Bai bao cao gia co taluy bang cap neo UST

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC


BÀI BÁO CÁO KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ GIA CỐ MÁI TALUY
BẰNG CÁP NEO ỨNG SUẤT TRƯỚC

GVHD
HỌC VIÊN

: TS. NGUYỄN VĂN LONG
: PHAN THANH BÌNH
LÊ VĂN NHÃ

TP. HCM, tháng 2 năm 2017

Trang 1


MỤC LỤC

Trang 2


CHƯƠNG 1: TALUY NỀN ĐƯỜNG
Khái niệm.
Taluy (mái dốc) là một bộ phận cấu thành của đường gồm 2 loại chính
taluy đào (taluy dương) và taluy đắp (taluy âm).

1.1
-

-

Taluy được cấu tạo chủ yếu từ đất hoặc đá là kết cầu r ời nên việc bị
mưa cuốn trôi và hư hại rất dễ xảy ra do đó việc gi ữ ổn đ ịnh mái taluy
để bảo vệ đường là quan trọng và cần thiết.

-

Các dạng hư hỏng mái taluy.
Bị bào mòn, phong hóa do gió, bão, nhiệt độ, độ ẩm,...
Xói lở, sạt lở do mưa bão.
Bị sụp đối với mái taluy đắp khi đầm nén không đạt.
Mất ổn định cơ học, bị trượt.
1.3
Các biện pháp gia cố mái taluy.
Lát cỏ: cỏ trên mái taluy có tác dụng giữ đất đá không b ị n ước m ưa cuốn

-

trôi, chống xói mòn, điều tiết độ ẩm của đất, giữ cho mái taluy ổn định.
Lát đá: sử dụng ở những nơi bị ngập nước, nơi có dòng ch ảy m ạnh, b ảo

-

vệ đất không bị phong hóa và cuốn trôi do nhiệt độ, gió, m ưa lũ,..
Phun vữa hoặc lắp các tấm bê tông: có tác dụng không cho n ước m ưa

-

xâm nhập vào bên trong mái taluy gây mất ổn định cơ học.
Xây tường chắn: chống trượt lở mái taluy.

1.2

-

Trang 3


-

Neo đất: tăng khả năng chống cắt, trượt của mái taluy.

Trang 4


CHƯƠNG 2: NEO TRONG ĐẤT
2.1

Khái niệm.
Neo trong đất (Ground anchor) là kết cấu có khả năng truy ền tải

trọng kéo được đặt vào lớp đất chịu tải.
Cấu tạo: gồm 3 phần cơ bản đầu neo, lõi neo, bầu neo.

-

Phân loại.
Neo thường: là loại neo mà trong quá trình lắp đặt thanh lõi neo không

-

được căng ứng suất trước.
Neo ứng suất trước: Là loại neo mà khi lắp đặt lõi neo cáp đã đ ược căng

2.2

ứng suất trước làm giảm sự dịch chuyển đầu neo.

H1: Cấu tạo hệ neo đất
2.3

Cơ chế làm việc của neo.
Mục tiêu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường

chắn (mái taluy), tức là giữ cho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men
trên tường. Như vậy, neo cần phải thoả mãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu
kéo) và sự làm việc chung của cả hệ thống (tức sự tương tác lẫn nhau).

Trang 5


-

Phần đầu là phần liên kết với kết cấu tường chắn (mái taluy). Nó phải đảm
bảm vững chắc đầu neo và không làm biến dạng hay phá hủy cục bộ tường

-

chắn.
Phần cố định là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắc vào nền đất
ổn định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở rộng
biến dạng dẻo của đất nền quanh nó. Vì vậy, vùng này phải có kích thước đủ
lớn và cần được củng cố bằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện phần đất

-

quanh vùng neo, tăng độ sâu và chiều dài dính bám của neo...
Phần thân tự do là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định. Phần tự do
cần phải đảm bảo chịu được sức căng. Chiều dài đoạn tự do phải đủ để phần
cố định nằm trong vùng đất ổn định.
2.4 Các bước thi công neo đất.
- Bước 1: Đặt ống thép chờ vào trong tường vây.
- Bước 2: Khoan theo lỗ đã được định hình sẵn.
+ Trong quá trình khoan phải thường xuyên bơm nước để dễ dàng trong
việc khoan đất
+ Khoan đến đâu đặt ống thép tạo lỗ đến đó để ổn định hố khoan. Ống
-

này sẽ được lấy ra sau khi đã bơm vữa xi măng vào lỗ khoan.
Bước 3: Đổ bê tông vào lỗ khoan.
Bước 4: Luồn cáp vào lỗ khoan.
Bước 5: Tiến hành căng kéo cáp
+ Lắp các thiết bị căng kéo : nêm, bản thép đệm, máy nén thủy lực,
kích...
+ Tiến hành căng kéo theo từng nấc : khoảng 20% 1 lần căng kéo. Có

-

ghi lại độ chuyển vị của đầu neo để lưu giữ và kiểm tra.
Bước 6: Chốt nêm để khóa cáp, khi căng kéo đạt tiêu chuẩn, tiến hành khóa
cáp tháo kích và bọc lớp nilong bảo dưỡng.

2.5

Ứng dụng
- Neo tường chắn đất khi thi công các h ố đào
- Ổn định mái dốc.
- Chống lực đẩy nổi của nước ngầm lên kết cấu

Trang 6


-

Ổn định và tăng khả năng làm việc kết cấu gạch đá, tường ngăn,
hầm.

Trang 7


CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ GIA CỐ MÁI TALUY BẰNG CÁP NEO ỨNG
SUẤT TRƯỚC
3.1 Nguyên lý làm việc.
Thông qua neo cáp UST tạo một lực pháp h ướng vào bề m ặt đ ất đá
taluy , làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất đá, tăng thêm c ường đ ộ
của đất đá làm cho các vết nứt ở các lớp khác nhau đ ược ép ch ặt l ại,

giảm rõ rệt tốc độ chuyển vị của taluy, tăng tính ổn định toàn khối và giữ
cho đất đá taluy không bị sụt trược.

H2: Phân tích mô hình khối trượt
-

Lực chống trượt do cáp neo ứng suất trước tạo ra: P r

Pr = W × sinθ − C × L − W × cos θ × tgϕ

Trang 8


H3: Đặc tính kỹ thuật cáp dự ứng lực
3.2

Phân loại.
Phân loại cáp neo UST:

Loại sức kéo.
Loại sức nén.
Loại phân tán tải trọng: phân tán lực nén, phân tán lực kéo và phân tán
-

-

kéo nén.
3.2.1

Cáp neo UST cải thiện lực kéo

Cáp neo UST cái thiện lực kéo được cải tiến trên cơ sở cáp neo truy ền
thống với đoạn neo cố cáp neo cường độ cao mặt nhẵn (cáp dính bám)
còn đoạn tự do thì được xử lý phòng rỉ rồi quét lên m ột l ớp m ỡ và lu ồn
vào ống nhựa để tạo thành cáp neo. Đoạn neo có cáp neo c ố kết vào bộ
phận ổn định của taluy.
Khi lực kéo tăng thì đoạn tự do chịu nén còn v ữa ở đoạn c ố ch ịu kéo
làm cho vữa ở đoạn tự do chịu một phần ứng suất cắt c ải thiện tr ạng
thái chịu lực của cáp neo.

Trang 9


H4: Sơ đồ kết cấu cáp neo cải thiện lực kéo và phân bố ứng suất cắt
giữa vữa xi măng và thành lỗ
3.2.2

Cáp neo UST phân tán lực nén.

Cáp neo UST phân tán lực nén dùng cáp dự ứng lực không dính k ết.
Khi kéo căng cáp, dựa vào thanh chịu tải lực kéo được chuy ển thành ứng
suất nén tác dụng lên thanh chịu tải nên tránh được hiện tượng t ập
trung ứng suất ma sát dính kết làm cho ứng suất ma sát dính k ết thành
lỗ neo phân bố đều, trị số cực trị cũng giảm.

Trang 10


H5: Sơ đồ kết cấu cáp neo phân tán lực nén và phân bố ứng suất cắt
giữa vữa xi măng và thành lỗ

3.2.3

Cáp neo phân tán kéo nén OVM.

Cáp neo phân tán kéo nén OVM dựa trên cáp neo phân tán lực nén ,
bóc bỏ 1 phần ống lồng PE một chiều dài nhất định bên dưới cáp không
dính kết sẽ trở thành đoạn neo cố mặt nhẵn. Trên đường cáp mặt nh ẵn
chỗ tiếp giáp cáp mặt nhẵn với đoạn không dính kết lắp neo OVM-P và
bản chịu tải, biến đoạn neo cố chỗ cáp không dính kết thành đoạn neo
cố loại lực nén. Khi cáp không dính kết lúc kéo căng, thanh ch ịu t ải ch ịu
nén, cáp mặt nhẵn phía sau thanh chịu tải chịu kéo. Do thanh ch ịu tải và
cáp mặt nhẵn nối liền thành một khối, lực dính kết giữa lõi v ữa xi măng
trên cáp mặt nhẵn với thành hố khoan sẽ có tác dụng ngăn cản lõi v ữa xi
măng mặt trước thanh chịu tải bị co nén. Nh ờ ứng suất cắt giữa lõi v ữa

Trang 11


xi măng và thành lỗ neo phân tán đều hết cả chiều dài đoạn neo c ố c ủa
cáp neo.

H6: Sơ đồ kết cấu cáp neo phân tán kéo nén và phân bố ứng suất cắt
giữa vữa xi măng và thành lỗ
3.3

Thiết kế cáp neo UST.
3.3.1 Cáp neo cải thiện lực kéo.
m≥

K .N c

A. f ptk

Trong đó:
m: số sợi cáp cần phải có của cáp neo, lấy tròn số;
A: tiết diện của 1 sợi cáp;
fptk: cường độ chịu kéo của cáp UST;
K: hệ số an toàn (K>= 1.6)

Trang 12


Nc: lực kéo căng thiết kế của cáp neo một sợi, dựa vào sự phân
tích ổn định của mái taluy.
-

Xác định chiều dài của cáp neo L
+ Chiều dài neo cố: L1
L1 =

K .N c
π .D.C

Trong đó:
D: đường kính lỗ neo;
C: cường độ dính kết của vữa xi măng với thành lỗ;
K: hệ số an toàn cho chiều dài đoạn neo cố, K>=1.5;
Nc: lực kéo căng thiết kế một sợi cáp

+ Chiều dài đoạn cáo tự do ( L td ) xác định theo nguyên tắc: tránh
xê dịch khi khóa chặt neo và tránh kết cấu chống đỡ bị biến d ạng

khi tạo UST tránh tổn thất UST do ma sát và biến dạng c ủa đ ất và
làm ổn định lớp đất neo cố. Chiều dài tự do không nhỏ h ơn 5m và
vượt quá mặt trượt 1.5 m.
+ Chiều dài làm việc của cáp neo (Llv): theo tình hình thực tế.
Tổng chiều dài cáp neo:
L= L1 + Ltd + Llv
-

Vật liệu dùng làm cáp neo: tham khảo bảng H3 ở trên.
Xác định góc xiên của cáp neo.

Góc xiên của cáp neo là góc của lỗ neo với đường nằm ngang.
150 ≤ ϕ ≤ 350
-

Thiết kế neo cố đầu neo ngoài.

+ Đầu neo ngoài gồm: bản đệm neo, neo và bộ phận bịt neo v ới taluy.
Trang 13


+ Dùng vữa xi măng để bịt neo. Tỷ lệ thường dùng N/X= 0.38- 0.45, t ỷ
lệ X/C= 1:1.
-

Trình tự kéo căng cáp neo.

Quá trình kéo căng được tiến hành như sau:

Cáp neo phân tán lực nén.

+ Chiều dài đoạn neo cố

3.3.2

L1 =

K1.N c
K 2 .d A .C.π

Trong đó:
K1: hệ số an toàn đoạn neo cố. Tra bảng sau
K2: 1.2-2.2
dA: đường kính thanh neo
C: cường độ dính kết của vữa xi măng với thành lỗ.

Bảng 1: hệ số an toàn neo cố kiểu gắn kết- K1
+ Số lượng sợi cáp
Nc
m=
K3 . A. f ptk
Trong đó:
K3: hệ số lợi công suất cáp UST: 0.4 - 0.6;

Trang 14


A: tiết diện sợi cáp neo;
m: số sợi cáp;
Nc: lực kéo căng thiết kế.
fptk: cường độ chịu kéo của cáp.

+ Lực chịu nhổ Ta do tính năng của thanh chịu tải quyết định.
+ Số thanh chịu tải m2:
m2 =

Nc
K 3 .Tα

+ Cự ly giữa các thanh chịu tải:
Li =

L
m2

-

Xác định chiều dài làm việc: Llv giống với cáp neo cải thiện lực

-

kéo.
Vật liệu cáp neo (tương tự cáp neo cải thiện lực kéo)
Phòng chống gỉ cáp neo: yêu cầu lớp gỉ bọc ngoài cáp có chiều
dày lớn hơn 2cm. (tham khảo bảng 8.4, 8.5, 8.6 tài liệu ch ương 8:
công nghệ và vật liệu trong xây dựng đường- Vũ Đình Ph ụng)
150 ≤ ϕ ≤ 350

-

Chọn góc xiên cáp neo:
Thiết bị neo cố đầu neo ngoài

Thiết kế cấp phối vữa bơm
Thiết kế kéo căng cáp

Trang 15


3.3.3 Thiết kế cáp neo phân tán kéo nén.
- Thiết kế đoạn neo cố.

+ Chiều dài đoạn neo cố:

L1 =

K1.N c
K L .π .d A .C

Trong đó:
K1: hệ số an toàn đoạn neo cố (tra bảng 1).
Nc: Lực kéo căng thiết kế cáp neo 1 sợi.
K2: 1.2-1.4
dA: đường kính thanh neo
C: cường độ dính kết của vữa xi măng với thành lỗ.
+ Số sợi cáp:

m=

Nc
K 3 . A. f ptk

Trong đó:

K3: hệ số lợi công suất cáp UST: 0.4 - 0.6;
A: tiết diện sợi cáp neo;
m: số sợi cáp;
Nc: lực kéo căng thiết kế.
Trang 16


fptk: cường độ chịu kéo của cáp.
+ Lực chịu nhổ Tu do tính năng của thanh chịu tải quyết định.
+ Số thanh chịu tải m2:
m2 =

Nc
K 3 .Tu

+ Cự ly giữa các thanh chịu tải:
Li =

L1
m2

+ Đoạn chịu lực nén L5 và đoạn chịu kéo L2:
L2 = L5 = L3 = L4 = Li/2
-

Xác định chiều dài Lf của đoạn tự do: để đề phòng khi neo đã
khóa bị di dịch và sự thay đổi ứng suất do kết cấu chống đỡ bị
biến dạng gây nên đồng thời để tăng tính ổn định của lớp đất neo

-

cố Lf không nên nhỏ hơn 5m và vượt quá mặt trượt của taluy 1.5m.
Xác định chiều dài làm việc: Lw tùy vào tình hình thực tế.
Vật liệu neo thường dùng cáp UST dính kết, chùng ít, cường độ

-

cao.
Thiết kế phòng gỉ cáp (tương tự cáp phân tán lực nén).
Khống chế ứng suất pháp của cáp neo: để không vượt quá 60%
trị số tiêu chuẩn cường độ kéo cáp, hạn chế hiện tượng dòn đ ứt

-

cáp do ứng suất kéo quá cao gây ra.
Góc xiên cáp neo: 150 – 350.
Thiết bị neo cố đầu neo ngoài.
Thiết kế cấp phối vữa bơm.
+ Tải trọng và thanh chịu tải chịu:
Nc
T =
m2
Trang 17


+ Diện tích chịu nén của thanh chịu tải:
π .D 2
S=

4

+ Cường độ thiết kế của vữa:
M≥

K .T
S

Nc: lực kéo căng
m2: tổng số thanh chịu kéo.
D: đường kính thanh chịu tải.
K: hệ số an toàn 1.5 – 20.
Thông thường tỷ lệ N/X= 0.38 – 0.45, tỷ lệ X/C= 1
-

3.4

Thiết kế kéo căng cáp:

Thi công cáp neo UST.
- Bạc sửa taluy.
Bạt sửa, dọn sạch đất đá,.. tạo phẳng cho mái taluy.
-

Bố trí lỗ.

Trang 18


Xác định và đánh dấu vị trí lỗ neo trên mái taluy.
-

Sắp xếp cáp.

Các công tác bố trí cáp: Lập yêu cầu bố trí cáp -> hạ li ệu -> làm v ệ
sinh -> buộc bó -> lắp giá cách li, vòng đỡ -> lắp ống bơm v ữa -> nghiêm
thu -> cho vào kho.
+ Cáp được cắt bằng máy cắt, không được cắt bằng nhiệt. Cáp sau khi
cắt được kê trên các gối đỡ.
+ Trước khi bó cáp neo đảm bảo sợi cáp phải th ẳng, không ch ồng
chéo lên nhau.
+ Đầu cáp neo phải có mũ chụp dẫn hướng.
+ Ống bơm vữa buộc vào cáp neo, đầu ống bơm vữa cách đáy l ỗ t ừ 510cm.
-

Tạo lỗ :

+ Khoan lỗ cáp neo yêu cầu khoan khô, không được cho nước vào.
+ Định vị máy khoan theo yêu cầu thiết kế, sai số góc xiên cho phép
10. Chiều sâu khoan lỗ lớn hơn chiều sâu thiết kế 20cm và không dài quá
1% chiều dài thiết kế.
+ Trong quá trình khoan nên ghi chép lại sự thay đổi địa tầng của m ỗi
lỗ khoan.
+ Kiểm tra chất lượng lỗ khoan: sai số định vị lỗ 10cm, sai số góc xiên
10
-

Dọn lỗ và nghiệm thu lỗ: Sau khi tạo lỗ xong phải dùng hơi cao áp thổi
sạch các bôt đá trong lỗ khoan.
Trang 19

-

Lắp cáp neo: Sau khi kiểm tra lỗ khoan đạt yêu cầu, tiến hành l ắp cáp
neo đã chuẩn bị vào lỗ khoan.
- Bơm vữa:
+Vữa phải được trộn bằng máy trộn vữa, thời gian trộn bằng máy
không ít hơn 2 phút.
+Cấp phối vữa phải được trộn theo thiết kế.
+Vữa của một lỗ khoan nên bơm liên tục không được dừng ngh ỉ

-

để trộn thêm một mẻ vữa khác.
Làm ụ neo: ụ neo được đúc tại hiện trường bằng bê tông M300, tr ước
khi đổ bê tông phải cố định bản đệm neo, bản đệm neo ph ải vuông góc

-

với góc xiên của lỗ neo.
Lấp đầu neo ngoài: Bóc lớp nhựa PE ở phần nhô ra của cáp neo, rửa

-

sạch dầu mỡ và lắp neo vào.
Kéo căng cáp neo UST: Kéo căng theo quy định của thiết kế.
Bịt neo: Dùng vữa xi măng cát bịt neo.

Trang 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Đồng Kim Hạnh, Công nghệ “Soil nailing” trong gia cố mái dốc công

2.
3.

trình,KH-KT Thủy lợi và môi trường- số 48 (3/2015).
Namcong’s system,Technical guideline Post- Tensioning, 5th edition.
GS.TS Vũ Đình Phụng, Công nghệ và vật liệu mới trong xây dựng

4.

đường, tập 2, NXB Xây Dựng.
TCVN 8870-2011, Thi công và nghiệm thu neo trong đất dùng
trong công trình giao thông vận tải.

Trang 21