Luận văn Nghiên cứu khoảng cách bố trí hơp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu 2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 3. Tổ chức đề tài nghiên cứu CHƯƠNG 1 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 1.1. Neo trong đất (Ground Anchor) 1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất 1.1.2. Phân loại neo trong đất 1.1.2.1. Tổng quan 1.1.2.2. Neo tạo lực kéo 1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập trung 1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố 1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất 1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp 1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm 1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp 1.1.3.4. Vữa ximăng 1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất 1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào 1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào 1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc 1.1.4.4. Ổn định kết cấu 1.2. Các hệ thống tường neo 1.2.1. Tổng quan 1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang 1.2.3. Tường neo cọc ván thép 1.2.4. Tường cọc bê tông đổ tại chổ 1.2.5. Tường cọc đất-xi măng trộn sâu 1.2.6. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất 1.3. Kết luận chương 1 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO 2.1. Áp lực đất 2.1.1. Tổng quát 2.1.2. Áp lực đất chủ động và bị động 2.1.2.1. Lý thuyết Rankine 2.1.2.2. Lý thuyết Coulomb 2.1.3. Áp lực đất ở trạng thái nghỉ 2.1.4. Ảnh hưởng chuyển vị của tường đến áp lực đất 2.2. Thiết kế tường neo 2.2.1. Tính toán áp lực đất 2.2.1.1. Tổng quan 2.2.1.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck 2.2.1.3. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến đề xuất cho đất cát 2.2.1.4. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng 2.2.1.5. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái mềm đến tru bình 2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm 2.2.2. Thiết kế neo trong đất 2.2.2.1. Xác định vị trí mặt trượt giới hạn 2.2.2.2. Tính toán tải trọng neo dựa vào biểu đồ áp lực đất biểu kiến 2.2.2.3. Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết 2.2.2.4. Thiết kế đoạn chiều dài liên kết 2.2.2.5. Xác định khoảng cách các neo 2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo 2.2.3.1. Phương pháp RIGID 2.2.3.2. Phương pháp WINKLER 2.2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM) 2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 2.3.1. Tổng quát 2.3.2. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis 8.2. 2.4. Kết luận chương 2 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY 3.1. Mô tả dự án Lake Parkway 3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis 3.2.1. Mô hình bài toán 3.2.2. So sánh trường hợp tường không bố trí neo và có bố trí neo 3.2.2.1. Mô hình bài toán 3.2.2.2. Chuyển vị ngang của tường 3.2.2.3. Mô men uốn trong tường 3.2.2.4. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 3.2.3. Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của neo 3.2.4. Khoảng cách bố trí hợp lý của neo khi lực neo thay đổi. 3.3. Kết luận chương 3 KẾT LUẬN 1. Kết luận 2. Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

pdf116 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 18/06/2013 | Lượt xem: 3328 | Lượt tải: 22download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Nghiên cứu khoảng cách bố trí hơp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
o đất nền. Neo trong đất được mô hình như những gối đàn hồi phi tuyến riêng lẻ, được truyền tải trọng trước tại các vị trí neo. Các gối đất đàn hồi được truyền tải trước đến điều kiện áp lực đất ở trạng thái nghỉ, nhằm mô hình cho điều kiện đất trước khi đào. Khi đào đất (bỏ các gối đàn hồi đất ở vùng đất bị đào), tường sẽ dịch chuyển vào phía đào. Sự dịch chuyển này là do áp lực đất được truyền trước ở trạng thái nghỉ của đất ở phía sau tường (đất không đào). Các gối đất đàn hồi ở phía trước tường sẽ chịu tải trọng lớn hơn tải trọng ở trạng thái nghỉ để giữ hệ thống tường ở trạng thái cân bằng. Hơn nữa, tại các vị trí neo, neo được mô hình bằng các gối neo đàn hồi, được truyền tải trọng trước cũng giúp giữ cân bằng hệ thống tường. Phương pháp WINKLER giả thiết các gối đàn hồi để mô hình các tác động của đất một cách độc lập (ứng xử của một gối đàn hồi sẽ không ảnh hưởng đến ứng xử của các gối gần kề). Hình 2.17 mô tả phương pháp phân tích WINKLER được sử dụng cho cả phân tích tường thi công theo giai đoạn hoặc phân tích tường ở giai đoạn hoàn thành mà không xét được chuyển vị của hệ thống xảy ra trong từng giai đoạn thi công. 2.2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM) Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là phương pháp giải tích được sử dụng để xấp xỉ sự tương tác phức tạp, xảy ra giữa đất và kết cấu [15]. Phương pháp FEM cần nhiều thông số đầu vào để đạt được ứng xử chính xác của đất lên bề mặt kết cấu. Loại phân tích này gọi là phân tích tương tác đất-kết cấu (SSI). Trong phân tích FEM SSI, đất và tường được mô hình như là các phần tử hữu hạn tuân theo quan hệ giữa ứng suất và biến dạng phù hợp. SSI có thể sử dụng để mô hình quá trình thi công thực tế [15]. Các giai đoạn thi công trong suốt quá trình phân tích được mô hình gia tăng dần. Quá trình này dùng mô hình ứng suất-biến dạng để mô phỏng 52 ứng xử ứng suất-biến dạng xảy ra trong mỗi chu kỳ tác dụng tải. Điều này rất quan trọng vì ứng xử ứng suất-biến dạng của đất và mặt tiếp xúc đất-kết cấu là phi tuyến và phụ thuộc vào lộ trình ứng suất. Hình 2.17. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi (WINKLER). Lưới phần tử hữu hạn được sử dụng trong toàn bộ quá trình phân tích. Các phần tử có thể được thêm vào hoặc bỏ ra khỏi lưới trong quá trình phân tích. Các phần tử không tồn tại trong giai đoạn phân tích được mô hình bằng các phần tử có độ cứng rất nhỏ và thường được gọi là “những phần tử không khí” [15]. Khi đến giai đoạn thi công có sử dụng vùng lưới, trong đó có phần tử không khí, thuộc tính của những phần tử này sẽ được thay đổi thành những thuộc tính tương ứng của đất và các phần tử kết cấu. Một đặc điểm quan trọng nữa của phân tích FEM SSI là nó cho phép phân tích được mô men tương đối giữa đất và kết cấu bằng cách sử dụng phần tử tiếp xúc. Đặc điểm này cho phép tính toán chính xác áp lực và ứng suất cắt tác dụng vào kết cấu 53 tường chắn. Không giống như các phương pháp cân bằng giới hạn thông thường, phương pháp SSI không yêu cầu xác định trước biểu đồ áp lực đất tác dụng vào kết cấu nhưng cho phép tính toán ứng suất dựa vào sự tương tác giữa đất-kết cấu trong suốt quá trình thi công. Phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi tuyến tính (LEFEM) Vật liệu tuyến tính là vật liệu có ứng xử mà độ lớn của ứng xử tỷ lệ tuyến tính với độ lớn của lực tác dụng vào vật liệu. Hình 2.18 thể hiện mối quan hệ ứng suất-biến dạng của vật liệu tuyến tính. Vật liệu đàn hồi là vật liệu chỉ chịu những biến dạng có khả năng hồi phục, chúng trở lại trạng thái ban đầu khi dỡ tải. Quan hệ ứng suất- biến dạng của những loại vật liệu này tuân theo định luật Hooke. σ = E ε (2.19) Trong đó: s là ứng suất, e là biến dạng, E là mô đun đàn hồi. Hình 2.18. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng Phân tích SSI được chỉnh sửa theo mô hình đàn hồi tuyến tính dựa vào các giả thuyết sau: 54 · Vật liệu ứng xử đàn hồi; · Mô hình tải trọng biến dạng nhỏ không thay đổi do kiểu biến dạng. Phân tích tuyến tính có thể cung cấp những thông tin quan trọng về ứng xử của kết cấu và xấp xỉ sát với ứng xử của kết cấu trong nhiều trường hợp. Phân tích tuyến tính cũng là nền tảng cho phân tích phi tuyến. Phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi phi tuyến (NLFEM) Vật liệu phi tuyến là vật liệu có ứng xử mà độ lớn của ứng xử không tỷ lệ với độ lớn của lực tác vào vật liệu. Hình 2.19 mô tả mối quan hệ ứng suất-biến dạng của vật liệu phi tuyến. Hình 2.19. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng Phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến được sử dụng cho việc phân tích thi công theo giai đoạn để xét tương tác giữa đất và kết cấu. Ứng xử ứng suất-biến dạng thực của đất và tương tác đất-kết cấu trong những phân tích này là phi tuyến và phụ thuộc vào lộ trình ứng suất. Trong những phân tích này, tính phi tuyến của đất có 55 thể được ước lượng và áp lực đất sẽ biến đổi do chuyển vị của đất và kết cấu được liên kết [15]. 2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 2.3.1. Tổng quát Plaxis là phần mềm trên cơ sở phần tử hữu hạn, dùng để phân tích các bài toán địa kỹ thuật như: chuyển vị, ổn định, dòng thấm. Plaxis được sử dụng rộng rãi trong tính toán các công trình thực tế vì nó sử dụng đơn giản, thân thiện với người dùng và kết quả đáng tin cậy [24]. Plaxis được tích hợp nhiều tính năng để giải các yêu cầu khác nhau của các bài toán địa-kết cấu phức tạp. Một số đặc điểm quan trọng của phầm mềm Plaxis 8.2 như: · Các thông số hình học đầu vào và điều kiện biên có thể được nhập vào bằng sự hỗ trợ của các chương trình vẽ (CAD). Dễ dàng phát sinh lưới phần tử hữu hạn 2D; · Cho phép tự động phát sinh lưới phần hữu hạn 2D với lựa chọn là lưới tổng thể hoặc làm mịn lưới cục bộ; · Phần tử tam giác 6 nút bậc 2 hoặc 15 nút bậc 2 được dùng để mô hình ứng suất và biến dạng trong đất; · Phần tử dầm được sử dụng để mô hình các phần tử kết cấu như là: tường chắn, vỏ hầm, kết cấu vỏ và các kết cấu mỏng khác; · Các phần tử liên kết dùng để mô hình phần tử tiếp xúc giữa đất và phần tử kết cấu gần kề; · Các phần tử đàn hồi tuyến tính được sử dụng để mô hình neo và giằng chống ngang; · Vải địa kỹ thuật hay chiều dài đoạn liên kết của neo được mô hình bằng các phần tử chịu kéo đặc biệt; · Lưới phần tử cho hầm hình tròn hoặc không phải hình tròn có thể được tạo bằng cách sử dụng đường thẳng hoặc đường cong; · Áp lực nước lỗ rỗng ở trạng thái tĩnh có thể được phát sinh bằng đường mực nước hoặc bằng cách tính toán dòng nước ngầm; 56 · Đặc điểm xây dựng theo giai đoạn để mô phỏng quá trình thi công hay đào đất theo từng giai đoạn giống như thực tế được mô hình bằng cách kích hoạt hoặc không kích hoạt các vùng phần tử, đặt tải trọng, thay đổi mực nước…; · Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian có thể được tính toán bằng phân tích cố kết; · Được tích hợp mô hình đất đẳng hướng, tuyến tính đơn giản của Mohr- Coulomb và các mô hình đất phi tuyến, phức tạp hơn như: mô hình Hardening Soil, mô hình Soft-Soil-Creep, mô hình Soft-Soil, mô hình Cam-Clay cải tiến. 2.3.2. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis 8.2. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là yếu tố quan trọng của các chương trình phần tử hữu hạn vì các chương trình này tính toán ứng suất và chuyển vị trong đất chịu tác dụng của tải trọng ngoài [15]. Công thức quan hệ giữa ứng suất và biến dạng đơn giản nhất là mối quan hệ tuyến tính tuân theo định luật Hooke như công thức 2.19. Quan hệ ứng suất và biến dạng trên được xét ở điều kiện lý tưởng và chỉ thích hợp cho một số loại vật liệu, hầu hết các loại đất không thoả được điều kiện lý tưởng này. Đất là hỗn hợp không đồng nhất, quan hệ ứng suất-biến dạng là phi tuyến và có cường độ giới hạn, nhạy cảm với sự di chuyển của nước ngầm trong đất thông qua các lỗ rỗng. Vì vậy, sử dụng quan hệ ứng suất-biến dạng theo định luật Hooke không xét được đầy đủ các ứng xử của đất. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sử dụng các mô hình đất nền để đánh giá ứng xử của đất. Các công thức toán học cũng đã được xây dựng thay cho công thức đơn giản “E” theo định luật Hooke. Trong những công thức này, giá trị độ cứng của đất sẽ thay đổi mà không phải là hằng số. Các mô hình đất nền giúp xác định được những thay đổi này và đưa ra các giới hạn như mặt phá hoại hoặc mặt chảy dẻo. Cần chú ý rằng, hầu hết các chương trình phần tử hữu hạn địa kỹ thuật đều có tích hợp mô hình đàn hồi tuyến tính cơ bản 57 theo định luật Hooke. Mô hình này thường được sử dụng trong các phân tích sơ bộ hay khi không có đầy đủ các số liệu về địa chất. Hai mô hình đất nền trong Plaxis thường được sử dụng để tính toán cho cả đất dính và đất rời là mô hình Mohr-Coulomb (MC) và mô hình Hardening Soil (HS). Hình 2.20 mô tả mặt phá hoại của mô hình MC trong không gian ứng suất chính. Hình 2.20. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính. Phương trình mặt phá hoại như sau: Các thông số cơ bản cần thiết để xác định mô hình MC như sau: 58 1. Thông số về cường độ · j Góc ma sát trong (độ); · c Cường độ kháng cắt (kN/m2); · y Góc giãn nở (độ). 2. Độ cứng · E Mô đun đàn hồi (kN/m2); · n Hệ số Poisson. Mô hình HS là mô hình tiên tiến dùng để mô phỏng ứng xử của đất nền, sử dụng được cho cả đất dính và đất rời [15]. Độ cứng của đất được mô tả chính xác hơn bằng cách sử dụng nhiều thông số độ cứng khác nhau: độ cứng khi gia tải trong thí nghiệm nén 3 trục E50, độ cứng khi dỡ tải trong thí nghiệm nén 3 trục Eur, độ cứng khi gia tải trong thí nghiệm nén 1 trục Eoed. Các thông số cơ bản trong mô hình HS như sau: 1. Các thông số về cường độ giống như mô hình MC · j Góc ma sát trong (độ); · c Cường độ kháng cắt (kN/m2); · y Góc giãn nở (độ). 2. Các thông số về độ cứng Hyperbolic · E50ref Độ cứng pháp tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục (kN/m2); · Eoedref Độ cứng tiếp tuyến trong thí nghiệm nén 1 trục (kN/m2); · m Số mũ m; · Eurref Độ cứng khi gia tải/dỡ tải (kN/m2); · Vur Hệ số Poisson khi gia tải-dỡ tải; · pref Ứng suất tham chiếu của độ cứng (kN/m2); · Rf Hệ số phá hoại. Không giống như mô hình MC, mô hình HS cho rằng mô đun độ cứng phụ thuộc vào ứng suất, hay độ cứng tăng khi ứng suất nén tăng. Hơn nữa, với đất cát 59 thường không đạt được đường quan hệ ứng suất - biến dạng đàn dẻo lý tưởng như hình 2.21. Khi chịu tác dụng của tải trọng lệch ban đầu, đất nền sẽ tăng độ cứng đồng thời hình thành biến dạng dẻo không hồi phục được. Người ta quan sát thấy mối quan hệ biến dạng dọc trục và ứng suất lệch có dạng hyperbol [13], như hình 2.22 Hình 2.21. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng. Hình 2.22. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục chuẩn có thoát nước. 60 Giống như mô hình Mohr-Coulomb, khi ứng suất đạt đến trạng thái phá hoại sẽ xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo. Không như mô hình đàn dẻo lý tưởng của Coulomb, mặt chảy dẻo của mô hình HS tăng bền không cố định trong không gian ứng suất chính mà nó dãn ra do biến dạng dẻo [13]. Mô hình HS có xét đến chỏm mũ chảy dẻo dùng để mô hình cho 2 loại tăng bền: tăng bền trượt do biến dạng dư dưới tác dụng của tải trọng lệch ban đầu; và tăng bền nén do tác dụng của tải trọng trục đẳng hướng. Khi đất rời chịu tải trọng nén đẳng hướng, biến dạng của vật liệu đất sẽ không tuân theo đường biến dạng đàn hồi liên tục của mô hình MC. Thực tế sẽ hình thành biến dạng thể tích dẻo. Chỏm mũ chảy dẻo được dùng để mô hình những biến dạng này. Hình 2.23 và 2.24 mô tả mô hình HS và mặt chảy dẻo trong mặt phẳng p- q và trong không gian ứng suất chính. Hình 2.23. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q 2.4. Kết luận chương 2 Khi tính toán tường neo cần xét áp lực đất ở ba trạng thái: áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, áp lực đất ở trạng thái nghỉ. Với hệ thống tường mềm, biểu đồ áp lực đất phân bố theo dạng hình thang mà không phải phân bố theo hình 61 tam giác như thông thường, do xét đến ảnh hưởng chuyển vị của tường đến sự phân bố lại áp lực đất. Hình 2.24. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất chính. Chiều dài đoạn không liên kết của neo phải nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn. Neo trong đất thường được bố trí gốc nghiêng từ 10-45o. Khoảng cách bố trí neo sao cho đảm bảo độ mảnh của tường theo phương đứng và tránh ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm neo. Các phương pháp tính toán tường neo gồm phương pháp RIGID, phương pháp WINKLER, phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp RIGID cần phải biết trước biểu đồ áp lực đất nên không xét được ảnh hưởng của tường đến sự phân bố lại áp lực đất cũng như không mô phỏng được quá trình thi công theo giai đoạn mà chỉ xét tường chịu lực ở giai đoạn cuối cùng và không tính được chuyển vị của tường. Phương pháp WINKLER có xét đến ảnh hưởng của quá trình thi công theo từng giai đoạn nhưng chưa xét được chuyển vị của hệ thống tường đất. Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp giải tích có xét đến tương tác giữa đất và kết cấu, 62 để phân tích tương tác của tường và đất cần phải sử dụng các mô hình đất đàn dẻo tăng bền mà không sử dụng mô hình đàn dẻo lý tưởng. Các mô hình thường sử dụng trong tính toán là mô hình Mohr-Coulomb, mô hình Hardening Soil. 63 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY 3.1. Mô tả dự án Lake Parkway Dự án Lake Parway, Milwaukee, Wi, US được Cassandra Janel Rutherford mô tả trong mục 4.3 và áp dụng tính toán bằng phần mềm Plaxis trong mục 7.4 trong đề tài của mình [4]. Đây là dự án đầu tiên ở Mỹ sử dụng công nghệ cọc đất-xi măng trộn sâu để thiết kế tường chắn vĩnh cữu nhằm giữ ổn định mái đào cho lòng đường giao thông. Tường chắn sử dụng là loại tường neo cọc chống/cọc đất-xi măng trộn sâu và bề mặt bằng bê tông cốt thép như thể hiện trên hình 3.1. Hình 3.1. Dự án Lake Parkway [4] 3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis 3.2.1. Mô hình bài toán Hình 3.2 thể hiện mặt cắt ngang điển hình với chiều sâu hố đào là 9.9m. 64 Hình 3.2. Mặt cắt ngang của dự án Lake Parkway [4] Dự án được mô hình trong Plaxis bằng các phần tử 15 nút và ứng suất phẳng. Địa chất gồm 2 lớp, lớp cát trạng thái chặt vừa có bề dày 18.3m, nằm dưới là lớp đất sét trạng thái cứng. Thuộc tính các lớp đất được thể hiện trong bảng 3.1. Mực nước ngầm nằm cách mặt đất 2.4m. Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis Thông số Ký hiệu Đơn vị Lớp đất Lớp cát Lớp sét Mô hình vật liệu - - MC MC Ứng xử của vật liệu - - Thoát nước Thoát nước Trọng lượng riêng ẩm gunsat kN/m3 19.1 20.7 Trọng lượng riêng bảo hòa gsat kN/m3 19.1 20.7 Hệ số thấm theo phương ngang kx m/day 8.64 8.64E-02 Hệ số thấm theo phương đứng ky m/day 8.64 8.64E-02 Mô đun biến dạng Eref kN/m2 69000 60000 Hệ số Poisson m - 0.3 0.35 Lực dính có hiệu cref kN/m2 1.0 48.0 Góc ma sát có hiệu j o 30 5.0 Góc giãn nở y o 0.0 0.0 Hệ số giảm cường độ lớp phân giới Rinter - 0.67 0.67 Tính thấm - - Không thấm Không thấm 65 Căn cứ vào kích thước hố đào, kích thước mô hình được xác định dựa theo Briaud và Lim (1997) [3], chiều rộng mô hình là Be + We , Be = 3(He + D) với He là chiều cao đào (He = 9.9m) và D là chiều dài của tường chôn trong lớp đất không thấm nước (D=8.4m). Vậy bề rộng của mô hình là 3 x (9.9 m + 8.4 m) + 20 m = 74.9 m. Chiều cao mô hình là 38m. Hố đào có chiều rộng là 40m, chiều sâu đào là 9.9m. Chiều dài theo phương dọc lớn nên sử dụng mô hình ứng suất phẳng. Hố đào được chống đỡ bằng tường neo đất-xi măng trộn sâu với chiều dài cọc là 20.6m. Hàng neo bên trên ở cao độ 2.1m cách mặt đất và hàng neo thứ 2 cách hàng neo thứ nhất 3.9m. Khoảng cách theo phương ngang giữa các neo là 2.1m. Đặc trưng của tường đất-xi măng được thể hiện ở bảng 3.2. Phần tử Plate dùng để mô hình tường neo, các phần tử phân giới (interface) được dùng để mô tả sự làm việc đồng thời giữa kết cấu tường và đất nền, có thuộc tính giống như thuộc tính đất nền. Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ứng xử của vật liệu - - Elastic Độ cứng dọc trục EA kN/m 2.89E+05 Độ cứng khi uốn EI kNm2/m 1.67E+05 Bề dày tương đương d m 8.20 Trọng lượng w kN/m/m 20.32 Hệ số poisson n - 0.15 Tổng chiều dài của neo là 20m, có góc nghiêng 15 độ so với phương ngang. Phần tử node to node được dùng để mô hình đoạn chiều dài không liên kết của neo trong đất. Phần tử geogrid dùng để mô hình chiều dài đoạn liên kết của neo. Các đặc trưng của phần tử node to node và phần tử geogrid thể hiện ở bảng 3.3 và bảng 3.4. Lực neo sẽ được truyền vào neo trong quá trình phân tích, tính toán mà không được gán trước vào mô hình. 66 Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ứng xử của vật liệu - - Elastic Độ cứng dọc trục EA kN/m 2.00E+05 Khoảng cách theo phương ngang Ls m 2.10 Lực neo của hàng neo số 1 F1 kN/m 229.76 Lực neo của hàng neo số 2 F2 kN/m 391.44 Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ứng xử của vật liệu - - Elastic Độ cứng dọc trục EA kN/m 1.0E+05 Do bài toán đối xứng nên chỉ mô hình cho một nửa hố đào. Mô hình bài toán được thể hiện trên hình 3.3. Lưới phần tử hữu hạn được phát sinh với độ thô tổng thể loại rất mịn, lưới xung quanh phần tử tường được làm mịn hơn để mô hình chính xác hơn ứng xử của đất và tường. Điều kiện biên gồm tính ngàm chuẩn (Ux = Uy = 0) cho mặt đáy nằm ngang và tính ngàm ngang (Ux = 0) cho 2 mặt đứng. Điều kiện ban đầu đòi hỏi phải phát sinh áp lực nước và ứng suất ban đầu. Đường mực nước được đưa vào mô hình ở chiều sâu cách mặt đất 2.4m. Áp lực nước được phát sinh và sau đó ứng suất ban đầu được tính toán bằng hệ số K0. Quá trình thi công được mô phỏng bằng nhiều giai đoạn khác nhau. Giai đoạn 1, tường được lắp đặt và đào đất đến tầng neo đầu tiên (hình 3.3). Giai đoạn 2, lắp đặt và truyền tải trọng cho hàng neo đầu tiên (hình 3.4). Giai đoạn 3, đào đất đến cao độ của hàng neo thứ 2, trong giai đoạn này cao độ đào đã thấp hơn mực nước ngầm nên phải vẽ lại đường mực nước và tính lại áp lực nước (hình 3.5). Giai đoạn 4, lắp 67 đặt và truyền lực cho hàng neo thứ 2 (hình 3.6). Giai đoạn cuối cùng, đào đất đến cao độ thiết kế, vẽ lại đường mực nước và tính lại áp lực nước (hình 3.7). Hình 3.3. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên Hình 3.4. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên 68 Hình 3.5. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2 Hình 3.6. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2 Hình 3.8 thể hiện biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo kết quả tính toán của Cassandra Janel Rutherford [4]. Giá trị mô men và chuyển vị ngang lớn nhất của tường ở giai đoạn này có giá trị tương ứng là 152.97kNm/m và 23.90mm. 69 Hình 3.7. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế Hình 3.8. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo kết quả của Cassandra Junel Rutherford. 70 Nhận xét kết quả bài toán: Dựa vào biểu đồ mô men uốn theo kết quả của Cassandra Janel Rutherford, giá trị tung độ dương và âm trên biểu đồ chênh nhau khá lớn và tập trung ở đoạn chiều sâu tường gần cao độ đào hơn. Nếu thay đổi vị trí hàng neo thứ 2, hoặc giá trị các lực neo để kết quả mô men âm và dương của tường tương đối cân bằng nhau thì ta sẽ có giá trị mô men lớn nhất nhỏ hơn và chuyển vị ngang lớn nhất của tường cũng sẽ nhỏ đi. Trong phần tính toán của mình, Cassandra Janel Rutherford chỉ mô hình và phân tích tường với khoảng cách bố trí 2 neo là 3.9m và lực neo F1,F2 có giá trị theo bảng 3.3. Căn cứ vào nhận xét trên, tiến hành xét các bài toán sau: · So sánh trường hợp tường có bố trí và không có bố trí neo để chứng minh tác dụng của neo trong đất trong ổn định hố đào. · Thay đổi khoảng cách bố trí 2 neo để nghiên cứu sự ảnh hưởng của khoảng cách neo đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường. · Thay đổi các giá trị lực neo F1, F2 để nghiên cứu sự ảnh hưởng của lực neo đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường. 3.2.2. So sánh trường hợp tường không bố trí neo và có bố trí neo 3.2.2.1. Mô hình bài toán Để chứng minh tác dụng của neo trong đất đối với hệ thống tường chắn ổn định hố đào, sử dụng các thông số vật liệu và các đặc trưng hình học của tường, neo như mục 3.2.1 và mô hình bài toán như thể hiện trên hình 3.9. Chiều cao được xét tính toán khi thi công đến giai đoạn 4, tức đào sâu 6.0m tính từ mặt đất. Mô hình tính toán bằng phần mềm Plaxis với 2 trường hợp tường không có neo trong đất và tường có bố trí 2 hàng neo trong đất với các lực neo theo bảng 3.3. Mực nước ngầm nằm cách mặt đất 2.4m. 71 a. Không có neo b. Có neo Hình 3.9. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo 3.2.2.2. Chuyển vị ngang của tường Kết quả chuyển vị ngang của tường thể hiện ở hình 3.10a và 3.10b tương ứng cho trường hợp tường không có neo và tường có bố trí neo trong đất. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường không bố trí neo xảy ra ở đỉnh tường với giá trị 51.58mm, chuyển vị ngang lớn nhất của tường trong trường hợp có bố trí neo có giá trị 9.60mm xảy ra tại chân tường. Nhờ có neo tác dụng như những điểm giữ nên chuyển vị ngang của tường giảm đi rất nhiều. Hình 3.11 so sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường ứng với 2 trường hợp trên. a. Không có neo b. Có neo Hình 3.10. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường 72 Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường. 3.2.2.3. Mô men uốn trong tường a. Không có neo b. Có neo Hình 3.12. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường 73 Hình 3.12 thể hiện mô men uốn trong tường cho hai trường hợp tường không có bố trí neo và có bố trí neo trong đất. Giá trị mô men lớn nhất trong trường hợp tường không bố trí neo là 217.91 kNm/m xảy ra ở vị trí phía dưới cao độ đào, do đất phía trước tường dưới cao độ đào đóng vai trò như gối đỡ nên giá trị mô men lớn nhất xảy ra ở gần vị trí này. Giá trị mô men uốn lớn nhất trong tường có bố trí neo xảy ra ở vị trí neo bên dưới có giá trị là 152.98 kNm/m. Hình 3.13 so sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường ứng với 2 trường hợp trên. Khi tường được bố trí neo, neo sẽ tạo nên những điểm tựa làm cho mô men uốn trong tường giảm đi so với trường hợp không bố trí neo. Hình 3.13. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường. 74 3.2.2.4. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng Mối quan hệ ứng suất và biến dạng theo mô hình Mohr-Coulomb được thể hiện trên hình 3.14. Ứng với một điểm ứng suất nào đó trong đất, đất có ứng xử đàn hồi, sau đó nó đạt đến trạng thái ứng xử dẻo khi ứng suất trong đất tăng lên, lúc này chuyển vị trong đất không hồi phục lại trạng thái ban đầu được nữa [17]. Tại những điểm mà chuyển vị tăng đột ngột, vật liệu đạt trạng thái chảy dẻo và xảy ra phá hoại. Mặt khác, khi đào đất, khối đất ở trạng thái chủ động như thể hiện trên hình 3.15, tường sẽ có chuyển vị vào phía trong hố đào, ứng suất ngang trong đất sẽ giảm đến khi xảy ra phá hoại. Hình 3.14. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng Mặt phá hoại hình thành theo những điểm chảy dẻo của mô hình Mohr-Coulomb. Tính dẻo hình thành khi xuất hiện biến dạng không hồi phục. Những điểm chảy dẻo Mohr-Coulomb xuất hiện phía sau tường khi đào đất có thể quan sát trên hình 3.16. Vùng phá hoại hình cung tròn có thể được xác định dựa vào những điểm chảy dẻo này. Những điểm chảy dẻo trên hình 3.16 là những điểm chảy dẻo Mohr-Coulomb nằm phía trên đuờng bao giới hạn. 75 Hình 3.15. Biểu đồ t-s và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb khi s’h tăng Hình 3.16. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp không có neo 76 Như thể hiện trên hình 3.16, những điểm chảy dẻo hình thành theo hình cung tròn nằm phía sau tường. Những điểm này thể hiện ứng xử phi tuyến của đất như giải thích bên trên và gây ra phá hoại khối đất. Các giá trị sxx (s’v) và syy (s’h) có thể xác định được từ phân tích trong Plaxis. Có thể nhận được giá trị ứng suất có hiệu và biến dạng bằng việc chọn điểm ứng suất trong mô hình như thể hiện ở bảng 3.5. Hình 3.17a và 3.17b thể hiện các điểm chọn trong mô hình để vẽ đường quan hệ ứng suất và biến dạng cho trường hợp tường không bố trí neo và có bố neo trong đất. Theo bảng 3.5, giá trị ứng suất có hiệu trong trường hợp tường không bố trí neo nhỏ hơn trong trường hợp tường có bố trí neo, kết quả trên là do tường có chuyển vị lớn, làm giảm ứng suất có hiệu trong đất đối với trường hợp tường không bố trí neo. Ngược lại, giá trị tổng biến dạng trong đất cho trường hợp tường không bố trí neo lớn hơn so với trường hợp có bố trí neo. Giải thích điều này là do tường có bố trí neo sẽ ít có chuyển vị nên làm cho tổng biến dạng của đất nhỏ đi. Bảng 3.5. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình Trường hợp Điểm (x,y) Ứng suất có hiệu (kN/m2) Tổng biến dạng (%) K hô ng n eo A (51.81;35.48) -15.43 0.54 B (49.76;36.21) -10.31 0.40 C (50.51;35.92) -11.99 0.42 C ó ne o A (51.54;37.65) -21.98 -0.02 B (50.53;35.16) -85.72 -0.05 C (52.36;33.35) -64.91 -0.04 Hình 3.18 và 3.19 thể hiện quan hệ ứng suất-biến dạng của điểm C và A tương ứng cho trường hợp tường không có và có bố trí neo trong đất. Các đường quan hệ tuân theo đúng đường quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình Mohr-Coulomb với điểm C nằm trong vùng chảy dẻo và điểm A không bị chảy dẻo. 77 a. Không có neo b. Có neo Hình 3.17. Chọn điểm ứng suất để vẽ quan hệ ứng suất-biến dạng. Hình 3.18. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm C, trường hợp không có neo Hình 3.20 thể hiện số điểm chảy dẻo trong trường hợp tường có bố trí neo. Như quan sát, số lượng điểm chảy dẻo giảm hoàn toàn so với số điểm chảy dẻo trên hình 3.16. Như quan sát trên hình 3.20, một số điểm chảy dẻo xuất hiện gần vị trí bầu neo. Do chiều dài đoạn neo liên kết không đủ yêu cầu nên ứng suất neo phân bố tập 78 trung gần khu vực bầu neo và gây vùng đất bị biến dạng dẻo. Trong mô hình bài toán, chiều dài đoạn neo liên kết lấy giống như trong mô hình của Cassandra Janel Rutherford để có cơ sở so sánh ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo mà chưa xét tính toán chiều dài đoạn neo liên kết. Như vậy, neo trong đất có tác dụng làm giảm số điểm chảy dẻo trong đất và giữ ổn định tường chắn nếu được bố trí hợp lý. Hình 3.19. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo. Hình 3.20. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo 79 3.2.3. Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của neo. Trong bài toán của mình, Cassandra Junel Rutherford chỉ mô phỏng và phân tích nội lực, chuyển vị ngang của kết cấu tường với khoảng cách hai neo là 3.9m. Trong mục này, đề tài khảo sát sự thay đổi mô men uốn và chuyển vị ngang của tường khi khoảng cách bố trí neo thay đổi theo bảng 3.5 và hình 3.21. Các thuộc tính của đất nền, tường, chiều dài đoạn liên kết và không liên kết theo bảng từ 3.1 đến 3.4. Bảng 3.6. Khoảng cách 2 hàng neo Khoảng cách 2 hàng neo h(m) 2.70 3.00 3.30 3.60 3.90 4.20 4.50 4.80 5.10 5.40 5.70 6.00 6.30 6.60 -9.90 -2.10 -20.60 2. 1 h 7. 8- h 10 .7 20 .6 Cao ñoä ñaøo Maët ñaát Hình 3.21. Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo Các thông số tính toán và các giai đoạn thi công giống như trường hợp mô hình theo mục 3.2.1, kết quả giá trị tuyệt đối của mô men và chuyển vị ngang lớn nhất của tường cho từng trường hợp thể hiện ở bảng 3.7. Hình 3.22 đến 3.26 thể hiện biểu đồ mô men uốn và chuyển vị ngang của tường cho giai đoạn từ 1 đến 5 với trường hợp khoảng cách hai neo là 3.9m. 80 Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1. Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2. 81 Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3. Hình 3.25. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4. 82 Hình 3.26. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. Bảng 3.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo Khoảng cách (m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có sh max 2.7 192.95 5 26.84 5 3 185.20 5 26.49 5 3.3 174.02 5 25.41 5 3.6 164.36 5 24.79 5 3.9 156.47 5 24.27 5 4.2 147.32 5 23.69 5 4.5 138.79 5 23.28 5 4.8 130.47 5 22.67 5 5.1 121.79 5 22.64 5 5.4 112.69 5 23.11 5 5.7 121.65 3 24.4 5 6 133.74 3 25.2 5 6.3 162.14 3 27.44 5 6.6 183.44 3 28.25 3 83 Hình 3.26 thể hiện biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 ứng với trường hợp khoảng cách 2 neo là 3.9m. Như thể hiện trên hình 3.26, giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất của tường là 156.47kNm/m và 24.27mm, sai khác so với kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4] tương ứng là 152.97kNm/m và 23.90mm. Sự sai khác này do mô hình trong phầm mềm chưa hoàn toàn thống nhất với nhau. Tuy nhiên, tỉ lệ sai số giữa hai kết quả là 2.28% và 1.55% tương ứng cho mô men uốn và chuyển vị ngang là không lớn và có thể chấp nhận được. Theo bảng 3.7, giá trị mô men và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường có thể xảy ra ở giai đoạn thi công số 3, hoặc giai đoạn 5. Hình 3.27. Biểu đồ quan hệ Mmax và khoảng cách neo. 84 Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ shmax và khoảng cách neo. Dựa vào các giá trị mô men và chuyển vị ngang trong bảng 3.7, vẽ biểu đồ mô men uốn lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất của tường theo khoảng cách h giữa hai hàng neo thể hiện trên hình 3.27 và 3.28. Giá trị mô men uốn lớn nhất trong tường ứng với khoảng cách hai neo 5.4m có giá trị là 112.69 kNm/m ở giai đoạn 5, so sánh với giá trị 152.97 kNm/m với khoảng cách neo 3.9m theo kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4], giá trị nhỏ hơn 40.28kNm/m là khá nhiều. Tương tự cho giá trị chuyển vị ngang lớn nhất của tường với khoảng cách neo 5.1m có giá trị 22.64mm ở giai đoạn 5 so với giá trị 23.90m theo kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4], giá trị chênh lệch là 1.26mm. 85 3.2.4. Khoảng cách bố trí hợp lý của neo khi lực neo thay đổi. Để khảo sát khoảng cách bố trí hợp lý của neo theo mô men uốn và chuyển vị ngang của tường khi lực neo thay đổi, mô hình bài toán với các trường hợp giá trị lực neo cho hàng neo bên trên F1 và hàng neo bên dưới F2 theo bảng 3.8. Khoảng cách các neo theo bảng 3.6. Đặc trưng của đất nền, tường, chiều dài đoạn không liên kết và liên kết theo bảng 3.1 đến 3.4. Bảng 3.8. Giá trị lực F1, F2 (T) cho mô hình tính toán F1 F2 20 30 40 20 x 30 x x 40 x x x 50 x x x Kết quả các giá trị mô men uốn, chuyển vị ngang lớn nhất ứng với từng khoảng cách neo cho các trường hợp giá trị lực neo thay đổi được thể hiện trong bảng A.1 đến A.9 của Phụ lục A. Từ các giá trị này vẽ biểu đồ quan hệ giữa giá trị tuyệt đối của mô men lớn nhất, chuyển vị ngang lớn nhất trong tường theo khoảng cách h giữa hai neo như hình 3.29 và 3.30. Theo hình 3.29 và 3.30, khoảng cách bố trí neo có giá trị mô men và chuyển vị ngang của tường nhỏ nhất nằm trong khoảng 4.5 đến 6m. Khoảng cách neo càng nhỏ và càng lớn đều cho giá trị mô men và chuyển vị ngang lớn. Khi khoảng cách neo nhỏ, chiều dài nhịp của tường giữa hàng neo bên dưới và tại vị trí cao độ đào lớn nên mô men lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.31a). Khi khoảng cách neo lớn, chiều dài nhịp của tường tựa trên hai gối là hai hàng neo lớn nên mô men lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.31b). 86 Hình 3.29. Biểu đồ Mmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. Hình 3.30. Biểu đồ quan hệ shmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. 87 a. h=3.0m, F1= F2=200kN/m b. h=6.3m, F1=200, F2=400kN/m Hình 3.31. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5 a. h=3.0m, F1= F2=200kN/m b. h=6.3m, F1=200kN/m, F2=400kN/m Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. 88 Tương tự đối với chuyển vị ngang của tường, khi khoảng cách neo nhỏ, chiều dài nhịp của tường giữa hàng neo bên dưới và tại vị trí cao độ đào lớn nên chuyển vị ngang lớn nhất xuất hiện trong khoảng này (hình 3.32a). Khi khoảng cách neo lớn, chiều dài nhịp của tường tựa trên hai gối là hai hàng neo lớn nên chuyển vị ngang lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.32b). Theo bảng A.1 đến A.9 phụ lục A, khi khoảng cách giữa các neo càng lớn thì giá trị mô men uốn và chuyển vị lớn nhất trong tường đạt được ở giai đoạn 3. Khi đào đất đến tầng neo thứ hai (chưa lắp đặt neo), khẩu độ nhịp của tường từ hàng neo thứ nhất đến cao độ đào (giai đoạn 3) sẽ lớn nên mô men và chuyển vị lớn nhất sẽ đạt ở giai đoạn này. Khi đến các giai đoạn sau, nhờ lực neo đóng vai trò là gối đỡ nên mô men và chuyển vị ngang sẽ giảm đi. Như thể hiện trên hình 3.33a và 3.33b cho trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m, giá trị mô men giai đoạn 3 là -183.27 kNm/m và giai đoạn 5 là -161.70mm. Giá trị chuyển vị ngang của tường cho giai đoạn 3 là 29.36mm và giai đoạn 5 là 28.75mm như trên hình 3.34a và 3.34b. a. Giai đoạn 3 b. Giai đoạn 5 Hình 3.33. Biểu đồ mô men trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. 89 a. Giai đoạn 3 b. Giai đoạn 5 Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang với h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. Theo hình 3.29, giá trị mô men uốn tăng khi lực neo tăng và giảm khi lực neo giảm. Đường cao nhất ứng với giá trị mô men lớn trên hình 3.29 với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=500kN/m. Đường thấp nhất ứng với giá trị mô men nhỏ trên hình 3.29 với trường hợp giá trị lực F1=200kN/m, F2=300kN/m. Do tác dụng của lực neo lớn, tường sẽ dịch chuyển về phía đất được chắn giữ, làm cho vùng đất xung quanh neo chuyển sang trạng thái bị động, do đó áp lực đất ở vùng này tăng lên như hình 3.35 và làm tăng mô men uốn trong tường. Trên hình 3.30, giá trị chuyển vị ngang của tường giảm khi lực neo lớn. Đường cong chuyển vị thấp nhất của tường trên hình 3.30 ứng với giá trị lực F1=400kN/m, F2=400kN/m và đường cao nhất tương ứng chuyển vị ngang lớn ứng với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m. Dưới tác dụng của áp lực đất, tường sẽ dịch chuyển vào trong hố đào, nhờ tác dụng của lực neo giữ nên là giảm chuyển vị của tường nếu lực neo càng lớn. Theo hình 3.36 chuyển vị 90 ngang lớn nhất của tường là 26.98mm và 13.97mm tương ứng với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m và F1=400kN/m, F2=400kN/m a. h=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m b. h=4.5m, F1=400kN/m, F2=400kN/m Hình 3.35. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường. a. h=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m b. h=4.5m, F1=400kN/m, F2=400kN/m Hình 3.36. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường 91 3.3. Kết luận chương 3 Neo trong đất có tác dụng giữ ổn định kết cấu tường chắn và giảm chuyển vị ngang của tường. Phá hoại trượt trong đất là do xuất hiện những điểm chảy dẻo Mohr-Coulomb. Nếu bố trí neo hợp lý sẽ không còn xuất hiện các điểm chảy dẻo và tường được giữ ổn định. Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng lớn đến giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang của tường. Giá trị chênh lệch giữa mô men lớn nhất tính theo Cassandra Janel Rutherford [4] với khoảng cách hai neo 3.9m và giá trị mô men tính toán lớn nhất với khoảng cách hợp lý 5.4m là 40.28kNm/m. Giá trị chênh lệch giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường tính theo Cassandra Janel Rutherford [4] với khoảng cách hai neo 3.9m và giá trị mô men tính toán lớn nhất với khoảng cách hợp lý 5.1m là 1.26mm. Khoảng cách bố trí neo càng lớn hoặc càng nhỏ thì mô men uốn và chuyển vị ngang của tường càng lớn. Giá trị lớn nhất của nội lực và chuyển vị của tường có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn thi công nào tuỳ vào khoảng cách bố trí neo và lực neo. Do đó, trong tính toán tường neo cần mô phỏng quá trình tính toán tường theo từng giai đoạn thi công giống như quá trình thi công ngoài thực tế. Khi lực neo càng lớn thì mô men uốn trong tường càng lớn nhưng chuyển vị ngang của tường càng giảm. Ngược lại, khi lực neo càng nhỏ thì mô men uốn trong tường càng nhỏ nhưng chuyển vị ngang càng lớn. 92 KẾT LUẬN 1. Kết luận Đề tài đã giới thiệu tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường giữ ổn định hố đào có sử dụng neo trong đất. Đây là kết cấu được sử dụng khá phổ biến làm kết cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia chịu lực với kết cấu cuối cùng, có nhiều ưu điểm về thời gian thi công, không chiếm mặt bằng thi công, giá thành thấp nếu được sử dụng trong điều kiện địa chất thích hợp. Với hệ thống tường neo mềm, áp lực đất không phân bố theo biểu đồ hình tam giác như thông thường (tăng tuyến tính theo chiều sâu) mà phân bố theo dạng hình thang vì có sự phân bố lại áp lực đất do ảnh hưởng của chuyển vị tường dưới tác dụng của lực neo. Neo trong đất có tác dụng rất lớn trong ổn định tường chắn và lựa chọn kết cấu tường. Khi bố trí neo hợp lý sẽ khử được các điểm chảy dẻo trong đất, từ đó giữ định mái đất. Neo cũng làm giảm mô men uốn và chuyển vị ngang của tường nên giảm được vật liệu khi thiết kế kết cấu tường Trong tính toán, thiết kế tường neo cần mô phỏng việc thi công theo từng giai đoạn phù hợp với các bước thi công ngoài thực tế vì giá trị nội lực, chuyển vị lớn nhất dùng để tính toán kết cấu có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn thi công nào. Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng rất lớn đến nội lực và chuyển vị lớn nhất của tường. Khoảng cách neo quá nhỏ hoặc quá lớn đều gây mô men uốn và chuyển vị ngang của tường lớn. Do đó, khi thiết kế hệ thống tường neo cần tìm khoảng cách bố trí neo tối ưu nhất để giảm nội lực, chuyển vị trong tường và hạ được giá thành công trình. Lực neo có ảnh hưởng lớn đến mô men uốn và chuyển vị ngang của tường. Lực neo càng lớn trong phạm vi cho phép thì mô men uốn càng tăng, chuyển ngang 93 của tường càng giảm. Lực neo càng nhỏ thì mô men uốn càng nhỏ nhưng chuyển vị ngang của tường càng lớn. 2. Kiến nghị Khi tính toán, thiết kế hệ thống tường neo cần tối ưu khoảng cách bố trí neo và lực truyền cho neo, sao cho nội lực xuất hiện trong kết cấu là nhỏ nhất, nhằm tiết kiệm được chi phí vật liệu và hạ giá thành công trình. Khi thiết kế tường neo trong điều kiện yêu cầu cao về chuyển vị, cần sử dụng neo có giá trị lực lớn. Ngược lại, khi không yêu cầu về chuyển vị, với các loại tường mềm có độ cứng EI nhỏ, sử dụng neo có lực neo nhỏ; với các loại tường cứng có EI lớn, sử dụng neo có lực lớn nhằm khai thác được tối đa khả năng chịu tải của vật liệu. 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. AASHTO LRFD Section 11. Abutments, Piers and Walls. [2]. Anthony D. Barley and Chris R. Windsor. “Recent Advances In Ground Anchor And Ground Reinforcement Technology With Reference To The Development Of The Art”. [3]. Briaud, J.–L., and Lim, Y. (1997). “Soil Nailed Wall Under Piled Bridge Abutment: Simulation and Guidelines,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. [4]. Cassandra Janel Rutherford. (2004). “ Design Manual for Excavation Support Using Deep Mixing Technology”, Texas A&M University. [5]. CH2M HILL in cooperation with Earth Mechanics, Inc. and Parsons Brinckerhoff Inc. (2008). “Seismic Analysis and Design of Retaining Walls, Buried Structures, Slopes, and Embankments - Recommended Specifications, Commentaries, and Example Problems”. Draft Final Report – Volume 2 to the NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP) on Project 12-70. [6]. Lê Văn Cường. (2007). “Dự án tuyến mêtro Athens – Hy Lạp”. Hội thảo tại trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2007. [7]. D. E. Wheatherby. (1982). “Tiebacks”. Report No. FHWA-RD-82-047, Federal Highway Administration. [8]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. I. Design and Construction. Report No. FHWA-RD-75-128, Federal Highway Administration. [9]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. II. Design Fundamentals. Report No. FHWA-RD-75-129, Federal Highway Administration. [10]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. III. Construction Method. Report No. FHWA-RD-75-130, Federal Highway Administration. [11]. Eur.Ing. A D BARLEY, Director of Engineering, Keller Ground Engineering, Wetherby, UK. “The single bore multiple anchor system”. 95 [12]. Ground Anchor Technology Brochure and website, Samwoo Geotech Co., Ltd. 2008. [13]. Trần Quang Hộ. (2008). “Ứng Xử Của Đất và Cơ Học Đất Tới Hạn”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. [14]. John P. Turner and Eric A. Sackett. (2005). “Analysis of Anchor Load Tests at The Flying V Slide”. Report No. FHWA-WY-05/03F, Federal Highway Administration. [15]. Kevin Abraham. (2007). “Three Dimensional Behavior of Retaining Wall Systems”, Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College. [16]. Kim S.K. (2008). “Ground Anchor and Anchored Systems”. Samwoo Ground Engineering and Consulting Ltd. Báo cáo tại Hội thảo chuyên đề tại Tổng công ty Vinaconex, Hà Nội, ngày 27 tháng 08 năm 2008. [17]. KIVANÇ S&NC&L. (2006). “Numerical Analysis of Anchored Concrete Pile Wall: A Case Study”. Master’s Thesis in Civil Engineering, Atılım University. [18]. Lindy M. Johnson and John P. Turner. (2003). “Performance of Permanent Ground Anchors for Landslide Stabilization”. Report No. FHWA-WY-03/03F, Federal Highway Administration. [19]. Mueller, C.G., Long, J.H., Weatherby, D.E., Cording, E.J., Powers III, W.F., and Briaud, J-L. (1998). “Summary Report of Research on Permanent Ground Anchor Walls, Vol. 3, Model-Scale Wall Tests and Ground Anchor Tests” Report No. FHWA-RD-98-067, Federal Highway Administration. [20]. Lê Văn Pha, Văn Hữu Huệ. “ Phân tích Sự Tác Động Tương Hỗ Giữa Đất và Tường Cọc Bản có 1 Neo Trong Nền Đất Cát”, Ủy ban nhân dân quận 5, Tp.Hồ Chí Minh, Việt Nam. [21]. Pieter A. Vermeer, Ankana Punlor, Nico Ruse. (2001). “Arching Effects Behind a Soldier Pile Wall”. Institute for Geotechnical Engineering, University of Stuttgart, Pfaffeuwoldring 35, D70569 Stuttgart, Germany. [22]. P.J. Sabatini, D.G. Pass, R.C. Bachus. (1999). “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO. 4 - Ground Anchors and Anchored Systems”. Report No. FHWA-IF-99-015, Federal Highway Administration. 96 [23]. P.J. Sabatini, R.C. Bachus, P.W. Mayne, J.A. Schneider, T.E. Zettler. (2002). “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO. 5 - Evaluation of Soil and Rock Properties”. Report No. FHWA-IF-02-34, Federal Highway Administration. [24]. Rajendra Karki. (2006). “Effect of Deep Excavations on Circular Tunels in Fine–grained Soils”, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada. [25]. Ralph W. Strom and Robert M. Ebeling. (2002). “Simplified Procedures for the design of Tall, Stiff Tieback Walls”. Report No. ITL TR-02-10, U.S. Army Corps of Engineers. [26]. Ralph W. Strom and Robert M. Ebeling. (2002). “Methods Used in Tieback Wall Design and Construction to Prevent Local Anchor Failure, Progressive Anchorage Failure, and Ground Mass Stability Failure”. Report No. ITL TR- 02-11, U.S. Army Corps of Engineers. [27]. Richard S. Cheney. (1990). “Pernament Ground Anchor”. Volume 1, Final Report. Report No. FHWA-DP-90-068-003, Federal Highway Administration. [28]. Richard S. Cheney. (1990). “Pernament Ground Anchor”. Volume 2, Field Demostration Project Summaries. Report No. FHWA-DP-90-068-003, Federal Highway Administration. [29]. Robert M. Ebeling, Muluneh Azene, and Ralph W. Strom. (2002). “Simplified Procedures for the Design of Tall, Flexible Anchored Tieback Walls”. Report No. ITL TR-02-09, U.S. Army Corps of Engineers. [30]. Strom, R. W., and Ebeling, R. M. (2001). “State of the practice in the design of tall, stiff, and flexible tieback retaining walls,” Technical Report ERDC/ITL TR-01-1, U.S. Army Corps of Engineers. [31]. Suk G. (2007). ”Ground anchor method”. Paper presented in the Ground Anchor Technology Seminar held by Samwoo Geotech in Hanoi, June 2007. [32]. Suk G. (2007). “Retaining Walls (Các kết cấu tường chắn)”. Báo cáo tại Hội thảo Neo trong đất do công ty Samwoo (Hàn Quốc) tổ chức tại Khách sạn Daewoo Hà Nội ngày 14/6/2007. [33]. Tennessee Department of Transportation. (2006). “Retaining Structures Manual”. 97 [34]. Nguyễn Trường Tiến, Nguyễn Đức Toản, Đặng Đình Nhiễm, Phạm Ngọc Tân, Lê Trung Kiên, Võ Ngọc Quận. (2008). “ Công Trình Ngầm và Không Gian Ngầm Của Việt Nam - Hôm Nay và Ngày Mai”. Hội thảo “Những bài học kinh nghiệm quốc tế và Việt Nam về công trình ngầm đô thị”, Tp. HCM, ngày 22 tháng 10 năm 2008. [35]. Xanthakos, P.P. (1991). “Ground Anchors and Anchored Structures”, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, 686p. 98 PHỤ LỤC Bảng A.1. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=200kN/m. Khoảng cách (m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 158.85 5 31.01 5 3 149.70 5 29.81 5 3.3 145.70 5 29.73 5 3.6 136.13 5 28.54 5 3.9 127.56 5 28.20 5 4.2 120.30 5 27.85 5 4.5 111.35 5 26.98 5 4.8 99.61 5 26.43 5 5.1 89.19 3 26.33 5 5.4 100.91 3 26.71 5 5.7 114.15 3 28.01 5 6 128.50 3 28.96 5 6.3 161.71 3 31.42 5 6.6 183.27 3 33.76 5 Bảng A.2. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=300kN/m. Khoảng cách h (m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 151.46 5 28.11 5 3 142.76 5 27.41 5 3.3 137.67 5 27.06 5 3.6 127.49 5 26.24 5 3.9 119.47 5 25.68 5 4.2 110.45 5 25.29 5 4.5 101.16 5 24.49 5 4.8 90.13 5 24.10 5 5.1 89.19 3 23.69 5 5.4 100.91 3 24.57 5 5.7 114.15 3 25.81 5 6 128.50 3 26.58 5 6.3 161.71 3 29.31 5 6.6 183.27 3 31.56 5 99 Bảng A.3. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=400kN/m. Khoảng cách h (m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 200.00 5 26.61 5 3 188.79 5 25.86 5 3.3 181.55 5 25.46 5 3.6 171.32 5 24.64 5 3.9 163.85 5 24.31 5 4.2 153.84 5 23.50 5 4.5 145.90 5 23.03 5 4.8 137.38 5 22.56 5 5.1 129.50 5 22.10 5 5.4 120.13 5 23.12 5 5.7 114.15 3 24.11 5 6 128.50 3 25.04 5 6.3 161.71 3 27.79 5 6.6 183.27 3 29.90 5 Bảng A.4. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=500kN/m. Khoảng cách h (m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 248.23 5 25.31 5 3 236.78 5 24.45 5 3.3 229.83 5 24.09 5 3.6 219.89 5 23.41 5 3.9 211.82 5 22.92 5 4.2 195.31 5 22.04 5 4.5 194.50 5 21.14 5 4.8 186.86 5 21.45 5 5.1 178.71 5 21.19 5 5.4 169.29 5 21.69 5 5.7 160.35 5 22.89 5 6 150.92 5 23.91 5 6.3 161.71 3 26.65 5 6.6 183.27 3 29.36 3 100 Bảng A.5. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=300kN/m. Khoảng cách h(m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 160.58 5 27.56 5 3 149.77 5 26.63 5 3.3 142.83 5 26.09 5 3.6 135.41 5 25.76 5 3.9 126.96 5 25.08 5 4.2 117.46 5 24.35 5 4.5 115.26 2 23.91 5 4.8 115.36 2 23.56 5 5.1 115.38 2 23.16 5 5.4 115.33 2 22.94 5 5.7 119.76 3 23.76 5 6 133.69 3 24.28 5 6.3 163.65 3 26.54 5 6.6 186.96 3 28.20 5 Bảng A.6. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=400kN/m. Khoảng cách h(m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 189.52 5 26.02 5 3 178.45 5 25.46 5 3.3 170.28 5 24.70 5 3.6 160.47 5 24.13 5 3.9 153.17 5 23.71 5 4.2 144.09 5 22.96 5 4.5 135.87 5 22.45 5 4.8 128.53 5 22.10 5 5.1 120.47 5 21.67 5 5.4 115.33 2 21.43 5 5.7 119.76 3 21.96 5 6 133.69 3 22.76 5 6.3 163.65 3 24.90 5 6.6 186.96 3 26.55 5 101 Bảng A.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=500kN/m. Khoảng cách h(m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 240.71 5 25.04 5 3 226.77 5 24.10 5 3.3 219.79 5 23.70 5 3.6 209.57 5 22.98 5 3.9 201.61 5 22.47 5 4.2 189.23 5 21.92 5 4.5 185.22 5 21.35 5 4.8 177.68 5 20.88 5 5.1 169.51 5 20.40 5 5.4 158.24 5 20.10 5 5.7 152.66 5 20.61 5 6 143.73 5 21.54 5 6.3 163.65 3 23.61 5 6.6 186.96 3 26.30 3 Bảng A.8. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=400kN/m. Khoảng cách h(m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị max sh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 172.50 5 25.75 5 3 158.40 5 24.91 5 3.3 154.53 5 24.45 5 3.6 144.98 5 23.74 5 3.9 140.85 2 23.10 5 4.2 140.05 2 22.54 5 4.5 140.72 2 22.01 5 4.8 140.46 2 21.64 5 5.1 140.46 2 21.30 5 5.4 140.60 2 21.07 5 5.7 151.52 3 21.04 5 6 164.41 3 21.67 5 6.3 187.54 3 23.56 5 6.6 211.58 3 25.39 3 102 Bảng A.9. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=500kN/m. Khoảng cách h(m) Mômen max (kNm/m) Giai đoạn có M max Chuyển vị maxsh (mm) Giai đoạn có s max 2.7 218.41 5 24.54 5 3 209.20 5 23.80 5 3.3 202.20 5 23.25 5 3.6 193.04 5 22.48 5 3.9 186.50 5 22.07 5 4.2 182.50 5 21.56 5 4.5 171.32 5 20.96 5 4.8 163.63 5 20.53 5 5.1 155.08 5 20.07 5 5.4 144.18 5 19.67 5 5.7 151.52 3 19.68 5 6 164.41 3 20.21 5 6.3 187.54 3 22.21 5 6.6 211.58 3 25.39 3

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNghiên cứu khoảng cách bố trí hơp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn.pdf