ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  VÕ MINH THẾ NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRẦN XUÂN THỌ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 01 năm 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc oOo Tp. HCM, ngày……… tháng…… năm …… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Võ Minh Thế Giới tính : Nam / Nữ  Ngày, tháng, năm sinh : 24/06/1982 Nơi sinh : Long An Chuyên ngành : Xây dựng Cầu hầm MSHV : 03806727 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: − Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor). − Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo trong đất và hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào. − Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường neo. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. PHÙNG MẠNH TIẾN TS. LÊ BÁ KHÁNH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. Ngày … …tháng … năm …… TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những kiến thức mới và hướng giải quyết cho đề tài. Nhờ sự hướng dẫn tận tình của T.S Phùng Mạnh Tiến, tôi nắm bắt được nhiều kiến thức và do đó có thể hoàn thành được đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy. Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã chỉ dạy cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Đức Toản, dự án Metro Hà Nội, đã giúp tôi định hướng đề tài, giới thiệu nhiều tài liệu hữu ích và cho nhiều nhận xét để hoàn thiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn đến Văn phòng Việt Nam của công ty Samwoo Geotech (Hàn Quốc), chuyên về công nghệ neo trong đất, đã cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý giá về neo. Xin cảm ơn gia đình và những người thân đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong xây dựng làm kết cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia vào kết cấu chịu lực cuối cùng nhằm ổn định hố đào, ổn định mái dốc, ổn định kết cấu chống lật, ổn định kết cấu chống lực đẩy nổi. Đề tài giới thiệu tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường chắn có sử dụng neo trong đất để giữ ổn định hố đào và nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến nội lực và chuyển vị trong tường. Hố đào được giữ ổn định bằng tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu tại dự án Lake Parkway, Milwaukee, Wi, US được dùng để phân tích tính toán. Sau khi nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, tường neo của hố đào dự án Lake Parkway được mô hình tính toán, phân tích bằng chương trình phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 Kết quả phân tích cho thấy nếu bố trí khoảng cách neo hợp lý sẽ giảm mô men uốn lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường dùng để tính toán thiết kế kết cấu đi rất nhiều. Khi khoảng cách hai neo quá xa hoặc quá gần đều làm tăng mô men uốn và chuyển vị ngang của tường. Ảnh hưởng của lực neo đến nội lực và chuyển vị của tường cũng xét đến trong đề tài. Lực neo lớn sẽ gây mô men uốn lớn trong tường, nhưng chuyển vị ngang sẽ giảm. Ngược lại, lực neo nhỏ sẽ gây mô men uốn nhỏ trong tường, nhưng chuyển vị ngang lớn. Kết luận rút ra từ nghiên cứu là khi tính toán hệ thống tường neo cần tối ưu hoá khoảng cách bố trí neo và lực neo nhằm giảm giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang của tường, làm tiết kiệm vật liệu và hạ giá thành xây dựng. ii ABSTRACT Ground anchor has many applications in construction field. It can be used for temporary supports or permanent anchored systems, such as: retaining wall stabilization, slope and landslide stabilization, lift-up resistance for structure under the ground water level. This thesis presents the ground anchor, anchored wall systems and studies the effect of ground anchor spacing to wall bending moment and horizontal displacement. The deep excavation supported by anchored deep mixing wall, namely Lake Parkway project, Milwaukee, Wi, US is used to analysis. After an extensive literature review on anchors and anchored retaining wall, the excavation of Lake Parkway project is described, modeled and analyzed by finite element method program Plaxis 8.2. The numerical analysis results show that the wall bending moment and horizontal displacement will reduce if the reasonable anchor spacing is selected. When the anchor spacing is too large or too small, the wall bending moment and horizontal displacement will be large. Anchor force effects to wall bending moment and horizontal displacement was also performed in this thesis. The large anchor force will result the large wall bending moment and the small horizontal displacement. Otherwise, the small anchor force will result the small wall bending moment and the large horizontal displacement. Base on the results of this study, it can be concluded that the designers should optimize the anchor spacing and anchor force to get the minimum wall bending moment and horizontal displacement to save the wall material and to achieve the cost-effective project. 6 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU 1 1. Giới thiệu 1 2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 1 3. Tổ chức đề tài nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1 3 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 3 1.1. Neo trong đất (Ground Anchor) 3 1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất 3 1.1.2. Phân loại neo trong đất 4 1.1.2.1. Tổng quan 4 1.1.2.2. Neo tạo lực kéo 5 1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập trung 7 1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố 8 1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất 9 1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp 9 1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm 10 1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp 11 1.1.3.4. Vữa ximăng 11 1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất 12 1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào 12 1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào 14 1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc 15 1.1.4.4. Ổ n đị nh k ế t c ấ u 15 1.2. Các h ệ th ố ng t ườ ng neo 17 1.2.1. T ổ ng quan 17 1.2.2. T ườ ng c ọ c ch ố ng đứ ng và ván lát ngang 19 1.2.3. T ườ ng neo c ọ c ván thép 21 1.2.4. T ườ ng c ọ c bê tông đổ t ạ i ch ổ 22 1.2.5. T ườ ng c ọ c đấ t-xi m ă ng tr ộ n sâu 24 1.2.6. T ườ ng c ừ bê tông c ố t thép trong đấ t 25 1.3. K ế t lu ậ n ch ươ ng 1 26 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO 28 2.1. Áp l ự c đấ t 28 2.1.1. T ổ ng quát 28 2.1.2. Áp l ự c đấ t ch ủ độ ng và b ị độ ng 28 2.1.2.1. Lý thuy ế t Rankine 28 2.1.2.2. Lý thuy ế t Coulomb 33 2.1.3. Áp l ự c đấ t ở tr ạ ng thái ngh ỉ 34 2.1.4. Ả nh h ưở ng chuy ể n v ị c ủ a t ườ ng đế n áp l ự c đấ t 34 2.2. Thi ế t k ế t ườ ng neo 38 2.2.1. Tính toán áp l ự c đấ t 38 2.2.1.1. T ổ ng quan 38 2.2.1.2. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n c ủ a Terzaghi và Peck 39 2.2.1.3. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n đề xu ấ t cho đấ t cát 40 2.2.1.4. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n cho đấ t sét tr ạ ng thái n ử a c ứ ng đế n c ứ ng 41 2.2.1.5. Bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n cho đấ t sét tr ạ ng thái m ề m đế n trung bình 42 2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm 43 2.2.2. Thi ế t k ế neo trong đấ t 43 2.2.2.1. Xác đị nh v ị trí m ặ t tr ượ t gi ớ i h ạ n 43 2.2.2.2. Tính toán t ả i tr ọ ng neo d ự a vào bi ể u đồ áp l ự c đấ t bi ể u ki ế n 44 2.2.2.3. Thi ế t k ế đ o ạ n chi ề u dài không liên k ế t 46 2.2.2.4. Thi ế t k ế đ o ạ n chi ề u dài liên k ế t 46 2.2.2.5. Xác đị nh kho ả ng cách các neo 47 2.2.3. Các ph ươ ng pháp tính toán t ườ ng neo 49 2.2.3.1. Ph ươ ng pháp RIGID 50 2.2.3.2. Ph ươ ng pháp WINKLER 50 2.2.3.3. Ph ươ ng pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n tuy ế n tính (LEFEM) và ph ươ ng pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n phi tuy ế n (NLFEM) 51 2.3. Ph ầ n m ề m ph ầ n t ử h ữ u h ạ n Plaxis 8.2 55 2.3.1. T ổ ng quát 55 2.3.2. Các mô hình đấ t trong ph ầ n m ề m Plaxis 8.2 56 2.4. K ế t lu ậ n ch ươ ng 2 60 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT 63 TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY 63 3.1. Mô t ả d ự án Lake Parkway 63 3.2. Mô hình tính toán b ằ ng ph ầ n m ề m PTHH Plaxis 63 3.2.1. Mô hình bài toán 63 3.2.2. So sánh tr ườ ng h ợ p t ườ ng không b ố trí neo và có b ố trí neo 70 3.2.2.1. Mô hình bài toán 70 3.2.2.2. Chuy ể n v ị ngang c ủ a t ườ ng 71 3.2.2.3. Mô men u ố n trong t ườ ng 72 3.2.2.4. M ố i quan h ệ gi ữ a ứ ng su ấ t và bi ế n d ạ ng 74 3.2.3. Tìm kho ả ng cách b ố trí h ợ p lý c ủ a neo 79 3.2.4. Kho ả ng cách b ố trí h ợ p lý c ủ a neo khi l ự c neo thay đổ i 85 3.3. K ế t lu ậ n ch ươ ng 3 91 K Ế T LU Ậ N 92 1. K ế t lu ậ n 92 2. Ki ế n ngh ị 93 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 94 PH Ụ L Ụ C 98 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Phân loại neo trong đất 5 Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền 6 Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực kéo 6 Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén tập trung 7 Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén phân bố 8 Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất 9 Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất 10 Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm 11 Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào 12 Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga tuyến Metro Athen- Hy Lạp 13 Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia 13 Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào 14 Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở 15 Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở 16 Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu 16 Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi 17 Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng 19 Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang 20 Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống 20 Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun 21 Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép 21 Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép 22 Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề 23 Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau 23 Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu 24 Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu 25 vii [...]... làm việc của hầm Để neo trong đất nói chung và hệ thống tường neo được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam, góp phần làm đa dạng các phương pháp thi công công trình xây dựng trong nước, cần phải nghiên cứu lý thuyết tính toán, cũng như nghiên cứu các giải pháp sử dụng neo trong đất có hiệu quả trong đó có yếu tố khoảng cách bố trí hợp lý của neo cho hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào Hệ thống tường neo bằng... vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài, và tổ chức đề tài nghiên cứu Chương 2 Tổng quan về neo trong đất và các hệ thống tường neo Chương 3 Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán hệ thống tường neo Chương 4 Trình bày mô hình phân tích và các kết quả tính toán Chương 5 Một số kết luận và kiến nghị rút ra được từ đề tài nghiên cứu CHƯƠNG 1 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO 1.1 Neo trong đất. .. cọc đất- xi măng trộn sâu sử dụng tại dự án Lake Parkway được Cassandra Janel Rutherford mô hình tính toán trong đề tài nghiên cứu của mình bằng phần mềm Plaxis trên cơ sở phần tử hữu hạn để giải nội lực và chuyển vị của tường Đề tài nghiên cứu đã mô hình lại dự án trên dựa vào các nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, từ đó nghiên cứu về ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến... 38 Hình 2.10 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck 40 Hình 2.11 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát 41 Hình 2.12 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng 42 Hình 2.13 Tính toán lực neo cho tường một tầng neo 44 Hình 2.14 Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo 45 Hình 2.15 Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương... của cường độ đất và độ cứng của tường [25], [29] Độ cứng của tường phụ thuộc vào độ cứng kết cấu tường (EI) và khoảng cách theo phương đứng của các hàng neo (L) Tường cọc ván thép và tường gồm hệ thống cọc chống, ván lát ngang được xem là hệ thống tường mềm Tường gồm các cọc chèn nhau, tường cọc bê tông cốt thép liên tục, tường cọc bê tông cốt thép không liên tục được xem là các hệ thống tường cứng (Bảng... vị ngang của tường 2 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài Trong thực tế thi công có nhiều loại tường neo như tường cọc ván thép, tường cọc bê tông cốt thép, tường cọc bản bê tông cốt thép, tường cọc đất trộn xi măng Tường neo được phân loại thành hai loại là tường cứng và tường mềm tuỳ theo cơ chế tương tác với đất nền Đề tài chỉ nghiên cứu loại tường cọc đất- xi măng trộn sâu là loại tường mềm... (Ground Anchor) 1.1.1 Lịch sử phát triển của neo trong đất Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá Định nghĩa của Littlejohn: Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp địa tầng” [22] Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn định của tường... C, trường hợp không có neo 77 Hình 3.19 Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo 78 Hình 3.20 Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo 78 Hình 3.21 Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo 79 Hình 3.22 Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1 80 Hình 3.23 Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2 80 Hình 3.24 Biểu đồ mô men và... lấp đất lại, và có khi cần sử dụng móng cọc sâu Hệ thống tường neo trong đất còn sử dụng cho việc xây dựng các mố cầu mới, chống sự sạt lở đất đấp cho mố cầu cũ Hình 1.12 So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào 1.1.4.3 Ổn định và chống sạt lở mái dốc Neo trong đất thường được sử dụng kết hợp với tường, dầm ngang, khối bê tông để ổn định mái dốc và chống sạt lở Neo trong đất. .. vị ngang của tường ở giai đoạn 3 81 Hình 3.25 Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4 81 Hình 3.26 Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 82 Hình 3.27 Biểu đồ quan hệ Mmax và khoảng cách neo 83 Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ σhmax và khoảng cách neo 84 Hình 3.29 Biểu đồ Mmax-h với các giá trị lực neo khác nhau 86 Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ σhmax-h . TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: − Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor). − Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo trong đất và hệ thống tường. cứu lý thuyết tính toán, cũng như nghiên cứu các giải pháp sử dụng neo trong đất có hiệu quả trong đó có yếu tố khoảng cách bố trí hợp lý của neo cho hệ thống tường neo giữ ổn định hố đào. Hệ thống. chuyển vị của tường. Đề tài nghiên cứu đã mô hình lại dự án trên dựa vào các nghiên cứu lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, từ đó nghiên cứu về ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến