Nghiên cứu tính toán và ứng dụng của neo trong đất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.34 MB, 158 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN TẤN HƯNG
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VÀ ỨNG DỤNG CỦA
NEO TRONG ĐẤT
LUẬN VĂN CAO HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
NĂM 2007
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------------------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------------------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN: TRẦN TẤN HƯNG
PHÁI: NAM
NGÀY SINH: 12/08/1981
NƠI SINH: ĐỒNG NAI
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ: 60. 58. 60
1. Tên đề tài
NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VÀ ỨNG DỤNG CỦA NEO TRONG ĐẤT
2. Nhiệm vụ và nội dung
-
Nhiệm vụ: Nghiên cứu tính tốn và ứng dụng của neo trong đất
-
Nội dung: Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Tổng quan về neo trong đất
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn neo trong đất
Chương 4: Phân tích và tính tốn kết cấu tường có neo
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
3. Ngày giao nhiệm vụ: 5/2/2007
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 11/7/2007
5. Cán bộ hướng dẫn: TS. TRẦN XUÂN THỌ
Nội dung và yêu cầu luận văn thạc sĩ đã được thông qua bộ môn
Ngày tháng
năm 2007
Cán bộ hướng dẫn
Chủ nhiệm Bộ môn
Quản lý chuyên ngành
TS. Trần Xuân Thọ
TS. Võ Phán
Khoa quản lý ngành
Phòng Đào tạo sau đại học
ii
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
- - - - - -X Z- - - - - -
Thầy hướng dẫn: TS. TRẦN XUÂN THỌ
Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại: HĐ CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . .tháng . . . .năm 2007
iii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm luận văn tôi đã nhận được sự động viên và giúp
đỡ rất nhiều từ mọi người.
Em xin gửi lời biết ơn chân thành đến Tiến sĩ Trần Xuân Thọ đã tận
tình hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Em xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô khoa Xây dựng –
Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã truyền đạt cho em những kiến thức
bổ ích trong suốt q trình học tập. Đặc biệt là các Thầy, Cô trong ngành
Địa Kỹ thuật Xây dựng đã tận tình giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận
văn.
Xin cám ơn các bạn ngành Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa 2005 đã đóng
góp ý kiến cho luận văn này.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ba, Mẹ, gia đình và
những người thân của tôi đã động viên, giúp đỡ và luôn bên cạnh tôi trên
những chặng đường học tập đã qua.
TP.HCM, tháng 7 năm 2007
Trần Tấn Hưng
iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong vài thập kỹ gần đây, neo trong đất đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực
tường chắn và những cơng trình tương tự bởi tính kinh tế cũng như những ưu điểm nổi
bật của nó. Ở Việt Nam, công nghệ này tuy đã được áp dụng ở một số cơng trình
nhưng những vấn đề về thiết kế và thi cơng cịn phải nghiên cứu kỹ.
Với mục đích nghiên cứu, tính tốn và ứng dụng neo giữ ổn định tường chắn cho
cơng trình “APARTMENT BUILDING” trên nền đất thuộc khu vực phường Thảo
Điền - Quận 2 - TP.HCM, nội dung luận văn tập trung vào những vấn đề sau:
- Tìm hiểu cấu tạo, biện pháp thi cơng của các loại neo,
- Phương pháp tính tốn sức chịu tải của neo,
- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu neo,
- Phân tích ổn định tường chắn khi có hệ neo tăng cường,
- Phân tích ổn định bầu neo và đất nền xung quanh bầu neo.
Sau khi phân tích các thơng số tường và neo cho tường chắn bảo vệ 2 tầng hầm
có 3 tầng neo giữ ổn định được xây dựng trên nền đất yếu trong trường hợp chọn loại
neo hình trụ có bầu neo mở rộng, sử dụng bó cáp đường kính 15mm, kết quả phân tích
được: khi thiết kế nên chọn tỉ số giữa đoạn chôn sâu và đoạn trên mặt hố đào khoảng
1.25, chiều dày tường hợp lý từ 0.7 – 0.85m, góc nghiêng neo 20 – 350, số bó cáp
đường kính 15mm là 7 – 10 bó, khoảng cách bố trí neo 1.2 – 1.4m, chiều dài bầu neo
3m và đường kính bầu neo hợp lý là 200mm.
Tác giả cũng đã phân tích, đánh giá sự ổn định của vùng đất xung quanh bầu neo.
Mức độ ổn định tại các điểm này khá cao. Việc đào hố móng, hạ mực nước ngầm
trong q trình thi cơng khơng làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định của vùng đất xung
quanh bầu neo nhưng lại ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị, nội lực của tường và neo.
Thông qua kết quả nghiên cứu của luận văn chúng ta có thể áp dụng những kết
quả này cho những cơng trình tương tự.
v
ABSTRACT
In the recent decades, ground anchors have been used in many fields involved in
retaining walls and similar structures for its economical effects as well as its
distinguishing advantages. In Viet Nam, this technology has been applied for some
geotechnical structures but we need to study carefully the design technique and
installation.
The thesis is aimed at studying the ground anchors utilised to the retaining walls
in deep excavation of the project “APARTMENT BUILDING” in Thao Dien Ward,
District 2, Ho Chi Minh city as following matters:
- The structures, installation some types of ground anchors,
- Calculation methods of the capacity of ground anchors,
- Analysing the factors affecting ground anchor structure,
- Analysing the stability of anchored walls,
- Analysing the stability of bond anchors and their surrounding soil.
Having studied the parameter of diaphragm walls and ground anchors for the
diaphragm wall with two basements in soft soil supported by three ground anchor
levels with straight shaft pressure grouted and 15mm diameter strands should be
chosen the rate between the wall embedment depth and the depth of excavation about
1.25 for the design, the reasonable thickness of wall from 0.7m to 0.85m, inclination
of ground anchor from 20 – 35 degree, the numbers of 15mm diameter strands from 7
to 10, spacing between ground anchors from 1.2 to 1.4m, reasonable bond length of
3m, diameter of bond anchor of 200mm.
The stability of bond anchors and their surrounding soil have been analysed. The
factor of stability is quiet safe. The excavation and ground water drawing do not affect
so much the stability of bond anchors and their surrounding soil but they affect the
displacement, bending moment of diaphragm walls and the axial force of ground
anchor very much.
Having results from the analysis, it is able to use the obtained conclusion for the
similar structures.
vi
MỤC LỤC
Trang tiêu đề
Nhiệm vụ luận văn
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn, phản biện
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn
Mục lục
Danh sách hình vẽ
Danh sách bảng biểu
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Lịch sử phát triển neo trong đất
1.3 Mục đích nghiên cứu
1.4 Nội dung nghiên cứu
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.6 Phương pháp nghiên cứu
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NEO TRONG ĐẤT
2.1 Tổng quan về neo trong đất
2.2 Cấu tạo và sự làm việc của neo trong đất
2.2.1 Cấu tạo
2.2.2 Cơ chế làm việc của neo khi bố trí neo cho tường chắn
2.3 Phân loại neo
2.4 Các dạng neo thông dụng
2.4.1 Neo sử dụng thép thanh
2.4.2 Neo sử dụng bó cáp
2.4.3 Neo có thể tháo dỡ cho các công tác tạm thời
2.5 Quy định chung về vật liệu và các bộ phận cấu thành hệ thống neo
2.6 Thi công neo trong đất
2.6.1 Thiết bị thi công
2.6.2 Công nghệ thi cơng
2.6.3 Bố trí neo
2.7 Khả năng chịu tải của neo trong đất
2.8 Quy trình kiểm tra neo
2.8.1 Thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải của neo
2.8.2 Thí nghiệm tính phù hợp tại hiện trường
vii
i
ii
iii
iv
v
vii
x
xv
1
1
3
3
4
4
5
6
7
7
9
9
11
11
13
14
16
21
21
25
33
36
38
38
41
2.8.3 Thí nghiệm từ biến của thanh neo
2.9 Các tiêu chuẩn của neo
2.10 Các cơng trình đã ứng dụng neo trong đất
Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NEO TRONG ĐẤT
3.1. Đặt vấn đề
3.2. Phương pháp tính tốn khả năng chịu lực của neo
3.2.1 Khả năng chịu lực của neo trong những loại đất khác nhau
3.2.2 Khả năng chịu lực của neo
3.2.3 Tác dụng chống nhổ của neo
3.2.4 Nhận xét
3.3 Khảo sát sự ổn định của tường chắn có neo
3.3.1 Các trường hợp gây mất ổn định tường chắn sử dụng neo
3.3.2 Ổn định toàn bộ của tường neo
3.4 Các phương pháp tính tốn nội lực của hệ tường trong đất sử dụng neo
3.4.1 Phương pháp đàn hồi
3.4.2 Phương pháp của tác giả P.J.Sabatini, D.G.Pass, R.C.Bachus
3.4.3 Phương pháp cân bằng lực
3.4.4 Phương pháp phần tử hữu hạn
3.5 Nhận xét
Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU TƯỜNG CĨ NEO
4.1 Đặt vấn đề
4.2 Mơ tả cơng trình
4.3 Địa chất cơng trình
4.4 Tính tốn sơ bộ nội lực và thơng số neo theo phương pháp giải tích
4.5 Tính tốn nội lực và chuyển vị trong tường có neo theo phương pháp
phần tử hữu hạn
4.5.1 Các thơng số đưa vào tính tốn
4.5.2 Kết quả phân tích biến dạng và nội lực của hệ tường neo theo
q trình thi cơng
4.5.3 So sánh kết quả tính tốn lực neo theo phương pháp phần tử
hữu hạn và theo phương pháp giải tích
4.6 Kết quả phân tích biến dạng, nội lực tường khi thay đổi thơng số tường
và thơng số neo
4.6.1 Kết quả phân tích khi chiều dày tường thay đổi
4.6.2 Kết quả phân tích khi chiều dài thân neo thay đổi
4.6.3 Kết quả phân tích khi độ cứng thân neo thay đổi
4.6.4 Kết quả phân tích khi khoảng cách bố trí neo thay đổi
4.6.5 Kết quả phân tích khi chiều dài bầu neo thay đổi
4.6.6 Kết quả phân tích khi đường kính bầu neo thay đổi
viii
42
44
45
48
48
49
54
57
61
61
61
63
64
64
67
74
75
76
77
77
79
80
83
84
85
90
91
91
96
101
106
111
115
4.7 Phân tích đánh giá ổn định tại điểm thuộc vùng đất xung quanh bầu neo
trong q trình thi cơng
4.7.1 Kết quả phân tích khi thay đổi chiều dày tường
4.7.2 Kết quả phân tích khi thay đổi chiều dài thân neo
4.7.3 Kết quả phân tích khi thay đổi độ cứng thân neo
4.7.4 Kết quả phân tích khi thay đổi khoảng cách bố trí neo
4.7.5 Kết quả phân tích khi thay đổi chiều dài bầu neo
4.7.6 Kết quả phân tích khi thay đổi đường kính bầu neo
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
5.2 Kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục A: Số liệu chuyển vị, moment tường, lực dọc thân neo, chuyển vị
bầu neo khi thay đổi các thông số neo
Phụ lục B: Số liệu kết quả phân tích ổn định vùng đất xung quanh bầu neo
ix
118
119
120
121
122
123
124
126
128
129
130
137
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình
Tên hình
1.1
Khoan ngang vào vách đá nhiều lỗ sâu từ 4 đến 26m, km 511 + 630
đường Hồ Chí Minh
Các ứng dụng phổ biến của neo
Cấu tạo thanh neo
Neo loại A
Neo loại B
Neo loại C
Neo loại D
Sử dụng thép thanh để làm neo
Sử dụng bó cáp để làm neo
Sử dụng cáp kết hợp tạo điểm gãy làm neo
Cấu tạo thanh neo
Các dạng cơ cấu đệm
Các bộ phận của neo
Vỏ bọc bảo vệ
Máy khoan tạo lỗ neo
Kích căng thanh neo
Máy bơm 77-159 A và R 6.4
Kích căng cáp neo
Sơ đồ trình tự thi cơng thanh neo
Sơ đồ cấu tạo của neo phun
Sơ đồ bố trí neo
Bố trí neo trong tường
Cách bố trí neo trong cơng trình hố móng
Sức chịu tải của neo phụ thuộc vào góc nghiêng và chiều sâu
chôn neo
Sức chịu tải của neo phụ thuộc vào kết cấu thân neo
Sức chịu tải của neo phụ thuộc vào sức chống cắt của đất
Biểu đồ thí nghiệm tải trọng neo (theo PTI 1996)
Biểu đồ quan hệ giữa biến dạng đàn hồi và biến dạng dư
(PTI 1996)
Kiểm tra sức chịu tải của neo
Biểu đồ thí nghiệm tính phù hợp ở hiện trường (PTI 1996)
Lắp đặt thiết bị kiểm tra neo
Biểu đồ thí nghiệm từ biến thanh neo (theo PTI 1996)
Điều chỉnh cấp tải trong q trình thí nghiệm
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32
Trang
x
3
6
8
10
10
11
11
12
14
15
17
19
20
20
21
24
24
25
25
32
34
35
36
37
37
38
40
40
41
42
42
43
44
2.33
2.34
2.35
2.36
2.37
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
Thi công hệ thống neo
Neo ổn định tường, chiều dài neo 40 - 120 ft
Cơng trình sau khi hồn thành
Neo chống đẩy nổi
Neo chống trượt mái dốc
Sức chịu tải của neo sử dụng biện pháp phun vữa áp lực cao
phụ thuộc vào chiều dài neo, dung trọng và thành phần hạt
Sức chịu tải của neo phụ thuộc vào áp lực bơm vữa ( Jorge 1977)
Sơ đồ cấu tạo neo
Nguyên lý chịu lực của thanh neo
Neo đất có mở rộng đáy dạng trụ trịn
Mất ổn định tường chắn do neo khơng đảm bảo lực kéo
Mất ổn định tường chắn do phá vỡ liên kết giữa vữa neo và
môi trường đất
Tường bị uốn
Tường bị lật
Mặt phá hoại cho tường neo
Sơ đồ tính tốn theo phương pháp đàn hồi Nhật Bản
Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi sau khi sửa đổi lại
Biểu đồ phân bố áp lực đất cho đất cát
Biểu đồ phân bố áp lực đất cho đất sét
Sơ đồ tính tốn lực neo cho tường có 1 tầng neo theo phương pháp
cân bằng diện tích
Sơ đồ tính tốn lực neo cho tường có 1 tầng neo theo phương pháp
góc xoay
Sơ đồ tính tốn lực neo cho tường có nhiều tầng neo theo phương
pháp cân bằng diện tích
Sơ đồ tính tốn lực neo cho tường có nhiều tầng neo theo phương
pháp góc xoay
Sơ đồ tính tốn moment uốn trong tường có 1 tầng neo theo
phương pháp cân bằng lực
Sơ đồ tính tốn moment uốn trong tường có 1 tầng neo theo
phương pháp góc xoay
Sơ đồ tính tốn moment uốn trong tường có nhiều tầng neo theo
phương pháp cân bằng lực
Sơ đồ tính tốn moment uốn trong tường có nhiều tầng neo theo
phương pháp góc xoay
Mơ hình tính lực neo
Biểu đồ phân bố lực tác động lên tường
xi
45
46
46
46
47
51
51
54
57
59
62
62
63
63
63
64
65
68
68
69
70
70
71
72
72
73
73
74
74
3.25
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
Biểu đồ biểu diễn vectơ lực
Mặt bằng bố trí
Sơ đồ bố trí 3 tầng neo
Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường chắn theo Peck và Terzaghi
Xác định chiều dài tự do cho neo
Mơ phỏng bài tốn
Chuyển vị của tường khi lắp tầng neo thứ nhất (chiều sâu đào 2m)
Chuyển vị của tường khi lắp tầng neo thứ hai (chiều sâu đào 4m)
Chuyển vị của tường khi lắp tầng neo thứ ba (chiều sâu đào 6m)
Chuyển vị của tường thi công đến đáy hố đào (chiều sâu đào 8m)
Chuyển vị tại đỉnh tường và bầu neo trong quá trình thi công
Biểu đồ lực dọc, lực cắt, moment của tường khi lắp tầng neo thứ
nhất (đào sâu 2m)
Biểu đồ lực dọc, lực cắt, moment của tường khi lắp tầng neo thứ
hai (đào sâu 4m)
Biểu đồ lực dọc, lực cắt, moment của tường khi lắp tầng neo thứ ba
(đào sâu 6m)
Biểu đồ lực dọc, lực cắt, moment của tường khi thi công đến đáy
hố đào (đào sâu 8m)
Quan hệ giữa chiều dày tường và chuyển vị của tường theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dày tường với moment lớn nhất của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dày tường và lực dọc thân neo theo chiều sâu
hố đào
Quan hệ giữa chiều dày tường và chuyển vị của bầu neo theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dày tường với chuyển vị lớn nhất và moment
lớn nhất của tường khi thi cơng đến đáy hố đào
Quan hệ giữa góc nghiêng neo và chuyển vị của tường theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa góc nghiêng neo và moment lớn nhất của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa góc nghiêng của tường và lực dọc thân neo theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa góc nghiêng neo và chuyển vị của bầu neo theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa góc nghiêng neo với chuyển vị lớn nhất và moment
lớn nhất của tường khi thi công đến đáy hố đào
xii
74
78
80
81
82
85
86
86
86
87
87
88
88
89
89
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
4.25
4.26
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
4.34
4.35
4.36
4.37
4.38
4.39
4.40
4.41
4.42
4.43
4.44
Quan hệ giữa số bó cáp 15mm và chuyển vị của tường theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa số bó cáp 15mm và moment lớn nhất của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa số bó cáp 15mm và lực dọc thân neo theo chiều sâu
hố đào
Quan hệ giữa số bó cáp 15mm và chuyển vị của bầu neo theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa độ cứng thân neo với chuyển vị lớn nhất và moment
lớn nhất của tường khi thi công đến đáy hố đào
Quan hệ giữa khoảng cách bố trí neo và chuyển vị của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa khoảng cách bố trí neo và moment lớn nhất của
tường theo chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa khoảng cách bố trí neo và lực dọc thân neo theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa khoảng cách bố trí neo và chuyển vị của bầu neo theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa khoảng cách bố trí neo với chuyển vị lớn nhất của
tường và moment lớn nhất của tường khi thi công đến đáy hố đào
Quan hệ giữa chiều dài bầu neo và chuyển vị của tường theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dài bầu neo và moment lớn nhất của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dài bầu neo và lực dọc thân neo theo chiều sâu
hố đào
Quan hệ giữa chiều dài bầu neo và chuyển vị của bầu neo theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa chiều dài bầu neo với chuyển vị lớn nhất của tường
và moment lớn nhất của tường khi thi cơng đến đáy hố đào
Quan hệ giữa đường kính bầu neo và chuyển vị của tường theo
chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa đường kính bầu neo và moment lớn nhất của tường
theo chiều sâu hố đào
Quan hệ giữa đường kính bầu neo và lực dọc thân neo theo chiều
sâu hố đào
Quan hệ giữa đường kính bầu neo và chuyển vị của bầu neo theo
chiều sâu hố đào
Vòng tròn Morh đánh giá ổn định tại một điểm trong đất nền
xiii
102
103
104
105
106
107
108
109
110
110
111
112
113
114
115
115
116
116
117
118
4.45
4.46
4.47
4.48
4.49
4.50
Vịng trịn Morh theo q trình thi cơng với chiều dày tường D =
700 mm
Vịng trịn Morh theo q trình thi cơng với góc nghiêng neo 450
Vịng trịn Morh theo q trình thi cơng, sử dụng 9 bó cáp 15mm
Vịng trịn Morh theo q trình thi cơng với khoảng cách neo
Lspacing = 1.2m
Vịng trịn Morh theo q trình thi cơng với chiều dài bầu neo l =
4m
Vòng tròn Morh theo q trình thi cơng với đường kính bầu neo D
= 300mm
xiv
119
120
121
122
123
124
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng Tên bảng
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
4.1
4.2
4.3
4.4
Trang
Các thông số kỹ thuật của thanh thép
Các thơng số kỹ thuật của bó cáp: Cấp thép 1550/1820N/mm2
Các thơng số kỹ thuật của neo có thể tháo dỡ
Các kích thước tiêu chuẩn và độ bền đặc trưng của thép làm
thanh neo ứng suất trước
Các dạng đầu neo sử dụng cáp neo (nhà sản xuất Williams)
Bản đỡ (nhà sản xuất William)
Cường độ vữa theo thời gian
Các kích thước ống bảo vệ thơng dụng
Tính năng của máy khoan Krupp của Đức
Tính năng của máy khoan RPD của Nhật
Tính năng của máy khoan MZII của Trung Quốc
Các thơng số kỹ thuật của kích thủy lực (theo DSI)
Các thơng số của máy bơm (theo DSI)
Các thơng số của kích thủy lực (theo DSI)
Các phương pháp lắp đặt neo trong đất
Số lượng neo cần thí nghiệm
Quy trình thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải của neo
Quy trình thí nghiệm tính phù hợp tại hiện trường
Quy trình thí nghiệm từ biến thanh neo
Dự đoán sức chịu tải của neo (1974)
Sức chịu tải giới hạn của neo trong lớp đất sét cứng
Sức chịu tải của neo trong đất rời (theo Bachy, 1978)
Hệ số lực dính
Lực ma sát đơn vị giữa đất và neo
Các giá trị A, B phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất
Hệ số an toàn chống nhổ của thanh neo
Hệ số an toàn về neo của Trung Quốc
Các hệ số an toàn tối thiểu được kiến nghị để thiết kế neo đơn
(BS 8081:1989)
Các thông số đầu vào cho mơ hình đất sét yếu (solf soil) trong
chương trình Plaxis
Kết quả tính tốn chiều dài bầu neo
Các thơng số đưa vào mơ hình Softsoil trong chương trình Plaxis
Kết quả tính toán lực neo theo các phương pháp khác nhau
Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp
xv
12
13
15
16
18
18
19
20
22
22
23
23
24
25
27
33
38
41
43
49
49
52
53
56
56
60
60
60
75
82
84
91
118
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi chiều dày tường
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi góc nghiêng neo
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi độ cứng thân neo
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi khoảng cách bố
trí neo
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi chiều dài bầu neo
Bảng kết quả phân tích ổn định khi thay đổi đường kính bầu neo
xvi
119
120
121
122
123
124
xvii
1.1.
Đặt vấn đề
Trong kỹ thuật xây dựng có rất nhiều phương pháp chống đỡ công trình tường
trong đất bảo vệ tầng hầm. Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà ta có thể lựa chọn phương
pháp chống đỡ thích hợp. Với phương pháp chống giữ tường trong đất bằng thanh chống
thì chuyển dịch ngang của tường lớn và độ tin cậy không cao. Phương pháp Top – down
tuy khắc phục được nhược điểm của phương pháp trên nhưng nó lại có một số hạn chế
như:
- Mặt bằng thi công chật hẹp, khó khăn cho việc đào hố móng.
- Việc vận chuyển máy móc và thiết bị rất khó khăn, không thể đưa các máy đào
lớn xuống hố móng dẫn đến giảm năng suất thi công.
- Việc giữ ổn định cho các cột thép I là rất khó, cột thép I thường bị xoắn và bị
lệch tâm.
Khi thi công hố đào tầng hầm cho các công trình không phải xây chen và nằm
trên vùng đất tốt thì dùng phương pháp neo là hợp lý bởi những ưu điểm nổi trội của nó
như: tạo không gian làm việc thuận lợi cho việc thi công, giảm thời gian xây dựng, đảm
bảo độ ổn định và làm giảm đáng kể chuyển vị cũng như nội lực trong tường. Việc thi
công kết cấu neo đòi hỏi phải có một qui trình cụ thể và phải được kiểm tra chặt chẽ.
Ở Việt Nam, công nghệ này tuy đã được áp dụng ở một số công trình nhưng
những vấn đề về thiết kế và thi công còn phải nghiê n cứu kỹ . Với mục đích đi sâu
nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ neo trong đất vào việc giữ ổn định tầng hầm
của nhà cao tầng, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính toán và ứng dụng của
neo trong đất”
1.2.
Lịch sử phát triển neo trong đất [10]
Công nghệ neo được sử dụng đầu tiên trong đá, đó là công trình đập Cheurfas ở
Algeria được xây dựng năm 1933 với 2205 đầu neo. Đến cuối những năm 1950, công
nghệ neo trong đá được ứng dụng rộng rãi cho những đập lớn khác và cũng trong thời
gian này các nhà thầu xây dựng bắt đầu sử dụng neo vào chống đỡ tạm thời thành hố
đào sâu. Những đầu neo này có thể chịu được tải trọng từ 178 – 890kN. Ở Mỹ neo
trong đất dính đầu tiên được thi công bằng phương pháp sử dụng thiết bị khoan tạo lỗ
(cassion drills) khoan mở rộng đường kính bầu neo (large diameter singleunderreamed) hoặc khoan lỗ mở rộng đều nhau (large diameter straight- shafted). Lần
1
đầu tiên neo tạm thời được sử dụng là ở California vào giữa những năm 1950. Neo
đường kính nhỏ mở rộng đáy trong đất sét được sử dụng ở Scotland vào năm 1961.
Cuối những năm 60 neo mở rộng đáy nhiều tầng được sử dụng rộng rãi trong lớp đất
sét cứng ở London. Ở Đức, Bauer chế tạo loại neo sử dụng phun vữa áp lực trong đất
cát chặt vào năm 1958. Ở Pháp năm 1966 neo sử dụng phun vữa nhiều giai đoạn đã
được giới thiệu. Tường chắn kết hợp neo lâu dài giữ ổn định là phương án phổ biến
nhất được sử dụng ở Brazil từ năm 1958. Neo vónh cữu trong đất bùn sét cứng được sử
dụng lần đầu tiên ở Michigan vào năm 1961 dùng neo dạng mở rộng đáy giữ ổn định
tường chắn cho các đường cao tốc. Vào giữa những năm 1960 neo vónh cửu trong đất
được sử dụng ở Thụy Só, Đức, Anh, Pháp …
Vài thập kỷ gần đây, việc áp dụng công nghệ neo trong đất đá ở các công trình
xây dựng, giao thông, thuỷ lợi đã mang lại hiệu quả kinh tế cao và được áp dụng ngày
càng nhiều trên thế giới. Đây là công nghệ thi công trong đó sử dụng các thanh chịu
kéo, một đầu thanh được liên kết với kết cấu công trình, đầu kia của thanh được neo
chặt vào trong đất để nâng khả năng chịu lực của lực kéo nhổ, lực nghiêng lật hoặc áp
lực đất, áp lực nước lên tường chắn, và lợi dụng lực neo giữ của tầng đất để duy trì ổn
định của công trình. Công nghệ này có thể giữ ổn định tạm thời cũng như lâu dài cho
công trình.
Ở Việt Nam, công nghệ này còn tương đối mới mẻ. Đã có một số công trình nhà
cao tầng ứng dụng công nghệ mới này vào việc giữ ổn định thành hố đào tầng hầm như
toà nhà Sunway Hotel, Vietcombank. Công nghệ neo trong đất lần đầu tiên được áp
dụng vào chống sạt lở đường Hồ Chí Minh, do các chuyên gia Trung Quốc hướng dẫn,
Công ty Xây dựng và Quản lý đường bộ 471 thực hiện. Công nghệ thực hiện bằng cách
khoan ngang vào vách đá nhiều lỗ sâu từ 4 đến 26 mét, sau đó bắn dây cáp sắt vào, tại
các lỗ khoan sẽ cho phun bê tông mác cao tạo thành một khối liên kết vững chắc.
Công ty 471 đã áp dụng thí điểm từ trước mùa mưa năm 2004 tại Km 511 + 630
đường Hồ Chí Minh đoạn đèo Đá Đẽo (Quảng Bình). Qua mùa mưa 2004 đã cho thấy
hiệu quả chống sạt lở tốt đối với các vách taluy có độ dốc lớn, dễ sạt lở.
2
Hình 1.1: Khoan ngang vào
vách đá nhiều lỗ sâu từ 4
đến 26m, km 511 + 630
đường Hồ Chí Minh
1.3.
Mục đích nghiên cứu
Ở Việt Nam đã có một số công trình nhà cao tầng được ứng dụng công nghệ neo
vào việc giữ ổn định thành hố đào tầng hầm. Tuy đã được ứng dụng nhưng sự hiểu biết
của chúng ta về kỹ thuật này còn rất hạn chế, chính vì vậy mà hầu hết các công trình
nói trên đều do tư vấn nước ngoài thực hiện.
Công trình tường trong đất có neo thi công rất phức tạp đòi hỏi phải tuân thủ
nghiêm ngặt các quy trình kỹ thuật để tránh xảy ra các sự cố.
Trước đây người ta dùng phương pháp giải tích để tính toán tường trong đất có sử
dụng neo tuy nhiên các phương pháp còn nhiều hạn chế, thường mô phỏng không đúng
mô hình tính toán thực tế hoặc chỉ giải quyết được những bài toán có một lớp đất đồng
chất. Vì vậy những bài toán về tường trong đất có sử dụng neo vẫn chưa được giải
quyết triệt để. Chỉ đến khi có phương pháp phần tử hữu hạn và các phần mềm tính toán
(chương trình Plaxis …) thì những tồn tại của các phương pháp giải tích trước đây mới
được hạn chế.
1.4.
Nội dung nghiên cứu
Hướng nghiên cứu của đề tài tập trung vào những vấn đề sau:
Tìm hiểu về các dạng neo, cấu tạo và biện pháp thi công
Các phương pháp tính toán sức chịu tải của neo trong đất
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu neo
3
Phân tích ổn định tường chắn có neo
- Phân tích sự thay đổi nội lực, chuyển vị trong tường
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với bề dày tường
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với khoảng cách bố trí neo
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với góc nghiêng neo
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với độ cứng thân neo
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với chiều dài bầu neo
- Phân tích mối quan hệ giữa nội lực – chuyển vị tường với đường kính bầu neo
1.5.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1.
Đối tượng nghiên cứu
-
Hệ thống neo chống giữ tường tầng hầm nhà cao tầng
1.5.2.
-
Phạm vi nghiên cứu
Công trình “APARTMENT BUILDING” tại phường Thảo Điền, Quận 2,
Thành phố Hồ Chí Minh
1.6.
Phương pháp nghiên cứu
1.6.1.
Phương pháp điều tra, tổng hợp
-
Tổng hợp điều tra các số liệu về cấu tạo địa tầng, tính chất cơ lý của đất
cũng như tính chất hóa học của đất và nước ở khu vực dự kiến xây dựng
-
Tìm hiểu lịch sử phát triển, cấu tạo, quy trình thi công, phương pháp tính
toán neo trong đất
1.6.2.
Phương pháp tính toán
-
Phương pháp giải tích: Tính toán sơ bộ sức chịu tải của neo
-
Phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phần mềm chuyên dụng (cụ thể
trong luâïn văn này tác giả sử dụng phần mềm địa kỹ thuật Plaxis) để mô
phỏng bài toán xây dựng thực tế, tính toán nội lực hệ tường neo, đánh giá
mức độ ổn định của hệ tường neo, …
1.6.3.
-
Phương pháp xử lý số liệu
Tổng hợp các kết quả
4
-
Thống kê, thể hiện các số liệu dưới dạng đồ thị, biểu đồ
-
Phân tích, nhận xét và đánh giá các thông số
-
Xử lý, báo cáo kết quả
1.7.
Ý nghóa khoa học và thực tiễn
-
Áp dụng một công nghệ mới vào chống giữ cho tường trong đất
-
Bổ sung thêm những tài liệu về neo trong đất, vốn là một công nghệ khá
mới mẻ ở Việt Nam
-
Dùng neo ổn định mái đất có thể tiết kiệm được 30 - 60% các khối lượng
phát sinh so với các biện pháp thông thường như là đắp bệ phản áp, tường
chắn hoặc cọc cừ.
-
Ngày nay phổ biến phương pháp tạo lỗ bằng máy khoan, sau đó cho neo vào
lỗ và phun vữa tạo bầu cho phép thi công vừa nhanh vừa đạt hiệu quả cao.
5
2.1.
Tổng quan về neo trong đất [3]
Neo là một loại kết cấu chịu kéo kiểu mới, một đầu liên kết với kết cấu công
trình hoặc tường cọc chắn đất, đầu kia neo chặt vào trong nền đất để chịu lực nâng lên,
lực kéo nhổ, lực nghiêng lật hoặc áp lực đất, áp lực nước của tường chắn, nó lợi dụng
lực neo giữ của tầng đất để duy trì ổn định của công trình.
Neo được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, dưới đây là 11 loại ứng dụng phổ
biến của thanh neo trong đất.
1. Đập nước;
nước;
6. Cầu cảng;
10. Ga ra máy bay;
2. Tháp truyền hình;
3. Cầu treo;
7. Công trình hố móng;
4. Taluy đường;
5. Bể
8. Cột điện bằng thép; 9. Ống khói;
11. Đường hầm.
Hình 2.1: Các ứng dụng phổ biến của neo
Neo trong đất được phát triển trên cơ sở của neo trong đá. Trước những năm 50,
neo trong đá đã được ứng dụng trong kết cấu vỏ áo đường hầm. Năm 1958 một công ty
của Đức dùng neo vào việc neo giữ tường chắn đất trong thi công hố móng sâu, lần đầu
tiên neo được đưa vào trong tầng đất không phải là sét.
6
Neo trong đất có rất nhiều ưu điểm, sau lần ứng dụng thành công năm 1958 đã
được các nước chú ý và tiếp tục ứng dụng trong việc neo giữ các loại kết cấu, đồng
thời tập trung nhiều công sức vào nghiên cứu phát triển, làm cho số lượng công trình
ứng dụng tăng lên rất nhanh, công nghệ thi công ngày càng hoàn thiện và hình thành
thiết bị thi công toàn bộ. Từ 1970, nhiều nước đã soạn ra các quy trình thiết kế và thi
công neo trong đất.
Ở Trung Quốc neo được ứng dụng đầu tiên vào công trình đường ngầm xe điện,
đến năm 1980 neo mới được dùng vào neo giữ hố móng sâu nhà cao tầng. Đến nay,
neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến.
Ưu điểm của neo
-
Neo có thể dùng để chống giữ cho tường; thay thế cây chống giữ cố định hố
đào tạm thời; hạn chế trượt mái dốc; giữ ổn định đê đập.
-
Tính đa dạng của neo: Neo có thể được lắp dựng ở bất kỳ góc nghiêng nào, có
thể là neo vónh cữu hoặc tạm thời, thích hợp cho các loại tường: tường cọc bản, tường
trọng lực, tường sử dụng dầm sườn, …
-
Do có hệ thống bảo vệ chống ăn mòn nên sử dụng neo rất kinh tế, đáng tin
-
Cho công tác tạm thời và lâu dài, neo trong đất chứng minh nó là một giải
cậy.
pháp thay thế kinh tế chống giữ tường chắn.
-
Khả năng chịu tải cao trong đất và đá.
Hạn chế của neo
-
Không được neo vào các vùng đất yếu.
-
Không áp dụng được đối với những công trình xây chen.
-
Vì toàn bộ hệ neo nằm trong đất nên khi neo có sự cố thì sẽ rất khó khăn cho
công tác xử lý.
2.2.
Cấu tạo và sự làm việc của neo trong đất
2.2.1.
Cấu tạo [11]
7
Thanh neo được cấu tạo bởi các thành phần là đầu neo, thân neo, bầu neo, cốt
neo (cốt thép thô, dây thép xoắn, dây thép bó), ống vỏ bằng nhựa (hoặc vật liệu khác)
và dầm sườn.
Hình 2.2: Cấu tạo thanh neo
Anchor head : Đầu neo
Bearing plate: Bản đỡ
Trumpet: Mũ neo
Sheath: Ống nhựa (thẳng hoặc nếp gấp) để bảo vệ thanh neo không bị ăn mòn và
ngăn sự dính kết giữa thanh neo và vữa xung quanh
Unbonded tendon (unbonded length): Đoạn thanh neo (chiều dài) không dính kết
Bonded tendon (bond length): Đoạn thanh neo (chiều dài) dính kết
Anchor diameter: Đường kính neo
Anchor grout: Vữa neo
Wall: Tường chắn
8
