Tiểu luận môn tường chắn đất thiết kế tường trọng lực dạng khối

GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

THIẾT KẾ TƯỜNG TRỌNG LỰC DẠNG KHỐI

-

Hình dưới thể hiện các loại áp lực tác dụng lên tường trọng lực dạng khối, giả sử
rằng phụ tải đặt tại bề mặt khối đất đắp và mực nước ngầm nằm phía trên chân
tường. Vì lưng tường hợp với phương đứng 1 góc θ, áp lực đất chủ động tác dụng
lên lưng tường cũng nghiêng 1 góc θ so với phương ngang.

-

Thành phần theo phương ngang σ’ah của tổng áp lực đất σ’ a tác dụng lên mặt lưng
tường tại độ sâu z tính từ mặt đất :

σ

'
ah

Trong đó

z


= K aγ  ∫ γ dz − u ÷÷+ K aq q − K acc '
0


Kaγ, Kaq, Kac - hệ số áp lực đất chủ động của khối lượng đất, phụ tải
và lực dính.
γ

- trọng lượng riêng của đất
Page 1


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

-

c’

- lực dính

q

- phụ tải

NHÓM 2

Áp lực nước lỗ rỗng u tác dụng lên lưng tường tại độ sâu z :
u = γ w ( z − dw ) ≥ 0
Trong đó

-

γw

- trọng lượng riêng của nước

dw

- độ sâu của mực nước ngầm

Thành phần theo phương ngang σ ah của tổng áp lực σa tác dụng lên mặt lưng tường
tại độ sâu z tính từ mặt đất :
σah = σ’ah + u

-

Theo phụ lục C – EN1999-1:
K aγ = K n × cosβ × cos ( β − θ )
K aq = K n × cos 2 β
K ac = ( K n − 1) × cot ϕ
Trong đó

Kn

- phụ thuộc vào góc chống cắt φ, góc giữa đất và tường δ, độ

dốc của đất β và góc nghiêng của lưng tường θ
-

Thành phần theo phương ngang (P’ah và Uah) của áp lực đất và nước (P’ a và Ua) tác
dụng lên lưng tường (2 thành phần này gây mất ổn định, trượt và lật) :
H

Pah' = ∫ σ ah' dz
0

H

U ah = ∫ udz
0

Trong đó
-

H

- chiều cao tường

Thành phần theo phương đứng (P’av và Uav) của áp lực đất và nước (P’a và Ua) tác
dụng lên lưng tường có thể được xác định dựa vào thành phần theo phương ngang
(các thành phần này gây mất ổn định, đồng thời chống trượt và lật cho tường) :
Page 2


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

Pav' = Pah' × tan(θ + δ )

U av = U ah × tan(θ + δ )
-

Việc tính toán sức chống trượt, lật và mất ổn định của tường chắn dạng khối tương
tự như tường chắn dạng chữ T, nhưng trọng lượng của tường chắn dạng khối
không bao gồm trọng lượng đất đắp. Thay vào đó, các thành phần lực theo phương
đứng của khối đất tác dụng lên tường được thay thế bằng tổng hợp của các lực
theo phương đứng P’av

1. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN (BEARING)
-

Việc tính toán chống mất ổn định cho tường chắn dạng khối tương tự như tường
chắn dạng chữ T

-

Tổng áp lực gây mất ổn định dưới chân tường
q Ed
Trong đó

'

 WGk + Pav,Gk
+ Uav,Gk
= γG 

A'


WGk


÷+ ∑ γ Q,iψ iq Qk,i
÷ i


- trọng lượng bản thân tường

P’av,Gk - thành phần theo phương đứng của áp lực đất
Uav,Gk - thành phần theo phương đứng của áp lực nước
qQk

- hoạt tải tác dụng lên đất phía sau tường

A’

- diện tích hữu hiệu của nền

γG, γQ - hệ số của tĩnh tải và hoạt tải
ψi
-

- hệ số tổ hợp của hoạt tải thứ i

Do trọng lượng bản thân của tường và đất đắp có tác dụng gây mất ổn định, trọng
lượng riêng của đất và tường được lấy với giá trị lớn hơn bằng cách nhân với hệ số
bất lợi

-

Ứng suất gây mất ổn định hữu hiệu dưới chân tường :
 U Gk 
' ÷
 A 

q 'Ed = q Ed − γ G 

Page 3


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

Trong đó

UGk

NHÓM 2

- ứng suất đẩy nổi lên đáy tường

2. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT (SLIDING)
-

Việc tính toán chống trượt cho tường chắn dạng khối tương tự như tường chắn
dạng chữ T

-

Ứng suất hữu hiệu của đất (P’a) là ứng suất gây trượt (bất lợi). Do đó cả 2 thành
phần theo phương đứng và phương ngang (P’ a,h và P’a,v) được xem như bất lợi và
giá trị thiết kế kế được nhân với hệ số γG

-

Áp lực nước Ua cũng là ứng suất gây trượt (bất lợi). Do đó cả 2 thành phần theo
phương đứng và phương ngang (Ua,h và Ua,v) được xem như bất lợi và giá trị thiết
kế được nhân với hệ số γG. Áp lực nước đẩy nổi (Uv) cũng là thành phần bất lợi

3. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT (SLOPING)
-

Việc tính toán chống lật cho tường chắn dạng khối tương tự như tường chắn dạng
chữ T

4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

4.1. ĐỀ BÀI
Tường trọng lượng dạng khối bê tông với đất đắp khô. Xác định cường độ (theo trạng

thái giới hạn CEO)

Page 4


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

Cho một tường chắn trọng lực dạng khối bê tông, bề rộng B = 2m, chiều cao H = 4m
được đặt trên đá cứng (bỏ qua việc tính toán mất ổn định nền). Đỉnh tường (đối xứng)
có bề rộng b = 1m. Trọng lượng riêng của khối bê tông γck = 24 kN/m3 (bảng A.1 tiêu
chuẩn EN 1991-1-1). Lớp đất sau tường có thông số cường độ thoát nước là φk = 36º,
c'k = 0 kPa, trọng lượng riêng γk = 19 kN/m3. Đất sau tường có góc chống cắt không
thay đổi φcv,k = 30º. Đặc trưng góc chống cắt của đá phía dưới tường φk,fdn = 40º. Đất
đắp phía sau tường có độ dốc theo tỉ lệ 1:4, tức là góc β = tan-1(1/4) = 14º. Phụ tải trên
mặt đất qQk = 10 kPa trong tường hợp dài hạn và ngắn hạn.
Tóm tắt
Chiều cao

H

4

m

Bề rộng đáy tường

B

2

m

Bề rộng đỉnh tường

b

1

m

Trọng lượng riêng bê tông

γck

24

kN/m3

Góc ma sát trong

φk

36

º

Lực dính

c'k

0

kPa

Trọng lượng riêng đất đắp

γk

19

kN/m3

Góc chống cắt của đất đắp

φcv,k

30

º

Góc chống cắt của đá dưới đáy

φk,fdn

40

º

Độ dốc của đất đắp

β

14

º

Phụ tải

qQk

10

kPa

4.2. TÍNH TOÁN
4.2.1. Thiết kế tiệm cận 1 (DA1)
- Kích thước hình học
Độ nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng

7.125 º
Page 5


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

Phần mở rộng của chân tường

0.5 m
- Tác động
Trọng lượng tường

144 kN/m
Moment đối với chân tường

144

kNm/
m

- Tính chất vật liệu
Hệ số tổ hợp
M1
M2

γφ =

1

γc =

1.25

Góc chống cắt thiết kế của đất đắp

36
30.17
Lực dính thiết kế hữu hiệu của đất đắp
Page 6

º

1
1.25


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

0

NHÓM 2

kPa

0

Tiêu chuẩn UK NA và BS EN 1997-1 cho phép φcv,d được chọn theo công thức
30

º

30
Đối với bê tông đổ tại chỗ
k =

1

Góc ma sát giữa đất và tường
30

º

30
Góc chống cắt thiết kế của đá dưới đáy tường

40

º

33.87
Góc ma sát giữa đá và tường
40

º

33.87

- Ảnh hưởng của tác động
Hệ số áp lực đất chủ động (dành cho thành phần ứng suất theo phương ngang)
(được tính toán theo phụ lục C - EN1997-1 và trong chương 12)
0.30
0.297
4
Kaγ =
Kaq =
Kac =
0.38
0.377
5
Hệ số tổ hợp
Page 7

0.942
1.032


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

A1

γG =

A2

Thông số của đất

1.35

NHÓM 2

γG,fav =

1

1
1

đắp
Lực đẩy thiết
kế

62.38

kN/m

58.52
Lực đẩy theo phương
đứng
47.22

kN/m

44.3
Moment đối với điểm chân tường

83.17

kNm/
m

78.03
Thông số của phụ
tải
Lực đẩy thiết
kế
17.82

kN/m

19.6
Lực đẩy theo phương
đứng
13.49
14.84
Page 8

kN/m

γQ =

1.5
1.3


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

Moment đối với điểm chân tường
35.64

kNm/
m

39.21
Tổng lực đẩy theo phương ngang (giá trị thiết kế)

80.2

kN/m

78.12
Tổng lực đẩy theo phương dọc (giá trị thiết kế)

60.71

kN/m

59.14
Tổng moment gây mất ổn định (giá trị thiết kế)

118.8

kNm/
m

117.2
Tác động bất lợi theo phương đứng
255.1

kN/m

203.1
Tác động có lợi theo phương đứng
204.7

Page 9

kN/m


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

NHÓM 2

203.1
- Sức chống trượt

Hệ số tổ hợp
R1
R1

γRh =

1

γRv =

1

1
1

Sức chống cắt thoát nước (g.trị thiết kế) (bỏ qua lực dính, theo EN 1997-1 exp 6.3a)

171.8

kN/m

136.4
- Sức chống lật
Moment chống lật thiết kế (quanh chân tường)
Do đất đắp

86.57

kNm/
m

81.21
Do phụ
tải

23.61
25.97
Do
tường
144
Page 10

kNm/

kNm/
m


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

144

NHÓM 2

m

Tổng giá trị thiết kế moment chống lật

254.2

kNm/
m

251.2
Độ lệch tâm của tải

0.469

m

0.341
Tải phải nằm trong giới giạn 1/3 bề rộng ở giữa đáy tường, do đó eB không được
lớn hơn giá trị B/6 =

0.333 m

- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
HEd =

80.2
78.1
2

171.8
kN/m

H'Rd =

136.4

kN/m

Góc sử dụng
46.69
%
57.29
Đối với lật
MEd,dst =

118.8 kNm/m

Page 11

MEd,stb

254.2 kNm/m


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

117.2

NHÓM 2

=

251.2

Góc sử dụng
46.74

%

46.67
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%
4.2.2. Thiết kế tiệm cận 2 (DA2)
- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
HEd =

80.2 kN/m

H'Rd =

156.2 kN/m

MEd,stb
=

254.3 kNm/m

Góc sử dụng

51.34 %
Đối với lật
MEd,dst =

118.7 kNm/m

Góc sử dụng

46.68 %
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%
4.2.3. Thiết kế tiệm cận 3 (DA3)
- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
Page 12


GVHD: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

TIỂU LUẬN:

EuroCode7_Geotechnical – Tường trọng lực dang khối

HEd =

78.2 kN/m

NHÓM 2

H'Rd =

136.4 kN/m

MEd,stb
=

251.4 kNm/m

Góc sử dụng

57.33 %
Đối với lật
MEd,dst =

117.3 kNm/m

Góc sử dụng

46.66 %
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%

TÀI LIỆU THAM KHẢO:





EuroCode7_Geotechnical;
PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn- Cơ Học Đất

PGS. TS. Bùi Trường Sơn- Địa chất công trình

Page 13