mở đầu
Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, khi dân c tại các thành phố Nam Định trở nên đông đúc, đất
đai chật hẹp, đắt đỏ, để tiết kiệm đất đai, đồng thời với việc xây dựng nhiều
nhà cao tầng, ngời ta triệt để khai thác và sử dụng không gian dới mặt đất cho
nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa môi trờng và cho cả mục
đích phòng thủ dân sự. Bên cạnh việc phục vụ cho dân dụng, một số ngành
công nghiệp, các công trình thuỷ lợi cũng đa một phần dây chuyền sản xuất,
kho và các bể chứa vào sâu dới đất nh: dây chuyền tuyển quặng trong nhà máy
luyện kim, cán thép, các lò trong nhà máy xi măng, các trạm bơm, bể chứa, ụ
tàu diện tích lên đến hàng chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng chục mét.
Trong quốc phòng cần rất nhiều các công trình ngầm phục vụ cho các mục
đích khác nhau nh kho chứa vũ khí trang bị, các hầm trú ẩn, hầm thử vũ khí
Khi xây dựng các công trình ngầm thờng kéo theo hiện tợng lún bề mặt,
làm biến dạng các công trình lân cận, làm rối loạn sinh hoạt và giao thông đô
thịđặc biệt là trong điều kiện thành phố đã dày đặc các công trình dân dụng,
công nghiệp, hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác. Việc xây
dựng các công ngầm này sẽ phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều khi gặp nền
đất yếu bão hoà nớc.
Để khắc phục những khó khăn trên, thi công công trình ngầm bằng ph-
ơng pháp tờng trong đất là một phơng pháp rất hiệu quả thích hợp với mọi
điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn. Đặc biệt, phơng pháp này áp dụng đợc
trong điều kiện thành phố tránh tối đa việc gây lún cho các công trình lân cận,
đồng thời cho phép tiết kiệm nhân lực, nguyên vật liệu, thiết bị Một số nhà
cao tầng ở Việt Nam đã áp dụng phơng pháp tờng trong đất để xây dựng tầng
hầm nhng trong quá trình thiết kế và thi công còn gặp nhiều hạn chế nh quy
phạm cha chặt chẽ, phụ thuộc vào nớc ngoài.
Vì vậy luận văn Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phơng
pháp tờng trong đất nhằm mục đích nghiên cứu một số giải pháp tính toán
tờng trong đất đáp ứng nhu cầu xây dựng cho các công trình đợc xây dựng tại
2
chơng 1
tổng quan về phơng pháp tờng trong đất và thiết kế kết
cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo ph-
ơng pháp tờng trong đất
1.1 Sự phát triển của phơng pháp tờng trong đất trên thế giới và tại Việt
Nam
Trớc đây, để xây dựng các công trình ngầm, ngời ta thờng dùng các ph-
ơng pháp xây dựng đắt tiền nh đào hở, đóng cọc cừ, hạ mực nớc ngầm, đóng
băng đất mà chiều sâu không đợc lớn, làm ảnh hởng tới các công trình lân
cận khi xây xen trong thành phố.
Từ sau năm 1940, phơng pháp tờng trong đất đợc bắt đầu nghiên cứu
áp dụng và vào những năm bảy mơi của thế kỷ XX phơng pháp này đợc áp
dụng rộng rãi trên toàn thế giới, điều đó tạo điều kiện cho việc hoàn thiện quy
trình công nghệ và tính toán kết cấu. Đây là một trong những phơng pháp thi
công tiến bộ nhất để xây dựng các công trình ngầm và là phơng pháp tốt nhất
để xây dựng các công trình ngầm có độ sâu lớn trong các thành phố có mật độ
xây dựng dày đặc.
Trên thế giới, áp dụng phơng pháp tờng trong đất để xây dựng các công
trình ngầm trong các khu đô thị là rất phổ biến nh:
- Tại thành phố nh Tokyo (Nhật Bản) các nhà cao tầng phải có ít nhất từ 5
đến 8 tầng hầm.
- ở Thợng Hải (Trung Quốc) thờng thấy có 2 đến 3 tầng hầm dới mặt đất
ở các nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm có kích thớc lớn nhất đến
274x187m, kết cấu chắn giữ sâu tới 32m.
- Tại Matxcơva (Nga) đã xây dựng gara có kích thớc 156x54m, sâu 27m. - Tại
3
Geneve (Thụy sĩ) một gara ngầm 7 tầng sâu 28m đã đợc xây dựng.
Tại Việt nam, phơng pháp tờng trong đất cũng đợc áp dụng rất hiệu quả
trong việc xây dựng các công trình ngầm nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng không
4
Bên cạnh những u điểm trên, việc sử dụng tờng trong đất có những nhợc
điểm sau:
- Thi công theo phơng pháp tờng trong đất yêu cầu về máy móc, trang
thiết bị thi công đồng bộ cao, mỗi loại tờng cần một loại thiết bị thi công phù
hợp vì vậy đòi hỏi đầu t ban đầu lớn.
- Mỗi loại kết cấu chỉ phù hợp với một số chiều sâu hố đào và loại địa
chất nhất định, vì vậy việc lựa chọn kết cấu tờng không phù hợp có thể làm ảnh
hởng rất lớn đến độ an toàn và giá thành thi công.
- Việc sử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà
khi kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo hoặc sử lý không thoả đáng sẽ làm
cho môi trờng bị ô nhiễm [8].
- Do trong quá trình thi công, các lớp đất có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm
yếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp hoặc đã bị biến chất dẫn
đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tờng tăng lên đáng kể, mặt tờng
bị lồi lõm, kích thớc kết cấu vợt quá giới hạn cho phép.
1.2.2 Phạm vi ứng dụng
Thực tế xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy phơng pháp tờng
trong đất có thể áp dụng hiệu quả khi xây dựng các loại công trình sau:
- Các công trình dân dụng có phần ngầm nh: gara, trung tâm thơng mại,
kho chứa, rạp chiếu phim, nhà hát; Phần ngầm các nhà cao tầng nh móng, các t-
ờng chắn kết cấu chắn giữ những toà nhà đợc xây gần những công trình có sẵn.
- Các công trình công nghiệp nh phân xởng nghiền của nhà máy làm giàu
quặng, các phân xởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu, các phễu để
dỡ, chất tải
- Các công trình thuỷ lợi thu, nhận nớc, các trạm bơm, các công trình làm
sạch
- Các công trình giao thông nh hầm giao thông đặt nông, các móng trụ
cầu
- Các công trình quân sự và công trình dân sự có kết hợp phòng thủ khi
Tuy nhiên chỉ phù hợp với hố đào có chiều sâu từ 5 - 7m, không phù hợp
với những hố đào có chiều sâu lớn hơn.
Phơng pháp trộn dới sâu thích hợp với các loại đất đợc hình thành từ các
nguyên nhân khác nhau nh đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất
sét và đất sét bột
Ngoài chức năng giữ ổn định thành hố đào, cọc trộn xi măng đất còn đợc
sử dụng trong các trờng hợp sau:
- Giảm độ lún công trình
- Tăng khả năng chống trợt mái dốc
- Tăng cờng độ chịu tải của nền đất
- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận
- Tránh hiện tợng hoá lỏng của đất rời
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm
Phơng pháp này xuất hiện đầu tiên tại Mỹ sau đó đợc một số nớc nh Nhật
Bản, Trung Quốc phát triển. Tại Việt Nam đầu những năm 80 kỹ thuật này của
hãng Linden - Alimak đã đợc áp dụng làm cọc ximăng/vôi đất đờng kính 40cm,
sâu 10m cho các công trình nhà 3 - 4 tầng, hiện nay Linden - Alimak và
Hercules (Thụy Điển) liên doanh làm loại cọc này sâu đến 20m bằng hệ thống
tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần
Thơ).
1.3.2 Tờng chắn bằng cọc hàng: [8]
7
Hình 1.2 Tờng chắn bằng cọc bê tông cốt thép [8]
Khi thi công công trình ngầm tại những chỗ không tạo đợc mái dốc hoặc
hiện trờng hạn chế không thể dùng cọc trộn đợc, khi chiều sâu công trình
khoảng 6 - 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc hàng có
thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, cọc bản BTCT hoặc cọc bản thép
Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm các loại sau:
- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hố tơng đối
tốt, mực nớc ngầm thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau để
vào trong móng. Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nớc cho từng đoạn tờng, nối
9
các đoạn tờng với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (nh ống đầu nối hoặc hộp đầu
nối), hình thành một bức tờng liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép. Tờng
liên tục trong đất quây lại thành đờng khép kín, sau khi đào móng cho thêm hệ
thống thanh chống hoặc thanh neo sẽ có thể chắn đất ngăn nớc, rất tiện cho việc
thi công móng sâu. Nếu tờng liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu chịu lực
của công trình xây dựng lại càng có hiệu quả kinh tế cao hơn.
Công nghệ tờng liên tục trong đất có các u điểm sau đây:
- Thân tờng có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết cấu
và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng đợc trong kết cấu bao che lại có thể
dùng làm kết cấu chịu lực.
- Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuội
hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá thì cọc bản thép rất khó thi công, nhng
lại có thể dùng kết cấu tờng liên tục trong đất thi công bằng các máy đào móng
thích hợp.
- Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hởng các công trình xây
dựng và đờng ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế về biến dạng lún.
Đặc biệt thích hợp trong điều kiện đô thị chật hẹp, xây chen.
- Có thể thi công theo phơng pháp ngợc (top - down), có lợi cho việc tăng
nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình.
Nhng, phơng pháp thi công tờng liên tục trong đất cũng có những nhợc
điểm cụ thể nh sau:
- Không thể áp dụng trong đất có lẫn đá tảng kích thớc lớn hoặc có hiện
tợng castơ với các lỗ trống lớn, có mạch ngầm làm vữa sét chảy vào trong đất.
Trong bùn lỏng và cát chảy trên bề mặt hay trong đất nớc áp lực với dòng thấm
tốc độ lớn.
- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà
khi kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thoả đáng sẽ làm
cho môi trờng bị ô nhiễm.
bất biến, lấy một số hiện tợng thực đo làm căn cứ:
* Sau khi đặt tầng chống dới, lực trục của tầng chống trên hầu nh không
đổi, hoặc chỉ biến đổi chút ít.
* Chuyển dịch của thân tờng từ điểm chống dới trở lên, phần lớn đã xảy
ra trớc khi lắp đặt tầng chống dới.
* Mômen uốn của thân tờng từ điểm chống dới trở lên, phần lớn trị số
của nó là phần còn d lại từ trớc khi lắp đặt tầng chống dới.
Căn cứ vào các hiện tợng thực đo này Sachipana đa ra phơng pháp tính
lực trục thanh chống và mô men thân tờng không biến đổi theo quá trình đào
đất, những giả định cơ bản của nó là:
* Trong đất có tính dính, thân tờng xem là đàn hồi dài vô hạn.
* áp lực đất thân tờng từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ
mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở
phía đào đất).
* áp lực nớc bên dới mặt đào xem là giảm đi tới không, lực chống của
11
đất bên bị động xem là đạt tới áp lực đất bị động.
* Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động.
* Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống
trên duy trì không đổi, còn thân tờng từ tầng chống dới trở lên vẫn duy trì ở vị
trí cũ.
* Điểm mômen uốn thân tờng bên dới mặt đào M = 0 xem là một khớp,
và bỏ qua lực cắt trên thân tờng từ khớp ấy trở xuống.
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh M
A
= 0 và Y = 0 tìm ra lực chống
và chiều sâu tờng.
1.4.1.2 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp đàn hồi:
Phơng pháp đàn hồi trong Quy phạm thiết kế móng công trình xây
dựng Nhật Bản. Thân tờng xem là đàn hồi dài vô hạn, giải bằng phơng trình
đồng thời của tải trọng ngang: đó chính là phơng pháp gia số bằng cách đơn
giản hoá tác động đồng thời của đất, tờng, chống và từng bớc đào đất, đồng
thời lại dùng lí luận để chứng minh tính chính xác của nó và dùng kết quả tính
toán thực tế để nói rõ tính hợp lý của phơng pháp này.
1.4.2 Phơng pháp phần tử hữu hạn:
Phơng pháp phần tử hữu hạn là một thuật toán để giải những phơng trình
vi phân đạo hàm riêng bằng cách rời rạc hoá phơng trình theo các phơng không
gian nghiên cứu. Việc rời rạc hoá đợc tiến hành bằng cách phủ lên miền xét các
miền nhỏ hơn đơn giản có hình dạng tuỳ ý (phần tử hữu hạn) nhằm chuyển các
phơng trình của bài toán thành các ma trận liên hệ giữa các số liệu vào tại các
điểm định sẵn trong phần tử (các điểm nút), với số liệu ra tại chính các điểm
này. Thiết lập những phơng trình ma trận tổng thể (các phơng trình ma trận đối
với khắp miền nghiên cứu) bằng cách cộng từ nút này tới nút khác các phơng
trình ma trận đối với các miền con nhỏ hơn.
Phơng pháp này bắt đầu đợc nghiên cứu từ những năm năm mơi của thế
kỷ trớc và đến nay ngày càng đợc mở rộng và đợc trình bày trong nhiều tác
phẩm của các nhà khoa học nổi tiếng nh K.J. Bathe (1977), Zien Kie Wicz
(1977), của Strang và Fix (1973), của Cook (1981), của Connor và Brebbia
(1976), của Rao (1982), của I.M. Smith và D.V. Griffith (1982)
Phơng pháp phần tử hữu hạn ban đầu đợc nghiên cứu áp dụng cho các
phần tử đơn giản nh phần tử thanh, sau này đợc phát triển cho nhiều loại phần
tử phức tạp hơn nh phần tử tấm, phần tử vỏ, phần tử khối Hơn thế nữa, phơng
pháp phần tử hữu hạn không chỉ dừng lại để giải các bài toán vật rắn biến dạng
mà còn giải các bài toán về động lực học, bài toán truyền nhiệt, thuỷ động lực
học, ổn định. Đặc biệt, phơng pháp phần tử hữu hạn đợc áp dụng để tính cho
các bài toán liên quan đến địa cơ học nh ổn định mái dốc, phân bố ứng suất
trong đất, ứng suất dới đáy móng, áp lực đất lên tờng chắn, áp lực đất lên
tuynen
Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, rất nhiều chơng trình phần
mềm đợc viết dựa trên phơng pháp phần tử hữu hạn để giúp cho ngời tính toán
cấu (vỏ công trình ngầm và các phần tử liên quan), đất nền xung quanh và các
quá trình tơng tác giữa đất nền, kết cấu bên trên và kết cấu công trình ngầm.
1.5 Điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định:
1.5.1. Khái quát về địa chất tại thành phố Nam Định: [27]
- Theo tài liệu địa chất của công ty cổ phần t vấn xây dựng Nam Định,
Thành phố Nam định nằm trong cấu trúc võng địa hào. Nó lọt giữa 2 đứt gẫy
14
lớn, chạy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam là đứt gẫy sông Hồng. Địa tầng tổng
quát Thành phố Nam định gồm 2 phần:
+ Phần dới là tầng móng bao gồm đất đá cổ có tuổi trớc kỉ đệ tứ.
Thành phần thạch học bao gồm: Phiến thạch sét, phiến thạch mica sa thạch và
đá vôi.
+ Phần trên là tầng phủ khá dày (trên dới 100m), bao gồm các trầm tích
mềm dính có tuổi kỉ đệ tứ. Trong đó nền đất yếu phân bố hầu nh rộng khắp,
phát triển từ bề mặt đến độ sâu khoảng 20m và có nơi lớn hơn. Dới độ sâu này
thờng gặp những lớp trầm tích Đệ tứ hệ tầng Vĩnh Phúc thành phần chủ yếu là
sét, sét pha trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng.
- Đặc điểm nổi bật của tầng phủ là các lớp đất nằm trên cùng thờng là
đất yếu, không thuận lợi cho xây dựng.
1.5.2 Giới thiệu tóm tắt quy mô công trình và tài liệu khảo sát địa chất
của công trình đợc thi công tại thành phố Nam Định:
1.5.2.1 Quy mô công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower:
- Công trình toà nhà Nam Hải Minh Tower đợc thiết kế với quy mô nh
sau :
+ Công trình đợc thiết kế trên diện tích khu đất 3500m
2
+ Công trình đợc thiết kế với quy mô bao gồm 28 tầng trong đó
có 02 tầng hầm và 26 tầng nổi, chiều cao công trình 92,4m tính từ cốt sàn tầng
1: +0.000 (Phần bản vẽ thiết kế kèm theo phần phụ lục 1)
- Vị trí xây dựng công trình:
lớp là 1,5m
16
- Lớp 2: Lớp Bùn sét pha có màu xám nâu, xám gụ.Trạng thái chảy. Bề dày
trung bình của lớp là 3,2m. Lớp này có sức chịu tải nhỏ, do đó khi xây dựng
cần có biện pháp xử lý nền.
- Lớp 3: Lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ. Trạng thái dẻo mềm.
Bề dày trung bình của lớp là 1,7m. Lớp này có sức chịu tải trung bình, đối với
những công trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này.
- Lớp 4: Lớp Bùn sét pha màu xám nâu, xám gụ xen kẹp các mạch cát.
Trạng thái dẻo chảy. Bề dày trung bình của lớp là 3,3m Lớp này có sức chịu
tải nhỏ, do đó khi xây dựng cần có biện pháp xử lý nền.
- Lớp 5: Lớp đất sét pha màu xám vàng, vàng nhạt. Trạng thái dẻo cứng
đến nửa cứng. Bề dày trung bình của lớp là 10,6m. Lớp đất sét pha có sức chịu
tải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng.
- Lớp 6: Lớp Cát pha màu xám, xám đen. Trạng thái dẻo . Bề dày trung
bình của lớp là 3,0m. Lớp đất cát pha có sức chịu tải trung bình, đối với những
công trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này.
- Lớp 7: Lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ. Trạng thái dẻo mềm.
Bề dày trung bình của lớp là 6,2m. Lớp này có sức chịu tải trung bình, đối với
những công trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này.
- Lớp 8: Lớp cát hạt bụi màu xám, xám đen, xen kẹp các mạch cát. Trạng
thái chặt vừa. Bề dày trung bình của lớp là 8,8m. Lớp cát hạt bụi có sức chịu
tải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng.
- Lớp 9: lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ đôi chỗ xen kẹt cát.
Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Bề dày trung bình của lớp là 4,7m. Lớp đất
sét pha có sức chịu tải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng.
- Lớp 10: Lớp cát hạt mịn màu xám, xám đen, xen kẹp các mạch cát.
Trạng thái chặt vừa. Bề dày trung bình của lớp là 2,6m. Lớp đất cát hại mịn có
sức chịu tải tốt nhng bề dày mỏng cho nên khi xây dựng công trình lớn cần có
biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này.
- Do áp lực nớc dới đất lên mặt tờng.
- Các tải trọng tập trung do neo đất hoặc thanh văng
- Các tải trọng do các thiết bị công nghệ bố trí trực tiếp trong công
trình.
18
Theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động, tải trọng tác động vào kết cấu
thông thờng chia làm 3 loại:
+ Tải trọng thờng xuyên (cố định): là những tải trọng và tác động nh
trọng lợng bản thân của đất và công trình, thờng xuyên tác dụng khi xây dựng
và khai thác.
+ Tải trọng tạm thời: là những tải trọng chỉ tác động trong một thời kỳ
nh tải trọng động mặt sàn, ô tô, cần trục, tải trọng xếp đống vật liệu
+ Tải trọng đặc biệt: bao gồm lực động đất, va chạm và các tác động
khác tác dụng khi xây dựng và khai thác công trình nh áp lực ngang khi dâng
quá nhanh đáy kết cấu chắn giữ hoặc lở đất trong vùng áo sét.
Việc tính toán công trình đợc tiến hành với tổ hợp bất lợi nhất của tải
trọng hoặc các ứng lực tơng ứng với nó. Các tổ hợp này đợc thiết lập từ việc
phân tích các phơng án tác động đồng thời thực tế của các tải trọng khác nhau
đối với giai đoạn làm việc đợc xem xét của công trình. Khi đó ngời ta phân ra:
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 1 lập từ các tải trọng thờng xuyên, các tải
trọng dài hạn.
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 2 lập từ các tải trọng thờng xuyên, các tải
trọng ngắn hạn.
+ Tổ hợp tải trọng đặc biệt lập từ các tải trọng thờng xuyên, tải trọng
dài hạn, ngắn hạn và một tải trọng đặc biệt
Bảng 2.1 Bảng tải trọng và tác động [ Nguồn 8,10,22]
Số TT Tải trọng và tác động Đơn vị đo Hệ số
Trong điều kiện thi công
1 Trọng lợng kết cấu (Tờng, đáy ) kN
1,1
19
bên) và đáy (áp lực đứng) (kG/cm2) (0,9)
7 Lực ma sát giữa tờng và đáy khi công trình nổi kN 1,0
8 Lực căng neo:
+ Để tiếp nhận áp lực bên của đất
+ Để tạo lực bổ sung chống đẩy nổi công
trình
kN(kg) 1,1
1,0
Tác động ngắn hạn
9 áp lực bên phụ của đất lên tờng gây ra bởi các
tải trọng trên mặt đất
kPa
(kG/cm2)
1,0
10
áp lực bên chủ động (và bị động) của đất
kPa
(kG/cm2)
1,1
11 Tải trọng lên nóc do chất tải và phơng tiện giao
thông
kN 1,1
12
áp lực thủy tĩnh của vữa sét trong vùng áo sét
kPa
(kG/cm2)
1,2
(0,8)
13 Sức cản của đất dới đáy công trình kN
động là áp lực giới hạn của đất.
Vùng áp lực
đất chủ động
e
a
e
p
Vùng
bị động
Vùng bị động
Hình 2.1 Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất [8,22]
+ áp lực chủ động phát sinh khi xảy ra xoay hoặc dịch chuyển tờng
theo hớng từ đất ra, còn một phần đất (lăng thể trợt) làm dịch chuyển tờng,
truyền lên tờng một áp lực (chủ động).
+ áp lực bị động phát sinh khi tờng dới tác dụng của ngoại lực bị xoay
về phía đất (dịch chuyển về phía đất). Trong trờng hợp này, tờng chịu phản lực
của đất (bị động) phụ thuộc vào trọng lợng đất bị đẩy trồi và hớng ngợc với sự
chuyển dịch của tờng.
+ áp lực đất trong trạng thái tĩnh là áp lực bên tự nhiên, nhng không xét
đến sự phá hoại trạng thái ứng suất tự nhiên của khối đất gây ra do việc có t-
ờng chắn công trình. áp lực giới hạn này của đất nằm trong trạng thái cân
bằng đàn hồi, đợc truyền bởi khối đất có cấu trúc không phá hoại khi không
có dịch chuyển trên các kết cấu chắn giữ cứng bất động của công trình.
Tải trọng nằm ngang tác dụng lên kết cấu đợc cộng từ áp lực bên cơ bản
của đất, áp lực chủ động hoặc áp lực bị động; một trong số áp lực bên phụ
thêm của đất gây ra bởi tải trọng trên bề mặt, mặt trợt, lớp nằm nghiêng hay
các nguyên nhân khác; và trong địa tầng ngâm nớc thì có áp lực thủy tĩnh.
- áp lực đất chủ động vào lng tờng:
)
q - Tải trọng trên mặt đất
- áp thủy tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực thủy tĩnh của nớc ngầm lên tờng (áp lực
ngang) và lên đáy (thẳng đứng) đợc xác định nh là tích của trọng lợng riêng
của nớc (
w
= 10kN/m3) với chiều sâu từ mực nớc ngầm đến điểm khảo sát
trong đất cát, á cát, á sét, bùn và các đất khác. Mực nớc ngầm phải lấy cao
nhất với những điều kiện làm việc đã biết của nhà. Khi có vài mực nớc ngầm,
áp lực thủy tĩnh xác định riêng với từng mực nớc, còn khi có áp lực nớc ngầm
thì mực nớc ngầm dâng lên tơng ứng với áp lực nớc.
www
hP
=
(2.3)
Trong đó:
w
- trọng lợng riêng của nớc
h
w
- chiều sâu mực nớc ngầm từ điểm tính toán
2.2 Tính toán thiết kế tờng liên tục trong đất:
2.2.1. Phơng pháp giải tích (phơng pháp Sachipana - Nhật): [8]
22
+ x
n
i
(h
0k
+x)
áp lực đất chủ động
áp lực n ớc, đất
a
(
h
0k
-
x
m
)
(
h
0k
+x
m
)
q
o
Hình 2.2 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp Sachipana [8]
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh, ta đa ra đợc công thức tính N
k
và
x
m
xhhvhxhxhwhvhxw )
2
1
()
3
1
2
1
2
1
2
1
2
1
()(
3
1
00
2
00
3
0)
3
(
2
1
1
1
1
wa
+
=
(2.7)
= -
P
a
- áp lực đất chủ động vào lng tờng
P
p
- áp lực đất bị động trớc tờng (
vwxP
p
+=
tìm đợc w và v)
P
w
- áp lực nớc vào lng tờng
h
0k
- chiều sâu từ mặt đất đến điểm tính toán tính toán
23
Từ công thức (2.4) và (2.5) ta tính ra đợc N
k
và x
m
từ đó dễ dàng xác
định đợc nội lực thân tờng.
2.2.2 Liệt kê các phơng pháp giải tích khác:
+ x
n
i
e
s
y
h
ik
+ y
h
0k
h
2k
h
1k
h
kk
n
k
n
1
n
2
- x
(h
0k
+x)
- y
a, Sơ đồ tính toán theo b, Sơ đồ tính toán theo
1
=
EI
h
EI
EI
h
h
EI
x
h
EI
x
xh
EI
EI
x
kkkk
kkkkkk
23
3
23
3
22
1
62
)(
6
1
2
62
k k
ik
iiki
k
iik
k
i
ik
k
i
EI
h
NxhN
EI
xN
EI
xh
EI
N
xh
EI
N
1
s
k
2
2
0
4
0
5
0
4
24
)(
120
++
EI
h
EI
h
h
EI
h
EEI
h
kk
kk
s
xhNxh
1
3
0
)()(
6
(2.13)
Q
x
=
+
k
ik
Nxh
1
2
0
)(
2
(2.14)
y- Chuyển dịch thân tờng (m)
K
h
- Hệ số nền theo chiều ngang của đất nền (KN/m
3
)
E
k
i+1
Trong vùng
Trong vùng
Trong vùng
1
2
3
y
0
p
1
p
2
p
i-1
p
i
p
i+1
p
k
p
k+1
p
p
p
i = EsYc
x
k+1
x
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp tính lực trục thanh chống [8]
Trong vùng (1): y
i
=
i
+ g
i
Trong đó:
25
Copyright: Tài liệu đại học ©