp lực tĩnh và động của đất.
Khi không có nghiên cứu về độ cứng tơng đối, dạng dịch chuyển và khối lợng tơng đối của t-
ờng chắn, thì điểm đặt lực do áp lực động của đất bố trí ở giữa chiều cao của tờng.
Với các tờng xoay tự do xung quanh chân tờng thì lực động có thể xem nh đặt tại cùng điểm
với lực tác dụng tĩnh.
áp lực phân bố trên tờng do tác động tĩnh và động tạo với phơng vuông góc không lớn hơn
(2/3) (-giá trị kháng cắt của đất) đối với trạng thái chủ động và bằng 0 đối với trạng thái bị
động.
Khi có động đất liên quan đến nớc ngầm, hệ số áp lực đất đợc điều chỉnh nh sau:
- Khi mực nớc ngầm nằm dới đáy tờng chắn:
*
- khối lợng thể tích của đất.

v
h
k
k
tgarc
.1

.

=

; E
wd
= 0. (2.62)
trong đó: k
h
- hệ số động đất theo phơng ngang; k
v
- hệ số động đất theo phơng đứng;
Có thể sử dụng các bảng và biểu đồ áp dụng cho các điều kiện tĩnh (chỉ có tải trọng trọng tr-
ờng) với các điều chỉnh sau:
tg
v
h
A
k
k
+
=
1

và tg
v
h
B
k
k

=
1

(2.63)
toàn bộ hệ thống tờng - đất đợc xoay thêm một góc tơng ứng là
A
hoặc
B
. Gia tốc trọng trờng đợc
thay thế bằng giá trị sau:
g
A
=
A
v
kg

cos
)1( +
; g
B
=
B
v
kg

cos
)1(
(2.64)

- Khi đất không thấm nớc nằm dới mực nớc ngầm chịu tải trọng động:
* = -
w

v
h
w
k
k
tgarc
.1
.





=
; E
wd
= 0 (2.65)
19
trong đó: - trọng lợng đơn vị bão hoà của đất.
- Khi đất thấm nớc (độ thấm cao) nằm dới mực nớc ngầm chịu tải trọng động: * = -
w


v
h
w

d
k
k
tgarc
.1
.





=
; E
wd
=
2
)'(
12
7
Hk
wh

(2.66)
trong đó:
d
- trọng lợng đơn vị khô của đất; H- chiều cao mực nớc ngầm tính từ chân tờng.
- áp lực thuỷ động lên mặt ngoài tờng.
áp lực thuỷ động q(z) có thể tính nh sau:
q(z)=
hzk

wh

8
7

(2.67)
trong đó: k
h
- hệ số động đất theo phơng ngang với r=1 (xem công thức tính k
h
); h- chiều cao
mực nớc tự do; z- toạ độ thẳng đứng hớng xuống với góc toạ độ tại bề mặt nớc.
Với đất đắp thấm thuỷ động, các hiệu ứng gây ra trong đất bởi tác động động đất và trong nớc
đợc giả thiết là các hiệu ứng độc lập. Do đó áp lực nớc thuỷ động đợc cộng vào áp lực nớc thuỷ tĩnh.
Điểm đặt của áp lực nớc thuỷ động có thể đợc lấy tại một độ sâu dới đỉnh của lớp bão hoà bằng
60% chiều cao của lớp đó.
Trong quá trình thiết kế, tuỳ điều kiện cụ thể cần kể đến biến động lớn nhất (tăng hoặc giảm)
của áp lực nớc (so với áp lực thuỷ tĩnh hiện hữu) do sự dao động nớc trên mặt hở của tờng.
Các hệ số động đất theo phơng ngang (k
h
) và phơng đứng (k
v
) có thể tính theo các công thức sau

r
S

=
h
k

(2.68)

hv
kk 5,0=
nếu a
vg
/a
g
lớn hơn 0,6 (2.69)
k
v
= 0,33k
h
cho các trờng hợp ngợc lại (2.70)
trong đó:

- (xem 2.59); r- hệ số lấy trong bảng 2.4, phụ thuộc vào dạng kết cấu tờng chắn.
- Với các tờng không cao quá 10m, hệ số động đất đợc coi nh không thay đổi trên suốt chiều
cao tờng.
Bảng 2.4 - Các giá trị của hệ số r để tính toán hệ số động đất theo phơng ngang
Dạng tờng chắn r
Tờng trọng lực với đầu tờng tự do, có thể chấp nhận một chuyển vị đến d
r
= 300.S
(mm)
Tờng trọng lực với đầu tờng tự do có thể chấp nhận một chuyển vị lên đến d
r
=
200

.S (mm)
Tờng bê tông cốt thép chịu uốn, tờng đợc neo hoặc chống, tờng bê tông cốt thép
trên cọc thẳng đứng, tờng tầng hầm bị hạn chế chuyển vị và mố cầu
2
1,5
1

- Với các kết cấu tờng chắn cao hơn 10m, có thể tiến hành phân tích theo bài toán một chiều với tr-
ờng tự do của các sóng lan truyền theo phơng đứng và giá trị trong biểu thức (5.68) có thể lấy
bằng giá trị trung bình của các gia tốc lớn nhất của đất theo phơng ngang, dọc theo chiều cao của
kết cấu.
Khi có các loại đất rời bão hoà nớc và áp lực nớc lỗ rỗng có khả năng tăng cao thì:
a) Hệ số r của Bảng 2.4 nên lấy không lớn hơn 1,0.
b) Hệ số an toàn chống hoá lỏng không nên nhỏ hơn 2.
2.7.1. Tính toán neo khi có xét đến động đất.
Khoảng cách L
e
giữa neo và tờng phải vợt quá khoảng cách yêu cầu L
s
khi không xét đến
động đất.
Khoảng cách L
e
với các neo ngàm trong đất có các đặc trng tơng tự với đất phía sau tờng và
với các điều kiện về độ cao mặt đất, có thể đánh giá theo biểu thức sau:
L
e
=L
S
(1+1,5 S) (2.71)

20
Tất cả các cấu kiện phải đợc kiểm tra để đảm bảo rằng chúng thoả mãn điều kiện sau: R
d
>E
d
,
trong đó: R
d
- giá trị thiết kế độ bền của cấu kiện, đợc đánh giá nh trong các trờng hợp không động
đất; E
d
- giá trị thiết kế của các hiệu ứng tác động thu đợc từ các kết quả phân tích trên.
2.7.2. Thiết kế móng cọc trong vùng động đất.
Hiện nay ở nớc ta đã có bản đồ phân vùng động đất và có tiêu chuẩn tính toán kháng chấn cho các
công trình ( TCVN.375-2006 ). Đối với công trình ngầm, kháng chấn đợc tính cho các cấp động đất
cấp 7 đến cấp 9, thông thờng là tính theo động đất cấp 7-8.
Khi có động đất, công trình bị dao động và xuất hiện lực quán tính. Trị số của lực động đất tính theo
công thức:
S=
QKa
g
Q
C
.

=
(2.72)
trong đó: Q- trọng lợng của bộ phận công trình và tải trọng tác dụng lên nó; g- gia tốc trọng trờng;
a- gia tốc động đất, lấy theo các số liệu của trạm đo địa chấn, tra bảng 7.6 ( TCVN.375-2006 );

-
hệ số phụ thuộc vào các tính chất động lực học của công trình và đợc xác định theo quy trình thiết
kế

=1-2.
K
C
=a/g hệ số động đất, xem bảng 2.5

Bảng 2.5. Gia tốc động đất a và hệ số K
c
theo cấp động đất
Cấp động đất Gia tốc động đất a (cm/s) Hệ số động đất K
c
7
8
9
10-25
25-50
50-100
1/40
1/20
1/10
Lực động đất có hớng bất kỳ do đó cần chọn hớng nguy hiểm nhất để tính toán cho nền và móng,
thông thờng hớng bất lợi nhất là hớng ngang làm tăng áp lực chủ động và giảm áp lực bị động gây
trợt công trình ngầm, tờng chắn đất và hớng lên làm đẩy nổi công trình ngầm gây bất lợi cho các
công trình có neo chống nổi. Động đất làm giảm cờng độ (R) của đất ở mũi cọc, làm giảm ma sát
của đất với thành cọc, giảm sức chịu tải của cọc.
Khi tính toán sức chịu tải của cọc trong xây dựng ngầm, do cọc làm việc chịu nén và chịu nhổ, giá
trị sức chống đầu mũi cọc và ma sát thành cọc cần nhân với hệ số m

C1
, m
C2
cho trong bảng 2.6, trừ
trờng hợp cọc chống lên đá hoặc đất hòn lớn. Giá trị q
P
cần nhân với hệ số điều kiện là việc m
C3
.
Giá trị m
C3
= 1 khi chiều dài tính đổi của cọc
3h
(giá trị
h
xác định theo công thức:
h
=
b
h
1
, h
i
-
độ sâu chôn cọc thực tế)
Bảng 2.6. Hệ số m
C1
, m
C2
Cấp

độn
g
đất
Hệ số m
c1
Hệ số m
c2
Cát chặt Cát chặt vừa Sét bụi có
độ sệt
Cát chặt và chặt
vừa
Sét bụi có độ sệt
ẩm và
ít ẩm
No n-
ớc
ẩm và ít
ẩm
No
nớc
I
L
<0
0I
L
0,5
ẩm và
ít ẩm
No n-
ớc

I
L
<0
0I
L

0,75
0,75I
L

1
7
)90,0(
1

90,0
)85,0(
95,0

80,0
)1(
1
)90,0(
95,0
)85,0(
95,0

90,0

95,0

)80,0(
85,0
)75,0(
75,0
8
)80,0(
90,0

80,0
)75,0(
85,0

70,0
)95,0(
95,0
)80,0(
90,0
)75,0(
85,0

80,0
)80,0(
90,0
)70,0(
80,0
)65,0(
70,0
21
9
)70,0(

80,0

70,0
)60,0(
75,0
-
)85,0(
90,0
)70,0(
85,0
)65,0(
75,0

7,0
)65,0(
85,0
)60,0(
70,0

60,0
Ghi chú: tử số dùng cho cọc đóng, mẫu số dùng cho cọc nhồi
Ma sát bên f
i
lấy bằng 0 trong khoảng từ giữa mặt đất đến độ sâu h
TT
.
h
TT
=4/
b

(2.73)
trong đó:
b
- hệ số biến dạng, tính theo công thức:

b
=
5
.
EJ
bm
p
(2.74)
trong đó: m- hệ số nền (tra bảng); b
p
-chiều rộng quy ớc của cọc; EJ- độ cứng của cọc.
Giá trị góc ma sát trong của đất
I
khi tính động đất cần giảm đi 2
0
- khi động đất cấp 7 và 4
0
- khi
động đất cấp 8 và 7
0
khi tính động đất cấp 9. Mũi cọc thiết kế trong vùng có động đất cần cắm vào
lớp đá, cát chặt hoặc đất dính có độ sệt I
L
<0,5. Cọc cần phải bố trí cốt thép ngang đảm bảo sức
chống cắt cho cọc.

Tất cả tải trọng nằm trong tổ hợp cơ bản và đặc biệt là những tải trọng tiêu chuẩn. Tơng ứng
với các tiêu chuẩn hiện hành, tính toán tĩnh học của công trình ngầm đợc tiến hành theo tải trọng
tính toán, giá trị của chúng xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn của nó với hệ số v ợt tải tơng
ứng.
R
P
= R
H
k
i
(2.75)
Hệ số vợt tải k
i
đợc chia nhỏ cho từng loại tải trọng cũng nh cho từng tổ hợp tải trọng. Đối với
cùng loại tải trọng trong giới hạn nhất định của đờng ngầm, các hệ số vợt tải đợc lấy nh nhau. Hệ số
vợt tải đối với tải trọng tạm thời đợc xác định dựa vào loại tổ hợp tải trọng bảng 2.7.
Bảng 2.7. Hệ số vợt tải đối với tải trọng tạm thời
Tải trọng
Hệ số vợt tải k khi tổ hợp tải trọng
Cơ bản Đặc biệt
Tải ôtô H30 1,4 1,0
Bánh xe HK-80 1,2 -
Tải đờng sắt XK-14
Có chất tải 1,1-1,3* 0,7
Không có tải 1,0 -
Tàu điện ngầm 1,3 -
Tải máy bay
Đờng băng và đờng lăn 1,0 -
Phần giữa đờng băng 0,85 -
Đoàn ngời 1,4 -

Tải xây dựng 1,4 -
Tải động đất 1,3** 1,0
* Hệ số vợt tải phụ thuộc vào chiều dài chất tải

là 1,3 khi

= 0; 1,15 khi

= 50m; 1,1 khi

> 150m (xem công thức 2.42).
** Giá trị hệ số vợt tải đối với tải trọng xây dựng khi cần phải điều chỉnh có xét đến điều kiện
tại chỗ theo công nghệ thi công.
Hệ số vợt tải đối với một số tải trọng thờng xuyên cho trong (bảng 2.8).
22
Bảng 2.8. Hệ số vợt tải đối với một số tải trọng thờng xuyên
Tải trọng
Hệ số
vợt tải k
Tải trọng
Hệ số
vợt tải k
1 2 1 2
Trọng lợng riêng kết
cấu
Kim loại
Bê tông, BTCT, gạch đá,
gạch đá cốt thép và gỗ
Các lớp cách ly, làm
phẳng, hoàn thiện (tấm, vật

liệu băng cuộn, đất đắp, vữa
) đợc thực hiện:
Trong điều kiện nhà
máy
Trên công trờng
Trong trạng thái tự nhiên
Trạng thái đắp
áp lực ngang cơ bản của
đất lên tờng
áp lực ngang bổ sung
của đất do độ nghiêng của lớp
đất gây nên
áp lực ngang bổ sung
của đất do tải trọng cố định
trên mặt đất gây nên
áp lực ngang bổ sung
của đất do tải trọng tạm thời
trên mặt đất gây nên (các máy
móc nâng chuyển, vật liệu xếp
chồng)
1,05 (0,9)
1,1 (0,9)
1.2 (0,9)
1,3 (0,9)
1,1 (0,9)
1,15 (0,9)
1,1 (0,9)
1,1 (0,9)
1,0
1,2

Trọng lợng bản thân nền đờng sắt
Tải trọng phơng tiện vận chuyển trên
đờng sắt (XK):
Tác động thẳng đứng
Tác động nằm ngang
Từ các phơng tiện vận chuyển ô tô
(AK)
Tải trọng máy kéo(HK80) và bánh
xích T-60 và tác động của chúng
Lực kéo của neo
Tải trong động đất
áp lực chủ động của đất:
+ Khi tạo thành vòm:
Thẳng đứng
Nằm ngang
+ Từ khối đất hở:
Thẳng đứng
Nằm ngang
Từ trọng lợng của cột đất:
Thẳng đứng
Nằm ngang
Phản lực của đất (lực kháng đàn hồi)
Lắp ghép
áp lực thuỷ tĩnh
Kết cấu ứng suất trớc
áp lực từ lớp cách nớc, từ các lớp bảo
vệ khác cũng nh từ áo đờng của phần đờng
xe chạy và các vỉa hè.
1,3 (0,9)
1,3

1,2
1,2
1,15-1,2
1,1
1,0
1,5
1,8(1,2)*
1,4
1,2
1,1
1,3(0,9)
1,2(0,8)
1,1(0,9)
1,1(0,9)
1,3(0,7)
1,5(0,9)
Trong ngoặc cho giá trị các hệ số vợt tải cần chọn khi giảm giá trị tải trọng dẫn đến
tải bất lợi cho kết cấu.
Giá trị trong ngoặc sử dụng trong các trờng hợp, khi sự giảm tải trọng làm kém đi
điều kiện làm việc của kết cấu.
Giá trị trong ngoặc sử dụng trong các trờng hợp, khi sự giảm tải trọng làm kém đi
điều kiện làm việc của kết cấu
Chơng III. tính toán kết cấu tờng chắn cho hố đào sâu
3.1. Khái niệm chung.
Yếu tố có tính chất quyết định khi dự kiến sơ đồ tính toán tờng công trình ngầm là: sơ đồ kết
cấu công trình; hình dáng công trình trên mặt bằng và mặt cắt; phơng pháp thi công công trình (hở,
kín v.v.); trình tự thi công công trình; vật liệu tờng; công nghệ thi công tờng; kết cấu khung và các
23
chi tiết trụ (sờn, khung, giằng chống, neo), đảm bảo ổn định và độ bền của tờng; các giải pháp kết
cấu liên kết tờng với các chi tiết khác của công trình.

Hình dáng công trình ngầm trên mặt bằng thờng là chữ nhật (h.3.1a,b), hình tròn (h.3.1c) cũng
có thể là hình đa giác, hình ô van. Hình dáng trong mặt cắt - hình tròn, chữ nhật, vòm.
Tờng công trình ngầm có thể là tờng chịu lực (chủ yếu là tờng bên ngoài tiếp xúc với nền đất)
và không chịu lực (tờng ngăn).Tờng không chịu lực chỉ tiếp nhận tải trọng bản thân, còn tờng chịu
lực, ngoài tải trọng bản thân, chúng còn tiếp nhận áp lực ngang của nền đất xung quanh, áp lực nớc
ngầm, tải trọng từ sàn, mái, hoặc các phần khác của công trình trên mặt đất.
Yếu tố quan trọng ảnh hởng đến điều kiện làm việc của tờng - sự tồn tại của các chi tiết gối đỡ
đảm bảo cờng độ và ổn định tờng, cũng nh trình tự đa các chi tiết gối đỡ vào làm việc trong quá
trình thi công công trình. Trong các công ngầm không có khung, độ ổn định của tờng có thể đợc
đảm bảo nhờ: các vì chống neo và giằng chống cố định hoặc tạm thời; ngàm phần dới tờng trong
khối đất; khung và sờn phân phối độ cứng, tờng chống v.v. Thông thờng chúng đợc sử dụng tổ hợp
chi tiết gối đỡ các loại khác nhau. Trong các công trình có khung, trong quá trình xây dựng tờng sử
dụng cả các cơ cấu chống tạm thời. Ví dụ, khi thi công bằng phơng pháp tờng trong đất theo công
nghệ từ dới lên trên, hố đào đợc đào ngay toàn bộ chiều sâu và do các chi tiết gối đỡ khung không
tồn tại trong thời gian đó, độ ổn định và độ bền tờng đợc đảm bảo nhờ các giằng chống tạm thời
hoặc neo.
Sơ đồ tính toán tờng phụ thuộc vào kích thớc tơng đối của các cạnh tờng. Đối với các công
trình chữ nhật, tờng sẽ làm việc trong điều kiện biến dạng phẳng, nếu chiều dài L của chúng vợt quá
chiều cao H trên 3 lần. Lúc đó tờng đợc tính nh sơ đồ dầm có chiều rộng 1m cắt theo cạnh ngắn của
tờng. Đoạn đó đợc tính toán theo sơ đồ tờng chắn chịu uốn trong mặt phẳng đứng. Nếu tỷ lệ chiều
dài tờng với chiều cao nhỏ hơn 3, cần xét đến uốn cả trong mặt phẳng ngang.
Xét đến các đặc điểm nêu trên, đối với các tờng đứng công trình hình chữ nhật, hình tròn hoặc
đa giác trong mặt bằng ngời ta chia ra 4 sơ đồ tính toán cơ bản cho tờng nh sau [7]:


H 3.1. Kết cấu công trình ngầm: a. một nhịp; b. hai nhịp; c. dạng tròn
1. cột biên; 2. mái; 3. sàn trung gian; 4. bản đáy; 5. móng; 6. lớp cách nớc; 7. "tờng trong
đất"; 8. cột.
1. Sơ đồ tờng chắn công xôn mềm, độ ổn định của nó đợc đảm bảo nhờ ngàm phần dới của
nó trong đất;

2. Sơ đồ tờng chắn mềm nhiều nhịp, độ ổn định của nó đợc đảm bảo nhờ ngàm phần dới của
nó trong đất và các chi tiết gối tựa ở phần trên (giằng chống, neo);
3. Sơ đồ vòng tròn hoặc đa giác khép kín (trong mặt bằng), độ ổn định của chúng đợc đảm
bảo nhờ độ cứng không gian của công trình.
4. Sơ đồ vòng tròn hoặc đa giác khép kín (trong mặt bằng), độ ổn định của chúng đợc đảm
bảo nhờ độ cứng không gian của công trình và các chi tiết gối trụ bổ sung.
Tờng công trình đợc tính toán theo các sơ đồ khác nhau phụ thuộc vào giai đoạn và phơng
pháp thi công, công nghệ thi công và vật liệu tờng.
Ví dụ khi thi công công trình ngầm nhiều tầng có khung toàn phần bằng phơng pháp tờng
trong đất với biện pháp từ trên xuống dới, tờng đợc tính toán theo giai đoạn đào đất (h.3.2). Đầu
tiên tờng đợc tính toán theo sơ đồ I khi độ sâu hố đào cần thiết để xây dựng trụ tầng trên (h.3.2a).
Sau đó tính toán tờng theo sơ đồ 2 khi độ sâu hố đào cần thiết để xây dựng trụ tầng thứ 2 (h.3.3). T-
ờng đợc tính toán nh tờng chắn mỏng một neo. Tiếp theo thực hiện các công việc tơng tự cho đến
24
khi hố đào đạt độ sâu thiết kế. Tờng trong trờng hợp này đợc tính toán hoặc theo sơ đồ dầm liên tục
tựa trên một số gối tựa chịu áp lực ngang hoặc theo sơ đồ 4 có xét đến độ cứng không gian của công
trình (dựa trên các chơng trình máy tính).
Dới đây ta xem xét các phơng pháp tính toán đơn giản, có tính chất cơ sở.
3.2. Tính toán tờng công xôn
Sơ đồ tính toán tờng mềm công xôn đợc dùng để đánh giá cờng độ và ổn định tờng cừ cho hố
đào cũng nh tờng công trình ngầm thi công bằng phơng pháp tờng 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 công trình ngầm bằng phơng pháp lộ thiên, phụ
thuộc vào độ sâu ngàm tờng vào nền đất, theo điều kiện ổn định, có thể xảy ra 2 trờng hợp sau đây:
1. Trờng hợp tờng có độ ngàm tối thiểu vào nền đất (khi thi công công trình ngầm một tầng).
Trong trờng hợp này, nhiệm vụ tính toán là xác định chiều sâu ngàm tối thiểu và chiều dày tờng
đảm bảo cờng độ và ổn định của chúng. Trong đó giả thiết rằng sự cân bằng tĩnh học của tờng 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 cờng 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 tờng.

2. Trờng hợp tờng có độ ngàm d vào nền đất thờng gặp khi xây dựng tầng trên cùng của công
trình ngầm nhiều tầng hoặc tờng hạ vào đất thấp hơn đáy hố đào để ngàm trong lớp bền nớc. Nhiệm
vụ tính toán là đánh giá cờng độ của tờng.
Trong trờng 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 bầng giới hạn. Chúng đợc xác định
từ điều kiện tác động tơng hỗ của tờng với khối đất có xét đến chuyển vị thực của tờng và tính chất
biến dạng của đất.
Tính toán tờng mềm ( công xôn) có độ sâu ngàm tối thiểu
Phơng pháp tính toán giải tích đơn giản để xác định độ sâu ngàm tối thiểu cho tờng công xôn
là dựa trên giả thuyết rằng, biến dạng xoay trong đất xung quanh điểm 0 nằm tại độ sâu f=0,8t ( f-
độ sâu ngàm ; t- độ sâu tờng nằm trong đất) (h.3.2). Trong đó, áp lực chủ động của đất tác dụng từ
cạnh phía sau lên tờng cao hơn điểm 0, còn từ mặt trớc 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 tờng
không tính đến.
Điều kiện cân bằng của tờng là tổng mô men đối với điểm 0 bằng không. Từ điều kiện đó xác
định đợc chiều sâu ngầm cần thiết của tờng thấp hơn đáy hố đào.
Đối với đất đồng nhất, áp lực chủ động và bị động đợc tính theo công thức (2.1) và (2.2) có kể
đến áp lực chủ động đối với đất dính chỉ bắt đầu tác dụng từ chiều sâu h
C
, xác định theo công thức
(2.5).
Giá trị áp lực chủ động cực đại tại điểm 0 bằng:

ah MAX
= [(h + f) +q]
ah
- Ctg.(1-
ah
) (3.1)
Phản lực bị động tại độ sâu đáy hố đào bằng:

ph1
= C.tg.(
ph
-1) (3.2)
còn tại điểm 0:

ph2
= C.tg.(
ah
-1) + f
ph
(3.3)
trong đó: , , C- các thông số của đất để tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (
I
,

I
, C
I
).
Tiếp theo là xác định tổng hợp lực của áp lực chủ động
E
I
=0,5
ah MAX
(h + f - h
C
) (3.4)
Và cánh tay đòn tác dụng cuả nó đối với điểm 0

r
1
=
)(
3
1
C
hfh +
(3.5)
Biểu đồ áp lực bị động đợc chia ra thành phần hình chữ nhật và hình tam giác. Tổng hợp lực
cân bằng phần hình chữ nhật E
2
=
ph1
.f, còn cánh tay đòn tác động của nó r
2
=0,5.f. Tổng hợp lực
cân bằng phần hình tam giác E
3
=0,5(
ph2
-
ph1
).f, còn cánh tay đòn tác động của nó r
3
= 1/3f.
25