Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ MỤC LỤC Trang Phần mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài……………………………………………… 1 2. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………2 3. Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………………2 4. Nội dung nghiên cứu…………………………………………….…………… 2 Chương 1. Tổng quan về các loại tường chắn đất và vật liệu sử dụng trong công trình đất có cốt……………………………………………………………………….4 I. Tổng quan về các loại tường chắn đất………………………………………… 4 1. Khái niệm và phân loại tường chắn đất…………………………………… 4 2. Điều kiện sử dụng các loại tường chắn đất…………………………………8 II. Đất có cốt và công trình bằng đất có cốt……………………………………….9 III. Nguyên lý đất có cốt về mặt cơ học…………………………………………12 1. Sự phá hoại của đất khi không có cốt…………………………………….12 2. Vai trò của cốt…………………………………………………………….14 3. Sự neo bám giữa cốt và đất……………………………………………….16 IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng đất có cốt…………………………………18 Chương II. Cơ sở tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt…………………… 20 I. Điều kiện sử dụng và yêu cầu đối với công trình tường chắn đất có cốt…… 20 II. Cơ sở lý thuyết và các tiêu chuẩn tính toán thiết kế đất có cốt……………… 22 1. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………………….22 2. Cơ sở của việc thiết kế tường chắn đất có cốt…………………………….23 3. Các tiêu chuẩn tính toán thiết kế nền đường sử dụng tường chắn đất có cốt 23 III. Nguyên tắc cấu tạo và cơ sở tính toán của tường chắn đất có cốt…………….24 Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ 1. Cấu tạo tường chắn bằng đất có cốt………………………………… ….24 2. Các trạng thái phá hoại và yêu cầu tính toán thiết kế……………………26 3. Mặt phá hoại nội bộ và cơ sở của việc tính toán thiết kế đảm bảo ổn định nội bộ trong tường chắn đất có cốt………………………………………… 28 IV. Tình hình nghiên cứu và xây dựng các công trình tường chắn đất có cốt ở Việt Nam…………………………………………………………………………… 32 Chương III. Tính toán và thiết kế tường chắn đất có cốt sử dụng vật liệu địa kỹ thuật……………………………………………………………………………… 35 I. Yêu cầu về vật liệu…………………………………………………………….35 1. Yêu cầu đối với vật liệu địa kỹ thuật………………………………………35 2. Yêu cầu đối với đất đắp sau tường chắn………………………… ……….42 3. Yêu cầu đối với vật liệu dùng làm mặt tường bao…………………………44 II. Xác định kích thước và kiểm toán ổn định tổng thể của tường chắn đất có cốt.48 1. Xác định sơ bộ kích thước của tường chắn đất ……………………………48 2. Kiểm toán điều kiện ổn định trượt trên đáy móng và trên cốt vải địa kỹ thuật……………………………………………………………………… 52 3. Kiểm toán về sức chịu tải của đất dưới đáy móng và kiểm toán ổn định nghiêng lật…………………………………………………………………….54 4. Xác định độ lún của tường chắn đất có cốt…………………………………56 III. Kiểm toán ổn định nội bộ của khối tường chắn đất có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật. Xác định khoảng cách giữa hai lớp vải và chiều dài cốt cần thiết…………60 1. Nguyên lý kiểm toán ổn định nội bộ……………………………………… 60 2. Xác định lực kéo lớn nhất của mỗi lớp cốt………………………………….61 3. Kiểm toán khả năng kéo đứt cốt và xác định khoảng cách giữa các lớp cốt 63 4. Kiểm toán khả năng cốt bị kéo tuột do không đủ sức neo bám và xác định chiều dài cốt cần thiết………………………………………………… … 63 5. Dự tính biến dạng dãn dài cốt cho phép…………………………………….64 Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Geo-slope để tính toán thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật……………………………………….66 I. Điều kiện bài toán…………………………………………………………… 66 II. Tính toán theo phương pháp lý thuyết……………………………………… 69 III. Kiểm toán ổn định bằng phần mềm Geo-slope ………………………………73 IV. Các trường hợp bố trí vải địa kỹ thuật và kết quả…………………………….83 V. Một số kết lụân về cách bố trí vải ĐKT làm vật liệu cốt trong tường chắn đất có cốt…………………………………………………………………………………95 Phần kết luận và kiến nghị………………………………………………………….97 1. Kết quả nghiên cứu của đề tài………………………………………………97 2. Kiến nghị……………………………………………………………………97 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo……………………………………… ………98 Phụ lục……………………………………………………………………………… 99 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… …….109 Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội cũng như giao lưu thương mại giữa các nước, các vùng và các miền của đất nước đòi hỏi cơ sở hạ tầng về giao thông vận tải như đường sá, cầu cống ngày càng được xây dựng nhiều hơn. Cùng với việc mở thêm nhiều tuyến đường mới đi qua các khu vực đồi núi như đường Hồ Chí Minh, Quốc lộ 6, Quốc lộ 279 thì ở các thành phố lớn như Hà nội và Thành phố Hồ Chí Minh đã bắt đầu cải tạo hệ thống giao thông đô thị và xây dựng các nút giao cầu vượt. Vấn đề khó khăn trong việc thiết kế và thi công các công trình là ổn định nền đường, đặc biệt là các đường vùng núi có mái dốc gần như thẳng đứng, hay trong thành phố thì do hạn chế về mặt bằng nên phạm vi chiều rộng công trình bị thu hẹp. Trước vấn đề khó khăn đó, công nghệ thi công đường dùng tường chắn được xem là giải pháp khá hiệu quả. Hiện nay trên thế giới, nhiều nước đã có nhiều biện pháp cải tạo nền đường qua khu vực có mái dốc lớn sử dụng tường chắn. Các loại tường chắn hiện nay hay dùng là: Tường chắn trọng lực, tường bán trọng lực, tường công xôn và tường chắn đất có cốt. Với tường chắn trọng lực và bán trọng lực đòi hỏi kích thước tường lớn, dẫn đến tốn nguyên vật liệu. Hiện nay tường chắn có cốt được kiến nghị khuyên dùng nhiều nhất bởi kích thước tường mỏng, nhẹ mà khả năng chịu lực tương đối lớn do trong đất có cốt làm tăng khả năng chịu lực kéo của đất.Vật liệu cốt có thể bằng tre, bằng kim loại, bằng thép không gỉ. Với sự phát triển của các ngành sản xuất vật liệu tổng hợp, cốt được sản xuất từ loại vật liệu tổng hợp có cường độ cao bao gồm vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật. Việc sử dụng tường chắn đất có cốt dùng vải địa kỹ thuật được coi là biện pháp khá phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam chưa tiêu chuẩn thiết kế nào cho loại kết cấu này. Vì vậy việc nghiên cứu tính toán và thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật là hết sức cần thiết để phục vụ cho nghiên cứu và tính toán, thiết kế, thi công các công trình đường. II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ - Đối tượng nghiên cứu: Công trình đường ở khu vực đồi núi có mái dốc thẳng đứng hoặc trong khu vực thi công chật hẹp. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, tính toán và thiết kế tường chắn có cốt dùng vải địa kỹ thuật cho các công trình đường nói trên. III. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu và đề xuất phương pháp tính toán, thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật. - Đề xuất phương pháp tường chắn có cốt dùng vải địa kỹ thuật ứng dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam. IV. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tính toán lý thuyết. - Nghiên cứu mô hình số trên cơ sở sử dụng các chương trình tính có độ tin cậy cao như phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis. V. Nội dung nghiên cứu của đề tài - Tìm hiểu về các loại tường chắn và vật liệu sử dụng trong công trình đất có cốt - Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt - Nghiên cứu các phương pháp lý thuyết tính toán thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật. - Nghiên cứu mô hình tính toán tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật - Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm địa kỹ thuật trong tính toán tường chắn có cốt: Slope –W, Plaxis VI. Cấu trúc của luận văn Luận văn có các phần sau: Phần mở đầu: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Chương I: Tổng quan về các loại tường chắn đất và vật liệu sử dụng trong công trình đất có cốt Trình bày tổng quát về khái niệm và các loại tường chắn đất, ưu nhược điểm và điều kiện sử dụng các loại tường chắn đất. Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ Trình bày tổng quát về các vật liệu sử dụng trong công trình đất có cốt, nguyên lý cơ học của đất có cốt và ứng dụng của chúng. Chương II: Cơ sở tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt Trình bày về điều kiện sử dụng và các yêu cầu đối với công trình tường chắn đất có cốt cũng như cơ sở lý thuyết tính toán và thiết kế tường chắn đất có cốt. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất có cốt ở Việt Nam. Chương III: Tính toán và thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật Chương này trình bày về các yêu cầu tối thiểu đối với vật liệu sử dụng trong công trình tường chắn đất có cốt sử dụng vật liệu Địa kỹ thuật. Cụ thể là yêu cầu về vật liệu Địa kỹ thuật, yêu cầu về đất đắp sau tường chắn, yêu cầu về vật liệu dùng làm mặt tường bao. Trình bày về trình tự tính toán thiết kế và đưa ra các nội dung kiểm toán ổn định nội bộ và ổn định toàn khối của tường chắn đất có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật bọc cuộn. Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Geo- Slope để tính toán thiết kế tường chắn có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật Chương này tác giả sử dụng phần mềm Geo-slope để tính toán thiết kế tường chắn đất có cốt sử dụng vải địa kỹ thuật với các thông số đầu vào cho trước. So sánh kết quả tính toán bằng phần mềm với kết quả tính toán theo lý thuyết. Đồng thời tác giả sử dụng phần mềm Geo-slope để tính toán ổn định tường chắn với các trường hợp bố trí vải điạ kỹ thuật khác nhau. Từ đó tác giả đưa ra kết luận về cách bố trí vải địa kỹ thuật tối ưu. Phần kết luận và kiến nghị 1. Kết quả nghiên cứu của đề tài 2. Hạn chế của đề tài 3. Hướng tiếp tục nghiên cứu phát triển của đề tài Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH ĐẤT CÓ CỐT I – Tổng quan về các loại tường chắn đất 1. Khái niệm và phân loại tường chắn đất a) Khái niệm Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông. Khi làm việc, tường chắn đất tiếp xúc với khối đất sau lưng tường và chịu tác dụng của áp lực đất. b) Phân loại *) Phân loại theo độ cứng Biến dạng của bản thân tường chắn đất (độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa lưng tường chắn với khối đất đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường và thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao tường. Thí nghiệm của G.A. Dubrova đã chứng tỏ khi tường bị biến dạng do chịu áp lực đất thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng đường cong, nếu phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố càng cong và cường độ áp lực đất ở phần trên càng tăng lên. Theo cách phân loại này tường được chia làm tường cứng và tường mềm. - Tường mềm là tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất. Tường mềm thường là các loại tường gỗ, thép, bê tông cốt thép hay tường cừ Tường cứng là tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị (có thể là chuyển vị tịnh tiến hoặc chuyển vị xoay). Nếu tường cứng xoay quanh mép dưới, nghĩa là đỉnh tường có xu hướng tách rời khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ là biểu đồ phân bố áp lực đất rời có dạng đường thẳng và có trị số cường độ áp lực đất ở chân tường (hình 1.1a). Đối với đất dính,, theo kết quả thí nghiệm của B.L. Taraxôp thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi cong và cũng có trị số áp lực đất lớn nhất ở chân tường (hình 1.1b). Nếu tường chuyển vị xoay quanh mép trên, nghĩa là chân tường rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì theo kết quả thí nghiệm của nhiều tác giả (K. Terzaghi, Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ G.A. Đubrôva ) biểu đồ phân bố áp lực đất (đất rời cũng như đất dính) có dạng đường cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức độ chuyển vị của tường và ở vào khoảng phần giữa lưng tường (hình 1.1c). Tường cứng thường là những khối bê tông, bê tông đá hộc, gạch đá xây Tường chắn bằng bê tông cốt thép có dạng tấm hoặc bản nhưng tạo với các bộ phận khác của công trình thành những khung hộp cứng cũng được gọi là tường cứng. Hình 1.1 – Biểu đồ phân bố áp lực đất cho các trường hợp tường có độ cứng khác nhau *) Phân loại theo nguyên tắc làm việc Tường chắn đất là loại công trình thường xuyên chịu lực đẩy ngang (áp lực đất), do đó tính ổn định chống trượt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định nói chung của tường. theo quan điểm này tường chắn được phân làm mấy loại sau đây: - Tường trọng lực: độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng bản thân tường. các loại tường cứng đều thuộc loại tường trọng lực. - Tường nửa trọng lực: độ ổn định được đảm bảo không những do trọng lượng bản thân tường và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp nằm trên bản móng. loại tường này thường làm bằng bê tông cốt thép nhưng chiều dày của tường cũng khá lớn (do đó cong gọi là tường dày). - Tường bản góc: độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng. tường và móng là những bản, tấm bê tông cốt thép mỏng nên trọng lượng của bản thân tường và móng không lớn. tường bản góc có dạng chữ l nên còn gọi là tường chữ L. - Tường mỏng: sự ổn định của loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nền. do đó loại tường này còn gọi là tường cọc và tường cừ. để Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ giảm bớt độ chôn sâu trong đất của tường và để tăng độ cứng của tường người ta thường dùng neo. Hình 1.2 - Phân loại tường chắn theo nguyên tắc làm việc a) Tường trọng lực; b) Tường bản góc; c) Tường nửa trọng lực; d) Tường mỏng *) Phân loại theo chiều cao tường Chiều cao của tường thay đổi trong một phạm vi khá lớn tuỳ theo yêu cầu thiết kế. hiện nay chiều cao tường chắn đất đã đạt đến 40m (tường chắn đất ở nhà máy Thuỷ điện trên song Vonga). Trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường chắn tỷ lệ bậc hai với chiều cao của tường. Theo chiều cao, tường thường được phân làm 3 loại: - Tường thấp: có chiều cao < 10m; - Tường trung bình: loại tường chắn có chiều cao từ 10 ~ 20m; - Tường cao: có chiều cao > 20m. Theo quy phạm tạm thời thiết kế tường chắn QP-23-65 của Việt Nam thì lấy giới hạn phân chia ba loại tường thấp < 5m, tường trung bình: 5~10m, tường cao >10m. *) Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường Theo cách phân loại này, tường được phân thành tường dốc và tường thoải. Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Ngành Đường bộ - Tường dốc: lại phân ra tường dốc thuận và tường dốc nghịch. trong trường hợp của tường dốc khối đất trượt có một mặt giới hạn trùng với lưng tường. - Tường thoải: nếu góc nghiêng α của lưng tường lớn quá một mức độ nào đó, thì khối đất trượt sau lưng tường không lan đến lưng tường. Hình 1.3 – Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường *) Phân loại theo kết cấu Về mặt kết cấu, tường chắn được phân loại thành tường liền khối và tường lắp ghép. - Tường liền khối: làm bằng bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay bằng bê tông cốt thép. Tường liền khối được xây hoặc đổ bê tông một cách trực tiếp trong hố móng. Hố móng phải rộng hơn móng tường chắn một khoảng để tiện thi công và đặt ván khuôn. Móng của tường bê tông và bê tông cốt thép liền khối với bản thân tường, còn móng của tường chắn bằng gạch đá xây có thể là những kết cấu độc lập. Mặt cắt ngang của tường khối có thể là hình chữ nhật, hình thang (hình thang có ngực tường nghiêng hoặc lưng tường nghiêng), hình thang có lưng gãy khúc, hình thang có bệ giảm tải hoặc có móng nhô ra hai phía, tường bản góc hay kiểu công xon Hình 1.4 – Tường bản góc và tường kiểu công xon - Tường lắp ghép: gồm các cấu kiện bằng bê tông cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại với nhau theo những sơ đồ kết cấu định sẵn. Cấu kiện đúc sẵn thường là những thanh hoặc những tấm không lớn (thường dưới 3m) để Người thực hiện: Phạm Thu Trang – Lớp cao học Xây dựng đường ô tô và TP K16 [...]... ngoi lm bng cỏc tm bờ tụng ct thộp, v c ni kiểu t ờng trọng lực vi cỏc kiểu có s ờn di kim loi hay pụlyme H H tng lp trong t Bản mũi Móng L cú B dng kiểu mút thừa tỏc y mt kiểu xếp củi kiểu xếp lồng ra khi t, Đá Vách đứng H thi Vật liêu đắp lại Thanh rằng bê tông Vật liêu đắp Bản gót t ờng Mũi t ờng Vải địa kỹ thuật ng Móng Mặt đất nguyên trạng trng L L B H lng tng L t p nhng Bản gót Thân t ờng p sau... cú tỏc dng to nờn lc ma sỏt gia t v ct neo mt tng li Tng t cú ct cú nhiu u im: nh, chu lỳn tt nờn cú th thớch ng vi cỏc loi t nn khụng tt kiểu neo kiểu đất có cốt Mặt phá hoại Mặt đ ờng Mặt phá hoại Mặt t ờng Mặt t ờng Thanh neo Mặt đất hiện trạng Cốt Thoát n ớc Hỡnh 1.5 Phõn loi tng chn t theo kt cu 2 iu kin s dng cỏc loi tng chn Hin nay, tng chn cú nhiu loi hỡnh khỏc nhau; mi loi ch nờn s dng trong . chịu áp lực đất thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng đường cong, nếu phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố càng cong và cường độ áp lực đất ở phần trên càng tăng lên. Theo. địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật. Việc sử dụng tường chắn đất có cốt dùng vải địa kỹ thuật được coi là biện pháp khá phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam chưa tiêu chuẩn thiết kế. với đất dính,, theo kết quả thí nghiệm của B.L. Taraxôp thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi cong và cũng có trị số áp lực đất lớn nhất ở chân tường (hình 1.1b). Nếu tường chuyển vị xoay quanh