Nghiên cứu và Tính toán tường trong đất

Vi - Tính toán tờng trong đất
I. Tổng quan và lựa chọn phơng pháp tính tờng trong đất
Hiện nay có rất nhiều phơng pháp đa ra để tính toán tờng trong đất có các
thanh neo nh:
- Phơng pháp Sachipana (Nhật bản);
- Phơng pháp Đàn hồi có xét đến ma sát giữa đất và tờng chắn (Quy phạm thiết
kế móng công trình xây dựng của Nhật bản);
- Phơng pháp có xét đến ảnh hởng của lực trục thanh chống ở các tầng thanh
chống theo tiến triển của việc đào đất;
- Phơng pháp Số gia;
- Phơng pháp phần tử hữu hạn ( trên nền đàn hồi, PTHH trên bản móng đàn hồi,
PTHH có xét quan hệ của đất với tờng chắn);
- Phơng pháp B.N.Giêmoskin cho phép tính toán có xét đến liên kết một phía của
kết cấu với nền;
- Phơng pháp của Blium-Lomeier xem áp lực đất phía trớc tờng là phân bố đều,
độ cứng cứng của nó phân bố phía dới
Để thuận lợi và đơn giản trong việc xác định áp lực lên tờng chắn ta dùng ph-
ơng pháp Sachipana gần đúng của Nhật Bản, với phơng pháp này tính Lực trục
thanh chống và Mômen thân tờng không biến đổi theo quá trình đào đất.
Một số giả định đa ra để tính toán nh sau:
+ Trong đất có tính dính, thân tờng đợc xem là đàn hồi dài vô hạn.
+ Phản lực chống hớng ngang của đất bên dới mặt đào chia làm hai vùng: Vùng
dẻo đạt tới áp lực đất bị động có độ cao l; Vùng đàn hồi có quan hệ đờng thẳng với
biến dạng của thân tờng.
+ Sau khi khi lắp đặt chống thì xem chống nh bất động.
+ Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống trên
không thay đổi, còn thân tờng từ dới lên vẫn duy trì ở vị trí nh cũ.
Phơng pháp giải gần đúng chỉ dùng hai phơng trình cân bằng tĩnh:
Y = 0
M
A

= 0
Y = -
0)..(
2
1
..
2
1
2
1
.
0
22
1
1
=++


mmkmokokm
k
mki
xxhxhhxWxvNN

Với = -
Suy ra:
N
k
= .h
0
.x

m
+ .h
0k
2
/2 - W.x
m
2
/2 v.x
m
-


1
1
k
i
N
- .h
0k
.x
m
/2 + .x
m
2
/2 (1)
0
3
)...(
22
...

)
3
(.
2
1
.
6
1
.
2
1
)()(
2
00
0
2
0
32
1
1
=+
++++++=


m
mkmk
m
k
kmmmkkkmik
k

iA
x
xh
lx
xh
x
h
hxWxvxhNxhNM


(2)
1
Thay (1) vào (2) ta đợc:
(W - )x
m
3
/3 (.h
0k
/2 v/2 W.h
kk
/2 + x.h
kk
/2- .h
0k
/3) x
m
2

-
- (.h

0k
v .h
0k
/2).h
kk
.x
m
[



1
1
1
1
..
k k
ikkiki
NhhN
+.h
0k
2
(h
kk
h
0k
/3)/2] = 0
(2a)
Với: - áp lực tĩnh chủ động tác dụng lên trên mỗi mét dài tờng (theo chiều
cao tờng).

- áp lực tĩnh của đất tác dụng lên trên mỗi mét dài theo chiều cao tờng.
w - áp lực nớc.
wx + v trị số áp lực đất phía bị động
x
m
chiều sâu tờng trong đất tối thiểu trong từng giai đoạn đào đất.
Tờng đợc cắm vào các lớp đất nh sau:
- Lớp đất lấp: có chiều dày 1,2 m
- Lớp Sét dẻo cứng: có chiều dày 4,6 m và = 18,2 kN/m
3
, c = 19, = 13
o
- Lớp Sét pha dẻo mềm: có chiều dày 3,4 m và = 17,5 kN/m
3
, c = 5, = 11
o
- Lớp Sét pha dẻo chảy: có chiều dày 3,6 m và = 18,5 kN/m
3
, c=10, = 16
o
- Lớp Cát pha dẻo: có chiều dày 6,7 m và = 19,2 kN/m
3
, c = 25, = 18
o
- Lớp Cát bụi chặt vừa: có = 19 kN/m
3
, = 30
o
II. Xác định sơ đồ tính của tờng trong đất:
Sơ đồ tính toán tờng trong đất đợc thể hiện từ quá trình thi công sau:

- Đào đất đến độ sâu - 3,4 m (kể từ mặt đất) thì ta đặt một đợt cây chống thứ
nhất (tổng quát thì cây chống ở đây có thể là neo, sàn tầng hầm bêtông cốt
thép hoặc hệ các thanh chống bằng thép hình).
- Đào đất đến độ sâu - 7m thì đặt tiếp đợt cây chống thứ hai.
- Đào đất đến độ sâu -10,6m thì đặt tiếp đợt cây chống thứ ba.
- Và tiếp tục đào đất đến độ sâu đáy đài 13m kết thúc quá trình đào đất.
2
hàng chống 1
hàng chống 2
-2.20
-6.80
-10.20
-13.80
Đất lấp
sét dẻo cứng
sét pha dẻo mềm
sét pha dẻo chảy
cát pha dẻo
cát bụi chặt vừa
-20.50
-7.5
MNN
-1.00
cốt đáy đài
hàng chống 3

Ta thấy rằng: thực tế công trình trên mặt đất xung quanh tờng đều đợc chất
các vật liệu hoặc lán trại xây dựng, và có thể có các phơng tiện nhẹ đi lại lên trên
mặt đất hố móng công trình, vì thế đã đợc chất một phần tải trọng phân bố đều q,
giả thiết q = 1 T/m

2
= 10 kN/m
2
.
Tởng tợng kéo dài lng tờng chắn đến chiều cao h. Từ đó có thể xác định các trị
số áp lực đất theo lý thuyết áp lực đất Raikine, căn cứ vào mực nớc ngầm để tính
toán áp lực nớc, lấy 1m theo chiều dài thân tờng để tính.
II.1. Tính áp lực của đất và nớc lên tờng:
II.1.1. Tính áp lực đất chủ động tác dụng lên tờng:
- ở độ sâu Z = 1,2 m:

2,1
1cd
p
= (q + .h) tan
2
(45
0
-
2

) 2c.tan(45
0
-
2

)
= (10 + 17 x 1,2) tan
2
(45

0
) = 30,2 (KN/m
2
).
- ở độ sâu z = 3,4 m:

2002
1
4,3
2
/3,25
2
13
45tan.19*2
2
13
45tan.2,2*2,18 mKNpp
cdcd
=

+=
- ở độ sâu z = 5,8 m:

2002
2
8,5
3
/7,22
2
13
45tan.19*2
2
13
45tan.4,2*2,18 mKNpp
cdcd
=

+=
- ở độ sâu z = 7,0 m:

2002
3
7
4
/7,28
2
11
45tan.5*2
2
11
45tan.2,1*5,17 mKNpp
cdcd
=

+=
3
- ở độ sâu z = 9,2 m:

20027
4
2,9
5
/62,46
2
11
45tan.5*2
2
11
45tan.2,2*5,17 mKNpp
cdcd
=

+=
- ở độ sâu z =10,6 m:

20022,9
4
6,10
6
/26,46
2
16
45tan.10*2
2
16
45tan.4,1*5,18 mKNpp
cdcd
=













+=

- ở độ sâu z = 13,3 m:

2
0
0026,10
6
3,13
7
/55,59
2
16
45tan.10*2
2
16
45tan.7,2*5,18 mKNpp
cdcd
=

+=

II.1.2. Tính áp lực nớc ngầm:
Trong quá trình thi công, phải luôn đảm bảo đợc mực nớc ngầm thấp hơn mặt
đất đào là 1m. Do đó sự chênh áp lực nớc sẽ đợc tính nh sau:
- Giai đoạn 1: đào đến độ sâu - 3,4 m (so với mặt đất) thì mực nớc ngầm tự
nhiên đang ở độ sâu - 6,5m, đảm bảo điều kiện thi công đặt ra, do đó ở giai
đoạn này, áp lực nớc ngầm ở hai bên tờng là cân bằng nhau.
- Giai đoạn 2: đào đất đến độ sâu 7m (so với mặt đất), hạ thấp mực nớc
ngầm ở bên trong lòng tờng xuống 1m so với mặt đất thi công, do đó độ
chênh lệch mực nớc ở độ sâu này là
mh 5,1
=
. áp lực nớc đợc tính nh sau:

2
/155,1*10. mKNhp
w
===

- Giai đoạn 3: đào đất đến độ sâu 13,3 m (so với mặt đất), hạ thấp mực nớc
ngầm ở bên trong lòng tờng xuống 1m so với mặt đất thi công, do đó độ
chênh lệch mực nớc ở độ sâu này là
mh 8,7
=
. áp lực nớc đợc tính nh sau:

2

/788,7*10. mKNhp
w
===

II.1.3. Tính áp lực đất bị động
- ở độ sâu 7m.
P
P
= .x.tan
2
(45
0
+
2

) + 2c.tan(45
0
+
2

)
= 17,5*x*tan
2
(45
0
+
2
11
0
) + 2*5.tan(45

0
+
2
11
0
)
= 25,75.x + 12,131.
Vậy có, w
7
= 25,75 và v
7
= 12,131
III. Xác định độ sâu chôn tờng, lực dọc thanh chống và mômen thân t-
ờng.
Khi xác định chiều sâu tờng trong đất ngoài việc tờng làm việc một cách
bình thờng cần chú ý đến việc hạ sâu thêm để ngăn nớc. Trị số phần cắm sâu thêm
đợc lấy nh sau:
4
Trong đá chặt: 0,5 - 1m, trong đá biến chất và trong sét chặt: 0,75 1,5m, trong
á sét dẻo và sét dẻo: 1,5 - 2m. Với công trình này, đào đất đến cốt 13,3m (lớp cát
pha dẻo) nên ta chọn độ cắm thêm là x
m
.
Giai đoạn I. Đào đất đến độ sâu -3,4m (tính từ mặt đất) và đặt hàng
thanh chống thứ nhất.
Sau khi đào đất đến độ sâu 3,4m (so với mặt đất), ta tiến hành đặt hàng
chống thứ nhất. Gọi
I
N
1

là lực dọc trong thanh chống thứ nhất. Tại thời điểm này,
áp lực đất chủ động tác dụng lên tờng còn bé, nên coi
0
1
=
I
N
.
Mômen uốn thân tờng tại độ sâu này là:
TmKNmM
I
75,65,67
1
==
.
Tiếp tục đào đất thì áp lực đất chủ động tăng dần và áp lực đất bị động giảm
dần, do đó xuất hiện lực nén trong hàng thanh chống này.

Giai đoạn II. Đào đất đến độ sâu -7m (tính từ mặt đất) và đặt hàng
thanh chống thứ hai.
Tại giai đoạn này, gọi lực dọc trong hàng chống thứ nhất là
II
N
1
Số thanh chống k = 1, h
ok
= 7m, h
kk
= h
1k

= 3,6m, N
k
=
II
N
1
.
Dùng công thức
(2a) tìm x
m
:
3
1
(W - )x
m
3
(
2
1
.h
0k

2
1
v
2
1
W.h
kk
+

2
1
x.h
kk
-
3
1
.h
0k
) x
m
2

-
- (.h
0k
v
2
1
.h
0k
).h
kk
.x
m
[



1

1
1
1
..
k k
ikkiki
NhhN
+
2
1
.h
0k
2
(h
kk

3
1
h
0k
)] = 0
Xác định các hệ số

,,
:

27
4
/7,43157,28 mKNppP
wcda

=+=+=
=
1
h
P
a
=
7
7,43
= 6,25 ; =
1
7
4
h
P
cd
=
7
7,28
= 4,1 ; = - = 6,25 4,1 =
2,15

3
1
(25,75 4,1)x
m
3
(
2
1

6,25*7
2
1
12,131
2
1
25,75*3,6 -
3
1
2,15*7)
x
m
2

-
- (6,25*7 12,131-
2
1
.2,15*7).3,6.x
m
[
2
1
6,25*7
2
*(3,6
3
1
7)] = 0
7,22x

m
3
+ 35,55*x
m
2
86,74x
m
194 = 0
x
m
3
+ 4,93x
m
2
12x
m
26,87 = 0
Giải bằng phơng pháp thử dần, ta đợc: x
m 1
= 2,8 m
Dùng công thức (1) tìm lực trục thanh chống thứ hai
II
N
2
:
N
k
= .h
0k
.x

m
+
2
1
.h
0k
2
-
2
1
W.x
m
2
v.x
m
-


1
1
k
i
N
-
2
1
.h
0k
.x
m

+
2
1
.x
m
2
(1)
II
N
1

= 6,25*7*2,8 +
2
1
6,25*7
2
-
2
1
25,75*2,8
2
12,131*2,8
5