Luận văn thạc sĩ xây dựng Tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.03 MB, 102 trang )
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội
---------------------------------------
đỗ công sơn
tính toán tường trong đất sử dụng
panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho
tầng hầm nhà cao tầng khu vực hà nội
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
Hà Nội: 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội
-------------------------------------
đỗ công sơn
Khoá: 2008 2011. lớp: 2008x1
tính toán tường trong đất sử dụng
panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho
tầng hầm nhà cao tầng khu vực hà nội
chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
mã số: 60.58.20
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. đoàn thế tường
Hà Nội: 2011
Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS. TS. Đoàn Thế
Tường đã giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cám ơn sự quan tâm giúp đỡ của PGS. TS. Nguyễn Đức Nguôn đã chia
sẽ kinh nghiệm và đóng góp nhiều ý kiến quí báu trong quá trình thực hiện luận văn
này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong và ngoài trường, Anh (chị) tại
công ty bê tông Xuân Mai, trung tâm ứng dụng công nghệ mới VINACONEX, các
Anh (chị) khoá học trước và bạn bè đã giúp đỡ, cung cấp tài liệu để tôi hoàn thành
tốt luận văn theo đúng kế hoạch.
Lêi cam ®oan
T«i xin cam ®oan luËn v¨n nµy lµ do t«i thùc hiÖn. Toµn bé néi dung cña luËn v¨n
lµ do t«i thùc hiÖn díi sù híng dÉn khoa häc cña PGS. TS. §oµn ThÕ Têng.
1
Danh bảng biểu
stt
Tên hình vẽ
2.1
Tải trọng tác động lên tường chắn
27
3.1
Tổng hợp các chỉ tiêu địa chất
64
Trang
2
Danh mục hình vẽ
stt
1.1
Tên hình vẽ
Thi công khoan dẫn tại công trình Sukara Tower - 47
Trang
09
Vũ Trọng Phụng
1.2
Cấu tạo tường cừ bê tông dự ứng lực
13
1.3
Giữ ổn định bằng tường cừ bê tông dự ứng lực
13
1.4
ép âm cừ DƯL tại công trình Sakura Tower - Số 47 Vũ
13
Trọng Phụng
1.5
Định vị cừ khi ép công trình Sakura Tower - Số 47 Vũ
14
Trọng Phụng
1.6
Thi công đào đất tại công trình Sakura Tower - Số 47
14
Vũ Trọng Phụng
1.7
Cừ bê tông DƯL hình chữ H tại công trình Trung tâm
15
thương mại chợ Mơ - Hai Bà Trưng - Hà Nội
1.8
Thi công chống thấm tầng hầm tại công trình Sakura
15
Tower - Số 47 Vũ Trọng Phụng
1.9
Sự quan hệ giữa chuyển vị của kết cấu chắn giữ hố đào
19
và hư hỏng công trình lân cận
1.10
ảnh hưởng của bề rộng hố móng tới chuyển dịch ngang
20
cực đại của tường và độ lún cực đại của đất
1.11
Công nghệ thi công Semi top-down
24
1.12
Kê chắn thành hố đào và một số sơ đồ cấu tạo hệ thanh
25
chống.
2.1
Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo
33
2.2
Sơ đồ tính toán tường có một hàng neo
35
2.3
Biểu đồ rút gọn áp lực bên của đất lên tường chắn có
36
nhiều hàng neo.
2.4
Sơ đồ lực tác dụng vào tường cừ khi có các thanh neo
ứng suất trước
38
3
2.5
Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thân tường
39
trong quá trình đào đất.
2.6
Sơ đồ tính toán chính xác theo phương pháp Sachipana
40
2.7
Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi Nhật Bản
42
2.8
Sơ đồ tính theo phương phương pháp đàn hồi Nhật Bản
42
pháp đàn hồi sau khi sửa đổi lại
2.9
Sơ đồ tính toán theo phương pháp lực trục thanh chống,
43
nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào móng.
2.10
Sơ đồ tính toán theo phương pháp số gia
46
2.11
Sơ đồ tính toán chống trồi khi đồng thời xem xét cả
52
và c
2.12
Một trong những sơ đồ kiểm tra trào ống
54
2.13
Trồi đáy do nước có áp gây ra.
55
2.14
Các kiểu liên kết theo phương ngang.
58
2.15
Chống thấm cho mối nối
59
2.16
Cấu tạo tường bê tông chống thấm.
60
4
Mở đầu
* Tính chất cấp thiết của đề tài:
Do quỹ đất ngày càng hiếm, giá đất ngày càng cao nên hầu hết các thành phố lớn
trên thế giới đều có kế hoạch khai thác và sử dụng không gian ngầm đô thị vào các
mục đích khác nhau.
Công trình ngầm là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống hạ tầng kỹ thuật
đô thị. Tổ chức khai thác không gian ngầm đô thị để hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật
ngầm và tăng cường chất lượng cuộc sống cho con người là một bài toán cực kỳ
quan trọng.
Cũng như các thành phố khác trên thế giới, việc khai thác không gian ngầm là vấn
đề cấp bách đỗi với thành phố Hà Nội. Một trong những giải pháp xây dựng công
trình ngầm trong vùng xây chen và điều kiện nền đất yếu như khu vực Hà Nội thì
giải pháp
tường trong đất
là khá hợp lý. Sử dụng
tường trong đất
để bảo vệ
thành vách không những đảm bảo về mặt kỹ thuật, kinh tế mà còn đảm bảo về môi
trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó.
Tường trong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối cần phải thực hiện nhiều thao
tác khó khăn. Trong đó không phải lúc nào kết cấu tường cũng đạt được chất lượng
cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công không cao. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu
tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho tầng
hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội
là cần thiết.
* Mục đích nghiên cứu.
Từ việc nghiên cứu đề tài, tác giả muốn bổ sung, nâng cao kiến thức để làm rõ ưu
điểm của tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước so với tường
trong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối. Đồng thời, xác định bản chất và
nguyên nhân chính gây ra các sự cố, rút ra một số biện pháp giảm thiểu sự cố khi thi
công hố đào sâu cho tầng hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội sử dụng các tấm
panel bê tông ứng lực trước (BTƯLT) đúc sẵn.
5
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép BTƯLT cho tầng
hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội.
* phương pháp nghiên cứu:
Đọc tài liệu, tham khảo các công trình đã được thiết kế, thi công thực ở Việt
Nam và trên thế giới.
Sử dụng phần mềm plaxis của Hà Lan để tính toán các ví dụ cụ thể.
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Công nghệ
tường trong đất
là giải pháp tiên tiến trong việc xây dựng công
trình ngầm đô thị. Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng, việc sử
dụng panel lắp ghép BTƯLT là một bước phát triển mới trong kỹ thuật xây dựng. Sử
dụng panel lắp ghép BTƯLT làm tường trong đất cho phép giảm khối lượng làm đất,
giảm chi phí BTCT, giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng.
*) Cấu trúc của luận văn:
- Mở đầu
- Chương I: Tổng quan về tường trong đất
- Chương II: Cơ sở tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng
lực trước.
- Chương III: Tính toán tường tầng hầm sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực
trước.
- Kết luận và kiến nghị.
6
Chương I
Tổng quan về tường trong đất
I.1. Tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước.
I.1.1. Khái niệm về tường trong đất.
Tường trong đất là một loại kết cấu có tác dụng chắn giữ, đảm bảo cho việc thi
công hố móng đào sâu được an toàn, thuận lợi, nó chịu tác dụng chủ yếu là các tải
trọng ngang như áp lực đất, áp lực nước, tải trọng thi công. Tường trong đất có khi
chỉ có tác dụng chắn giữ cho công trình bên trong, cũng có khi là một bộ phận kết
cấu chính của công trình, tuỳ theo công năng sử dụng và độ sâu của hố móng mà ta
lựa chọn một trong các loại tường trong đất sau:
+ Tường bằng ximăng đất: Là cọc được làm từ ximăng trộn với đất, sau khi đóng
rắn lại sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng cho
loại hố đào có độ sâu 3-6m;
+ Cọc bản thép: Có mặt cắt chữ U và Z, sau khi hoàn thiện nhiệm vụ chắn giữ, có
thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 10m.
+ Cọc bản bê tông cốt thép có mặt cắt chữ U, C
dài 6-20m, dùng cho loại hố
móng có độ sâu 3 - 15m; ở nước ta đã sản xuất bản cọc bằng BTCT ứng suất trước.
+ Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Đường kính 600-1000 mm, cọc dài 1530m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, dùng cho loại hố móng có độ sâu 613m, có khi đến 25m.
+ Giếng chìm và giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền
được chuẩn bị đặc biệt, ta làm tường vây của công trình để hở ở phía trên và phía
dưới.
+ Tường liên tục trong đất: Làm bằng bê tông cốt thép, chiều dày của tường
thường từ 0,4 1,0m, chiều sâu thường từ 10 45m. Có thể làm tường bằng kết
cấu tấm BTCT lắp ghép. Tường liên tục trong đất có các ưu điểm sau:
Thân tường có độ cứng lớn, do đó, biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít,
vừa có thế dùng được trong kết cấu chắn giữ siêu sâu, lại có thể dùng trong kết cấu
lập thể (không gian).
7
Thích dụng trong các loại điều kiện đất nền khác nhau: Trong các lớp đất cát
cuội hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá khi cọc bản thép rất khó thi công
nhưng lại có thể dùng kết cấu tường liên tục trong đất được thi công bằng các loại
máy đào thích hợp để đào hào cho tường.
Có thể giảm bớt ảnh hưởng xấu đến môi trường trong thi công công trình. Khi thi
công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng đến các công trình xây dựng và
đường ống ngầm ở lân cận do dễ khống chế về biến dạng lún và chuyển vị.
Có thể thi công theo phương pháp ngược có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi
công, hạ thấp giá thành thi công.
Do các ưu điểm trên, kết cấu tường liên tục trong đất chủ yếu được dùng để làm
các đường ngầm dưới đất, tàu điện ngầm đặt nông, đường ô tô và bãi đậu ô tô ngầm.
Ngoài ra, phương pháp tường trong đất cũng dùng để làm móng (có chức năng như
cọc cọc Baret) và làm các tầng hầm của nhà ở và nhà dân dụng đặt sâu dưới đất
có chức năng công cộng như cửa hàng, hiệu ăn, quán cà phê, cũng như để làm công
trình đặt hệ thống thiết bị kỹ thuật đô thị làm trạm biến thế, trạm cấp và xử lý nước,
tường chắn .v..v.. Vì vậy, ở trong phạm vi của luận văn này, học viên đi sâu vào tìm
hiểu tường liên tục trong đất.
I.1.2. Tường trong đất ứng lực trước.
Tường trong đất đổ toàn khối thông thường có khả năng cách nước không cao.
Do đổ tại chỗ nên khó kiểm soát chất lượng, do đó, trong thời gian gần đây tường
panel lắp ghép được sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là tường panel lắp
ghép ứng lực trước.
Tường trong đất sử dụng panel lắp ghép ứng lực trước là tường bê tông cốt thép,
trong đó bê tông được tạo ra ứng suất trước để chống lại các vết nứt ở vùng kéo
trong panel dưới tác dụng của tải trọng bằng cách sử dụng kết hợp bê tông và cốt
thép cường độ cao, cốt thép sau khi buông sẽ tạo ra lực nén trong bê tông. Panel
được sản xuất trong nhà máy phải đảm bảo các yêu cầu theo đúng qui phạm trước
khi chuyển đến công trường để tiến hành ép làm tưòng trong đất.
8
*) Các phương pháp gây ứng suất trước:
- Công nghệ căng trước:
Công nghệ căng trước được thực hiện bằng biện pháp căng các loại cốt thép
cường độ cao đặt trong phạm vi khuôn đúc cấu kiện. Cốt đã được căng phải được
neo và chốt 2 đầu vào hai mố tuyệt đối cứng theo phương tác động của lực căng. Sau
đó tiến hành đổ bê tông. Khi bê tông đạt 80-90% cường độ chịu nén thiết kế mới
được cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo.
Công nghệ căng trước khi đổ bê tông thường được sử dụng trong các xưởng hoặc
bãi đúc các sản phẩm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trước trong các
công xưởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lượng được kiểm soát
chặt chẽ. Nếu bê tông được chưng hấp trong điều kiện nhiệt ẩm cao thì sau 24
đến 36 giờ bê tông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế. Nhờ ứng dụng công nghệ mới
này từ năm 2000 đến nay hàng loạt chung cư cao tầng và các nhà công nghiệp nhiều
tầng, các công trình công cộng như sân vận động, nhà để xe ngầm khẩu độ lớn đã
được Công ty Cổ phần bê tông và xây dựng Vinaconex Xuân Mai, sản xuất và lắp
dựng với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, năng suất, chất lượng cao.
Do kết cấu tường trong đất dùng panel lắp ghép được sản xuất theo công nghệ
căng trước nên ở luận văn này chỉ đi sâu vào công nghệ căng trước.
- Công nghệ căng sau:
Công nghệ căng sau được thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trước trong
kết cấu chỉ sau khi đổ bê tông đổ tại chỗ đạt cường độ ít nhất 80% cấp bền thiết kế.
Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết cấu nên còn được gọi
là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng cốt thép được thuận lợi, cốt căng
phải được luồn trong rãnh hoặc các loại ống chuyên dụng trước khi đổ bê tông.
Tuỳ thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và phương pháp thi công trong công
nghệ căng sau còn được phân biệt như sau:
+) Phương pháp căng ngoài kết cấu:
+) Phương pháp căng sau dùng cáp có bám dính (cáp để trần)
+) Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc)
+) Phương pháp gây ứng lực trước không toàn phần
9
*) Phạm vi áp dụng:
Công nghệ sử dụng các tấm panel lắp ghép bê tông ứng suất trước làm tường
trong đất đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã sử dụng ở Việt Nam. Các tấm
panel thường được sử dụng với các công trình có 2-5 tầng hầm, công trình có chiều
sâu tường dưới 20m. Ngoài ra, các tấm panel ứng suất trước còn được sử dụng rộng
rãi trong các công trình giao thông như đường hầm, tường chắn các công trình lộ
thiên,
*) Phương pháp thi công:
Khác với thi công tường trong đất bằng bê tông đổ toàn khối, với các panel lắp
ghép, tuỳ thuộc vào kích thước và hình dạng các tấm panel mà lựa chọn phương
pháp thi công cho thích hợp.
Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình vuông, có thể khoan
dẫn hướng trước khi sử dụng máy ép ép chúng vào trong đất.
Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình chữ nhật, có thể thi
công theo trình tự sau: sử dụng các máy gầu ngoạm để đào đất trong môi trường
huyền phù bentonite chống sập thành Cẩu cừ Thả cừ vào các hố đào đã được
định vị Xử lý các mối nối.
Hình 1.1: Thi công khoan dẫn tại công
trình Sukara Tower - 47 Vũ Trọng Phụng
10
Mét sè h×nh ¶nh vÒ c¸c panel bª t«ng øng suÊt tríc ®îc sö dông lµm têng trong
®Êt:
11
I.1.3. Tình hình sử dụng panel lắp ghép BTƯLT làm tường trong đất trên thế giới và
Việt Nam.
ở nước ta, cũng như nhiều nước trên thế giới ngày càng ứng dụng rộng rãi panel
lắp ghép BTƯLT làm tường trong đất. Các công trình tường trong đất thường gặp
như sau:
- Làm tường tầng hầm cho nhà cao tầng.
- Làm các công trình ngầm như: đường tàu điện ngầm, đường cầu chui, cống
thoát nước lớn, các ga ô gara lớn kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng đã được xây
dựng đầu tiên ở Matxcơva tô ngầm dưới đất,
- Làm kè bờ cảng, làm tường chắn đất,
.
Trên thế giới từ những năm 80 của thế kỷ trước đã có những công trình hố móng
đào sâu được xây dựng. Một vào năm 1983, gara trên được xây dựng ngầm bằng
phương pháp tường trong đất. Toà nhà Vĩnh Hoa Thượng Hải có quy mô 27
tầng, cao 99m, độ sâu chôn móng 10.6m, gồm 2 tầng hầm đã dùng tường cọc khoan
nhồi D600 sâu 21m, khoảng cách 850mm kết hợp với cọc ximăng đất 15m để chắn
giữ hố đào sâu 10.6m. Toà nhà Trung tâm tổ chức kinh doanh Quốc Gia Đài Loan
(Taipei National Enterprising Center) có 18 tầng trên mặt đất và 5 tầng hầm. Để
chắn giữ hố móng sâu 19.7m người ta đã dùng tường trong đất dày 0.9m sâu 35m.
12
Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố
đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu tường trong đất đến trên 40m. Toà
nhà Harhour View Tower (thành phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm,
có hố móng sâu 10m, đã dùng tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m. Toà nhà chung
cư trên lô đất N05 Trung Hoà - Nhân Chính gồm 29 tầng lầu và 3 tầng hầm, có hố
móng sâu 11.7m, đã dùng tường trong đất sâu 27m, dày 0,8m ..v..v
Ngoài ra, trong
xây dựng công nghiệp như nhà máy Apatit Lào Cai, nhà máy ximăng Bỉm Sơn hay
nhà máy điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen sâu đến 20m đẫ dùng tường
trong đất hay cọc khoan nhồi bê tông cốt thép để chắn giữ hố đào.
Trong thực tế, xây dựng tường trong đất từ BTCT toàn khối cần phải thực hiện
nhiều thao tác khó khăn. Trong đó không phải lúc nào kết cấu tường cũng đạt được
chất lượng cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công hào không cao.
Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng với công nghệ tường trong
đất, trong thời gian gần đây bắt đầu sử dụng panel BTCT hạ chúng vào hào đầy vữa
sét.
ở Việt Nam, công nghệ tường trong đất sử dụng BTCT toàn khối đã phát triển
tương đối rộng rãi đối với các công trình ngầm. Do còn nhiều hạn chết nên tường
trong đất sử dụng panel lắp ghép vẫn chưa được sử dụng nhiều trong thời gian qua.
Tuy nhiên, cùng với công nghệ ứng lực trước được sử dụng rộng rãi nên trong thời
gian gần đây, công ty VINACONEX đã bắt đầu nghiên cứu và sản xuất các panel bê
tông ứng lực trước làm tường trong đất cho tầng hầm các nhà cao tầng. Ví dụ: Khu
Trung tâm thương mại Chợ Mơ tại 495C Bạch Mai Hai Bà Trưng Hà Nội
đã được thiết kế 2 tầng hầm, dùng các panel lắp ghép 500x520mm có dạng chữ H
làm tường trong đất; Toà nhà SaKura ToWer - 47 Vũ Trọng Phụng đã dùng các
panel bê tông ứng suất trước bằng chữ T, dài mỗi tấm 12,2m, rộng 496mm, dày
khoảng 500mm. Hàng tường này sẽ được giữ lại để làm tường tầng hầm, vừa kết hợp
làm cọc chịu lực, vừa làm tường vây. Trong quá trình thi công đã gặp phải một số sự
cố như: Panel bị vỡ, bị xiên, ép sâu quá, ép không tới cốt thiết kế,
..
13
Một số hình ảnh về tường bê tông dự ứng lực:
Hình 1.2. Cấu tạo tường cừ bê tông dự ứng
lực
Hình 1.3. Giữ ổn định bằng tường cừ
bê tông dự ứng lực
Hình 1.4. ép âm cừ DƯL tại công trình Sakura Tower - Số 47 Vũ Trọng Phụng
14
H×nh 1.5. §Þnh vÞ cõ khi Ðp c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông
H×nh 1.6. Thi c«ng ®µo ®Êt t¹i c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông
15
Hình 1.7. Cừ bê tông DƯL hình chữ H tại công trình Trung tâm thương mại chợ
Mơ - Hai Bà Trưng - Hà Nội
Hình 1.8. Thi công chống thấm tầng hầm tại công trình Sakura Tower - Số 47
Vũ Trọng Phụng
I.1.4. Bản chất và đặc điểm của tường panel ứng lực trước.
a) Bản chất của tường panel ứng lực trước:
Trong cấu kiện BTƯLT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt
thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo. Nhờ tính đàn hồi, cốt
16
thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước và gây ra ứng suất nén trước trong bê
tông. ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng
gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển
của vết nứt. ứng lực trước (ƯLT) chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý
các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện
sử dụng khác nhau. Nói cách khác, trước khi cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, cốt
thép đã bị căng trước, còn bêtông đã bị nén trước.
Đối với kết cấu tường trong đất, sử dụng ứng lực trước sẽ làm triệt tiêu các vết
nứt trong bê tông ở vùng kéo do tải trọng từ bên ngoài (áp lực đất, áp lực nước, ..) và
phản lực tại các sàn, neo,
b) Đặc điểm vật liệu cho bê tông ứng lực trước.
Vật liệu của kết cấu bê tông ứng lực trước gồm có bê tông, cốt thép căng, cốt thép
thường và một số vật liệu khác như neo, bộ nối, ống gen, vữa bơm bảo vệ cốt thép
căng.
*) Bê tông:
Dùng bê tông có cường độ cao, được sản xuất tại nhà máy với cấp bền không nhỏ
hơn B25. Bê tông cần sử dụng mác cao để tăng độ bám dính giữa bê tông và cốt thép
dự ứng lực nhằm tránh tuột thép sau khi cắt, lực bám dính này rất cần thiết vì đây là
công nghệ tự bám dính. Sử dụng bê tông nặng hoăch bê tông hạt nhỏ có khối lượng
riêng nằm trong khoảng từ 2400 kg/m3 đến 2500 kg/m3.
*) Cốt thép:
Cốt thép dùng cho kết cấu bê tông ứng lực trước gọi tắt là cốt căng hay cốt
thép căng, là loại cốt thép cường độ cao ở dạng thanh, sợi , bện, bó được qui định
trong TCVN 6284-97. Cường độ kéo tính toán cốt sợi ở dạng bện, bó có giá trị bằng
(0,8-0,85)Ru giới hạn bền và bằng 1900Mpa.
Các đặc trưng cơ lý của cốt thép cường độ cao dùng cho bê tông ứng lực trước
đã được chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 1651-1:2008 và TCVN
1651-2:2008, TCXDVN 356:2005.
17
*) Bệ căng:
Bệ căng được cấu tạo bằng thép không gỉ, cho phép sử dụng rất nhiều lần.
Khoang giữa là nơi để bố trí thép và đổ bê tông nên nó có kích thước bề rộng bằng
kích thước cấu kiện, thông thường khoảng 1.095m. Bệ căng có ba mặt như ván
khuôn là một mặt đáy và hai tấm thép thành xung quanh hai bên để tạo hình dáng
cho cấu kiện và có các chốt định vị để giữ tấm thép thành ở cả hai bên. Kế tiếp là
đường ray để cho phương tiện máy móc di chuyển sử dụng để phục vụ trong quá
trình sản xuất.
Phía dưới ván thép đáy cách mặt đất khoảng 20cm là khoảng trống để bố trí hệ
thống dưỡng hộ bằng hơi nước.
*) Neo và các mặt bích:
Trong các kết cấu bê tông đúc sẵn neo dùng cho cốt thép căng được phân biệt
theo chức năng: neo ma sát, neo cố định, neo kéo căng (neo công tác).
Neo ma sát là những chi tiết đặt sẵn dọc theo cốt thép căng là sợi hoặc thanh
được dùng chế tạo các dầm, bản, tấm panel bê tông ƯLT theo công nghệ căng trước.
Neo cố định (neo hãm, neo chết) thường dùng trong kết cấu sàn bê tông ƯLT
căng sau với chức năng cố định một đầu cáp trong bê tông có thể có dạng ống kẹp
(neo ép kẹp) hay dạng hoa thị một hay nhiều lớp.
Mặt bích là các tấm thép dày khoảng 3-5 mm hoặc tấm thép ghép lại thành dạng
hộp rỗng. Trên mặt bích có các lỗ để cho các thanh căng luồn qua được. Khoảng
cách từ mặt ván khuôn đáy đến mép dưới của lỗ lấy bằng chiều dày lớp bảo vệ.
Khoảng cách giữa các lỗ bằng khoảng cách giữa các thanh căng. Các mặt bích có
thể có hình dạng thẳng hoặc công để tạo dáng cho mỗi đầu của tấm đúng như hình
dạng đã được thiết kế.
I.1.5. Ưu nhược điểm của tường panel ứng lực trước.
Tường từ các kết cấu ứng lực trước (ƯLT) lắp ghép có hàng loạt ưu điểm so với
đổ tại chỗ. ưu điểm chủ yếu của chúng là mức độ cơ giới hoá cao, khả năng đảm
bảo chất lượng tốt, khả năng sử dụng kết cấu mỏng (đến 0,2 0,3), hình dáng và
tiết diện hợp lý (sườn, hộp, cánh, rỗng), khả năng đảm bảo chất lượng tốt bề mặt
18
phía trong công trình, không cần có những yêu cầu chặt chẽ với chất lượng huyền
phù sét. Ngoài ra, sử dụng kết cấu ứng lực trước còn có hàng loạt các ưu điểm sau:
+) Kết cấu bê tông ứng lực trước có khả năng chịu uốn cao hơn so với kết cấu bê
tông cốt thép thông thường có cùng kích thước;
+) Do có độ cứng lớn hơn nên kết cấu bê tông ứng lực trước có độ võng nhỏ hơn
so với kết cấu bê tông cốt thép;
+) Kết cấu bê tông ứng lực trước sử dụng vật liệu cường độ cao nên mảnh và nhẹ
hơn so với kết cấu bê tông cốt thép;
+) Kết cấu bê tông ứng lực trước có khả năng chịu cắt cao hơn do ứng suất nén
trước trong bê tông đã làm giảm ứng suất kéo chính. Việc sử dụng cốt thép căng
dạng cong có ý nghĩa làm giảm lực cắt trong bê tông dầm ở vùng gần gối tựa;
+) Do không bị nứt nên kết cấu bê tông ứng lực trước hạn chế được sự xâm thực
gây ăn mòn của môi trường, tăng tuổi thọ, tăng khả năng chống thấm của kết cấu.
+) Kết cấu bê tông ứng lực trước có độ bền mỏi cao nên được dùng phổ biến làm
kết cấu chịu tải trọng động.
+) Sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước có thể giảm được một lượng đáng kể bê
tông và cốt thép.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm đó, kết cấu bê tông ứng lực trước có những
nhược điểm cần được biết để khắc phục:
+) Việc gây ứng suất trước nén trong bê tông ở một số vùng có thể gây ứng suất
kéo ở một số vùng khác của kết cấu. Khi thiết kế cần có sự tính toán để loại trừ khả
năng nứt bê tông do ứng suất kéo này gây ra.
+) Kết cấu bê tông ứng lực trước sử dụng bê tông cường độ cao và cốt thép
cường độ cao. Trong một số trường hợp việc chế tạo các loại vật liệu này gặp khó
khăn hoặc giá thành cao;
+) Thi công kết cấu bê tông ứng lực trước phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng.
So với kết cấu bê tông cốt thép thường thì thi công kết cấu bê tông ứng lực trước đòi
hỏi nhiều chi phí nhân công hơn, đặc biệt là nhân công có tay nghề cao. Bên cạnh
đó, công tác kiểm soát chất lượng đối với kết cấu bê tông ứng lực trước đòi hỏi cao
hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thường.
19
Do BTƯLT lắp ghép thường đắt hơn đổ tại chỗ, việc giải quyết vấn đề về tính
hợp lý cần có cơ sở kinh tế kỹ thuật, khả năng kỹ thuật, tổ chức. Ngoài ra, việc
xử lý các mối nối giữa các tấm panel tương đối phức tạp, đòi hỏi phải được nghiên
cứu kỹ khi đưa ra phương án xử lý.
Các panel phẳng sử dụng hợp lý trong các công trình tròn hoặc chữ nhật sâu tới
10-12m, panel sườn hiệu quả đối với công trình chữ nhật sâu tới 14-15m, các khối
rỗng có hiệu quả đối với việc xây dựng tường chắn chiều sâu tới 15-18m.
Khi xây dựng tường sâu hơn 12-15m tiến hành phân chia tường không những
theo chiều đứng mà còn theo chiều ngang bằng các khe co giãn. Trong những trường
hợp đó, nên kết hợp làm tường lắp ghép - đổ tại chỗ, phần trên khoảng 10-12m làm
từ panel, còn phần dưới từ BTCT đổ tại chỗ.
Do tường trong đất có độ mảnh lớn, độ cứng nhỏ thường gây chuyển vị ngang lớn
trong quá trình thi công, do đó hệ tường chắn thường được sử dụng kết hợp với hệ
chống hoặc neo.
I.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của tường trong đất sử
dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước [2].
*) Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền đến tường panel ứng lực trước.
Sơ đồ về biến dạng của kết cấu chắn giữ hố móng, của đáy hố móng và của công
trình quanh hố móng có thể khái quát mô tả trên hình vẽ:
Hình 1.9: Sự quan hệ giữa chuyển vị của kết cấu chắn giữ hố đào
và hư hỏng công trình lân cận
1. Tường chắn;
2. Chuyển vị tường chắn hố đào
3. Đáy hố đào bị nâng lên; 4. Chuyển vị công trình lân cận.
20
Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng của đất tự nhiên
dưới tác dụng trọng lượng bản thân của đất. Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải
trọng đứng nên sẽ trồi lên phía trên còn áp lực ngang của đất quanh tường chắn sẽ
gây ra chuyển vị ngang của tường. Việc chống đỡ chỉ làm hạn chế những chuyển vị
này chứ không thể hoàn toàn loại trừ được chuyển vị. Khi dùng neo để chống đỡ
tường panel ứng suất trước đã làm thay đổi trạng thái ứng suất dưới móng và cúng
có thể gây cho công trình phía trên nó những biến dạng đáng kể. ở đây chỉ đề cập
đến một loại chuyển vị của tường neo vì tường có thế chuyển vị theo chiều ngược lại
khi lực neo giữ đủ lớn.
*) Kích thước của hố móng đến tường panel ứng lực trước.
Hình dạng mặt bằng, diện tích mặt bằng và độ sâu của hố móng, tất cả đều có
ảnh hưởng lớn tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyển đất xung quanh và bên
dưới đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định. Độ sâu hố đào hiển nhiên
có ảnh hưởng tới sự dịch chuyển của đất. Tomlínon đã đề cập tới sự dịch chuyển
không thể tránh khỏi của đất vào trong lòng hố ở điều kiện thành hố móng có chắn
giữ bình thường hay có neo với lượng chuyển vị khoảng (0-25%)H trong đất yếu và
khoảng (0-0,5%)H trong cát chặt hay sét cứng (H là độ sâu hố đào). Bề rộng hố
móng có ảnh hưởng tới chuyển vị ngang của tường panel được Mana và Cloung tổng
kết qua hình vẽ sau.
Hình 1.10: ảnh hưởng của bề rộng hố móng tới
chuyển dịch ngang cực đại của tường và độ lún cực đại của đất
21
*) ảnh hưởng của nước ngầm đến tường panel ứng lực trước.
Tác động của nước ngầm đối với độ lún của đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai
đoạn đào khác nhau. Tại nơi tường trong đất sử dụng panel ứng suất trước đặt trong
lớp đất dính nhưng không đạt tới độ sâu của hố đào, trạng thái thấm ổn định sẽ phát
triển thành dòng ở bên dưới chân tường và làm đẩy nổi đáy hố đào. Dòng thấm này
là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ
lún bên ngoài biên của hố đào. Cũng tại thời điểm này, sức kháng bị động giảm do
dòng chảy phía trong của tường, sự chuyển dịch lớn hơn xảy ra khi sức kháng bị
động thay đổi đến một lượng nào đó. Sự hình thành trạng thái ổn định nước ngầm
như vậy là nguyên nhân dẫn đến sự dịch chuyển của đất theo cả hai phương nằm
ngang và thẳng đứng.
*) Độ cứng của tường chắn và hệ chống giữ đến tường panel ứng lực trước.
Các số liệu nghiên cứu sử dụng nền biến dạng cục bộ (nền Winkler) hay các
chương trình phần tử hữu hạn về tương tác đất nền kết cấu và các số liệu quan sát
được ở hiện trường cho thấy quá trình chuyển vị ngang của tường chắn và lún của
đất xung quanh hố đào chống đỡ bằng tường trong đất giảm khi tăng độ cứng của
tường chắn và hệ thanh chống đỡ. Độ cứng đàn hồi của hệ thanh chống có vai trò rất
quan trọng. Độ chôn sâu của tường từ đáy hố đào trở xuống cũng làm thay đổi về
chất độ cứng của tường và có ảnh hưởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài theo cả
hai phương thẳng đứng và nằm ngang.
*) Tác động của việc gia tải trước đến tường panel ứng lực trước.
Những kinh nghiệm thi công tường trong đất cho thấy việc gia tải trước cho hệ
giằng có hố móng sâu là nhằm làm chuyển vị ngang của tường chắn trong các loại
đất rời và đất sét có độ cứng trung bình và cứng, bằng cách liên kết cọc cừ và dầm
chẳng hạn như cọc cừ thép và dầm tường bằng bê tông cốt thép. Ngoài phần gia cố
thực tế này ra, chuyển vị ngang của tường chắn sẽ giảm đi nếu gia cường độ cứng
của đất bằng hiệu ứng trễ của đường cong biến dạng ứng suất của đất trong quá
trình dỡ tải kết hợp với sự gia tải và dỡ tải lặp đi lặp lại trong các thanh chống và
giằng tại các vị trí chắn giữ. ORourke (1976) đã tổng kết quan điểm của mình bằng
cách thống kê hầu hết các trường hợp hệ thanh chống xiên gia tải trước đến 50% tải
