Đang tải... (xem toàn văn)
5.1. Khái niệm và phân loại công trình bến tường cọc 5.1.1. Khái niệm: công trình bến tường cọc là loại kết cấu tường mỏng gồm nhiều cọc riêng lẻ đóng sát nhau sâu vào trong đấ
Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-1 Chương 5. CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỌC. 5.1. Khái niệm và phân loại công trình bến tường cọc 5.1.1. Khái niệm: Công trình bến tường cọc là loại kết cấu tường mỏng gồm nhiều cọc riêng lẻ đóng sát nhau sâu vào trong đất, ổn định của nó là nhờ phần cọc đóng vào trong đất và hệ thống neo giữ của tường mặt. 5.1.2.Phân loại: Tuỳ theo quan điểm mà tường cọc có thể phân thành các loại: 5.1.2.1. Theo trạng thái làm việc: Tường cừ được phân thành tường cừ tự do, cừ không neo và cừ có neo (tường cừ một neo, hai neo hay nhiều neo). 5.1.2.2. Theo vật liệu làm cừ: Có thể phân làm ba loại chính gồm: bến tường cừ gỗ, bến tường cừ thép và bến tường cừ bê tông cốt thép . 1) Công trình bến tường cừ gỗ: Thường được sử dụng ở những địa phương có nhiều gỗ, ở vùng nước không có hà, môi trường xâm thực ít. Gỗ ngập hoàn toàn trong nước sẽ tăng tuổi thọ, do đó có thể dùng gỗ làm các bến tường cừ đặc biệt là tường cừ không neo. Các loại bến này thích hợp với chiều sâu nhỏ không lớn hơn 3m. 2) Công trình bến tường cừ thép: Có ưu điểm tăng chiều cao của bến do sức chịu vật liệu cao nhất là cừ có neo, tầng neo càng nhiều càng giảm chiều sâu đóng cọc. Tiết dạng cừ nhiều dạng: cừ phẳng, chữ Z, chữ T, chữ I . Một ưu điểm nữa là cọc cừ cứngvà dài nên đóng được vào nhiều loại đất. Liên kết giữa các cọc cừ là khóa thép nên ngăn giữ đất lấp sau tường rất tốt. Nhược điểm của cừ thép là dễ bị ăn mòn do nước biển cho nên phải bảo vệ bằng cách sơn quét nhựa đường và các miếng kẽm chịu ăn mòn thay cho cọc ván thép. Loại này tốn nhiều thép cho nên giá thành thường cao. Chiều dài cừ thép trong khoảng (12÷30)m, vì vậy cừ thép được ứng dụng nhiều cho các loại bến dọc bờ có chiều sâu trước bến (10÷12)m. 3) Công trình bến tường cừ bê tông cốt thép: So với cừ thép cừ bê tông cốt thép chống tác động ăn mòn của nước biển tốt hơn song chiều sâu trước bến có phần giảm. Trong trường hợp làm bằng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì tiết kiệm được vật liệu và còn đóng được cả vào đất cứng. Đối với nước ta sử dụng loại công trình này còn cho phép sử dụng được nguồn vật liệu địa phương. Với tường bến cao 10m thì cọc có thể dài 25m dày 0,5m nặng tới 15 tấn. Vì cọc dài và nặng nên thi công khó đảm bảo chất lượng, khó đóng sít, để ngăn đất lấp sau tường trôi ra ngoài cần phải dùng biện pháp hàn bít đặc biệt đó là vấn đề khó khăn trong thi công. Chng 5. Cụng trỡnh bn tng cc. 5-2 5.2. Cu to cụng trỡnh bn tng cc khụng neo 1. Dầm mũ2. Tờng mặt3a. Tầng lọc ngợc3c. Cát (đất lấp sau tờng)3b. Khối đá giảm tải3b123c3a544. Bích neo5. Đệm va Hỡnh 5_ 1 Cu to cụng trỡnh bn tng cc khụng neo. Cụng trỡnh bn tng cc khụng neo cú nhng b phn chớnh sau: dm m, tng mt, t lp sau tng, ngoi ra cũn cú kt cu u tu v bớch neo tu. 5.2.1. Dm m. Dm m ca tng gúc thng c lm bng bờ tụng ct thộp ti ch, nhim v ca nú l ni lin tt c cỏc cc trong tng mt lm thnh bc tng lin v to thnh mt mt phng trc bn lp t thit b u tu to iu kin cho tu u bc xp hng hoỏ mt cỏch an ton thun tin. thi cụng nhanh, m bo cht lng ngi ta cũn lm dm m ti ch cú cỏc bn mt lp ghộp bng bờ tụng ct thộp thay cho cỏc vỏn khuụn. Trng hp tng mt l cc vỏn thộp thỡ dm m cũn cú tỏc dng bo v cc khụng b mụi trng xõm thc, khi dm m phi bao trựm tng mt di mc nc thp thit k 0,2m. 5.2.2.Cu to tng mt Tng mt ca cụng trỡnh bn tng cc gm nhiu cc n c úng lin, liờn kt vi nhau to thnh bc tng. 1) Tng mt l cc bờ tụng ct thộp bao gm cỏc tit din sau: - Tit din hỡnh ch nht, kớch thc tit din bxh: 50x25; 50x30; 50x35; 50x40; 50x45. chng hin tng t lp sau tng trụi ra ngoi khu nc ngi ta s dng cỏc dng liờn kt sau: bhGờ - Rãnh Rãnh - Rãnh Hỡnh 5_ 2 Tit din v liờn kt cc ch nht BTCT. Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-3 - Tiết diện chữ T, kích thước: bc = 1,2÷2,0m hc = 0,15÷0,20m b = 0,3÷0,4m h = 0,45÷0,75m bhchcb Hình 5_ 3 Tiết diện cọc chữ T BTCT 6025 Hình 5_ 4 Liên kết cọc chữ T BTCT - Tiết diện tròn – cọc trụ ống kích thước: D = 0,8÷2,0m δ = 0,10÷0,20m Dδ Hình 5_ 5 Tiết diện và liên kết cọc ống BTCT. 2) Tường cọc là cọc ván thép Ph¼ng Ch÷ ZLßng m¸ng Hình 5_ 6 Tiết diện cọc ván thép. Liên kết giữa các cọc là liên kết khoá. Chng 5. Cụng trỡnh bn tng cc. 5-4 Hỡnh 5_ 7 Liờn kt cc vỏn thộp. 5.2.3. t lp sau tng: Thng dựng hai loi vt liu l cỏt v ỏ hc. Cỏt cú gúc ma sỏt gia cỏc ht = 20ữ35o ỏ hc cú gúc ma sỏt gia cỏc viờn ỏ = 41ữ45o t lp s dng ỏ hc cú li v mt chu lc (lm gim ỏp lc t ch ng tỏc dng lờn tng mt) song giỏ thnh li cao, vỡ vy ngi ta kt hp khi ỏ gim ti v cỏt lp lũng bn. 3x41x220cm20cm20cmHớng dòng chảy Hỡnh 5_ 8 Cu to tng lc ngc. Gia cỏt v ỏ ngi ta x lý tng lc ngc chng hin tng cỏt theo dũng nc ngm trụi vo lng th ỏ. Tng lc ngc c cu to ba lp cú kớch thc ht ln dn theo chiu dũng nc ngm, mỏi dc ca tng lc ngc t 1:1 n 1:1,25. 5.3.Cụng trỡnh bn tng cc mt tng neo. Ngoi cỏc b phn chớnh nh: dm m, tng mt, t lp sau tng ra cụng trỡnh bn tng cc mt tng neo cũn cú thờm h thng bao gm: thanh neo v gc neo. 5.3.1.Thanh neo. Thng lm bng g, bờ tụng ct thộp tuy nhiờn thụng dng nht l s dng loi thanh neo bng thộp trũn. ng kớnh v chiu di thanh neo c xỏc nh qua tớnh toỏn. 1) Khong cỏch gia cỏc thanh neo la = n(b + ) n - s cc nm gia hai thanh neo; b - Kớch thc cc theo phng dc bn; - Khong cỏch gia hai cc: Cc BTCT tit din ch nht =2ữ5cm; Cc ch T liờn kt khoỏ =0; Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-5 Cọc chữ Tt liên kết khác ∆=8÷10cm; Cọc ván thép ∆=0. alalb bb bb bb b Hình 5_ 9 Bố trí hệ thống neo trên mặt bằng. Để đường kính thanh neo không quá lớn và quá bé chọn: la = 1,5÷2,5m. 2) Điểm gắn neo Hthatnhn Hình 5_ 10 Điểm gắn neo theo mặt cắt ngang. - Theo mặt cắt ngang: ha = (0,25÷0,35)cm; (5. 1) nnth21≥ (5. 2) tnHt21≤ (5. 3) Theo mặt bằng với cọc bê tông cốt thép hình chữ nhật thanh neo gắn với hai cọc, cọc chữ T thanh neo gắn vào sườn chữ T, cọc ống thanh neo bố trí vào giữa cọc, cọc ván thép thanh neo bố trí giữa cọc phía trong. Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-6 Hình 5_ 11 Điểm gắn neo trên mặt bằng. 5.3.2. Gối neo 1) Bản neo: Được sử dụng trong trường hợp khu đất đủ rộng để bố trí hệ thống neo và lực neo tác dụng lên tường mặt nhỏ. Bản neo gồm hai loại: - Loại bản neo bằng BTCT sử dụng khi tường mặt là cọc BTCT; - Loại bản neo thép sử dụng khi tường mặt bằng cọc và thép. 2) Cọc đơn, cọc chụm đôi Nếu lực neo không lớn, khu đất phía sau hẹp có thể dùng loại cọc đơn hoặc cọc chụm đôi làm gối neo. 3) Tường cọc neo Nếu lực neo lớn thì phải dùng tường neo, tường neo thường sử dụng khi tường mặt là cọc bê tông tiết diện chữ T, cọc ống. Tường neo cũng là giải pháp thích hợp khi khu đất phía sau hẹp. 5.4.Tính toán công trình bến tường góc một tầng neo. 5.4.1. Nguyên tắc làm việc, biểu đồ áp lực thực tế Dưới tác dụng của áp lực đất chủ động do trọng lực bản thân của đất và do tải trọng khai thác trên bến gây ra, tường cọc có xu hướng dịch chuyển về phía khu nước. Để chống lại sự dịch chuyển đó và giữ cho tường ổn định thì tường cọc phải đóng sâu vào đất một chiều sâu t nào đó để gây ra được áp lực bị động Eb và hệ thống nên có áp lực giữ Ra’. qE12345c''bEEcEb'Rao Hình 5_ 12 Sơ đồ tính và sơ đồ biến dạng của tường góc một tầng neo Biểu đồ biến dạng thực tế 1 – Áp lực đất bị động; 2 – Vùng áp lực đất chủ động. 3 – Vùng áp lực đất bị động; 4 – Vùng áp lực đất bị động; 5 – Vùng áp lực đất chủ động Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-7 5.4.2.Tiêu chuẩn đánh giá tường cứng, tường mềm Tính toán tường cọc có một tầng neo tiến hành theo hai sơ đồ tường cứng và tường mềm. Tường mềm là tường được coi là ngàm chặt hoàn toàn trong đất. Tường cứng là tường tựa tự do trong đất hoặc ngàm một phần trong đất. Tiêu chuẩn để đánh giá tường cứng tường mềm người ta dựa vào tỷ số tδ. Trong đó: δ - chiều cao của tiết diện chữ nhật bê tông cốt thép tính đổi của tường mặt; t – là chiều sâu chôn cọc tính toán với giả thiết tường mềm; Trường hợp đối với cọc bê tông cốt thép mác 300÷400 ta có: 312∆+=δbJ (5. 4) Trong đó: b - kích thước tiết diện cọc theo phương dọc của bến; J – mô men quán tính của cấu kiện tường bê tông cốt thép; ∆ - chiều rộng thiết kế của khe giữa các cấu kiện bê tông cốt thép của tường. Khi 060,t≤δ tường cọc được coi là tường mềm và tính tường theo sơ đồ tường mềm, 060,t>δ tường cọc được coi là tường cứng và tính tường theo sơ đồ tường cứng. Ghi chú: Đối với cọc ván bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chiều cao tính đổi của tiết diện bằng chiều cao thực có (δ = h); Tường mặt là cọc ván thép luôn luôn được tính theo sơ đồ mềm; Trường hợp tường mặt làm bằng các cấu kiện bê tông cốt thép có mác lớn hơn 400 thì: 312∆+=δbnJ .(5. 5) Trong đó: 300EEnc= (5. 6) Ec – mô đuyl đàn hồi của cọc; E300 – mô đuyl đàn hồi của cọc bê tông cốt thép mác 300. 5.4.3- Trình tự tính toán công trình bến tường cọc một tầng neo 1) Hoàn thiện kết cấu, xác định các kích thước của bến, xác định mặt phẳng tính toán và tải trọng tác dụng lên trên bến. Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-8 2) Giả định chiều sâu chôn cọc ta vẽ biểu đồ áp lực đất chủ động, bị động, vẽ biểu đồ áp lực đất tổng hợp. 10A23546ymax7C8910BEbRa78totttohq Hình 5_ 13 Tính toán công trình bền tường góc một tầng neo. 3) Chia biểu đồ áp lực đất tổng hợp thành những đoạn có chiều cao mỗi đoạn (0,5÷1,0)m. Thay áp lực đất phân bố tác dụng lên tường ở từng đoạn thành những lực tập trung. 4) Vẽ đa giác lực: Tương tự như đa giác lực trong tính toán tường cọc không neo, chỉ khác tia đầu tiên không vẽ vuông góc với mặt đất mà nên vẽ nghiêng. oo16543210o'1098765 4 3 2 1Eb'η Hình 5_ 14 Đa giác lực. 5) Vẽ đa giác dây: Tia đầu tiên vẽ từ mặt đất gặp cao trình gắn neo kéo dài tại A. Các tia còn lại vẽ tương tự như tường cọc không neo. Điều kiện khép kín của đa giác dây: - Khi tính toán tường mềm: tia khép kín của đa giác dây vẽ qua giao điểm của đường phân giác neo với tia đầu tiên cắt tia cuối cùng ứng với cao trình giả định chiều sâu chôn cọc to sao cho mô men uốn ở nhịp và mô men ngoài bằng nhau. Mnh = Mng hoặc Mnh = (1,10÷1,15)Mng (5. 7) Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-9 - Khi tính toán tường cứng: tia khép kín của đa giác dây vẽ qua giao điểm của đường phân giác neo và tia đầu tiên (A) tiếp tuyến với đường cong đa giác dây trong tính toán (C). 6) Xác định các giá trị tính toán của tường mặt tường cọc một tầng neo a). Xác định mô men lớn nhất tác dụng lên một mét dài tường mặt Tường mềm: η=1yMmax (5. 8) Tường cứng: η=maxmaxyM (5. 9) b). Xác định mômen tác dụng lên một cấu kiện ()∆+= bKMMcmaxtt (5. 10) Kc – hệ số tính đều sự giảm áp lực đất lên tường do biến dạng và chuyển vị của tường. Trị số Kc phụ thuộc vào tỷ số hδ. Trong đó: δ - chiều cao tiết diện tính đổi; h – chiều cao từ neo đến đáy. Bảng 5_ 1 Bảng xác định hệ số Kc Hệ số Kc STT Vật liệu lấp sau tường δ/h ≤ 0,04 0,04 < δ/h <0,1 δ/h ≥ 0,1 1 Cát 1,35 1,20 1,00 2 Đá 1,50 1,35 1,00 c) Xác định chiều sâu chôn cọc t = to + ∆t (5. 11) ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛ϕ−+λγ−ϕ++λγ∑+=∆2452452ooctgtctghqEtcon'biii'b (5. 12) Sơ bộ chọn t = (1,15÷1,20)to. to – chiều sâu chôn cọc giả định. 7) Tính toán thanh neo a).Xác định đường kính thanh neo []ασ=cosR,d'aa131(cm2, m2) (5. 13) aaa'aR.l.KR = là ứng lực trong thanh neo; Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5-10 Ka – hệ số xét đến sự làm việc không đều của các thanh neo, Ka = (1,3÷1,5); Ra – phản lực neo được xác định trong đa giác lực (tính với 1 mét dài bến); la – khoảng cách của các thanh neo, la = (1,5÷2,5). b) Xác định chiều dài thanh neo theo phương pháp vẽ C'o45 -ϕ2/2ϕ45 -o1/2ϕ1'DF'E''AmaxLminLBCA Hình 5_ 15 Xác định chiều dài thành neo bằng phương pháp vẽ. - Vùng đất A’C’E’ không ổn định; - Vùng đất nằm dưới C’D’E’F’ ổn định nhưng không phát huy hết khả năng của áp lực đất bị động; - Vùng đất trên E’F’ ổn định, Eb là lớn nhất. 8) Tính toán gối neo (bản neo) a)Tính ổn định Công thức kiểm tra: KôđRa ≤ Eb – Ea Trong đó: Kôđ - hệ số an toàn về ổn định; Eb - áp lực đất bị động tổng hợp; Ec – tổng hợp lực của áp lực đất chủ động có xét đến tải trọng khai thác trên bến (hình vẽ). [...]... 3 12 ∆+ =δ b nJ . (5. 5) Trong đó: 300 E E n c = (5. 6) E c – mơ đuyl đàn hồi của cọc; E 300 – mô đuyl đàn hồi của cọc bê tông cốt thép mác 300. 5. 4. 3- Trình tự tính tốn cơng trình bến tường cọc một tầng neo 1) Hoàn thiện kết cấu, xác định các kích thước của bến, xác định mặt phẳng tính toán và tải trọng tác dụng lên trên bến. Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 2 5. 2. Cấu tạo cơng trình bến. .. cắt tia cuối cùng ứng với cao trình giả định chiều sâu chôn cọc t o sao cho mô men uốn ở nhịp và mơ men ngồi bằng nhau. M nh = M ng hoặc M nh = (1,10÷1, 15) M ng (5. 7) Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 14 I II K5 2-3 m 1-2 m Kminmin Omin K4 K2 O2 Ominmin O1 O4 K1 O3 O5 K3 O3 1-2 m x y q q 1 q 2 3 y i i x E F N tg i ϕ i i N G i T i i C l i l = EF i Hình 5_ 19 Cách xác định tâm trược... dụng các dạng liên kết sau: b h Gê - R·nh R·nh - R·nh Hình 5_ 2 Tiết diện và liên kết cọc chữ nhật BTCT. Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 10 K a – hệ số xét đến sự làm việc không đều của các thanh neo, K a = (1,3÷1 ,5) ; R a – phản lực neo được xác định trong đa giác lực (tính với 1 mét dài bến) ; l a – khoảng cách của các thanh neo, l a = (1 ,5 2 ,5) . b) Xác định chiều dài thanh... bao trùm tường mặt dưới mực nước thấp thiết kế 0,2m. 5. 2.2.Cấu tạo tường mặt Tường mặt của cơng trình bến tường cọc gồm nhiều cọc đơn được đóng liền, liên kết với nhau tạo thành bức tường. 1) Tường mặt là cọc bê tông cốt thép bao gồm các tiết diện sau: - Tiết diện hình chữ nhật, kích thước tiết diện bxh: 50 x 25; 50 x30; 50 x 35; 50 x40; 50 x 45. Để chống hiện tượng đất lấp sau tường trơi ra ngồi... iii cosGN α= (pháp tuyến). Phân tích lực: - Lực gây trượt: T i . Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 15 - Các lực chống trượt: N i tg ϕ ; C i l i . Lấy mô men với tâm trượt O 1 : [] ii iiiii sinGR lCtgcosGR K α∑ ∑+ϕα∑ = (5. 18) Chú ý: cos α i = y i /R sin α i = x i /R Từ đó ta có: ii iiiii xG lCRtgyG K ∑ ∑+ϕ∑ = (5. 19) 4) Xác định tâm trượt nguy hiểm theo phương.. .Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 8 2) Giả định chiều sâu chôn cọc ta vẽ biểu đồ áp lực đất chủ động, bị động, vẽ biểu đồ áp lực đất tổng hợp. 1 0 A 2 3 5 4 6 y max 7 C 8 9 10 B E b R a 7 8 t o t t t o h q Hình 5_ 13 Tính tốn cơng trình bền tường góc một tầng neo. 3) Chia biểu đồ áp lực đất tổng hợp thành những đoạn có chiều cao mỗi đoạn (0 ,5 1,0)m. Thay áp lực... ngang. Tại O min ta vẽ đường vng góc với phương ngang và trên đó ta giả định ít nhất hai tâm trượt O 4 , O 5 và tương tự trên ta cũng vẽ được đường cong qua đầu mút các tung độ K 4 , K 5 từ đó xác định được tâm trượt nguy hiểm nhất. Chương 5. Cơng trình bến tường cọc. 5- 7 5. 4.2.Tiêu chuẩn đánh giá tường cứng, tường mềm Tính tốn tường cọc có một tầng neo tiến hành theo hai sơ đồ tường... Xác định chiều dài thanh neo theo phương pháp vẽ C ' o 45 - ϕ 2 /2 ϕ 45 - o 1 /2 ϕ 1 ' D F ' E '' A max L min L B C A Hình 5_ 15 Xác định chiều dài thành neo bằng phương pháp vẽ. - Vùng đất A’C’E’ không ổn định; - Vùng đất nằm dưới C’D’E’F’ ổn định nhưng không phát huy hết khả năng của áp lực đất bị động; - Vùng đất trên E’F’ ổn định, E b là lớn nhất. 8) Tính tốn gối... mặt 3a. Tầng lọc ngợc 3c. Cát (đất lấp sau tờng) 3b. Khối đá giảm tải 3b 1 2 3c 3a 5 4 4. Bích neo 5. Đệm va Hình 5_ 1 Cấu tạo cơng trình bến tường cọc khơng neo. Cơng trình bến tường cọc khơng neo có những bộ phận chính sau: dầm mũ, tường mặt, đất lấp sau tường, ngồi ra cịn có kết cấu đậu tàu và bích neo tàu. 5. 2.1. Dầm mũ. Dầm mũ của tường góc thường được làm bằng bê tơng cốt thép đổ tại chỗ,... khác tia đầu tiên không vẽ vng góc với mặt đất mà nên vẽ nghiêng. o o 1 6 5 4 3 2 1 0 o ' 10987 65 4 3 2 1 E b ' η Hình 5_ 14 Đa giác lực. 5) Vẽ đa giác dây: Tia đầu tiên vẽ từ mặt đất gặp cao trình gắn neo kéo dài tại A. Các tia còn lại vẽ tương tự như tường cọc khơng neo. Điều kiện khép kín của đa giác dây: - Khi tính tốn tường mềm: tia khép kín của đa giác dây vẽ qua giao điểm . Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5- 1 Chương 5. CÔNG TRÌNH BẾN TƯỜNG CỌC. 5. 1. Khái niệm và phân loại công trình bến tường cọc 5. 1.1. Khái niệm: Công. bằng công thức tổng quát sau: ()()11OMOMKgtrctr∑∑= (5. 16) Chương 5. Công trình bến tường cọc. 5- 1 4 IIIK5 2-3 m 1-2 mKminminOminK4K2O2OminminO1O4K1O3O5K3O3 1-2 mxyqq1q23yiixEFN