penguins knok
New member
- Xu
- 0
Thiết kế tường chắn
Tường chắn đất
Tường chắn hay còn gọi là tường vây, tường trong đất (diaphragm wall), tường chắn đất.
Tường chắn đất có nhiều loại được phân chia theo các tiêu chí khác nhau(ví dụ: tường trọng lực, tường công xôn, tường cứng, tường mềm... ngoài ra còn các kiểu đặc biệt như tường làm từ các hàng cọc liên tiếp hay cách quãng, tường Berlin, tường trong đất có dự ứng lực...)[1].
Sơ đồ Tường chắn
Tường chắn đất trọng lực mô hình hóa bằng Revit Structure
Tường chắn một công trình có tầng hầm
Tường chắn bằng cừ ván thép
Tường chắn bằng cừ ván bê tông cốt thép
Tường chắn bằng bê tông cốt thép sử dụng cọc barrette
sửa Thiết kế tường chắn
Các kiến thức cơ bản
Thiết kế tường chắn cần phải trang bị 3 kiến thức sau[2]:
1 - Ổn định mái dốc hay là lý thuyết trạng thái cân bằng giới hạn
2 - Phương pháp thực hành tính toán áp lực chủ động và bị động lên tường chắn
3 - Thiết kế công trình ngầm
Lý thuyết thì có rất nhiều nhưng được phân ra làm 5 loại:
1- Phương pháp cổ điển (Blum 1931, Rowe 1952)
2- Phương pháp hệ số đàn hồi (Winkler 1867, Terzaghi 1955, Menard 1964, Balay 1985, Monnet 1994)
3- Phương pháp phần tử hữu hạn (Clough and Woodward 1967, Bjerrum 1972)
4- Phương pháp thực nghiệm (Terzaghi 1936, Peck 1943 - 1969, Clough 1990)
5- Phương pháp trạng thái giới hạn bền (Brinch-Hansen 1953)
Nguyên lý thiết kế
Khi thiết kế tường chắn đất người ta vẫn thường thiết kế theo 2 bước là thiết kế khả năng chịu lực và độ ổn định. Khi thiết kế khả năng chịu lực của tường cũng phải xác định các lực tác dụng lên tường (chủ động, bị động, áp lực nước ngầm....).
Phương pháp trong SGK là phương pháp cổ điển dùng lý thuyết của Rankin và Coloumb là để xác định các áp lực đất tác dụng lên tường chắn và sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn để tính nội lực trong tường. Sau đó phải tính độ ổn định của tường để ngăn chặn khả năng xuất hiện biến dạng quá mức cho phép. Thường là tính ổn định cục bộ và tính khả năng trượt sâu theo các phươg pháp tính trượt kinh điển (VD: mặt trượt trụ tròn..., hay một số phươg pháp Spencer, Morgenstern-Price, GLE, Janbu's Simplified...) hoặc có thể sử dụng phương pháp c-phi reduce.[1]
Hai phương pháp Coulomb và Rankine khác nhau ở những điểm sau đây:
1. Rankine giả thiết ma sát giữa tường và đất bằng không (tường trơn). Coulomb có tính đến ma sát giữa tường và đất. Điều này dẫn đến lực ngang tác dụng lên trường chắn khi tính theo Coulomb sẽ nghiêng một góc alpha so với phương nằm ngang (alpha la hệ số ma sát giữa tường và đất). Nếu sử dụng Rankine, góc alpha sẽ bằng không.
2. Rankine sử dụng phương pháp giới hạn cận dưới (lower bound solution) còn Coulomb sử dụng phương pháp giới hạn cận trên (upper bound solution). Hai phương pháp này khác nhau cơ bản ở chỗ:
(a) Phương pháp giới hạn cận trên giả thiết mặt phá hoại trước sau đó xác định lực tác dụng dựa trên mặt phá hoại giả thiết kết hợp với cân bằng tĩnh;
(b) Phương pháp giới hạn cận dưới giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn (Rankine's limits), ứng suất ngang hữu hiệu ở trang thái tới hạn được tính từ ứng suất đứng hữu hiệu nhân với hệ số Rankine.
Như vậy, có thể thấy rằng cả hai phương pháp nêu trên đều không hoàn thiện. Rankine thỏa mãn điều kiện cân bằng ứng suất (stress equilibrium) song không thỏa mãn điều kiện biến dạng liên tục (strain compatibility) khi giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn. Coulomb thì ngược lại, điều kiện biến dạng thỏa mãn (do giả thiết trước mặt phá hoại) song điều kiện cân bằng ứng suất lại không được đáp ứng (lưu ý là Coulomb chỉ giải ra được lực chứ không ra được ứng suất). Hai phương pháp này có thể hội tụ trong một số trường hợp đặc biệt (ví dụ như khi tường thẳng đứng + ma sát giữa đất và tường bằng không + mái dốc bề mặt bằng không). Nhược điểm của cả hai phương pháp là không giải được những bài toán có điều kiện hình học hoặc địa chất phức tạp (vi dụ nhiều lớp đất, mực nước ngầm nằm giữa thân tường, mái dốc bề mặt khác không...)[3].
Một vấn đề cần lưu ý
Chiều sâu chôn tường đảm bảo điều kiện cân bằng lực và mômen (chưa xét tới trường hợp ổn định hố đào)[4]. Với trường hợp 1 tầng chống việc tính toán còn đơn giản. Trường hợp có nhiều tầng chống để tính chiều sâu chôn tường rất phức tạp.
Áp lực đất chủ động, bị động phát sinh khi tường chuyển vị hoặc biến dạng. Tới độ sâu nào đó thì 2 thành phần này "tắt".
Nhưng nếu sử dụng phần mềm Plaxis để tính toán thì thấy kết quả không hợp lý:
1. Khi khai báo chiều sâu chôn tường là 28m (mục đích chịu thêm cả tải trọng đứng) 2 tầng chống (-2,5m và 6m) hố đào sâu 9m thì mômen rất lớn (90Tm/m ở độ sâu 20m). Theo như dạng biểu đồ thì chủ yếu do phần áp lực bị động gây ra.
2. Khi khai báo chiều sâu chôn tường ngắn hơn [5] là 18-20m thì mômen giảm đi nhiều (60Tm/m)
Các bước thực hiện bài toán tường chắn trong Plaxis
Mô tả các lớp đất mà tường chắn đi qua.
Dùng chính các phần tử đất (loại tam giác) để thiết lập sơ đồ hình học, sau đó thay thế các đặc trưng cơ lý của phần tử này bằng đặc trưng cơ lý của loại vật liệu sử dụng làm tường chắn. Không nên dùng phần tử dầm vì tường trọng lực làm việc chủ yếu bằng trọng lượng bản thân (kích thước hình học khá lớn). Vì vậy khi tính tường trọng lực quan tâm chính là chuyển dịch của tường còn phần chịu lực thì phần lớn là đạt yêu cầu. Phần tử beam trong Plaxis chủ yếu dùng cho các cấu kiện chịu uốn như tường cừ ván thép hay tường chắn đất bê tông cốt thép (là các cấu kiện có độ mảnh).
Nếu có xét sự tương tác giữa kết cấu và đất bạn dùng phần tử tiếp xúc .
Phát sinh các điều kiện biên .
Gán đặc trưng cho lớp đất và cho kết cấu tường chắn ( với tường chắn bạn cần khai báo E : mô đun đàn hồi ; I : Mô men quán tính ; A: diện tích mặt cắt ngang kết cầu tường để tính EI : khả năng chống uốn EA: khả năng chịu lực dọc .
Với mô hình đất nếu bạn chọn mô hình MC là ok rồi .
Phát sinh mắt lưới 2D .
Phát sinh các điều kiện ban đầu như cao độ mực nước ngầm , trọng lượng bản thân đất .
Lập các giai đoạn tính toán ( tính theo C,φ để kiểm hệ số an toàn ).
Chọn một vài điểm cần xem kết quả .
Tính toán và xem kết quả qua đồ thị ......
Chú ý:
Việc lựa chọn chiều sâu chôn tường trong Plaxis phải dùng phương pháp thử dần nhưng có thể tính sơ bộ hoặc lấy chiều sâu chôn theo kinh nghiệm để rút ngắn quá trình thử và tìm ra độ sâu chôn tối ưu.
Có thể sử dụng Plaxis để đánh giá ổn định của hố móng sâu khi chưa sử dụng tường chắn bằng cách xem xét biến dạng của hố móng khi đào mà chưa có tường chắn (thường nếu bị phá hoại thì Plaxis sẽ đặt giá trị False cho giai đoạn đào này và có thông báo lỗi là đất nền bị collapse) hoặc có thể sử dụng chức năng phi-c reduce để đánh giá hệ số ổn định hố móng sâu khi chưa có tường chắn.[6]
Thiết kế tường trọng lực
Khi tính toán tường chắn cứng (gravity walls), các điều kiện sau đây cần phải được kiểm tra:
1. Ổn định lật (overturning): Moment lật do áp lực ngang của đất gây ra phải nhỏ hơn moment chống lật do trọng lượng bản thân của tường.
2. Ổn định trượt (sliding): Lực sinh ra do áp lực ngang của đất phải nhỏ hơn lực ma sát tại đáy tường.
3. Ổn định cục bộ của nền đất dưới tường (bearing capacity): ứng suất đứng sinh ra do trọng lượng bản thân của tường phải nhỏ hơn sức chịu tải của nền.
4. Ổn định tổng thể (overall stability): hệ số an toàn của các mặt trượt sâu đều phải lớn hơn 1.
Khi tính toán tường mềm (sheet pile walls, tied-back walls...) các điều kiện sau đây cần được kiểm tra:
1. Độ sâu chôn tường: Được tính từ điều kiện cân bằng lực ngang ở 2 bên tường.
2. Cường độ: ứng suất trong kết cấu tường do moment uốn gây ra phải nhỏ hơn cường độ của vật liệu tường.
Để thực hiện được quá trình tính toán nói trên, điều kiện tiên quyết là phải xác định được áp lực ngang của đất tác dụng lên tường. Các điều kiện 1,2,3 (của tường cứng) cũng như 1,2 (của tương mềm) hoàn toàn có thể kiểm tra được bằng PTHH (SIGMA/W, Plaxis). Điều kiện thứ 4 (ổn định tổng thể) có thể kiểm tra bằng các phần mềm chuyên về ổn định mái dốc (SLOPE/W).[3]
Chọn chiều sâu cừ thép
Khi lựa chọn chiều sâu đặt cừ,có thể sử dụng phương pháp giải tích hoặc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để lựa chọn chiều sâu chôn cừ. Sau đó tiến hành kiểm tra vấn đề ổn định của cừ và đất sau lưng cừ theo một trong hai phương pháp dưới đây:[7]
Phương pháp giải tích
+ Dạng cừ không có chống (dạng conson) chiều sâu chôn khoảng 10m: khi chiều sâu chôn cừ không lớn: sử dụng phương pháp cân bằng tĩnh hay phương pháp Blum, hoặc phương pháp đường đàn hồi (phương pháp đồ giải), phương pháp hệ số nện Sử dụng phương pháp Blum khá đơn giản
+ Dạng có một tầng chống: sử dụng phương pháp giữ đất tự do hoặc giữ đất cố định (phương pháp dầm tương đương). Chú ý khi sử dụng 2phương pháp này phải phân tích đặc tính của đất nền để lựa chọn PP. hoặc có thể sử dụng pp dầm đẳng tri.
+Dạng nhiều tầng chống: sử dụng phương pháp dầm liên tục, phương pháp chia đôi tải trọng thanh chống
sửa Mực nước ngầm
Nước ngầm có ảnh hưởng rất quan trọng không chỉ trong việc thi công giữ ổn định vách đất, đào đất hố móng...mà còn rất quan trọng trong khâu thiết kế. Nếu đất không có nước thì kết cấu sẽ được an toàn hơn nhiều. Khi có nước ngầm cao, đất bão hòa, cường độ đất nói chung và cường độ chống cắt nói riêng là yếu. Áp lực chủ động của đất-nước lên tường chắn lớn (là áp lực làm tường chuyển vị vào trong hố đào), trong khi đó áp lực bị động chống lại ở dưới đáy hố đào thì nhỏ. Từ đó dẫn tới lực trong thanh chống lớn, mức độ ổn định của hệ chống kém hơn.
Ngoài ra nước ngầm cao, khi đào đất bên trong công trình sẽ tạo ra một sự chênh áp lực nước trong và ngoài hố đào, nguy cơ tạo ra dòng thấm gây mất ổn định tổng thể tường và ổn định chống bùng nền ở đáy hố đào và sát tường.
Tóm lại vấn đề nước ngầm trong đất rất phức tạp và rất quan trọng đối với Ks thiết kế và thi công công trình hố móng sâu.
Thường thì trong các báo cáo khảo sát địa chất chỉ nêu mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu nào đó, nhưng không cụ thể lưu lượng nhiều ít ra sao? Liệu việc mình coi đất là bão hòa, dùng trong tính toán có thể phản ánh không đúng thực tế. Lí do chủ yếu là Báo cáo KSĐC thủy văn của mình còn xa mới đạt được sự gần gũi với thực tế. Các báo cáo chỉ nói tới địa chất là nhiều và cũng không đủ tin cậy để đưa vào tính toán. Trong khi đó nước trong đất chưa nói bao nhiêu.
Kỹ thuật tránh áp lực nước ngầm
1) Ðặt áp theo thành tường bê-tông, phía đất (nếu có thể) một tấm đan bê-tông bọng (tức bê-tông không có hay ít cát, và xi-măng, khi đổ xong, cứng lại nó có nhiều lỗ hỗng cho phép nước thấm qua, và như vậy nó chảy xuống dưới chân tường .
2) Ðặt ống thoát nước ngay chân tường.
Nhưng kỹ-thuật này có thể làm lún các nhà láng giềng kế bên, cho nên tôi có dùng nhưng chỉ dùng cho bờ kè, tường chắn đất trong những công trình giao thông .
Để thoát nước ngầm dù nhiều, chỉ cần đặt một giàn máy bơm loại nhỏ (vài trăm lít một giờ và nó tự khởi động khi có nước) là được.
Khoảng cách tối thiểu tới công trình lân cận
Khoảng cách tối thiểu tới công trình lân cận là khoảng cách cho phép thi công được Tường chắn. Muốn thi công được Tường chắn thông thường người ta phải làm tường dẫn bê tông có chiều dày 200-300mm. Để đúc được tường dẫn này còn phải ghép côppha, có lẽ tối thiểu khoảng 200-300 nữa. Như vậy khoảng cách tối thiểu phải chừa ra để thi công các "yếu tố tạm thời" là khoảng 500-600mm.
Ngoài ra thi công xây chen phải rất chú ý các biện pháp chống sạt lở công trình lân cận trong quá trình khoan hào và quá trình đào đất hố móng.
Theo kinh nghiệm thì ngay cả khi dùng cừ larssen thì cũng cần có khoảng cách lùi khoảng 500 để đầu rung ép cừ không va vào công trình kế cận, tường cừ larssen cũng dày hơn 400 như vậy cũng phải lùi 900mm . Mặt khác nếu điều kiện đất nền tốt thì việc ép rất khó khăn thậm chí không thể rung ép được và có ảnh hưởng làm trồi đất gây hư hại nhà xung quanh. Sau khi đổ xong tường tầng hầm thì rút lên được 20% cừ là coi như thành công.Một cây cừ larsen 6m giá chừng 1 cây vàng. Việc neo cừ cũng liên quan đến xin phép các nhà xung quanh. Nếu họ không đồng ý coi như mếu. Với công trình một tầng hầm, đất á sét pha laterite mà tôi đã từng thiết kế, tôi dùng giải pháp cọc nhồi tiết diện nhỏ D350+6phi16 sâu 7m khoan sát công trình lân cận liên kết các đầu cọc bằng một dầm capping beam. Nếu tính toán kỹ và tải trọng nhà xung quanh không cao (thấp tầng) thì coi như không cần chống. Nhân tiện cho tôi hỏi về khả năng áp dụng cọc nhồi tiết diện nhỏ D<500 thi công theo kiểu khoan địa chất (do mấy bác Tp HCM chế, cty Duy an) cho móng chịu lục công trình (dành cho các công trình xây chen, không thể ép cọc).
Một vài thông số của một công trình thực tế
Sau đây là một vài con số sau khi thiết kế Tường chắn cho công trình 2 tầng hầm, hố đào sâu cỡ -9m
- Tường BTCT dày 600, sâu cỡ 18m nếu 1 tầng chống cách mặt đất 2.5m; sâu cỡ 15m nếu 2 tầng chống. Tường này chỉ chịu tải trọng 3 sàn tầng. Nếu chịu thêm các tải trọng khác thì phải sâu thêm và lúc đó phải kiểm tra sức chịu tải như cọc barrette, lưu ý không tính ma sát mặt tường phía trong công trình, thậm chí phía mặt ngoài công trình trong phạm vi hố đào cũng nên bỏ qua.
- Mômen trong tường 1 tầng chống Mmax = 60Tm phía trong hố đào vị trí -6m; Mmin < 30Tm phía ngoài hố đào vị trí -2.5m.
- Cốt thép : Phía trong hố đào phi 25a100 chỗ Mmax, chỗ khác a200. Phía ngoài hố đào phi 20a150. Thép đai phi 12-16. Hiện tại tôi chưa tính toán thép này! Theo đó nếu dùng đai phi 12 thì hàm lượng thép trong tường do tôi thiết kế là 185kg/m2. Theo 1 bài báo của Thái lan là 136-218 kg/m2 với tường dày 80cm.
- Chuyển vị: cỡ vài cm; < 4cm ở đỉnh tường hoặc gần vị trí Mmax. Phần này tôi chỉ tham khảo tài liệu, chứ tính toán bằng Plaxis hay tính bằng các công trình hiện có chưa cho tôi kết quả hợp lí.
Ghi chú: địa chất dùng làm cơ sở cho việc thiết kế đưa ra các con số trên là địa chất trung bình yếu, kiểu sét và cát xen kẽ
Tường chắn đất
Tường chắn hay còn gọi là tường vây, tường trong đất (diaphragm wall), tường chắn đất.
Tường chắn đất có nhiều loại được phân chia theo các tiêu chí khác nhau(ví dụ: tường trọng lực, tường công xôn, tường cứng, tường mềm... ngoài ra còn các kiểu đặc biệt như tường làm từ các hàng cọc liên tiếp hay cách quãng, tường Berlin, tường trong đất có dự ứng lực...)[1].
Sơ đồ Tường chắn
Tường chắn đất trọng lực mô hình hóa bằng Revit Structure
Tường chắn một công trình có tầng hầm
Tường chắn bằng cừ ván thép
Tường chắn bằng cừ ván bê tông cốt thép
Tường chắn bằng bê tông cốt thép sử dụng cọc barrette
sửa Thiết kế tường chắn
Các kiến thức cơ bản
Thiết kế tường chắn cần phải trang bị 3 kiến thức sau[2]:
1 - Ổn định mái dốc hay là lý thuyết trạng thái cân bằng giới hạn
2 - Phương pháp thực hành tính toán áp lực chủ động và bị động lên tường chắn
3 - Thiết kế công trình ngầm
Lý thuyết thì có rất nhiều nhưng được phân ra làm 5 loại:
1- Phương pháp cổ điển (Blum 1931, Rowe 1952)
2- Phương pháp hệ số đàn hồi (Winkler 1867, Terzaghi 1955, Menard 1964, Balay 1985, Monnet 1994)
3- Phương pháp phần tử hữu hạn (Clough and Woodward 1967, Bjerrum 1972)
4- Phương pháp thực nghiệm (Terzaghi 1936, Peck 1943 - 1969, Clough 1990)
5- Phương pháp trạng thái giới hạn bền (Brinch-Hansen 1953)
Nguyên lý thiết kế
Khi thiết kế tường chắn đất người ta vẫn thường thiết kế theo 2 bước là thiết kế khả năng chịu lực và độ ổn định. Khi thiết kế khả năng chịu lực của tường cũng phải xác định các lực tác dụng lên tường (chủ động, bị động, áp lực nước ngầm....).
Phương pháp trong SGK là phương pháp cổ điển dùng lý thuyết của Rankin và Coloumb là để xác định các áp lực đất tác dụng lên tường chắn và sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn để tính nội lực trong tường. Sau đó phải tính độ ổn định của tường để ngăn chặn khả năng xuất hiện biến dạng quá mức cho phép. Thường là tính ổn định cục bộ và tính khả năng trượt sâu theo các phươg pháp tính trượt kinh điển (VD: mặt trượt trụ tròn..., hay một số phươg pháp Spencer, Morgenstern-Price, GLE, Janbu's Simplified...) hoặc có thể sử dụng phương pháp c-phi reduce.[1]
Hai phương pháp Coulomb và Rankine khác nhau ở những điểm sau đây:
1. Rankine giả thiết ma sát giữa tường và đất bằng không (tường trơn). Coulomb có tính đến ma sát giữa tường và đất. Điều này dẫn đến lực ngang tác dụng lên trường chắn khi tính theo Coulomb sẽ nghiêng một góc alpha so với phương nằm ngang (alpha la hệ số ma sát giữa tường và đất). Nếu sử dụng Rankine, góc alpha sẽ bằng không.
2. Rankine sử dụng phương pháp giới hạn cận dưới (lower bound solution) còn Coulomb sử dụng phương pháp giới hạn cận trên (upper bound solution). Hai phương pháp này khác nhau cơ bản ở chỗ:
(a) Phương pháp giới hạn cận trên giả thiết mặt phá hoại trước sau đó xác định lực tác dụng dựa trên mặt phá hoại giả thiết kết hợp với cân bằng tĩnh;
(b) Phương pháp giới hạn cận dưới giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn (Rankine's limits), ứng suất ngang hữu hiệu ở trang thái tới hạn được tính từ ứng suất đứng hữu hiệu nhân với hệ số Rankine.
Như vậy, có thể thấy rằng cả hai phương pháp nêu trên đều không hoàn thiện. Rankine thỏa mãn điều kiện cân bằng ứng suất (stress equilibrium) song không thỏa mãn điều kiện biến dạng liên tục (strain compatibility) khi giả thiết toàn bộ đất sau tường đều ở trạng thái giới hạn. Coulomb thì ngược lại, điều kiện biến dạng thỏa mãn (do giả thiết trước mặt phá hoại) song điều kiện cân bằng ứng suất lại không được đáp ứng (lưu ý là Coulomb chỉ giải ra được lực chứ không ra được ứng suất). Hai phương pháp này có thể hội tụ trong một số trường hợp đặc biệt (ví dụ như khi tường thẳng đứng + ma sát giữa đất và tường bằng không + mái dốc bề mặt bằng không). Nhược điểm của cả hai phương pháp là không giải được những bài toán có điều kiện hình học hoặc địa chất phức tạp (vi dụ nhiều lớp đất, mực nước ngầm nằm giữa thân tường, mái dốc bề mặt khác không...)[3].
Một vấn đề cần lưu ý
Chiều sâu chôn tường đảm bảo điều kiện cân bằng lực và mômen (chưa xét tới trường hợp ổn định hố đào)[4]. Với trường hợp 1 tầng chống việc tính toán còn đơn giản. Trường hợp có nhiều tầng chống để tính chiều sâu chôn tường rất phức tạp.
Áp lực đất chủ động, bị động phát sinh khi tường chuyển vị hoặc biến dạng. Tới độ sâu nào đó thì 2 thành phần này "tắt".
Nhưng nếu sử dụng phần mềm Plaxis để tính toán thì thấy kết quả không hợp lý:
1. Khi khai báo chiều sâu chôn tường là 28m (mục đích chịu thêm cả tải trọng đứng) 2 tầng chống (-2,5m và 6m) hố đào sâu 9m thì mômen rất lớn (90Tm/m ở độ sâu 20m). Theo như dạng biểu đồ thì chủ yếu do phần áp lực bị động gây ra.
2. Khi khai báo chiều sâu chôn tường ngắn hơn [5] là 18-20m thì mômen giảm đi nhiều (60Tm/m)
Các bước thực hiện bài toán tường chắn trong Plaxis
Mô tả các lớp đất mà tường chắn đi qua.
Dùng chính các phần tử đất (loại tam giác) để thiết lập sơ đồ hình học, sau đó thay thế các đặc trưng cơ lý của phần tử này bằng đặc trưng cơ lý của loại vật liệu sử dụng làm tường chắn. Không nên dùng phần tử dầm vì tường trọng lực làm việc chủ yếu bằng trọng lượng bản thân (kích thước hình học khá lớn). Vì vậy khi tính tường trọng lực quan tâm chính là chuyển dịch của tường còn phần chịu lực thì phần lớn là đạt yêu cầu. Phần tử beam trong Plaxis chủ yếu dùng cho các cấu kiện chịu uốn như tường cừ ván thép hay tường chắn đất bê tông cốt thép (là các cấu kiện có độ mảnh).
Nếu có xét sự tương tác giữa kết cấu và đất bạn dùng phần tử tiếp xúc .
Phát sinh các điều kiện biên .
Gán đặc trưng cho lớp đất và cho kết cấu tường chắn ( với tường chắn bạn cần khai báo E : mô đun đàn hồi ; I : Mô men quán tính ; A: diện tích mặt cắt ngang kết cầu tường để tính EI : khả năng chống uốn EA: khả năng chịu lực dọc .
Với mô hình đất nếu bạn chọn mô hình MC là ok rồi .
Phát sinh mắt lưới 2D .
Phát sinh các điều kiện ban đầu như cao độ mực nước ngầm , trọng lượng bản thân đất .
Lập các giai đoạn tính toán ( tính theo C,φ để kiểm hệ số an toàn ).
Chọn một vài điểm cần xem kết quả .
Tính toán và xem kết quả qua đồ thị ......
Chú ý:
Việc lựa chọn chiều sâu chôn tường trong Plaxis phải dùng phương pháp thử dần nhưng có thể tính sơ bộ hoặc lấy chiều sâu chôn theo kinh nghiệm để rút ngắn quá trình thử và tìm ra độ sâu chôn tối ưu.
Có thể sử dụng Plaxis để đánh giá ổn định của hố móng sâu khi chưa sử dụng tường chắn bằng cách xem xét biến dạng của hố móng khi đào mà chưa có tường chắn (thường nếu bị phá hoại thì Plaxis sẽ đặt giá trị False cho giai đoạn đào này và có thông báo lỗi là đất nền bị collapse) hoặc có thể sử dụng chức năng phi-c reduce để đánh giá hệ số ổn định hố móng sâu khi chưa có tường chắn.[6]
Thiết kế tường trọng lực
Khi tính toán tường chắn cứng (gravity walls), các điều kiện sau đây cần phải được kiểm tra:
1. Ổn định lật (overturning): Moment lật do áp lực ngang của đất gây ra phải nhỏ hơn moment chống lật do trọng lượng bản thân của tường.
2. Ổn định trượt (sliding): Lực sinh ra do áp lực ngang của đất phải nhỏ hơn lực ma sát tại đáy tường.
3. Ổn định cục bộ của nền đất dưới tường (bearing capacity): ứng suất đứng sinh ra do trọng lượng bản thân của tường phải nhỏ hơn sức chịu tải của nền.
4. Ổn định tổng thể (overall stability): hệ số an toàn của các mặt trượt sâu đều phải lớn hơn 1.
Khi tính toán tường mềm (sheet pile walls, tied-back walls...) các điều kiện sau đây cần được kiểm tra:
1. Độ sâu chôn tường: Được tính từ điều kiện cân bằng lực ngang ở 2 bên tường.
2. Cường độ: ứng suất trong kết cấu tường do moment uốn gây ra phải nhỏ hơn cường độ của vật liệu tường.
Để thực hiện được quá trình tính toán nói trên, điều kiện tiên quyết là phải xác định được áp lực ngang của đất tác dụng lên tường. Các điều kiện 1,2,3 (của tường cứng) cũng như 1,2 (của tương mềm) hoàn toàn có thể kiểm tra được bằng PTHH (SIGMA/W, Plaxis). Điều kiện thứ 4 (ổn định tổng thể) có thể kiểm tra bằng các phần mềm chuyên về ổn định mái dốc (SLOPE/W).[3]
Chọn chiều sâu cừ thép
Khi lựa chọn chiều sâu đặt cừ,có thể sử dụng phương pháp giải tích hoặc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để lựa chọn chiều sâu chôn cừ. Sau đó tiến hành kiểm tra vấn đề ổn định của cừ và đất sau lưng cừ theo một trong hai phương pháp dưới đây:[7]
Phương pháp giải tích
+ Dạng cừ không có chống (dạng conson) chiều sâu chôn khoảng 10m: khi chiều sâu chôn cừ không lớn: sử dụng phương pháp cân bằng tĩnh hay phương pháp Blum, hoặc phương pháp đường đàn hồi (phương pháp đồ giải), phương pháp hệ số nện Sử dụng phương pháp Blum khá đơn giản
+ Dạng có một tầng chống: sử dụng phương pháp giữ đất tự do hoặc giữ đất cố định (phương pháp dầm tương đương). Chú ý khi sử dụng 2phương pháp này phải phân tích đặc tính của đất nền để lựa chọn PP. hoặc có thể sử dụng pp dầm đẳng tri.
+Dạng nhiều tầng chống: sử dụng phương pháp dầm liên tục, phương pháp chia đôi tải trọng thanh chống
sửa Mực nước ngầm
Nước ngầm có ảnh hưởng rất quan trọng không chỉ trong việc thi công giữ ổn định vách đất, đào đất hố móng...mà còn rất quan trọng trong khâu thiết kế. Nếu đất không có nước thì kết cấu sẽ được an toàn hơn nhiều. Khi có nước ngầm cao, đất bão hòa, cường độ đất nói chung và cường độ chống cắt nói riêng là yếu. Áp lực chủ động của đất-nước lên tường chắn lớn (là áp lực làm tường chuyển vị vào trong hố đào), trong khi đó áp lực bị động chống lại ở dưới đáy hố đào thì nhỏ. Từ đó dẫn tới lực trong thanh chống lớn, mức độ ổn định của hệ chống kém hơn.
Ngoài ra nước ngầm cao, khi đào đất bên trong công trình sẽ tạo ra một sự chênh áp lực nước trong và ngoài hố đào, nguy cơ tạo ra dòng thấm gây mất ổn định tổng thể tường và ổn định chống bùng nền ở đáy hố đào và sát tường.
Tóm lại vấn đề nước ngầm trong đất rất phức tạp và rất quan trọng đối với Ks thiết kế và thi công công trình hố móng sâu.
Thường thì trong các báo cáo khảo sát địa chất chỉ nêu mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu nào đó, nhưng không cụ thể lưu lượng nhiều ít ra sao? Liệu việc mình coi đất là bão hòa, dùng trong tính toán có thể phản ánh không đúng thực tế. Lí do chủ yếu là Báo cáo KSĐC thủy văn của mình còn xa mới đạt được sự gần gũi với thực tế. Các báo cáo chỉ nói tới địa chất là nhiều và cũng không đủ tin cậy để đưa vào tính toán. Trong khi đó nước trong đất chưa nói bao nhiêu.
Kỹ thuật tránh áp lực nước ngầm
1) Ðặt áp theo thành tường bê-tông, phía đất (nếu có thể) một tấm đan bê-tông bọng (tức bê-tông không có hay ít cát, và xi-măng, khi đổ xong, cứng lại nó có nhiều lỗ hỗng cho phép nước thấm qua, và như vậy nó chảy xuống dưới chân tường .
2) Ðặt ống thoát nước ngay chân tường.
Nhưng kỹ-thuật này có thể làm lún các nhà láng giềng kế bên, cho nên tôi có dùng nhưng chỉ dùng cho bờ kè, tường chắn đất trong những công trình giao thông .
Để thoát nước ngầm dù nhiều, chỉ cần đặt một giàn máy bơm loại nhỏ (vài trăm lít một giờ và nó tự khởi động khi có nước) là được.
Khoảng cách tối thiểu tới công trình lân cận
Khoảng cách tối thiểu tới công trình lân cận là khoảng cách cho phép thi công được Tường chắn. Muốn thi công được Tường chắn thông thường người ta phải làm tường dẫn bê tông có chiều dày 200-300mm. Để đúc được tường dẫn này còn phải ghép côppha, có lẽ tối thiểu khoảng 200-300 nữa. Như vậy khoảng cách tối thiểu phải chừa ra để thi công các "yếu tố tạm thời" là khoảng 500-600mm.
Ngoài ra thi công xây chen phải rất chú ý các biện pháp chống sạt lở công trình lân cận trong quá trình khoan hào và quá trình đào đất hố móng.
Theo kinh nghiệm thì ngay cả khi dùng cừ larssen thì cũng cần có khoảng cách lùi khoảng 500 để đầu rung ép cừ không va vào công trình kế cận, tường cừ larssen cũng dày hơn 400 như vậy cũng phải lùi 900mm . Mặt khác nếu điều kiện đất nền tốt thì việc ép rất khó khăn thậm chí không thể rung ép được và có ảnh hưởng làm trồi đất gây hư hại nhà xung quanh. Sau khi đổ xong tường tầng hầm thì rút lên được 20% cừ là coi như thành công.Một cây cừ larsen 6m giá chừng 1 cây vàng. Việc neo cừ cũng liên quan đến xin phép các nhà xung quanh. Nếu họ không đồng ý coi như mếu. Với công trình một tầng hầm, đất á sét pha laterite mà tôi đã từng thiết kế, tôi dùng giải pháp cọc nhồi tiết diện nhỏ D350+6phi16 sâu 7m khoan sát công trình lân cận liên kết các đầu cọc bằng một dầm capping beam. Nếu tính toán kỹ và tải trọng nhà xung quanh không cao (thấp tầng) thì coi như không cần chống. Nhân tiện cho tôi hỏi về khả năng áp dụng cọc nhồi tiết diện nhỏ D<500 thi công theo kiểu khoan địa chất (do mấy bác Tp HCM chế, cty Duy an) cho móng chịu lục công trình (dành cho các công trình xây chen, không thể ép cọc).
Một vài thông số của một công trình thực tế
Sau đây là một vài con số sau khi thiết kế Tường chắn cho công trình 2 tầng hầm, hố đào sâu cỡ -9m
- Tường BTCT dày 600, sâu cỡ 18m nếu 1 tầng chống cách mặt đất 2.5m; sâu cỡ 15m nếu 2 tầng chống. Tường này chỉ chịu tải trọng 3 sàn tầng. Nếu chịu thêm các tải trọng khác thì phải sâu thêm và lúc đó phải kiểm tra sức chịu tải như cọc barrette, lưu ý không tính ma sát mặt tường phía trong công trình, thậm chí phía mặt ngoài công trình trong phạm vi hố đào cũng nên bỏ qua.
- Mômen trong tường 1 tầng chống Mmax = 60Tm phía trong hố đào vị trí -6m; Mmin < 30Tm phía ngoài hố đào vị trí -2.5m.
- Cốt thép : Phía trong hố đào phi 25a100 chỗ Mmax, chỗ khác a200. Phía ngoài hố đào phi 20a150. Thép đai phi 12-16. Hiện tại tôi chưa tính toán thép này! Theo đó nếu dùng đai phi 12 thì hàm lượng thép trong tường do tôi thiết kế là 185kg/m2. Theo 1 bài báo của Thái lan là 136-218 kg/m2 với tường dày 80cm.
- Chuyển vị: cỡ vài cm; < 4cm ở đỉnh tường hoặc gần vị trí Mmax. Phần này tôi chỉ tham khảo tài liệu, chứ tính toán bằng Plaxis hay tính bằng các công trình hiện có chưa cho tôi kết quả hợp lí.
Ghi chú: địa chất dùng làm cơ sở cho việc thiết kế đưa ra các con số trên là địa chất trung bình yếu, kiểu sét và cát xen kẽ
Nguồn: st
