Báo cáo tiểu luận môn học tường chắn đất thiết kế tường trọng lực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN ĐỊA CƠ – NỀN MÓNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
MÔN HỌC TƯỜNG CHẮN ĐẤT
--------------------------------------

DESIGN OF GRAVITY WALLS
(EUROCODE 7)
GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Nhóm thực hiện
1.
2.
3.
4.

TRẦN QUANG HUY
TRẦN NGỌC TUẤN
PHAN THƯỢNG KHẢI
TÔ LÊ HƯƠNG

Tháng 03.2016

1570063
1570053
7140077
1570160


MỤC LỤC

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ EUROCODE .............................................................. 4
1.1

KẾT CẤU TIÊU CHUẨN EUROCODE .................................................................................... 4

1.2

CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE ............................................. 5

1.2.1

Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) ...................................................................................... 5

1.2.2

Trạng thái giới hạn sử dụng(SLS) ....................................................................................... 9

1.3

TÁC ĐỘNG............................................................................................................................. 10

1.4

CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ TIỆM CẬN ....................................................................... 11

1.4.1

Phƣơng pháp thiết kế tiệm cận 1 ....................................................................................... 11

1.4.2

Phƣơng pháp thiết kế tiệm cận 2 ....................................................................................... 13

1.4.3

Phƣơng pháp thiết kế tiệm cận 3 ....................................................................................... 14

CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC ...................................................... 15
2.1

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN (BEARING) ....................................................................... 16

2.2

KIỂM TRA TRƢỢT (SLIDING) ............................................................................................. 17

2.3

KIỂM TRA LẬT (TOPPLING)................................................................................................ 18

CHƢƠNG 3 BÀI TOÁN ÁP DỤNG ............................................................................ 19
3.1

ĐỀ BÀI TOÁN ........................................................................................................................ 19

3.2

TÓM TẮT SỐ LIỆU ................................................................................................................ 20

3.3

TÍNH TOÁN VÍ DỤ ................................................................................................................ 20

3.3.1

Thiết kế tiệm cận 2 (DA2) ................................................................................................ 20

3.3.2

Thiết kế tiệm cận 3 (DA3) ................................................................................................ 25

1


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

1-1 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 1 ....................................................... 12
1-2 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 2 ....................................................... 13
1-3 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 3 ....................................................... 14
3-1 Tóm tắt thông số của tường chắn..................................................................... 20

3-2 Tóm tắt thông số vật liệu ................................................................................. 20
3-3 Tóm tắt số liệu của hoạt tải ............................................................................. 20

2


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Sơ đồ cấu trúc tiêu chuẩn Eurocode ................................................................... 5
Hình 1-2 Minh hoạ phá hoại do mất cân bằng tĩnh (EQU) ................................................ 6
Hình 1-3 Lưu đồ kiểm tra cân bằng tĩnh (EQU) ................................................................. 6
Hình 1-4 Minh hoạ phá hoại trong kết cấu (STR) và đất (GEO) ........................................ 6
Hình 1-5 Lưu đồ kiểm tra STR ........................................................................................... 7
Hình 1-6 Minh hoạ trường hợp cần kiểm tra đẩy nổi (UPL) .............................................. 7
Hình 1-7 Minh hoạ trường hợp cần kiểm tra đẩy trồi do dòng thấm trong đất (HYD) ........ 8
Hình 1-8 Các thành phần trong bài toán kiểm tra HYD ..................................................... 8
Hình 1-9 Lưu đồ kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) ............................................. 9
Hình 1-10 Các loại tác động vào công trình .................................................................... 10
Hình 1-11 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 1 – Tổ hợp 1... 11
Hình 1-12 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 1 – Tổ hợp 2... 12
Hình 1-13 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 2 .................... 13
Hình 1-14 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 3 .................... 14
Hình 2-1 Áp lực đất tác dụng lên một tường chắn bằng bê tông có gia cường. ................ 15
Hình 2-2 Sức kháng nghiêng, kháng lệch tâm đối với tác động lên tường bê tông gia cố. 16
Hình 2-3 Một số ví dụ về trạng thái tới hạn của tường trọng lực dạng chữ L và chữ T .... 18
Hình 3-1 Tường trọng lực dạng chữ T với đất đắp khô .................................................... 19

3

CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ EUROCODE
1.1 KẾT CẤU TIÊU CHUẨN EUROCODE
Bộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác.
Bộ tiêu chuẩn này đƣợc chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc gia sử
dụng Eurocode. Nội dung tổng quan về bộ Eurocode này nhƣ sau
Eurocode – Cơ sở thiết kế kết cấu (EN 1990): bao gồm những nguyên tắc và những
yêu cầu về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu; cung cấp những yêu cầu
cơ bản để thiết kế và kiểm tra; đƣa ra những chỉ dẫn về độ tin cậy của công trình.
Eurocode 0 này là nền tảng cho toàn bộ Eurocode.
Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hƣớng dẫn sử dụng
tác động trong thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác, bao gồm những công trình
liên quan đến đất nền.
Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết
kế bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho công trình nhà và các công trình dân dụng
khác
Eurocode 3 – Thiết kế kết cấu thép (EN 1993): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế
các loại kết cấu thép trong các công trình nhà và công trình dân dụng khác.
Eurocode 4 – Thiết kế kết cấu hỗn hợp bê tông và thép (EN 1994): tiêu chuẩn này
dùng để thiết kế hỗn hợp bê tông và thép của kết cấu hay bộ phận kết cấu công trình nhà
và các công trình xây dựng dân dụng khác.
Eurocode 5 – thiết kế kết cấu gỗ (EN 1995): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế kết
cấu gỗ và những sản phẩm đƣợc làm từ gỗ cho công trình nhà và các công trình xây dựng
dân dụng khác.
Eurocode 6 – Thiết kế kết cấu khối xây (EN 1996): thiết kế toàn bộ khối xây cho
kết cấu và các phần tử kết cấu của nhà và các công trình dân dụng khác.
Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật (EN 1997): bao gồm những yếu tố liên quan

đến đất nền khi thiết kế nhà và các công trình dân dụng.
Eurocode 8 – Thiết kế kết cấu chịu động đất (EN 1998): dùng để thiết kế và thi
công các công trình nhà và công trình dân dụng khác trong vùng có động đất. EN 1998
cung cấp thêm những qui tắc thiết kế nhằm hỗ trợ thêm những tiêu chuẩn về độ bền cho
bê tông, thép, và các loại vật liệu khác.
Eurocode 9 – Thiết kế kết cấu nhôm (EN 1999): bao gồm việc thiết kế các bộ phận
kết cấu nhôm của nhà và các công trình dân dụng.

4


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

Hình 1-1 Sơ đồ cấu trúc tiêu chuẩn Eurocode
CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE
Thiết kế nhà và các công trình dân dụng theo Eurocode là thiết kế theo trạng thái
giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và trạng thái
giới hạn sử dụng (SLS). Quan niệm nền tảng của trạng thái giới hạn là xác định hoặc là an
toàn (mức độ đủ an toàn, còn sử dụng đƣợc) hoặc là không an toàn (phá hoại, không còn
sử dụng đƣợc).

1.2

1.2.1 Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)
Trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến sự sụp đổ và những hình thức phá hoại
kết cấu tƣơng tự khác, trạng thái này cũng liên quan đến độ an toàn của con ngƣời và
của kết cấu.
EN 1990 xác định ba loại trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) cần kiểm tra khi thiết
kế kết cấu, bao gồm: sự mất cân bằng của toàn bộ công trình, của đất nền khi giả định là
cứng tổng thể (EQU); phá hoại do biến dạng dƣ, chuyển đổi cơ cấu làm việc của hệ kết

cấu, đứt gãy, hoặc mất ổn định (STR) và phá hoại do mỏi hoặc hiệu ứng thời gian (hay
hiện tƣợng lão hóa của vật liệu) (FAT). Đối với đất nền, trạng thái giới hạn cực hạn
(ULS) bao gồm: sự phá hoại hoặc biến dạng dƣ của đất nền (GEO), trong đó cƣờng độ
của đất hoặc đá đóng vai trò quan trọng để tạo ra độ bền; sự mất cân bằng của kết cấu
hoặc của đất nền do đẩy nổi bởi áp lực nƣớc hoặc những tác động theo phƣơng đứng
khác (UPL); hiện tƣợng đẩy trồi, ăn mòn nội tại và sự xói ngầm trong đất do gradient
thủy lực (HYD).

5


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

Kiểm tra cân bằng tĩnh (EQU)

Hình 1-2 Minh hoạ phá hoại do mất cân bằng tĩnh (EQU)
Sự mất cân bằng tĩnh của kết cấu phụ thuộc vào tác động (bao gồm độ lớn và cách
thức phân bố), không phụ thuộc vào cƣờng độ của vật liệu. Trạng thái EQU sẽ không
xảy ra khi hệ quả tác động thiết kế gây mất cân bằng (mất ổn định tổng thể) Ed,dst nhỏ
hơn hoặc bằng hệ quả tác động thiết kế cân bằng (ổn định tổng thể) Ed,stb:

Hình 1-3 Lưu đồ kiểm tra cân bằng tĩnh (EQU)
Kiểm tra phá hoại trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR)

Hình 1-4 Minh hoạ phá hoại trong kết cấu (STR) và đất (GEO)
Trạng thái giới hạn STR bao gồm phá hoại nội tại hay chuyển vị lớn của kết cấu
hoặc phần tử kết cấu, khi đó cƣờng độ của vật liệu kết cấu đóng vai trò quan trọng để

6

CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

chống lại STR. Để trạng thái giới hạn STR không xảy ra thì hệ quả tác động thiết kế E d
phải nhỏ hơn hoặc bằng độ bền thiết kế tƣơng ứng Rd:

Hình 1-5 Lưu đồ kiểm tra STR

Kiểm tra mỏi (FAT)
Đối với vật liệu, trạng thái giới hạn mỏi (FAT) là hiện tƣợng lão hóa và sự phá
hoại kết cấu cục bộ xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng lặp. Trạng thái mỏi thƣờng xảy ra
đối với kết cấu đƣờng, cầu hay công trình có độ mảnh lớn chịu tác động của tải gió.
Kiểm tra đẩy nổi (UPL)

Hình 1-6 Minh hoạ trường hợp cần kiểm tra đẩy nổi (UPL)
Trạng thái giới hạn cực hạn UPL, do lực đẩy nổi liên quan đến tác động theo
phƣơng đứng, nên cần phải kiểm tra độ ổn định của kết cấu khi xảy ra hiện tƣợng này
theo bất phƣơng trình sau:
Vd,dst  Gd,dst Qd,dst  Gd,stb  R d
Theo Eurocode 7 thì tổng tác động thiết kế theo phƣơng đứng (bao gồm tĩnh tải
Gd,dst và hoạt tải Qd,dst) không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân của kết cấu Gd,stb
và độ bền thiết kế Rd (là đại lƣợng tham gia tạo nên độ ổn định cho kết cấu nhƣ các
thông số đất nền,…).

7


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

Lƣu ý: Giá trị thiết kế phải áp dụng hệ số riêng từ giá trị đặc trƣng, mà giá trị hệ số

riêng lại khác nhau, tùy thuộc vào loại tác động và cƣờng độ vật liệu, chẳng hạn hệ số
riêng cho vật liệu đất nền nhƣ γ= 1.25 ; γcu = 1.4, trong khi đó thì hệ số riêng áp dụng
cho tĩnh tải gây ổn định là γG,stb = 0.9. Chính vì đều này mà khi thiết kế, chúng ta cần
tách biệt giữa độ bền với tĩnh tải đứng gây ổn định kết cấu để có thể dễ dàng áp dụng hệ
số riêng cho phùhợp.
Kiểm tra đẩy trồi do dòng thấm trong đất (HYD):

Hình 1-7 Minh hoạ trường hợp cần kiểm tra đẩy trồi do dòng thấm trong đất (HYD)

Hình 1-8 Các thành phần trong bài toán kiểm tra HYD
Trạng thái giới hạn cực hạn HYD bao gồm các hiện tƣợng nhƣ đẩy trồi thủy lực, ăn
mòn nội tại và xóa ngầm trong đất do gradient thủy lực.
Các thành phần lực và trọng lƣợng bản thân,lực dòng thấm gây mất ổn định cột đất
8


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

Sd,dst không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân cột đất G’d,stb:

Sd,dst  G’d,stb
Các thành phần ứng suất và áp lực, áp lực nƣớc lỗ rỗng gây mất ổn định cột đất u d,dst
không đƣợc lớn hơn ứng suất tổng chống lại áp lực nƣớc này σd,stb:
ud,dst ≤ σd,stb
Áp dụng nguyên tắc ứng suất hữu hiệu của Terzaghi, bất phƣơng trình trên có thể sắp
xếp lại nhƣ sau:
d,stb  u d,dst  d'  0
1.2.2 Trạng thái giới hạn sử dụng(SLS)
Trạng thái giới hạn sử dụng liên quan đến điều kiện sử dụng thông thƣờng của
công trình. Đặc biệt, chúng liên quan đến công năng của công trình hoặc phần tử kết cấu,

mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và phƣơng thức thi công.
Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng SLS bằng cách tính toán hệ số tác động thiết
kế Ed (nhƣ: biến dạng, lún lệch, dao động,…) và sau đó so sánh với các giá trị giới hạn
Cd

Hình 1-9 Lưu đồ kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)
Lƣu ý: Trong cùng một hiện tƣợng hay sự kiện xảy ra, ngƣời thiết kế phải kiểm tra
trạng thái giới hạn sử dụng cho cấu kiện này và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạn
cực hạn cho cấu kiện khác. Chẳng hạn, khi xảy ra hiện tƣợng lún móng công trình khi
vƣợt qua giới hạn cho phép, ngƣời thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng cho
kết cấu móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cấu bên trên
cũng nhƣ kết cấu móng bên dƣới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kết cấu
công trình.

9


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

1.3

TÁC ĐỘNG

Hình 1-10 Các loại tác động vào công trình
Các tác động đƣợc chia thành
G : tải trọng thƣờng xuyên: trọng lƣợng công trình, trọng lƣợng do các thiết bị gắn
chết vào công trình, co ngót của cột, độ lún lệch, áp lực đất nền lên phần ngầm- tƣờng
chắn- công trình ngầm, áp lực nƣớc ứng với mực nƣớc thấp nhất,… và Gk của tải trọng
thƣờng xuyên đã xử lý.
Q: hoạt tải biến thiên hoặc hoạt tải không thƣờng xuyên gồm : hoạt tải trên sàn,

gió, nhiệt do nắng tác động lên mặt trên và mặt ngoài công trình, hoạt tải trên mái, và Qk
giá trị đặc trƣng của hoạt tải biến thiên đã xử lý.
A: đặc trƣng hoạt tải bất thƣờng, FA giá trị đặc trƣng của hoạt tải bất thƣờng đã xử
lý; tai nạn sập một phần công trình, va chạm với phƣơng tiện giao tông, đóng cọc gần, nổ
gần, động đất,….

10


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ TIỆM CẬN
Để đáp ứng cho các yêu cầu khác nhau, Eurocode 7 đƣa ra 3 phƣơng pháp thiết kế
tiệm cận cho

1.4

Phƣơng pháp thiết kế tiệm cận 1: đƣợc tiến hành tính toán song song hai tổ hợp hệ
số riêng phần cho hai biến (tải và sức chịu)
Phƣơng pháp thiết kế tiệm cận 2 và 3 áp dụng hệ số riêng phần của hai biến trong
một phép tính
1.4.1 Phương pháp thiết kế tiệm cận 1
Thiết kế theo tiệm cận 1 là kiểm tra độ tin cậy của nền đất theo 2 tổ hợp:
Tổ hợp 1: Chỉ áp dụng hệ số riêng phần cho tải trọng, còn sức kháng chịu và đặc
trưng của đất nền không có hệ số.
Các hệ số riêng sử dụng là A1, M1 và R1 hay A1‘+’M1‘+’R1, với ký hiệu ‘+’ là tổ hợp.
Trong đó, tất cả các hệ số riêng M1 và R1 đều bằng 1 và bỏ qua dung sai kích thƣớc
hình học (Δa=0).
Tổ hợp 2: Các hệ số riêng phần áp dụng cho sức kháng chịu, đặc trưng của đất
nền và các tải biến đổi, còn tải trọng không biến đổi thì không gán hệ số riêng.

Các hệ số riêng sử dụng là A2, M2 và R1 hay A2‘+’M2‘+’R1, với ký hiệu ‘+’ là tổ hợp.
Trong đó, tất cả các hệ số riêng R1 và A2 cho tải không biến đổi đều bằng 1 và bỏ qua
dung sai kích thƣớc hình học (Δa=0).

Hình 1-11 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 1 – Tổ hợp 1

11


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

Hình 1-12 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 1 – Tổ hợp 2

Bảng 1-1 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 1
Thiết kế tiệm cận 1
Tải thƣờng xuyên G
gF
Hoạt tải Q

Bất lợi

gG

Có lợi
Bất lợi

gG,fav

Có lợi

gQ,fav
g
gc’

Hệ số ma sát, ’
gM

Tổ hợp 1
M1

R1

A2
1

1
1.5

1
1.3

0

0

Tổ hợp 2
M2

1

1.25

Lực dính hữu hiệu, c'
Sức chông cắt không thoát nƣớc, c u gcu

1

1.25

1

1.4

gqu
gg
gRh

1
1

1.4
1

Cƣờng độ nén một trục, qu
Trọng lƣợng riêng, g
gR

gQ

A1

1.35

Sức kháng trƣợt, Rh
Sức chịu đứng, Rv

gRv

R1

1

1

1

1

12


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

1.4.2 Phương pháp thiết kế tiệm cận 2
Thiết kế theo tiệm cận 2 là kiểm tra về độ tin cậy của nền đất bằng cách sử dụng hệ
số riêng phần cho tải trọng hoặc sự ảnh hưởng của tải trọng cũng như đối với sức kháng,
và không sử dụng hệ số cho các đặc trưng của đất nền. Các hệ số riêng sử dụng là A1, M1
và R2 hay A1 ‘+’M1 ‘+’R2, với ký hiệu ‘+’ là tổ hợp.Trong đó, tất cả các hệ số riêng M1
đều bằng 1 và bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học (Δa = 0).

Hình 1-13 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 2

Bảng 1-2 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 2

gF

gM

Thiết kế tiệm cận 2
Bất lợi
Tải thƣờng xuyên G
Có lợi
Bất lợi
Hoạt tải Q
Có lợi
Hệ số ma sát, ’

gG,fav
gQ
gQ,fav
g
gc’

M1

0
1
1

gqu
gg
gRh

1
1

Sức kháng trƣợt, Rh
Sức chịu đứng, Rv

gRv

R2

1
1.5

Lực dính hữu hiệu, c'
Sức chông cắt không thoát nƣớc, c u gcu
Cƣờng độ nén một trục, qu
Trọng lƣợng riêng, g

gR

gG

A1
1.35

1

1.4
1.1

13


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

1.4.3 Phương pháp thiết kế tiệm cận 3
Thiết kế theo tiệm cận 3 là kiểm tra khả năng hoạt động của nền bằng cách áp
dụng hệ số riêng phần cho các tải công trình và đặc trưng của đất nền, còn sức kháng
chịu không có hệ số. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) sử dụng các hệ số A1 (tác động kết
cấu) hoặc A2 (tác động đất nền), M2 và R3 hay tổ hợp (A1 hoặc A2) ‘+’ M2 ‘+’ R3, với
ký hiệu ‘+’ là tổ hợp. Các hệ số cho độ bền R3 đều bằng 1.0, ngoại trừ độ bền chịu kéo
cọc là 1.1. Bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học Δa (Δa=0).

Hình 1-14 Lưu đồ kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế tiệm cận 3
Bảng 1-3 Các hệ số áp dụng cho thiết kế tiệm cận 3

gF

gM

Thiết kế tiệm cận 3
Bất lợi
Tải thƣờng xuyên G
Có lợi
Bất lợi
Hoạt tải Q
Có lợi
Hệ số ma sát, ’
Lực dính hữu hiệu, c'

Sức chông cắt không thoát nƣớc, c u
Cƣờng độ nén một trục, qu
Trọng lƣợng riêng, g

gR

Sức kháng trƣợt, Rh
Sức chịu đứng, Rv

gG
gG,fav
gQ
gQ,fav
g
gc’

A1
1.35

A2
1

1
1.5

1
1.3

0

0

M2

1.25
1.25

gcu

1.4

gqu
gg
gRh

1.4
1

gRv

Sức chịu tải ma sát của cọc chịu căng gR,st

R3

1
1
1.1

14

CHƢƠNG 2 – THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC

CHƢƠNG 2
THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC
Hình dƣới đây thể hiện những loại áp lực tác dụng lên tƣờng trọng lực chữ T, giả
định rằng có thêm 1 phụ tải q xuất hiện trên bề mặt và mực nƣớc ngầm nằm trên cao độ
hoàn thiện. Giả thiết rằng chân tƣờng đủ rộng để để vùng phá hủy theo Rakine nằm trong
vùng đất đắp (backfill) .

Hình 2-1 Áp lực đất tác dụng lên một tường chắn bằng bê tông có gia cường.
Tổng áp lực đất theo phƣơng ngang a tác dụng lên mặt tƣờng ảo tại độ sâu z đƣợc
xác định theo công thức:
z

a =  'a  u  K a (  gdz  q  u)  2c' K a  u
0

’a là áp lực đất hữu hiệu theo phƣơng ngang.
U là áp lực nƣớc lỗ rỗng tại độ sâu z.
Ka là hệ số áp lực đất chủ động.
G là trọng lƣợng riêng của khối đất đắp.
c’ là lực dính hữu hiệu.
q là phụ tải trên mặt đất.
Áp lực nƣớc lỗ rỗng đƣợc xác định nhƣ sau :
u  g w  (z  d w )
Trong đó:

Trong đó: dw là khoảng cách từ đỉnh tƣờng tới vị trí có mực nƣớc ngầm.
Trƣờng hợp áp lực nƣớc lỗ rỗng bằng 0 (khi tƣờng chắn nằm trên mực nƣớc ngầm):

z

a =  'a  u  K a (  gdz  q)  2c' K a
0

15


CHƢƠNG 2 – THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC

Từ đó, tổng hợp áp lực đất và áp lực do nƣớc thành 1 lực tập trung, tính toán nhƣ sau:
H

H

0

0

P' =   'a dz and U a   udz
a

Trong đó: H là chiều cao của phần tƣờng ảo (virtual plane) tính từ chân tƣờng. Cả 2
lực này đều là tải trọng gây bất lợi cho việc kiểm tra về ổn định, trƣợt và lật
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN (BEARING)
Eurocode 7 yêu cầu phần tải trọng thẳng đứng thiết kế Vd tác dụng lên phần đất nền
phía dƣới tƣờng trọng lực phải nhỏ hơn hoặc bằng khả năng chịu tải Rd của đất nền đó:
Vd  R d

2.1

Hoặc cũng có thể viết dƣới dạng: q Ed  q Rd
Trong đó: qEd là tải thiết kế tác dụng lên nền, qRd là khả năng chịu tải của đất nền.
Tải trọng thiết kế tác dụng lên phần nền dƣới chân tƣờng trọng lực đƣợc tính nhƣ
sau:
g G WGK   g Q,i  i VQK,i

WGK
  g Q,i i q QK,i
A'
A'
i
Trong đó:
WGk là trọng lƣợng bản thân (bao gồm cả phần đất đắp)
VQk là phần tải trọng đứng thay đổi đặt lên tƣờng
A’ là diện tích hữu hiệu của nền
gG và gQ là hệ số ảnh hƣởng của tải cố định và tải thay đổi
 là hệ số tổ hợp cho hoạt tải thứ i
Trọng lƣợng bản thân của tƣờng chắn là tổng trọng lƣợng các phần bao gồm phần
thân và phần chân, và cộng thêm với phần đất đắp bên trái mặt tƣờng ảo (Wstem, Wbase và
Wbackfill). Trong việc kiểm tra về khả năng chịu lực của đất nền (Bearing), những tải trọng
này đều thuộc nhóm tải trọng bất lợi nên nó sẽ đƣợc nhân với hệ số bất lợi tƣơng ứng.
q Ed =

i

 gG

Hình 2-2 Sức kháng nghiêng, kháng lệch tâm đối với tác động lên tường bê tông gia cố.

16


CHƢƠNG 2 – THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC

Sức chịu tải của đất nền trong đa số các trƣờng hợp đơn giản chỉ là lực thẳng đứng,
tuy nhiên đối với bài toán tƣờng chắn, lực này là lực xiên do sự tổng hợp từ áp lực ngang
(P’a, Ua) và phần trọng lƣợng bản thân. Điều này gây ảnh hƣởng bất lợi rất nhiều cho khả
năng chịu tải đất nền và phần tính toán cũng sẽ phức tạp hơn các bài toán thông thƣờng,
điều này sẽ đƣợc trình bày rõ hơn trong ví dụ.
KIỂM TRA TRƢỢT (SLIDING)
Eurocode 7 yêu cầu tải trọng ngang tác dụng lên mặt tƣờng ảo phải nhỏ hơn hoặc bằng
tổng sức kháng tải trọng ngang của đất nền phía dƣới đáy tƣờng chắn và áp lực đất bị
động.
Hd  R d  R pd  HEd  HRd

2.2

Trong đó: HEd là tải trọng ngang thiết kế ảnh hƣởng tới tƣờng chắn và HRd là
khả năng chống trƣợt của đất.
Tải trọng ngang thiết kế đƣợc xác định theo công thức:
Hd  HEd  Pad'  Uad
Trong điều kiện thoát nƣớc, độ lớn của sức kháng trƣợt đƣợc xác định nhƣ sau:
(WGd  U Gd )  tan d   g Q,i  i VQK,i
Rd =

i

g Rh



g G,fav WGk  g G UGk tan k

g Rh
g

Trong đó:

WGk là trọng lƣợng của tƣờng, bao gồm cả phần đất đắp
UGk là áp lực nƣớc đẩy nổi pgia1 dƣới chân tƣờng
k là góc ma sát giữa đất và chân tƣờng
gG,fav và gG là hệ số tải trọng có lợi và bất lợi
gRh là hệ số ảnh hƣởng về sức chống trƣợt
g là hệ số ảnh hƣởng của sức kháng cắt
Trong công thức này, trọng lƣợng bản thân tƣờng lại đƣợc xem là tải trọng có lợi vì
độ lớn của nó làm tăng khả năng chống trƣợt. Ngƣợc lại, áp lực nƣớc đẩy nổi đƣợc xem là
bất lợi vì nó làm giảm khả năng chống trƣợt của tƣờng chắn.
Công thức tính sức chống trƣợt trên, nếu đƣợc viết lại dƣới dạng việc sử dụng trọng
lƣợng riêng đẩy nổi sẽ là:
W 'Gd tan k
Rd 
g Rh
Nhƣ vậy thấy rằng chỉ có duy nhất 1 hệ số ảnh hƣởng tải trọng (có lợi gG,fav) cho
trọng lƣợng bản thân tƣờng chắn và điều này sẽ làm cho sức chống trƣợt của đất đƣợc
đánh giá cao hơn khả năng thực tế của nó. Chính vì vậy, việc sử dụng trọng lƣợng riêng
đẩy nổi theo cách truyền thống đƣợc khuyến cáo không nên áp dụng cho tính toán kiểm tra
trƣợt trong bài toán tƣờng trọng lực.
Tác dụng của phần phụ tải không đƣợc xét tới cho việc tính toán khả năng chống
trƣợt, vì đây là tải trọng không cố định nên thiên về an toàn, ta không xét đến nó.

17


CHƢƠNG 2 – THIẾT KẾ TƢỜNG TRỌNG LỰC

KIỂM TRA LẬT (TOPPLING)
Yêu cầu của việc đảm bảo về lật là moment gây lật Med,dst tác dụng vào điểm gốc chân
tƣờng (điểm O) phải nhỏ hơn hoặc bằng moment chống lật cũng tác dụng lên điểm O:
MEd,dst  MEd,stb

2.3

Lực gây nên moment mất ổn định bao gồm áp lực đất chủ động (P’a) và áp lực nƣớc
(Ua) sau tƣờng ảo và áp lực nƣớc đẩy nổi. Áp lực đất chủ động sẽ bao gồm luôn phần phụ
tải tác trên mặt đất đỉnh tƣờng.
Lực tạo ra moment giữ ổn định tƣờng bao gồm trọng lƣợng bản thân thân tƣờng
Wstem và chân tƣờng Wbase, cộng với trọng lƣợng phần đất đắp Wbackfill. Và cũng nhƣ phần
kiểm tra trƣợt, để xét trƣờng hợp nguy hiểm hơn, phần phụ tải cũng không đƣợc xét đến
khi tính moment giữ ổn đỉnh vì tải trọng này thuộc loại tải biến đổi.

Hình 2-3 Một số ví dụ về trạng thái tới hạn của tường trọng lực dạng chữ L
và chữ T

18


CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG

CHƢƠNG 3

BÀI TOÁN ÁP DỤNG
3.1
ĐỀ BÀI TOÁN
*** Tường trọng lực chữ T với đất đắp khô (tính toán không thoát nước - Xác định cường
độ không thoát nước (trạng thái giới hạn GEO) ***
Bài toán xem xét thiết kế một tƣờng trọng lực dạng chữ T với đất đắp khô, nhƣ hình 3.1.

Hình 3-1 Tường trọng lực dạng chữ T với đất đắp khô
Đề bài toán:
Một tƣờng trọng lực dạng chữ T đặt trên nền sét có cƣờng độ trung bình, thân tƣờng
dày t s 250 mm , đất đắp ở trƣớc tƣờng nằm cách đỉnh tƣờng H 3.0m . Một ống thoát
nƣớc đƣợc đặt ở gót tƣờng để giữ lớp đất đắp khô. Đáy tƣờng rộng B 2.7m , dày
t b 300mm , mũi tƣờng mở rộng một đoạn x 0.5m (bề rộng ngoài tƣờng) về phía trƣớc
thân tƣờng. Đáy chân tƣờng cách mặt đất tự nhiên một khoảng d 0.5m . Trọng lƣợng
kN
riêng của bê tông là g ck = 25 3 ( Bảng A.1 – theo EN 1991-1-1). Đất đắp có các đặc
m
trƣng cƣờng độ thoát nƣớc k  36o và c'k  0(kPa) .Trọng lƣợng riêng đất đắp
kN
g k = 18 3 . Lớp đất sét dƣới tƣờng có cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc
m
kN
cuk ,fdn  45kPa và trọng lƣợng riêng là g k,fdn = 22 3 . Hoạt tải phụ thêm qQk  10kPa đặt
m
ở đỉnh tƣờng cho các trƣờng hợp lâu dài và tức thời.

19


CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG

3.2

TÓM TẮT SỐ LIỆU

Bảng 3-1 Tóm tắt thông số của tường chắn
Tƣờng chắn chữ T
Thông số

Ký hiệu

Số liệu

Đơn vị

Bề dày tƣờng chắn

ts

0.25

m

Bề dày bản đế

tb

0.3

m

Bề rộng đế

B

2.7

m

Chiều cao đất đắp

H

3

m

Bề dày đất bị động

d

0.5

m

Phần mũi mở rộng

x

0.5

m

Bảng 3-2 Tóm tắt thông số vật liệu
Thông số vật liệu
Thông số

Ký hiệu

Số liệu
25

Góc ma sát trong của đất đắp

gCK
K

Đơn vị
kN/m3

36

độ

Lực dính hữu hiệu

c’K

0

Trọng lƣợng riêng đất đắp

gK

18

kPa
kN/m3

Trọng lƣợng riêng đất dƣới bản đế

gK,tdn

22

kN/m3

Sức chống cắt không thoát nƣớc

cuk,fdn

45

kPa

Trọng lƣợng riêng bê tông

Bảng 3-3 Tóm tắt số liệu của hoạt tải

Thông số

Hoạt tải

Thông số tải trọng
Ký hiệu
Số liệu
qQK
10

Đơn vị
kPa

3.3
TÍNH TOÁN VÍ DỤ
3.3.1 Thiết kế tiệm cận 2 (DA2)
Thông số hình học:
Chiều sâu đất đắp trƣớc tƣờng đào thêm không có trong kế hoạch

H  min(10%H,0.5m)  min(0.1 3m,0.5m)  0.3m
Chiều cao thiết kế sau khi kể thêm H :

20


CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG

Hd  H  H  3  0.3  3.3m
Bề rộng chân tƣờng trong:

b  B  t s  x  2.7  0.25  0.5  1.95m
Tác động:

Thành phần tác động thẳng đứng và moment quanh điểm O (mũi tƣờng) do trọng lƣợng
bản thân
Trọng lƣợng đáy tƣờng:

WGk1  g ck  B  t b  25  2.7  0.3  20.250

kN
m

Moment gây ra bởi đáy tƣờng đối với điểm O:

M k  WGk1 
1

B
2.7
kNm
 20.25 
 27.338
2
2
m

Trọng lƣợng thân tƣờng:

WGk  g ck  (H  d  t b )  t s  25  (3  0.5  0.3)  0.25  20
2

kN
m

Moment gây ra bởi thân tƣờng đối với điểm O:

kNm
t

 0.25

M k  WGk 2   s  x   20  
 0.5   12.500
m
 2

2

2

Trọng lƣợng do khối đất đắp sau lƣng tƣờng

WGk  g k  b  (H  d  t b )  18 1.95  (3  0.5  0.3)  112.320
3

kN
m

Moment gây ra bởi khối đất đắp sau lƣng tƣờng đối với điểm O:

MGk

WGk

3

b
2

3

ts

x

112.320

1.95
2

0.25

0.5

193.752

kNm
m

Tổng trọng lƣợng bản thân (đế tƣờng + thân tƣờng + đất đắp sau lƣng tƣờng):
3

WGk

WGk

i

WGk

1

WGk

2

WGk

3

20.250

20 112.320

152.570

i 1

kN
m

Tổng moment giữ ổn định (đế tƣờng + thân tƣờng + đất đắp sau lƣng tƣờng):

21


CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG
3

M Ek,stb

Mk

i

Mk

Mk

1

2

Mk

3

i 1

27.338 12.500 193.752

233.590

kN
m

Thành phần phụ tải (hoạt tải):

QQk

q Qk (B x)

10 (2.7 0.5)

22

kN
m

Tính chất vật liệu
Các hệ số riêng cho thông số đất nền (gM)
Hệ số riêng cho góc kháng cắt (Góc ma sát trong):

g  1

Hệ số riêng cho lực dính hữu hiệu:

gc  1

Hệ số riêng cho cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc: g cu  1
Góc ma sát (kháng cắt) thiết kế của đất đắp:
 tan( ck ) 
 tan(36o ) 

o
d  tan 1 
 tan 1 

  36
 g

1






Lực dính hữu hiệu của đất đắp:

c'k 0
c    0kPa
gc 1
'
d

Cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc thiết kế của sét dƣới đáy tƣờng:

cud,fdn 

cuk,fdn 45

 45kPa
g cu

1

Bề rộng tối thiểu của Rankine

bmin

 o 36o 
 o d 
 (H  d)  tan  45    (3  0.5)  tan  45 
  1.783m  b  1.95m
2 
2 


Ảnh hưởng của tác động

Hệ số riêng cho tác động (gF)
Hệ số riêng cho tĩnh tải ở điều kiện bất lợi:

gG = 1.35

Hệ số riêng cho tĩnh tải ở điều kiện có lợi:

gG,fav = 1

Hệ số riêng cho hoạt tải ở điều kiện có bất lợi: gQ = 1.5
Tác động theo phƣơng đứng:
22

CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG

Tải trọng bất lợi : Vd  g G  WGk  g Q  QQk  1.35 152.57  1.5  22  238.970
Tải trọng có lợi: Vd.fav  g G.fav  WGk  1152.570  152.570

kN
m

kN
m

Hệ số áp lực chủ động của đất đắp sau lƣng tƣờng chắn

1  sin(d ) 1  sin(36o )
Ka 

 0.2596
1  sin(d ) 1  sin(36o )
Áp lực chủ động (tác dụng gây trƣợt) và moment gây mất ổn định đối với điểm O
Áp lực chủ động do đắt đắp sau lƣng tƣờng:


K a  g K  (H  d) 2  
0.2596 18  (3  0.5) 2 
kN
Pad   g G 

1.35



38.638
 

2
2
m


 
1

Moment do tải Pad gây ra
1

kNm
Hd
 3  0.5 
Md  Pad  
  38.638 
  45.078
m
 3 
 3 
1

1

Áp lực chủ động do hoạt tải:

kN

Pad   g Q  K a  q Qk  (H  d)   1.5  0.2596 10  (3  0.5)   13.629
m
2

Moment do tải Pad gây ra đối với điểm O:
2

kNm
Hd
 3  0.5 
Md  Pad  
  13.629  
  23.850
m
 2 
 2 
2

2

Tổng lực gây trƣợt the:
2

H Ed   Pad  Pad  Pad  38.638  13.629  52.267
i

i 1

1

2

kN
m

Tổng moment gây mất ổn định:
2

M Ed,dst   Md  Md  Md  45.078  23.850  68.928
i 1

i

1

2

kNm
m

Sức kháng trượt
Hệ số độ bền riêng (gR) (xem đáy tƣờng làm việc nhƣ móng nông)
Hệ số độ bền cho sức kháng trƣợt
gRh = 1.1
Hệ số độ bền cho khả năng chịu đứng
gRv = 1.4
Sức kháng trƣợt không thoát nƣớc theo thiết kế:
23

CHƢƠNG 3 – BÀI TOÁN ÁP DỤNG

 B   45  2.7 
c
kN
H Rd   ud,fdn

  110.455
m
 g Rh   1.1 
Khả năng chịu tải
Moment giữ ổn định do trọng lƣợng bản thân (quanh mũi tƣờng) và hoạt tải:

t b
Bx 


M Ed,stb  g G  M Ek,stb  g Q  QQk   x  s

  g G  M Ek,stb  g Q  QQk   x 
2 
2 


 B x 
 2.7  0.5 
 g G  M Ek,stb  g Q  QQk  
  1.35  233.590  1.5  22  

2

 2 


kNm
 368.147
m
Độ lệch tâm của tải trọng:

 M Ed,dst   2.7 368.147  68.928 
B M
eB    Ed,stb


  0.098m
Vd
238.970

2
  2
Tải trọng nằm giữa một phần ba của móng do eB  0.098m 

B 2.7

 0.450m
6
6

Bề rộng và diện tích hữu hiệu là
B'  B  2eB  2.7  2  0.098  2.504m và A'  B'  2.504m

Đối với đất dính
1 
H
ic   1  1  ' Ed
A  cud,fdn
 2 

  1 
52.267  
    1  1 
   0.866 m
  2
2.504

45

 
 

Ứng suất tổng do trọng lƣợng bản thân tại đáy tƣờng do lớp đất trƣớc tƣờng gây ra:

vk,b  g k,fnd  (d  H)  22  (0.5  0.3)  4.4kPa
Sức chịu tải cực hạn của nền đất sét không thoát nƣớc dƣới đáy tƣờng:

q ult  (  2)  cud,fdn  ic  vk,b      2   45  0.866  4.4  204.768kPa
Sức chịu tải thiết kế của nền :

q Rd 

q ult 204.768


 146.263kPa
g Rv
1.4

Sức kháng lật
Moment kháng lật dùng để kiểm tra theo thiết kế chỉ xét đến tác dụng của tải trọng
bản thân:

24