Nghiên cứu ổn định thành hố đào bằng phương pháp tường larsen có xét đến tải trọng ngoài
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.93 MB, 141 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦM TRUNG TÍN
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG LARSEN KHI CĨ XÉT ĐẾN
TẢI TRỌNG NGỒI
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ CHUN NGÀNH: 60.58.02.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦM TRUNG TÍN
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG LARSEN KHI CĨ XÉT ĐẾN
TẢI TRỌNG NGỒI
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ CHUN NGÀNH: 60.58.02.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. VÕ PHÁN
TP. HỒ CHÍ MINH – 2015
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 08 tháng 01 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
2. TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN
3. PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM
4. TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH
5. PGS.TS. DƯƠNG HỒNG THẨM
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG
PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: TRẦM TRUNG TÍN
Ngày, tháng, năm sinh: 07/02/1990
Nơi sinh: Quảng Ngãi
Địa chỉ liên hệ: 106H/34 Hồi Thanh, Phường 14, Quận 8, Tp. Hồ Chí Minh
Điện thoại: 0903511361
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
-
2008-2013: Học đại học tại trường Đại Học Tơn Đức Thắng, Quận 7, Tp. Hồ
Chí Minh.
-
2013-nay: Học cao học tại trường Đại Học Bách Khoa, Tp. Hồ Chí Minh.
Q TRÌNH CƠNG TÁC
-
2014 – nay: Làm việc tại cơng ty Bạch Kim Tồn Cầu.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trầm Trung Tín
MSHV: 13091323
Ngày, tháng, năm sinh: 07/02/1990
Nơi sinh: Quảng Ngãi
Chun ngành: KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NGẦM
Mã số : 605860
1. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG LARSEN KHI CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG NGOÀI
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-
Tổng quan về cừ Larsen
-
Lý thuyết tính tốn áp lực đất lên tường chắn
-
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) với mơ hình Hardening-soil để
phân tích chuyển vị ngang tường cừ Larsen
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
06/07/2015
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015
5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS. VÕ PHÁN
Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
PGS.TS. VÕ PHÁN
TS. LÊ BÁ VINH
TRƯỞNG KHOA
XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)
PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM
LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ với đề tài “ Nghiên cứu ổn định thành hố đào bằng phương
pháp tường Larsen khi có xét đến tải trọng ngồi” được thực hiện với kiến thức tác
giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân
là sự giúp đỡ, động viên của thầy cơ, gia đình và bạn bè trong suốt q trình học tập và
thực hiện luân văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Võ Phán, người thầy đã
nhiệt tình hướng dẫn, động viên tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ bộ mơn Địa cơ nền móng, những người đã
cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt q trình học tập tại
trường.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi
về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015
Học viên
Trầm Trung Tín
TĨM TẮT LUẬN VĂN
Nhu cầu sử dụng phần khơng gian dưới mặt đất để xây dựng cơng trình ngày càng phổ
biến và bức thiết. Các cơng trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất nên
việc tính toán kiểm tra hệ thống kết cấu chống đỡ hố móng sâu và chuyển vị của tường
trong q trình thi công là quan trọng. Đặc biệt là khi xét đến tải trọng do cơng trình
bên ngồi gây ra ảnh hưởng đến chuyển vị tường hố đào đồng thời cũng thỏa mãn các
điều kiện kinh tế-kỹ thuật-mơi trường.
Vì vậy tác giả tiến hành nghiên cứu ổn định thành hố đào bằng phương pháp tường
Larsen khi có xét đến tải trọng ngồi.
Tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn các vấn đề sau:
-
Chuyển vị của tường Larsen thay đổi theo q trình thi cơng.
-
Ảnh hưởng của tải trọng ngoài đến chuyển vị ngang của tường Larsen.
-
Vẽ biểu đồ tương quan giữa chuyển vị tường Larsen và tải trọng ngoài.
-
Xác định vùng ảnh hưởng của tải trọng ngoài đến thành hố đào.
ABSTRACT
The need to use the underground space for construction is increasingly popular and
necessary. The construction works have deep underground structures part so the
structural systems prop deep foundation and displacement of the sheet steel pile in the
construction process is particularly important and need to be checked when
calculation. Especially considering the load works by outside causes affecting the
displacement of wall and also satisfy the conditions of technical – economic environmental
Therefore, The author starts to study of stabilization work using sheet steel pile
method when considering external loads.
The authors use Finite Element Method to calculate the following issues:
-
The displacement of the sheet steel pile change over the course of construction
-
Effects of external load to horizontal displacement of the sheet steel pile
-
Charting the relationship between displacement and external load.
-
Determine the influence of external loads to the sheet steel pile.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng:
Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng
được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luân văn này đã được cảm
ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc
Học viên
Trầm Trung Tín
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1.Đặt vấn đề nghiên cứu ............................................................................................. 1
2.Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 1
3.Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 1
4.Tính khoa học của đề tài .......................................................................................... 2
5.Tính thực tiễn của đề tài .......................................................................................... 2
6.Giới hạn đề tài ......................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỪ LARSEN
1.1. TỔNG QUAN KẾT CẤU TƯỜNG CỪ ............................................................. 3
1.2. KHÁI NIỆM VỀ CỌC VÁN THÉP.................................................................... 3
1.3. PHÂN LOẠI CỌC VÁN THÉP .......................................................................... 5
1.3.1. Cọc ván thép tiết diện chữ U ........................................................................ 5
1.3.2. Cọc ván thép tiết diện phẳng ........................................................................ 5
1.3.3. Cọc ván thép tiết diện chữ Z ........................................................................ 5
1.3.4. Cọc ván thép dạng hộp ................................................................................. 6
1.3.5. Cọc ván thép góc .......................................................................................... 6
1.4. ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM ........................................................................ 7
1.4.1. Ưu điểm ........................................................................................................ 7
1.4.2. Khuyết điểm ................................................................................................. 7
1.5. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG ............................................................... 7
1.5.1. Phương pháp dùng búa đóng ........................................................................ 7
1.5.1.1. Ưu điểm ................................................................................................ 9
1.5.1.2. Khuyết điểm .......................................................................................... 9
1.5.2. Phương pháp dùng búa rung ........................................................................ 9
1.5.2.1. Ưu điểm .............................................................................................. 10
1.5.2.2. Khuyết điểm ........................................................................................ 10
1.5.3. Phương pháp dùng máy ép thủy lực........................................................... 11
1.5.3.1. Ưu điểm .............................................................................................. 11
1.5.3.2. Khuyết điểm ........................................................................................ 11
1.6. PHƯƠNG PHÁP ÉP CỌC VÁN THÉP ........................................................... 11
1.6.1. Ép cừ đơn ................................................................................................... 12
1.6.2. Ép cừ tấm ( panel-driving) ......................................................................... 13
1.7. MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI ĐÓNG CỪ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC...................... 14
1.7.1. Sự nghiêng lệch cừ ..................................................................................... 14
1.7.1.1. Nguyên nhân ....................................................................................... 14
1.7.1.2. Biện pháp khắc phục ........................................................................... 15
1.7.2. Cừ bị kéo xuống ........................................................................................ 16
1.7.2.1. Nguyên nhân ....................................................................................... 16
1.7.2.2. Biện pháp khắc phục ........................................................................... 16
1.7.3. Sự mở rộng và rút ngắn so với chiều dài thiết kế ..................................... 16
1.7.3.1. Nguyên nhân ....................................................................................... 16
1.7.3.2. Biện pháp khắc phục ........................................................................... 17
1.7.4. Sự thiếu hụt chiều sâu chơn cừ ................................................................. 17
1.7.5.Sự ngắt qng của móc khóa liên kết cừ ................................................... 18
1.8. ỨNG DỤNG CỦA CỌC VÁN THÉP .............................................................. 19
1.8.1. Cọc ván thép sử dụng ở cảng ..................................................................... 19
1.8.2. Cọc ván thép sử dụng làm tường chắn ....................................................... 19
1.8.3. Cọc ván thép sử dụng trong bờ kè.............................................................. 20
1.9. MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TIÈU BIỂU .............................................................. 21
1.10. NHẬN XÉT ..................................................................................................... 21
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN
2.1. KHÁI NIỆM TƯỜNG CHẮN .......................................................................... 22
2.1.1. Phân loại tường chắn .................................................................................. 22
2.1.2. Lý thuyết tính tốn áp lực đất lên tường chắn............................................ 23
2.2.1.1. Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn ......................... 23
2.2.1.2. Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm) ..................... 24
2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC TĨNH LÊN TƯỜNG CHẮN ............ 25
2.2.1. Tính tốn áp lực tĩnh .................................................................................. 25
2.2.2. Lý thuyết áp lực đất Coulomb .................................................................... 26
2.2.2.1. Tính tốn áp lực đất chủ động ............................................................ 26
2.2.2.2. Tính tốn áp lực đất bị động ............................................................... 28
2.2.3. Lý thuyết áp lực đất Rankine ..................................................................... 30
2.2.3.1. Tính áp lực đất chủ động Rankine ...................................................... 30
2.2.3.2. Tính áp lực đất bị động Rankine......................................................... 31
2.2.4. Phương pháp số của Sokolovski ................................................................ 32
2.2.5. Tính tốn áp lực đất theo lý thuyết Log-spiral ........................................... 36
2.2.6. Tính tốn áp lực đất lên tường do hoạt tải ngoài gây ra ............................ 37
2.2.6.1. Tải phân bố đều................................................................................... 37
2.2.6.2. Tải tập trung ........................................................................................ 38
2.2.6.3. Tải phân bố đều theo đường thẳng ..................................................... 39
2.2.6.4. Tải trọng hình bằng ............................................................................. 40
2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO ...................................... 41
2.3.1. Giới thiệu.................................................................................................... 41
2.3.2. Ổn định nền khi thi công hố đào ................................................................ 41
2.3.2.1. Các hệ số an toàn ................................................................................ 41
2.3.2.2. Phá hoại cắt tổng thể ........................................................................... 42
2.3.2.3. Đẩy trồi đáy ........................................................................................ 52
2.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS .......................................................... 53
2.4.1. Các mơ hình đất nền ................................................................................... 53
2.4.2. Mơ hình Hardening Soil (HS) .................................................................... 53
2.5. NHẬN XÉT ....................................................................................................... 56
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN
3.1. GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH ............................................................................ 57
3.1.1. Đặc điểm cơng trình nghiên cứu ................................................................ 57
3.1.2. Điều kiện địa chất cơng trình ..................................................................... 59
3.2. TÍNH TỐN TƯỜNG CỪ LARSEN THEO MƠ HÌNH HS .......................... 64
3.2.1. Sơ đồ tính ................................................................................................... 64
3.2.2. Các thơng số dùng trong tính toán ............................................................. 64
3.2.2.1. Tải trọng .............................................................................................. 64
3.2.2.2. Đất nền ................................................................................................ 64
3.2.2.3. Tường cừ larsen .................................................................................. 67
3.2.2.4. Thanh chống ngang............................................................................. 67
3.2.3. Mơ phỏng bài tốn bằng Plaxis .................................................................. 69
3.2.4. Kết quả tính tốn ........................................................................................ 70
3.2.5. Phân tích chuyển vị tường cừ khi thay đổi khoảng cách của tải trọng ngoài
.............................................................................................................................. 78
3.3. KẾT LUẬN ................................................................................................... 88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 89
PHỤ LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Cọc ván thép tiết diện chữ U .......................................................................... 5
Hình 1-2. Cọc ván thép tiết diện phẳng .......................................................................... 5
Hình 1-3. Cọc ván thép tiết diện chữ Z........................................................................... 6
Hình 1-4. Cọc ván thép dạng hộp ................................................................................... 6
Hình 1-5. Cọc ván thép ở góc ......................................................................................... 6
Hình 1-6. Cấu tạo búa diesel ........................................................................................... 8
Hình 1-7. Cấu tạo máy chấn động hạ cọc ....................................................................... 9
Hình 1-8. Đóng cọc ván thép bằng búa rung ................................................................ 10
Hình 1-9. Máy ép thủy lực ............................................................................................ 11
Hình 1-10. Ép cừ đơn .................................................................................................... 12
Hình 1-11. Ép cừ tấm ( panel-driving) ......................................................................... 12
Hình 1.12. Nguyên nhân sự nghiêng lệch của cừ ......................................................... 14
Hình 1.13. Biện pháp làm giảm độ nghiêng lệch của cừ .............................................. 15
Hình 1.14. Biện pháp phòng chống sự mở rộng và co ngắn so với chiều dài thiết kế . 17
Hình 1.15. Mũ mặt cắt .................................................................................................. 18
Hình 1.16. Cọc ván thép áp dụng ở cảng ...................................................................... 19
Hình 1.17. Cừ thép được sử dụng làm tường chắn đất phục vụ thi cơng hố móng ...... 20
Hình 1.18. Cừ thép sử dụng trong kè bờ ....................................................................... 20
Hình 2-1. Phân loại tường ............................................................................................. 23
Hình 2-2. Áp lực đất chủ động của Coulomb ............................................................... 26
Hình 2-3. Áp lực bị động của Coulomb........................................................................ 28
Hình 2.4. Lý thuyết áp lực đất chủ động Rankine ........................................................ 30
Hình 2.5. Lý thuyết áp lực đất bị động Rankine ........................................................... 30
Hình 2.6. Phân tố đất sau lưng tường ........................................................................... 32
Hình 2.7. Tải trọng ngồi tác dụng sau lưng tường ...................................................... 34
Hình 2.8. So sánh mặt phá hoại theo lý thuyết Log-Spiral và Coulomb ...................... 36
Hình 2.9. Áp lực ngang của đất lên tường cừ do tải phân bố đều ................................ 38
Hình 2.10. Phân bố áp lực ngang lên tường cừ do tải tập trung (Terzaghi) ................. 39
Hình 2.11. Phân bố áp lực ngang lên tường cừ do tải phân bố đều theo đường thẳng . 40
Hình 2.12. Áp lực lên tường dưới tác động của tải trọng hình băng ............................ 40
Hình 2.13. Các trạng thái phá hoại cắt tổng thể. (a) Đáy tường cọc ván bị đẩy vào
trong hố đào ; (b) Đáy hố đào bị trồi lên ....................................................................... 43
Hình 2.14. Phân tích đẩy ngang tường cọc ván theo phương pháp áp suất tổng cộng :
(a) Phân bố áp lực đất tổng cộng ; (b) Cân bằng hệ lực của phân tố tường tách ra ...... 43
Hình 2.15. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải của Terzaghi.
(a) Tìm mặt phá hoại theo phương pháp thử dần ; (b) Mặt phá hoại thứ 2 ; (c) Mặt phá
hoại thứ 3 ; (d) Cả hai phía hố đào xảy ra phá hoại....................................................... 45
Hình 2.16. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi : (a) D B / 2 ;
( B) D B / 2 ................................................................................................................. 45
Hình 2.17. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải âm :
(a) Mặt trượt có chiều rộng a 2B1 ; (b) Mặt trượt khác có chiều rộng 2B1 ; (c) Mặt
trượt bao phủ tồn đáy hố đào ....................................................................................... 46
Hình 2.18. Hệ số sức chịu tải của Skempton ( Skempton, 1951) ................................. 46
Hình 2.19. Phương pháp Bjerrum và Eide mở rộng : (a) N c , s cho mặt trượt tròn cắt qua
2 lớp đất ; (b) N c , s cho mặt trượt trịn tiềp xúc với đỉnh lớp đất phía dưới và (c) f d hiệu
chuẩn cho chiều rộng hố đào (NAFAC DM 7.2, 1982 ; Reddy và Srinivasan,1967) ... 48
Hình 2.20. Vị trí tâm cung trượt trịn theo phương pháp mặt trượt trụ trịn ................. 50
Hình 2.21. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp mặt trượt trụ tròn : (a) Mặt
trượt phá hoại và (b) Lực tác động lên khối trượt ......................................................... 50
Hình 2.22. Hệ số an tồn tăng khi vịng trịn phá hoại vượt q bề rộng hố đào ......... 51
Hình 2.23. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào trong trường hợp đất yếu nhiều lớp ............ 51
Hình 2.24. Phân tích đẩy trồi đáy hố đào do áp lực nước............................................. 52
Hình 2.25. Mặt dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ hình HS (c=0).............. 53
Hình 2.26. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic qua thí nghiệm
nén ba trục thốt nước ................................................................................................... 55
ref
Hình 2.27. Xác định Eoed
qua thí nghiệm nén cố kết Oedometer ................................. 56
Hình 3.1. Phối cảnh dự án Căn hộ cao cấp quận 5 ....................................................... 57
Hình 3.2. Mặt bằng định vị cọc và cừ Larsen ............................................................... 58
Hình 3.3. Mặt bằng tầng chống..................................................................................... 58
Hình 3.4. Mặt cắt địa chất cơng trình ........................................................................... 63
Hình 3.5. Sơ đồ tính ...................................................................................................... 64
Hình 3.6. Bước 1 ........................................................................................................... 68
Hình 3.7. Bước 2 ........................................................................................................... 69
Hình 3.8. Bước 3 ........................................................................................................... 69
Hình 3.9. Bước 4 ........................................................................................................... 69
Hình 3.10. Bước 5 ......................................................................................................... 70
Hình 3.11. Bước 6 ......................................................................................................... 70
Hình 3.12. Chuyển vị theo phương ngang lớn nhất của tường cừ Larsen (Phase 4) là
1.73cm. .......................................................................................................................... 71
Hình 3.13. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu – cấp tải 20kN/m2 ........................... 73
Hình 3.14. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 1) .............................. 74
Hình 3.15. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 2) .............................. 75
Hình 3.16. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 3) .............................. 75
Hình 3.17. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tổng hợp .......................................... 77
Hình 3.18. Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và tải trọng ................................... 78
Hình 3.19. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng .................................................... 78
Hình 3.20. Trường hợp 4 .............................................................................................. 79
Hình 3.21. Trường hợp 5 .............................................................................................. 80
Hình 3.22. Trường hợp 6 .............................................................................................. 80
Hình 3.23. Trường hợp 7 .............................................................................................. 80
Hình 3.24. Trường hợp 8 .............................................................................................. 81
Hình 3.25. Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 4) .................................................... 82
Hình 3.26. Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 5) .................................................... 82
Hình 3.27. Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 6) .................................................... 83
Hình 3.28. Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 7) .................................................... 84
Hình 3.29. Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 8) .................................................... 84
Hình 3.30. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tổng hợp .......................................... 86
Hình 3.31. Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách tải và chuyển vị ngang ........................ 86
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Giá trị Ko trong một số loại đất ..................................................................... 25
Bảng 2.2 Giá trị k’, k ..................................................................................................... 29
Bảng 2.3 Giá trị hệ số áp lực bị động K p (mặt cong phá hoại) theo Caquot và Kerise
(1948)............................................................................................................................. 37
Bảng 3.1 Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT .......................................... 65
Bảng 3.2 Hệ số thấm k của một số loại đất theo Das, B.M .......................................... 66
Bảng 3.3 Module biến dạng một số loại đất theo nghiên cứu của giáo sư M.Das........ 66
Bảng 3.4 Hệ số Rint er ..................................................................................................... 66
Bảng 3.5 Thông số đất nền............................................................................................ 66
Bảng 3.6 Thông số tường cừ Larsen ............................................................................. 67
Bảng 3.7 Thông số thanh chống ngang ......................................................................... 68
Bảng 3.8 Chuyển vị ngang, đứng của tường cừ Larsen ................................................ 72
Bảng 3.9 Tổng hợp các trường hợp chuyển vị ngang theo tải trọng............................. 76
Bảng 3.10 Tổng hợp các trường hợp chuyển vị ngang theo khoảng cách .................... 84
CÁC KÝ HIỆU
E50ref
kPa
Độ cứng khi chất tải trong thí nghiệm nén ba trục thoát nước
Eurref
kPa
Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải
ref
Eoed
kPa
Độ cứng trong thí nghiệm nén cố kết
Mr
kNm
Moment chống trượt
Ms
kNm
Moment uốn cho phép của tường chắn đất
Ka
Hệ số áp lực chủ động của đất
Kp
Hệ số áp lực bị động của đất
Ko
Hệ số áp lực tĩnh của đất tại thời điểm tính tốn.
OCR
Tỷ số cố kết trước của đất
Po
KN / m2
Cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính tốn
Q
KN / m2
Tải trọng phân bố đều trên mặt đất
su
kPa
Sức chống cắt khơng thốt nước của đất sét
Bán kính mặt trượt
X
độ
Góc ma sát trong của đất
uu
độ
Góc ma sát trong điều kiện khơng cố kết-khơng thốt nước
cu
độ
Góc ma sát trong điều kiện có cố kết-khơng thốt nước
KN / m3
Trọng lượng riêng của đất
Hệ số Poisson
1
MỞ ĐẦU
1.
Đặt vấn đề nghiên cứu:
Để đáp ứng được mật độ dân số ngày càng tăng trong các thành phố lớn hiện nay,
việc xây dựng các toà nhà cao tầng, chung cư ngày càng nhiều, các cơng trình xây
dựng này phải có diện tích phần ngầm đủ lớn theo tiêu chuẩn quy hoạch và thiết kế để
phục vụ các hạng mục như trung tâm thương mại, bãi giữ xe, bãi chứa các thiết bị phụ
trợ như hệ thống điện, hệ thống nước, thậm chí cả khu vui chơi, giải trí …Do đó việc
thi cơng các tầng hầm là rất phổ biến và là nhu cầu cấp thiết hiện nay.
Thực tế xây dựng các cơng trình ngầm cho thấy có rất nhiều hố móng sâu được
thi cơng cạnh các cơng trình đã xây dựng trước đó. Vấn đề đặt ra là khi thi cơng hố
đào thì tải trọng của các cơng trình lân cận sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị tường. Vì vậy
cần xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường như khoảng cách từ hố đào đến
cơng trình lân cận, tải trọng của cơng trình lân cận, chiều dài cấm sâu trong đất của
tường, ứng xử đất nền, độ cứng của hệ thống tường …
2.
Mục tiêu nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mơ hình Hardening-soil để phân tích
chuyển vị ngang của tường Larsen khi xét đến ảnh hưởng tải trọng của cơng trình
ngồi gây ra.
Vẽ biểu đồ tương quan giữa chuyển vị tường Larsen và tải trọng ngoài.
3.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính tốn áp lực đất lên tường chắn.
Sử dụng phần mền Plaxis mơ phỏng để phân tích ổn định và biến dạng của tường
Larsen.
4.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu có hệ tường vây cừ Larsen khi xét
ảnh hưởng tải trọng ngoài bằng lý thuyết, phương pháp phần tử hữu hạn.
2
5.
Tính thực tiễn của đề tài:
Qua q trình tính tốn và mô phỏng sẽ đánh giá được chuyển vị của tường
Larsen ứng với từng cấp tải do tải trọng ngoài gây ra cho hố đào.
Đưa ra giải pháp gia cố thành hố đào và chọn chiều dài cừ Larsen hợp lý mang
lại hiệu quả và giá trị kinh tế cao, tiết kiệm chi phí cho nhà đầu tư.
6.
Giới hạn đề tài:
Do thời gian hạn chế nên đề tài:
Chưa xét đến yếu tố từ biến của đất nền trong hố đào khi thi công.
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu tường cừ Larsen trong đất sét dẻo mền bảo vệ
thành hố đào khi thi công tầng hầm nhà cao tầng.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỪ LARSEN
1.1.
TỔNG QUAN KẾT CẤU TƯỜNG CỪ
Kết cấu tường cừ là loại kết cấu tường mỏng, được đóng sâu vào trong đất tạo
ra thế ổn định. Nguyên tắc tổng quát đảm bảo tính ổn định của tường cừ đó là tổng các
lực ngang và lực đứng tác dụng lên kết cấu phải bằng không.
Cừ được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích có thể liệt kê sau:
-
Đối với cơng trình vĩnh cữu: Cơng trình cầu cảng, cơng trình gia cố
bờ sơng hoặc kênh rạch, đê chắn sóng, tường chắn, tường chống xói,
tường cắt dịng, đập, đê biển.
-
Cơng trình tạm thời: Tường chắn đất, tường chống, cơng trình phục
vụ thi cơng mố trụ cầu, cơng trình dạng đảo.
-
Các cơng trình đặc biệt: Xilơ dầu, cơng trình bảo vệ ống dẫn dầu,
cơng trình lấp gia cường động đất, cơng trình chống hóa lỏng, cơng
trình chống biển lấn.
Hiện nay, chủng loại cừ rất đa dạng và phong phú. Nếu phân loại cừ theo vật
liệu chế tạo gồm có: cừ gỗ, thép, bê tơng cốt thép và nhựa tổng hợp. Cịn nếu phân loại
cừ theo hình thức neo giữ, ta có cừ tự do, cừ khơng neo, cừ một tầng neo và cừ nhiều
tầng neo. Về mặt tính tốn, có thể phân loại kết cấu tường cừ theo chỉ số mền ( cừ
cứng hoặc cừ mền), hoặc theo đặc trưng liên kết của cừ vào đất: Khớp, ngàm chặt và
ngàm đàn hồi. Trong đề tài này tác giả tập trung nghiên cứu về cừ thép.
1.2.
KHÁI NIỆM CỌC VÁN THÉP
Hiện nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép ( các tên gọi khác là cừ Larsen,
cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là Steel Sheet Pile) được sử dụng phổ biến có thể chia
làm ba loại sau: cọc ván thép nhẹ, cọc ván thép và cọc ống ván thép. Cọc ống ván thép
hầu hết sử dụng cho cơng trình vĩnh cửu, trong khi đó cọc ván thép nhẹ và cọc ván
thép được sử dụng cho cả cơng trình vĩnh cửu và cơng trình tạm theo ứng dụng cần
thiết khác nhau.
4
Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black
Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm
tường vây khi thi cơng móng mố trụ cầu trong nước. Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản
cũng có thể được chế tạo từ nhơm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy nhiên với những ưu
điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng. Cho đến nay
cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặt tính
về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngồi cọc ván thép có mặt cắt ngang
dạng chữ U, Z thơng thường cịn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng
(Straight web) cho các kết cấu tường chắn trịn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu
thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau. Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà
tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc
thép hình H hoặc cọc ống thép nhằm tăng khả năng chịu momen uốn.
Cọc ván thép nhẹ được phát triển ban đầu qua các thiết kế đơn giản không có
mối nối. Tuy nhiên từ nhiều cải tiến hiện nay thiết kế mối nối liên kết đang được sử
dụng rộng rãi. Cọc ván thép nhẹ chữ U đang được phổ biến rộng rãi.
Cọc ván thép có các đặc trưng cơ bản sau:
-
Chuẩn loại đa dạng, khả năng chi phí có thể đáp ứng với mọi nhu cầu
-
Độ tin cậy cao
-
Khả năng làm việc tuyệt đối
Trong thiết kế, cọc ván thép ngoài việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng
ngang còn phải kiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp. Bề mặt của
cọc ván thép bên trong được sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo
vệ chống ăn mòn cho cọc ván thép.
5
1.3.
PHÂN LOẠI CỌC VÁN THÉP:
1.3.1 Cọc ván thép tiết diện chữ U
Đặc tính của cọc ván thép chữ U là có thể đáp ứng đối với mọi loại cọc ván
thép. Nó là vật liệu khơng thể thiếu đối với mọi kỹ sư và mọi nhà thầu. Cọc ván thép
chữ U sử dụng rộng rãi trong các cơng trình vĩnh cửu và các cơng trình tạm như tường
chắn, cơng trình phục vụ thi cơng hố móng. Hơn nữa độ cứng và moment qn tính
tương ứng của nó rất lớn do đó cho phép luân chuyển trong quá trình sử dụng.
Loại cọc này có chiều rộng hữu hiệu khác nhau từ 400mm, 500mm, 600mm,
cũng như mô đun mặt cắt từ 529 cm2/m đến 3820 cm2/m do đó cho phép tối ưu hóa sự
lựa chọn về yêu cầu cường độ.
Hình 1-1 Cọc ván thép tiết diện chữ U
1.3.2 Cọc ván thép tiết diện phẳng
Cọc ván thép phẳng có đặc trưng là cường độ cơ học của khớp nối rất cao. Do đó
nó là vật liệu lý tưởng phù hợp với loại cơng trình cừ vây ơ, kết cấu có dạng trịn, kết
cấu vịng vây thi cơng trụ cầu…
Hình 1-2 Cọc ván thép tiết diện phẳng
1.3.3 Cọc ván thép tiết diện chữ Z
Cọc ván thép chữ Z có đặc trưng là khớp nối nằm ngồi phía trái và phía phải
của cọc khi nối chúng lại. Loại cọc này chủ yếu dùng trong cơng trình vĩnh cửu . Mô
đun mặt cắt cọc chữ Z dao động từ 2510 cm2/m đến 4550 cm2/m
6
Hình 1-3 Cọc ván thép tiết diện chữ Z
1.3.4 Cọc ván thép dạng hộp
Cọc ván thép dạng hộp được cấu tạo bằng cách hàn úp tổ hợp hai cọc chữ U. Tổ
hợp thích đáng của các cọc ván thép tạo rất nhiều loại cọc có nhiều mơđun tiết diện và
phụ thuộc vào thiết kế, tổ hợp phù hợp nhất, kinh tế nhất sẽ được chọn.
Loại cọc hộp có mơđun tiết diện lớn nhất khoảng 8700cm3 trên một mét dài
tường thích hợp cho cơng trình cầu cảng lớn.
Hình 1-4 Cọc ván thép dạng hộp
1.3.5 Cọc ván thép ở góc
Cọc ván thép ở góc hay gọi là cọc góc, mới được phát triển bằng loại cóc ván
sản xuất bằng thép cán thay thế cho loại cọc chữ T chế tạo thép hàn thường dùng trước
đây. Do đó loại trừ q trình hàn và quá trình lắp ráp khác, giảm bớt trọng lượng cọc.
Hình 1-5 Cọc ván thép ở góc
