Các vấn đề liên quan đến tính toán công trình trên nền đá

MUÏC LUÏC * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ I. SÖÏ OÅN ÑÒNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Khaùi quaùt veà caùc lyù thuyeát neàn 1.1 Lyù thuyeát ñaøn hoài: nhö ta ñaõ bieát trong baøi toaùn ñaøn hoài, cô hoïc ñaát. 1.1.1 Baøi toaùn khoâng gian bieán daïng ñaøn hoài chòu taùc duïng cuûa löïc taäp trung theo pöông thaúng ñöùng. Boussinesq (1985) ñaõ cho lôøi giaûi nhö ta ñaõ bieát veà öùng suaát vaø chuyeån vò nhö sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * 1.1.2 Baøi toaùn khoâng gian bieán daïng ñaøn hoài chòu taùc duïng cuûa taûi troïng hình baêng daøi voâ taän vaø coâng thöùc tính öùng suaát, bieán daïng nhö sau: SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * 1.1.3 Lyù thuyeát deûo 1.1.3.1 Baøi toaùn neàn: döïa vaøo ñieàu kieän coulomd vaø maët khaùc bôûi phöông trình caân baèng sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Giaû söû neàn ñaù chòu löïc phaân boá ñeàu theo phöông ngang, khoâng ma saùt vaø ñoä cöùng. Caùc ñöôøng tröôït goàm tia xuaát phaùt töø A, B vaø ñöôøng cong logarit coù taâm laø A,B vaø baùn kính: Trong ñoù : thay ñoåi töø ñeán Khi thì * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.3.2 Söùc chòu taûi cuûa neàn: Taûi troïng ñoái xöùng theo phöông ñöùng, giaû söû lôùp ñaù beân döôùi xuaát hieän bieán daïng deûo thì ta coù taûi troïng giôùi haïn prandtl-Caquot nhö sau: Trong ñoù: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Baûng aùp löïc giôùi haïn leâ neàn ñaù (theo tieâu chuaån CSN No 731001 Coäng Hoøa Seùc) * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Taûi troïng nghieâng: söùc chòu taûi xaùc ñònh: Trong ñoù: ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Vôùi Sc löïc choáng caét ôû bieân * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.3.3 Neàn ñaù coâng trình thuûy coâng Coâng trình naøy thöôøng coù quy moâ phöùc taïp, traïng thaùi öùng suaát bieán daïng phöùc taïp nhieàu so vôùi lyù thuyeát. 1.1.3.4 Ñaùnh gía söùc chòu taûi cuûa neàn coâng trình Söùc chòu taûi neàn ñaäp tính nhö sau: Trong ñoù Np, R laø giaù trò tính toaùn töông ñöông vôùi löïc gaây tröôït, gaây laät; kn,nc heä soá an toaøn vaø toå hôïp taûi troïng * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Aùp löïc bò ñoäng laø löïc choáng ñôõ haï löu ñaäp tính nhö sau: Trong ñoù: Q troïng löôïng baûn thaân cuûa khoái truï ñôû; F dieän tích maët neùn eùp; goùc nghieâng maët neùn eùp vaø phöông ngang (höôùng löïc EH quy öôùc theo phöông ngang) * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.2.3.5 Baøi toaùn oån ñònh vai ñaäp voøm Söï phaân boá löïc nhö sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Sô ñoà tính oån ñònh cuûa ñaäp: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Tröôøng hôïp tröôït xaûy treân hai maët yeáu ñöôïc toùm löôït baèng 5 böôùc tính toaùn nhö sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Tröôøng hôïp tröôït theo moät maët yeáu thì sô löôïc tính nhö sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.6 Ñaùnh giaù oån ñònh cuûa ñaäp ñoái vôùi ñieàu kieän laät vaø xoay Ñieàu kieän oån ñònh laät * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Trong ñoù caùc trò soá a, d xaùc ñònh nhö sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Ngoaøi ra coøn chuù yù ñoä beàn khoái ñaù vaø beâ toâng theo RCM Trong ñoù: l, h caùnh tay ñoøn cuûa caùc löïc P,T; Hay coù theå duøng coâng thöùc sau tính cho ñaäp beâ toâng troïng löïc vaø ñaäp coù truï ñôõ coù maët truyeàn thoáng (töôøng thaúng ñöùng, neàn naèm ngang, khoâng coù truï ñôõ ôû chaân haï löu) Ngoaøi ra coøn tính ñeán vieäc oån ñònh thaám * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.7 Ñaùnh giaù oån ñònh thaám 1.1.7.1 Moät soá khaùi nieäm: OÅn ñònh thaám laø khaû naêng cuûa noù giöõ ñöôïc caáu truùc döôùi taùc duïng cuûa doøng thaám , oån ñònh thaám ñöôïc ñaùnh giaù qua löu löôïng , vò trí maët thoaùng, phaûn löïc leân ñaát neàn, phaân boá aùp löïc thaám vuøng caàn quan taâm. Luùc ñaàu maát oån ñònh coù tính cuïc boä, daàn daàn phaùt trieån gaây nguy haïi cho coâng trình. Vieäc tính toaùn phaûi ñònh hình ñöôï doøng thaám, xaùc ñònh hình daùng ñöôøng vieàn, vò trí taàng caùch nöôùc, xaây döïng moâ hình thaám cuûa neàn. Tính toaùn thaám nhaèm ñaùnh giaù löu löôïng thaám, vò trí maët nöôùc thoaùng, aùp löïc leân coâng trình. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.7.2 Ñieàu kieän oån ñònh thaám neàn ñaù coâng trình thuûy coâng: Trong neàn ñaù nöùt neû, phaù huûy thaám xaûy ra do xoùi ngaàm. Khi baøo moøn, thaønh khe nöùt ñöôïc môû roäng, doøng thaàm seõ taêng leân Ñaùnh giaù oån ñònh thaám thì phaûi xaùc ñònh khaû naêng xoùi ngaàm, phaûi naém roõ ñòa taàng kyõ thuaät(höôùng, maät ñoä, ñoä nôû, chaát laép nheùt, nöùt neû, phaù huûy kieán taïo)… laäp ra sô ñoà phaân boá vuøng thaám, chia thaønh caùc khu vöïc theo möùc ñoä xoùi ngaàm. Moãi sô ñoà coù caùch ñaùnh giaù oån ñònh rieâng, tuy nhieân ñeàu döïa vaøo nguyeân taéc chung laø toác ñoä vaø gradien thuûy löïc cuûa doøng thaám naèm trong giôùi haïn cho pheùp theå hieän nhö coâng thöùc sau: hoaëc * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Toác ñoä doøng thaám xaùc ñònh phuï thuoäc vaøo vaät chaát laép nheùt caùc khe nöùt lôùn hôn 1 mm (chaát laép nheùt laø seùt : vgh= 50 cm/s, chaát laép nheùt laø seùt pha: vgh= 50 cm/s, chaát laép nheùt laø caùt pha : vgh= 50 cm/s, toá ñoä thaám tính baèng löu löôïng chia cho theå tích thöïc cuûa khe vuoâng goùc doøng chaûy) Ñieàu kieän oån ñònh theo sô ñoà a,b: veà kích thöôùc * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Trong ñoù: dm kích thöôùc haït trong ñôùi ñöùt gaõy caø naùt, d0 kích thöôùc beà ngang keânh roãng, e heä soá roãng vaät lieäu nheùt, d10, d17, d90 kích thöôùc haït coù tyû leä töông öùng trong ñöôøng cong caáp phoái thaønh phaàn haït trong ñôùi ñöùt gaõy. Veà doøng thaám mang ñöôïc caùc haït nhoû qua loã hoûng cuûa ñaát: Dci ñöôøng kính haït lôùn nhaát coù theå mang di, m= 1.2 chæ soá doøng thaám roái, v ñoä nhôùt, n ñoä roãng vaät laép nheùt, g gia toác troïng tröôøng, heä soá hình daïng loã hoång, 0.9 cho ñaát rôøi troøn caïnh vaø 0.45 cho haït rôøi ít ñöôïc maøi troøn caïnh, k heä soá thaám vaät lieäu laép. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Ñieàu kieän oån ñònh theo sô ñoà c: ñoä roäng khe nöùt, A,B thoâng soá ñoä nhaùm thaønh thuûy löïc khe nöùt, thoâng thöôøng laáy A=0.5, B=1.7 ( tham khaûo veà hình sau) * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Ñieàu kieän oån ñònh theo sô ñoà d: hoaëc Trong ñoù: Vôùi A= 0.5-1,0, MT moñun khe nöùt Jgh coøn ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua caùc thoâng soá thí nghieäm hieän tröôøng Trong ñoù: Hcgh= Hogh- H aùp löïc giôùi haïn cöûa vaøo khe nöùt, H toån thaát aùp löïc trong khe nöùt, R baùn kính aûnh höôûng cuûa aùp löïc nöôùc, r0 baùn kính loã khoan thí nghieäm. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Ñoä môû khe nöùt lôùn nhaát tính gaàn ñuùng: * Ñieàu kieän oån ñònh theo sô ñoà e: nghieân cöùu cho thaáy oån ñònh khi toác doä doùng thaám nhoû hôn 1 cm/s, hoaëc ñoä beàn cuûa ñaù lôùn hôn 1MPa( ) Ñieàu kieän oån ñònh theo sô ñoà e: Trong ñoù: , Rp ñoää beàn keùo taùch laâu daøi chaát laép nheùt, tæ leä giöõa ñoä môû cuûa khe nöùt vôùi moät ñôn vò chieàu daøi, ñoä môû roäng khe nöùt, IL ñoä seät vaät lieäu laép, eL ñoä roãng vaät lieäu laép nheùt traïng thaùi chaûy, eL ñoä roãng vaät lieäu laép nheùt. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ 1.1.1.8 Ñaùnh giaù bieán daïng neàn ñaù Tính toaùn bieán daïng coâng trình nhaàm haïn cheá caùc dòch chuyeån ngang, nghieâng sao cho naèm trong giôùi haïn cho pheùp naøo ñoù nhaèm ñaûm baûo ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng, sô ñoà tính toaùn caàn phuø hôïp ñieàu kieän ñòa chaát, ñòa hình, tính chaát cô lyù vaø ñaëc tính coâng trình. Ñieáu naøy seõ phuï thuoäc vaøo kích thöôùc beà roäng vaø chieáu cao coät nöôùc (phaúng khi , khoâng gian khi , chieàu daøy quy öôùc taàng chòu neùn baèng 1 laàn chieáu roäng coâng trình. Trong baøi toaùn phaúng tính toaùn toå hôïp taûi troïng goàm troïng löôïng baûn thaân coâng trình, aùp löïc thuûy tónh, aùp löïc thaám, trong thöïc teá tính toaùn oån ñònh bieán daïng baèng goùc laät trung bình (goùc giöõa neàn vaø phöông naèm ngang höôùng theo phía doøng chaûy) goàm caùc baøi toaùn sau: * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Baøi toaùn 1: Ñaùnh giaù söï caàn thieát cuûa caùc giaûi phaùp baûo veä keát caáu choáng thaám (vaät lieäu choáng thaám nhö xi maêng, seùt) khi bò phaù huûy keát caáu naøy daãn tôùi nguy cô môû roäng khe nöùt, chính ñieàu naøy taêng aùp löïc thaám. Ñeå khoâng phaùt sinh khe nöùt, thì khoái ñaù xung quanh maøng choáng thaám, traïng thaùi öùng suaát trong neàn khoâng coù öùng suaát keùo xaûy ra ñoàng thôøi treân hai truïc chính, öùng suaát keùo neáu coù treân moät truïc khoâng ñöôïc lôùn hôn moät giaù trò naøo ñoùcoù theå môû roäng hoaëc phaùt sinh theâm khe nöùt. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Baøi toaùn 2: Xeùt khaû naêng ñaït ñöôïc giôùi haïn beàn. Khi tính toaùn traïng thaùi öùng suaát bieán daïng cuûa neàn, caàn xaùc ñònh vuøng maø ñaït ñeán traïng thaùi giôùi haïn. Neáu ñieàu kieän ñoä beàn cuïc boä thoõa maõn, trong neàn coù theå xaûy ra bieán daïng keùo, bieán daïng tröôït laøm cho neàn bò nöùt neû theâm. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Baøi toaùn 3: Tìm giaûi phaùp naâng cao ñoä beàn oån ñònh coâng trình. Khi khoâng ñaït ñieàu kieän beàn caàn tìm gaûi phaùp xöû lyù thích hôïp. Ñaùnh giaù oån ñònh cuïc boä nhaèm ñöa ra haøng loaït giaûi phaùp caàn phaûi coù, quy moâ bieän phaùp khaû dó, ñaùnh giaù ñoä tin caäy coâng trình trong quaù trình laøm vieäc (caùc giaûi phaùp xöû lyù neàn: neo, khoan phuït vöõa…caùc giaûi phaùp keát caáu: taám, löôùi beâ toâng, beâ toâng coát theùp,..), gia coá vuøng phaù huûy rieâng bieät coù theå do khoâng thoõa ñieàu kieän beàn, bieán daïng keùo, tröôït. Khi coù xöû lyù (neo, phuït vöõa, taám, löôùi..) laøm thay ñoåi traïng thaùi öùng suaát caàn thaõo maõn ñieàu kieän beàn cuïc boä (*), duøng khi khoâng cho pheùp xaûy ra öùng suaát keùo ñoàng thôøi treân hai truïc chính. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ (**) duøng khi khoâng cho pheùp xaûy ra öùng suaát keùo treân moät truïc chính lôùn hôn giaù trò nguy hieåm cho söï môû roäng vaø phaùt sinh khe nöùt. Söï caàn thieát cuûa caùc giaûi phaùp ngaên chaën söï hö hoûng keát caáu choáng thaám, tìm nhöõng vuøng khoâng thoõa ñieàu kieän öùng suaát bieán daïng cuûa neàn vaø coâng trình, caùc gaûi phaùp naâng cao ñoä beàn khi , khi thì ñieàu kieän chæ giaûi cho baøi toaùn 2,3. Thöïc hieän ñoái vôùi caùc dieän tích toaùn. Trong tính toaùn löïc keùo coù daáu döông neân coù theå tính nhö sau: (*’) (**’) Khi kieåm tra ñoä beàn ñoái vôùi caùc khe nöùt nhoùm c, giaù trò * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Ñeå xaùc ñònh ñöôøng vieàn caùc vuøng neàn, nôi khoâng baûo ñaûm ñieàu kieän treân, ñôn giaûn hôn caø laø duøng ñöôøng ñaúng trò . Tröôøng hôïp ñoù laø caù ñöôøng ñaúng trò , beân trong veõ caùc ñöôøng ñaúng trò (**). Neân ñöa veà daïng sau: Coù theå söû duïng ñöôøng ñaúng trò . Luùc ñoù ñöôøng vieàn cuûa vuøng tìm ñöôïc laø , beân trong vuøng naøy coù caùc ñöôøng vieàn * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Trong ñieàu kieän(**) caàn phaûi ñaùnh giaù möùc ñoä khoâng thoõa maõn ñieàu kieän ñoù ôû nhöõng ñieåm khaùc trong vuøng noùi treân. Trong tính toaùn ñoái vôùi caùc dieän tích khoâng truøng bôùi caû maët tieáp xuùc laãn khe nöùt. Goùc nghieâng Söû duïng (**) chaáp nhaän neàn bieán daïng tuyeán tính, treân tieát dieän cuûa chuùng xem nhö neàn bieán daïng, caân baèng lieân tuïc. Khi coù ñuû caùc cô sôû coù theå moâ hình hoùa, coù theå giaûi baøi toaùn lyù thuyeát ñaøn hoài hai chieàu ñoái vôùi moät hoaëc moät soá maët caét khi cho maët neàn laø phaúng neàn, ñaäp ñoàng nhaát. Khi neàn khoâng ñoàng nhaát cô lyù caàn xeùt neàn vaø beà maët töï nhieân moâ hình khoâng gian. Khi xaùc ñònh öùng suaát vaø bieán daïng neàn coù theå söû duïng phöông phaùp lyù thuyeát hoaëc phöông phaùp thöïc nghieäm. Möùc ñoä chính xaùc tuøy thuoäc vaøo ñoä chi tieát hình theå hình hoïc vaø caù tính chaát cô hoïc cuûa heä neàn coâng trình. * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ Qua hình ta thaáy ñieàu kieän (*’) bò phaù hoaïi ôû vaøi ñieåm trong vuøng xi maêng hoùa nôi coù hoaëc * SÖÏ OÅN ÑÒNH COÂNG TRÌNH TREÂN NEÀN ÑAÙ II. OÅN ÑÒNH BÔØ DOÁC ÑAÙ Trong thöïc teá, caùc coâng trình treân neàn ñaù ta thöôøng gaëp laø ñeâ ñaëp, coâng trình thuûy coâng, vaø coøn loaïi laø bôø doác ñaù. Vieäc tính toaùn oån ñònh cho loaïi coâng trình naøy laø raát caàn thieát vaø goùp phaàn kieåm soaùt ñöôïc kha naêng laøm vieäc cuûa noù. 1. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán oån ñònh coâng trình: Kích thöôùc: chieàu daøi, cao, goùc nghieâng… Tính chaát loaïi ñaát ñaù trong bôø doác: beàn neùn, keùo, caét, bieán daïng maät ñoä, ñoä roãng, aåm… Tính chaát loaïi khoái ñaù ( söï khoâng ñoàng nhaát do phaân boá cô hoïc daãn ñeán phaù huûy cuïc boä) Chaán ñoäng, taûi ngoaøi. * OÅN ÑÒNH BÔØ DOÁC ÑAÙ Tuoåi cuûa ñaát ñaù. Caùc yeáu toá khaùc. Söï maát oån ñònh, phaù hoaïi coâng trình tuøy thuoäc raát nhieàu vaøo caùc yeáu toá treân, tuøy thuoäc vaøo töøng ñaëc tính maø coâng trình coù öùng xöû. 2. Caùc daïng maát oån ñònh cô baûn: Tuøy theo cô caáu, hình daïng hình hoïc coù theå coù 6 loaïi maát oån ñònh sau: Tröôït phaúng Tröôït khoái neâm Laät gaõy cuûa khoái caáu truùc Gaõy caùc taám hay coät Tröôït troâi hay suït tröôït Phaù huûy tröôït theo maët tröôït cong * OÅN ÑÒNH BÔØ DOÁC ÑAÙ Vieäc ñaùnh giaù oån ñònh coâng trình treân neàn ñaù laø raát caàn thieát, qua ñaây ñöa ra moät soá chæ tieâu tính toaùn ñaùnh giaù oån ñònh coâng trình cuõng nhö ñaùnh giaù maát oàn ñònh nhaèm höôùng cho chuùng ta moät cacha1 nhìn toång quan thaân thieän vôùi moâi tröôøng neàn ñaù. Qua ñaây cuõng cho thaáy caùc phöông phaùp tính toaùn gioáng nhö coâng trình treân neàn ñaát, lyù thuyeát ñaøn hoài, deûo, thöïc nghieäm ñöôïc aùp duïng, öùng suaát bieán daïng ñaøn hoài tuyeán tính, phi tuyeán ñeàu gaëp trong loaïi naøy. Caùc daïng maát oån ñònh laät tröôït ñeàu gioáng nhö coâng trình treân neàn ñaát. * OÅN ÑÒNH BÔØ DOÁC ÑAÙ Tuy nhieân coù ñieåm khaùc bieät trong tính toaùn ñaùnh giaù oån ñònh ôû ñaây laø caàn chuù yù ñeán khe nöùt trong ñaù, chính ñaây laø nguyeân nhaân aûnh höôûng leán maát oån ñònh vaø gaây neân haøng loaït caùc heä luïy veà oån ñònh thaám raát khaùc bieät so vôùi coâng trình laø neàn ñaát. Töø vieäc khe nöùt nhö vaäy neân xuaát hieän theâm vaán ñeà laø vaät lieäu maø noù ñöôïc laép nheùt vaøo khe nöùt, ñaây chình laø yeáu toá raát quan troïng caàn xeùt ñeán trong tính toaùn coâng trình treân ñaù. * OÅN ÑÒNH BÔØ DOÁC ÑAÙ