Đang tải... (xem toàn văn)
... Tổng quan hố đào I.1 Khái niệm, phân loại Hố đào dạng cơng trình thường gặp thực tế xây dựng, có hai dạng hố đào sau: - Hố đào ngầm: cơng trình đào lòng đất, đường hầm, mỏ - Hố đào hở : hố móng,... cân cho phép Độ dốc lớn thành hố móng có độ sâu ≤ 5m (khơng có chống đỡ) Độ dốc thành hố Đào đất máy Tên loại đất Đào đất nhân cơng đổ đất lên miệng hố Đào đất đáy Đào đất bờ hố móng máng móng... cấu chắn giữ, lớp đất phía thường tốt mái dốc khơng bị ổn định trượt + Hố đào có kết cấu chắn giữ: Chiều sâu hố đào lớn, cần sử dụng kết cấu chắn giữ thành hố đào để tránh tượng lún sụt thành trượt
Trêng ®¹i häc x©y dùng Bé m«n c¬ häc ®Êt nÒn mãng ======================= Bµi gi¶ng M¸i dèc vµ hè ®µo TS. NGUYỄN ĐÌNH TIẾN BỘ MÔN CƠ HỌC ĐẤT NỀN MÓNG Hè ®µo. I. Tổng quan về hố đào . I.1. Khái niệm, phân loại. Hố đào là dạng công trình thường gặp trong thực tế xây dựng, có hai dạng hố đào như sau: - Hố đào ngầm: là các công trình được đào dưới lòng đất, như đường hầm, mỏ. - Hố đào hở : hố móng, kênh mương, sông đào. đào Thường phân ra các loại sâu, nông, có kết cấu chắn giữ hoặc không có kết cấu chắn giữ. + Hố đào nông và sâu: Không có quy định chính xác phụ thuộc vào điều kiện thi công và công trình lân cận…, khi thi công ông khối đất có khả năng trượt ngang ảnh hưởng đến xung quanh thì gọi là sâu. + Hố đào không có kết cấu chắn giữ: giữ hố đào tự nhiên thường gặp ở những hố móng nông, loại này không cần kết cấu chắn giữ, lớp đất phía trên thường tốt vì vậy mái dốc sẽ không bị mất ổn định trượt. + Hố đào có kết cấu chắn giữ: Chiều sâu hố đào lớn, cần sử dụng các kết cấu chắn giữ thành hố đào để tránh hiện tượng lún sụt thành và trượt. I.3. C¸c sù cè cã thÓ xÈy ra trong qu¸ tr×nh nh thi c«ng. c«ng Hiện tượng lún sụt bề mặt do chấn động, do đào đất, do hút nước ngầm, thu hồi tường. Ngược lại thi công tường đúc sẵn chiếm đất đất bề mặt đất có xu hướng bị nâng lên Hiện tượng đẩy bùng hố móng: Khi đáy hố móng nằm dưới mực nước ngầm do chênh lệch cột áp lực nước xuất hiện áp lực đẩy nâng hố móng. Ngoài ra với đất rời dưới tác dụng của áp lực dòng nước các hạt nhỏ bị đẩy lên (hiện tượng sủi) gây ra lún sụt thành hố móng. Hiện tượng mất ổn định thành hố đào: do ứng suất trong đất (do trọng lượng bản thân của đất và tải trọng công trình lân cận gây ra) vượt quá giá trị giới hạn xuất hiện các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào. Nếu có tường cừ, xuất hiện áp lực đất tác dụng lên tường làm tường bị dịch chuyển, nếu hệ chống đỡ chịu lực hoặc do trượt sâuxung quanh bị biến dạng lớn. I.4. Néi dung tÝnh to¸n. Thiết kế hố đào sâu là việc lựa chọn dạng hố đào, kết cấu chắn giữ để đảm đ bảo ổn định cho đáy và thành hố đào, cho kết cấu chắn giữ, và công trình lân cận Trước khi thiết kế cần xác định rõ các vấn đề sau: + Xác định tảii trọng tác dụng lên thành hố đào và kết cấu chắn giữ: bao gồm trọng lượng bn thân khối đất bên thành hố đào, ti trọng các công trình lân cận + Lựa chọn và thiết kế kết cấu chắn giữ thành hố đào. Từ đó tính toán ổn định cục bộ và ổn định tổng thể thành hố đào, kết cấu chắn giữ. Một số dạng kết cấu chắn giữ thành hố. II. Bảo vệ đáy hố đào. - Đáy hố bị xáo trộn, hay ngập nước: + làm độ lún của nền phát triển; + giảm sức chịu tải của nền sau bãc ®i nước có áp phải tính toán, xử lý để: .t > n.H H sÐt t Tại đáy móng xuất hiện, hiện tượng đẩy bùng do ( H - chiều cao cột áp ), ví dụ tạo thêm áp lực đè xuống, cải tạo đất dưới đáy hố, hút nước ngầm, + Chống đẩy bùng do sự hinh thành gradien áp lực dòng thấm giữa thành và đáy hố bằng cách dùng ván cừ cắm đủ sâu hgh, hút nước ngầm. Hm chon thời điểm thi công. hgh H Khi đào hố chừa lại 1 lớp 20 – 30cm, tiêu nước… nước III. B¶o vÖ thµnh hè. Chiều cao hố đào không cần chắn giữ 4c 2,67c 0 hgh = tg(45 + /2 ) hay mỗi bậc đào hi= tg( 0 + /2 ) với n >1 tg(45 n . n Nếu hm > hgh cần có các biện pháp chắn giữ hoặc ho các biện pháp sau đây: 1- Đâo mái khi công trình lân cân cho phép Độ dốc lớn nhất của thành hố móng có độ sâu ≤ 5m (không có chống đỡ) Độ dốc thành hố Đào đất bằng máy Tên loại đất Đào đất bằng nhân công và đổ đất lên miệng hố Đào đất ở dưới đáy Đào đất ở trên bờ hố móng máng móng Đất cát 1:1 1 : 0,75 1:1 Đất bột cát 1 : 0,67 1 : 0,50 1 : 0,75 Đất sét bột 1 : 0,50 1 : 0,33; 1 : 0,75 Đất sét 1 : 0,33 1 : 0,25 1 : 0,67 Đất có sỏi cuội 1 : 0,67 1 : 0,50 1 : 0,75 Nham than bùn 1 : 0,33 1 : 0,25 1 : 0,67 Mái đấtt theo chất ch đất Loại đất Đất đá sỏi Đất bột Đất sét bột Đất sét Đất sét tàn tích Nham hoa cương Đất lấp tạp Đất cát Độ chặt hoặc trạng thái Trị số độ dốc cho phép (tỉ số cao rộng) Dốc cao < 5m Dốc cao 5 - 10m Chặt 1 : 0,35 ~ 1 : 0,50 1 : 0,50 ~ 1 : 0,75 Chặt vừa 1 : 0,50 ~ 1 : 0,75 1 : 0,75 ~ 1 : 1,00 Hơi chặt 1 : 0,75 ~ 1 : 1,00 1 : 1,00 ~ 1 : 1,25 Sr ≤ 0,5 1 : 1,00 ~ 1 : 1,25 1 : 1,25 ~ 1 : 0,50 Rắn chắc 1 : 0,75 Rắn dẻo 1 : 1,00 ~ 1 : 1,25 Có thể nặn 1 : 1,25 ~ 1 : 1,50 Rắn chắc 1 : 0,75 ~ 1 : 1,00 1 : 1,00 ~ 1 : 1,25 Rắn dẻo 1 : 1,00 ~ 1 : 1,25 1 : 1,25 ~ 1 : 1,50 Rắn dẻo 1 : 0,75 ~ 1 : 1,00 Có thể nặn 1 : 0,85 ~ 1 : 1,25 Phế thải xây dựng chặt vừa hoặc chặt chắc 1 : 0,75 ~ 1 : 1,00 1 : 1,00 (hoặc góc nghỉ tự nhiên) 2- Biện pháp lót ván: Ván gỗ = 4-5cm, b = 20cm, l = 5-6m, 6m, gỗ tròn, cọc tre 3- Biện pháp tường cừ (chế tạo sẵn) Tường cừ là một loại tường mềm đặc biệt, thường được dùng trong công trình hố đào sâu, chống thấm. Tường giữ cho khối đất ổn định nhờ phần cắm sâu vào trong đất. Ngoài việc giữ ổn định mái hố, còn ngăn nước. nước Các dạng phá hoại tường cừ 3.1. Phương pháp tính toán: a. Phương pháp gần đúng: Cách 1: Áp lực đất được tính toán gần đúng theo qui luật tăng tuyến tính. Áp lực đất lên tường cừ phụ thuộc vào biến dạng của tường (phức tạp) trong thiết kế thực hành thường làm gần đúng như sau với giả thuyết: - Bỏ qua trọng lượng tường. - Bỏ qua lực dính và ma sát giữa đất và tường. - Tường cố định tại một điểm qui ước và các điểm neo. - Giá trị áp lực đất coi là áp lực chủ động hay bị động tưng ứng với chuyển vị của tường và được tính như trường hợp tường cứng. Vïng ¸p lùc ®Êt chñ ®éng Ea Ea Ea Vïng bÞ ®éng Ep Ep E p' Ep E p' Với loại tường không có neo: MB= Kp d³ / 6 - Ka (H+d)³ / 6 = 0 Kp d³ = Ka (H+d)³ Với Ka = 1 / Kp Mômen uốn lớn nhất Mmax = [ Ka ( H + zs )³ - Kp zs³ ] - Loại tường có neo, ngàm trong đất. Thường sử dụng khi không gian, hẹp hoặc cho những công việc tạm thời Chống uốn tốt đặc biệt là đất mềm yếu Thường sử dụng khi thi công trên bề mặt khó, khăn Sơ đồ tính: Loại có một neo ¸p lùc ®Êt Rn h1 h1 Rn ¸p lùc ®Êt Ea M h2 h2 Ep Loại có nhiều neo: coi như dầm liên tục h1 ¸p lùc ®Êt h2 M Lực kéo neo: H = T + PP – PA= 0 T Mmax = T(zs - a) - Ka zs³ / 6 với zs= 2T / Ka Ep Cách 2: Coi tường gối lên đất tại nhiều điểm, khi tính toán tìm phản lực tại các gối tựa đàn hồi tương tự như bài toán dầm trên nền đàn hồi (Winkler). Hệ số nền thường tính theo các công thức của: Vesic, Zaviev, Terzaghi, hay theo kinh nghiệm. q ®iÓm neo => p p a a hay b. Phương pháp số: Nền đất và các kết cấu chắn giữ được mô hình hóa thành lưới các phần tử hữu hạn, liên kết với nhau tại các nút. Hiện nay đã có nhiều chương trình trong nước và thế giới phục vụ cho việc tính toán thiết kế hố đào sâu như: Plaxis, GeoSlope Office, Taurent … các phần mềm này cho phép mô hình hóa sơ đồ tính, các điều kiện biên, tải trọng và các kết cấu chắn giữ… một cách thuận lợi. Lưới phần tử hữu hạn trong chương trình Plaxis Hướng chuyển vị thành hố đào Kết quả tìm được là: ứng suất, biến dạng của hố đào, và nội lực của kết cấu chắn giữ, từ đó tính toán cốt thép tường và kiểm tra biến dạng ngang, kiểm tra cường độ đất theo phương ngang… Trong trường hợp hố đào có độ sâu lớn, việc giữ ổn định cho đất cần phải có tường dày chắn giữ, người ta có ba biện pháp sau: + Tường liên tục trong đất: có neo hoặc không neo. + Tường bằng cọc khoan nhồi, có thể kết hợp neo. + Tường bằng cọc trộn ximăng - đất hoặc kết hợp với cọc khoan nhồi 4- Biện pháp tường liên tục trong đất (thi công tại chỗ). 4-1 Tường vây Biện pháp thi công: sau khi thi công xong tường thi + Trường hợp đào hết: thường áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, mặt bằng thi công thuận lợi, thiết bị thi công đơn giản, xử lý chống thấm và mạng lưới kỹ thuật tương đối thuận tiện + Trường hợp đào từng phần từ trên xuống bằng phương pháp top-down hoặc chống đỡ bằng hệ chống hay hệ neo. Nguyên lý tính: tương tự phần tường cừ đã giới thiệu ở trên. . 4-2- Tường bằng cọc khoan nhồi Thường áp dụng cho các công trình có chiều sâu lớn, thi công thành dạng hàng liên tục 4-3- Tường bằng cọc ximăng đất (TCVN 385-2006) 385 Nguyên lý gia cố: Mũi trộn khoan đến độ sâu gia cố được rút lên khi xoay ngược chiều đồng thời khuấy trộn với vật liệu gia cố làm chặt đất trong cột, hỗn hợp đất trộn xẩy ra tác dụng hoá học giữa vật liệu gia cố và đất tạo thành các cột đất có sức chịu tải cao hơn và độ rắn chắc của đất gia cố phát triển theo thời gian. Hàm lượng ximăng đất thường từ 8% - 12 %, khối lượng ximăng trộn từ 80 – 120 kg/m3 . Một số dạng bố trí hàng cột ximăng đất Dạng tường liên tục Dạng lưới cách đều - Phạm vi ứng dụng: + Tăng khả năng ổn định của hố đào: Có thể sử dụng kết hợp với tường cừ thép. + Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, khối đất đắp (đê, đập). + Giảm độ lún của công trình, tăng sức chịu tải của nền đất dưới chân công trình. + Giảm ảnh hưởng chấn động của công trình lân cận. + Tránh hiện tượng biến loãng (liqufaction) của đất rời + Cô lập phần đất bị ô nhiễm…. -Thi công cọc- ximăng đất Mũi chộn 1). Phương pháp trộn khô (chất gia cố là khô):Thích hợp cho đất yếu bo hoà nước (độ bão hoà G = 50%-75 %). Lượng đất đẩy lên không lớn. 2). Phương pháp trộn ướt: Dùng vữa ximăng, thi công chủ yếu cho đất cứng, cát, đất khô. Lượng đất trồi lên nhiều hơn. Lượng ximăng nhiều hơn, cho cột có cường độ cao hn. Một số hình ảnh thí nghiệm kiểm tra chất lượng cột ximăng đất Nguyên lý tính toán: - Khi các cột được bố trí dạng lưới cách đều, tính toán thường xem như nền gia cố với các chỉ tiêu cơ lý quy đổi theo nguyên tắc trung bình có trọng số. td = w . (ximăng) + (1 - w) (đất sét gia cố) w - tỷ lệ diện tích gia cố. : Môdun biến dạng E, cường độ nền đất R, sức kháng cắt Su, các đặc trưng kháng cắt , c … Hoặc tính toán theo pp cọc-đất đất gia cố làm việc đồng thời với côngn trình (PP số) -Khi bố trí thành dạng tường liên tục: tính theo nguyên lý tường chắn đất. - Kiểm tra trường hợp trượt sâu tính theo nguyên lý mặt trượt trụ tròn. Thường sử dụng các phần mền : Plaxis, GeoSlope Kiểm tra ổn định nền đường đắp gia cố bằng cột ximăng đất - Các bước thiết kế cột ximăng đất Tµi liÖu - C«ng tr×nh - §Þa chÊt - C¸c tiªu chuÈn HÖ mãng - Trªn nÒn gia cè ®Êt + xim¨ng Chän c¸c ®Æc trng vËt liÖu gia cè nÒn - ChÊt lîng xim¨ng - Tû lÖ xim¨ng/®Êt/phô gia hm Chän c¸c ®Æc trng mãng vµ nÒn gia cè ¸p lùc díi mãng ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ lÝ cña nÒn gia cè KiÓm tra bxh KiÓm tra h o vµ tÝnh Fa - bxlxh - §é s©u trén - Líi trén: kho¶ng c¸ch vµ h×nh d¹ng -p - po - pgl - ThÝ nghiÖm hiÖn trêng - KiÓm tra cêng ®é trªn tiÕt diÖn nghiªng - KiÓm tra cêng ®é trªn tiÕt diÖn ®øng C¸c kiÓm tra kh¸c CÊu t¹o B¶n vÏ CÔNG TRÌNH TƯỜNG CHẮN CÓ NEO Với những công trình tường chắn hố đào chiều sâu lớn, hay có công trình lân cận, nếu được phép kết hợp giữ ổn định cho thành hố đào bằng hệ neo. Keø giöõ ñaûo GENTINGGENTING (Maõ lai) KUALA LUMPUR CITY CENTRE Paris, La Deùàense, A 14 CÁC LOẠI NEO. CÁC BƯỚC THI CÔNG NEO 1. Chuẩn ẩn bị mặt bằng và định vị thiết bị khoan 2.Kâoan lỗ neo 3. Đặt neo 4. Phụt vữa và chế tạo đầu neo. 5. Căng neo và kiểm tra lực căng. 6. Tâi coâng ñaø o taàng âaàm Trạng thái làm việc của neo: Neo là kết cấu chịu kéo (nhổ), sức kháng nhổ của neo trong đất, đá được xác định bằng các phương pháp sau: + Thí nghiệm nhổ neo tìm Pgh R = Pgh/Fs. (Fs = 1,5 – 2) + Kinh nghiệm: giả thiết bỏ qua phần ma sát lõi căng. TÍNH TOÁN NEO II.5. Neo Trong đất. II.5.1. Tiêu chuẩn và tài liệu. - BS 8081:1998 - Neo trong đất - Nhà xuất bản XD - Nguyễn Bá Kế - Thiết kế và thi công hố đào sâu - Nhà xuất bản XD 2002. - Trần Văn Việt - Cẩm nang địa kỹ thuật - Nhà xuất bản XD. II.5.2. Các nội dung chính. - Cấu tạo neo: • Neo gồm các thành phần: dây neo (cáp hoặc thanh thép), bầu neo, đầu neo. • Chiều sâu tối thiểu của bầu neo: ? 5 m khi neo trong đất, > 1,5m khi neo trong đá. • Khoảng cách giữa các hàng neo 3,5 b (b - đường kính bầu neo) thường khoảng cách neo 1,5 - 2 m, hố đào sâu hơn 5-6 5 m thì nên hàng neo. Nếu khoảng cách các neo < 1/5 chiều dài neo thì phải tính đến ảnh hưởng tương tác giữa các neo. • Chiều dài neo cho bầu neo nằm ngoài phạm vi vùng trượt nguy hiểm. - Thi công neo: • Khoan. • Lắp đặt neo. • Phụt vữa, chế tạo đầu neo. • Căng neo và kiểm tra lực căng • Thí nghiệm kéo thử - Trạng thái làm việc của neo: Sức kháng nhổ của neo trong đất, đá được xác định bằng các phương pháp. + Thí nghiệm nhổ neo: Pgh R = Pgh ( Fs 1,5) Fs + Theo kinh nghiệm : giả thiết bỏ qua phần ma sát lõi căng thân neo R = Pgh/Fs (Fs = 3) Cêng ®é kh¸ng ®¸y bÇu Cêng ®é kh¸ng ma s¸t chu vi Cêng®é kh¸ng ma s¸t Pgh = diện tích xung quanh bầu neo * cường độ masát + diện tích tiết diện đáy (mặt trong) bầu neo * cường độ chống tại đáy bầu. bầu - Tính toán neo: • Bầu neo Ti R và Tkéo thử R ;Ti - lực nhổ neo (T) Trong đó Ti (lực tác dụng lên neo) được xác định bằng tính toán trong phân tích bài toán dải tường chịu áp lực đất đối với từng hàng neo. Fa K. T hay K. Tkéo thử (K- hệ số an toàn = 1,4 -2) 1.Phương pháp tính ổn định tổng thể Điều kiện tính toán: Fs = T max T > 1,3. Phương pháp E. Kranz (dùng trong BS 8081 : 1989) CÁC HÌNH ẢNH BẢO VỆ MÁI DỐC [...]... đồ tính, các điều kiện biên, tải trọng và các kết cấu chắn giữ… một cách thuận lợi Lưới phần tử hữu hạn trong chương trình Plaxis Hướng chuyển vị thành hố đào Kết quả tìm được là: ứng suất, biến dạng của hố đào, và nội lực của kết cấu chắn giữ, từ đó tính tốn cốt thép tường và kiểm tra biến dạng ngang, kiểm tra cường độ đất theo phương ngang… Trong trường hợp hố đào có độ sâu lớn, việc giữ ổn định cho... vây Biện pháp thi cơng: sau khi thi cơng xong tường thi + Trường hợp đào hết: thường áp dụng khi chiều sâu hố đào khơng lớn, mặt bằng thi cơng thuận lợi, thiết bị thi cơng đơn giản, xử lý chống thấm và mạng lưới kỹ thuật tương đối thuận tiện + Trường hợp đào từng phần từ trên xuống bằng phương pháp top-down hoặc chống đỡ bằng hệ chống hay hệ neo Ngun lý tính: tương tự phần tường cừ đã giới thiệu ở... đất trộn xẩy ra tác dụng hố học giữa vật liệu gia cố và đất tạo thành các cột đất có sức chịu tải cao hơn và độ rắn chắc của đất gia cố phát triển theo thời gian Hàm lượng ximăng đất thường từ 8% - 12 %, khối lượng ximăng trộn từ 80 – 120 kg/m3 Một số dạng bố trí hàng cột ximăng đất Dạng tường liên tục Dạng lưới cách đều - Phạm vi ứng dụng: + Tăng khả năng ổn định của hố đào: Có thể sử dụng kết hợp... tương tự như bài tốn dầm trên nền đàn hồi (Winkler) Hệ số nền thường tính theo các cơng thức của: Vesic, Zaviev, Terzaghi, hay theo kinh nghiệm q ®iĨm neo => p p a a hay b Phương pháp số: Nền đất và các kết cấu chắn giữ được mơ hình hóa thành lưới các phần tử hữu hạn, liên kết với nhau tại các nút Hiện nay đã có nhiều chương trình trong nước và thế giới phục vụ cho việc tính tốn thiết kế hố đào sâu như:... tuyến tính Áp lực đất lên tường cừ phụ thuộc vào biến dạng của tường (phức tạp) trong thiết kế thực hành thường làm gần đúng như sau với giả thuyết: - Bỏ qua trọng lượng tường - Bỏ qua lực dính và ma sát giữa đất và tường - Tường cố định tại một điểm qui ước và các điểm neo - Giá trị áp lực đất coi là áp lực chủ động hay bị động tưng ứng với chuyển vị của tường và được tính như trường hợp tường cứng Vïng... số dạng bố trí hàng cột ximăng đất Dạng tường liên tục Dạng lưới cách đều - Phạm vi ứng dụng: + Tăng khả năng ổn định của hố đào: Có thể sử dụng kết hợp với tường cừ thép + Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, khối đất đắp (đê, đập) + Giảm độ lún của cơng trình, tăng sức chịu tải của nền đất dưới chân cơng trình + Giảm ảnh hưởng chấn động của cơng trình lân cận + Tránh hiện tượng biến lỗng (liqufaction)... tiÕt diƯn nghiªng - KiĨm tra cêng ®é trªn tiÕt diƯn ®øng C¸c kiĨm tra kh¸c CÊu t¹o B¶n vÏ CƠNG TRÌNH TƯỜNG CHẮN CĨ NEO Với những cơng trình tường chắn hố đào chiều sâu lớn, hay có cơng trình lân cận, nếu được phép kết hợp giữ ổn định cho thành hố đào bằng hệ neo Kè giữ đảo GENTINGGENTING (Mã lai) KUALA LUMPUR CITY CENTRE Paris, La Déàense, A 14 CÁC LOẠI NEO ... Kp d³ = Ka (H+d)³ Với Ka = 1 / Kp Mơmen uốn lớn nhất Mmax = [ Ka ( H + zs )³ - Kp zs³ ] - Loại tường có neo, ngàm trong đất Thường sử dụng khi khơng gian, hẹp hoặc cho những cơng việc tạm thời Chống uốn tốt đặc biệt là đất mềm yếu Thường sử dụng khi thi cơng trên bề mặt khó, khăn Sơ đồ tính: Loại có một neo ¸p lùc ®Êt Rn h1 h1 Rn ¸p lùc ®Êt Ea M h2 h2 Ep Loại có nhiều neo: coi như dầm liên tục