>> StructDesignPro

structdesignpro · Site Admin

1. Mở đầu

Trong thực tế xây dựng ngày nay có nhiều công trình có mái dốc lớn, hố đào sâu. Do mật độ xây dựng, xây chen, do giá thành công trình, không cho phép mở rộng mái dốc xây dựng nên tường chắn đứng đang được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là tường chắn mềm do ưu điểm về công nghệ, giá thành và tiến độ thi công.
Neo kết hợp với tường chắn mềm, làm phân bố lại mô men trong tường nên giảm kích thước tường, tiếp nhận áp lực ngang từ tường truyền vào khối đất ổn định phái sau. Neo cho phép không phải đào sau tường chắn, cho phép thi công từ trên xuống giảm khối lượng chống đỡ. Tuy nhiên, để tăng hiệu quả việc sử dụng neo cho các tường chắn có neo thì chúng ta cần nghiên cứu bố trí neo một cách hợp lý. Nội dung bài này dựa trên các tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho một trường hợp tường chắn cụ thể từ đó đưa ra phương pháp đánh giá về sự bố trí hợp lý của các neo trong tường chắn mềm.

2. Có chế làm việc của neo

Mục tiêu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường chắn, tức là giữ cho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men trên tường. Như vậy, neo cần phải thoả mãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu kéo) và sự làm việc chung của cả hệ thống (tức sự tương tác lẫn nhau). Cấu tạo neo gồm 3 phần sau:
Phần đầu là phần liên kết với kết cấu tường chắn. Nó phải đảm bảo vững chắc đầu neo và không làm biến dạng hay phá huỷ cục bộ tường chắn;
Phanà cố định là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào nền đất cố định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở rộng vùng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó. Vì vậy, vùng này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cố bằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện phần đặt đất quanh vùng veo, tăng độ sâu và chiều dài dính bám của neo...
Phần thân tự do là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định. Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo chịu được sức căng. Chiều dài phần tự do phải đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất ổn định sau mặt trượt tiềm năng một đoạn χ nào đó theo giá trị χ được khuyến cáo lựa chọn bằng 1,5m hay 0,2H hoặc lớn hơn (H là chiều cao tường chắn).
Thêm vào đó chiều dài và khoảng cách giữa các neo phải đảm bảo thuận tiện thi công và không phát sinh những ảnh hưởng tương tác làm giảm khả năng chịu lực của neo tính toán. Khoảng cách giữa các neo khuyến cáo nên chọn >1,2m.

3. Khả năng dính bám của neo

Sự bám dính của neo vào đất phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện đất nền, độ sâu của bầu neo so với mặt đất, kích thước bầu neo và áp lực phun vữa.
Theo điều kiện cải thiện khả năng chịu lực, có thể có một số dạng neo phụt vữa khác nhau, trong nội dung nghiên cứu này, chúng ta chỉ xét đến trường hợp neo lỗ thẳng, phụt vữa áp lực thấp, thường được ứng dụng cho trường hợp nền là hạt thô hoặc đất rời hạt mịn.
Theo khả năng dính bám của neo trong đất hạt rời có thể được xác định bằng biểu thức (1) sau đây:
L
Tƒ = πDLγ’ ( z + l sin α + --- sin α).n.tgφ’
2

Trong đó:
γ’ – dung trọng hữu hiệu của đất;

L
( z + l sin α + --- sin α)= h (độ sâu điểm giữa bầu neo)
2

z - chiều sâu đến điểm đầu của neo;
l - chiều dài đoạn tự do;
L - chiều dài bầu neo;
α - góc nghiêng của neo so với phương ngang;
n - tỷ số giữa áp lực phun vữa với giá trị γ’h trên bầu neo;
φ’- góc ma sát trong có hiệu lực của đất.
Từ biểu thức trên chúng ta có thể rút ra nhận xét là sức dính bám của neo không chỉ phụ thuộc vào bản chất của đất nền và kích thước của neo (đường kính bầu neo D, chiều dài thân neo l và bầu neo L) mà còn phụ thuộc nhiều vào vị trí đặt neo và góc nghiêng của neo so với phương ngang. Dưới đây với sự trợ giúp của phần mềm Plaxis, chúng ta sẽ phân tích ảnh hưởng của các đại lượng α và z tới hệ số an toàn của một công trình tường chắn cụ thể, từ đó xác định được các tham số α và z hợp lý nhất sao cho công trình đạt được hệ số ổn định cao nhất.

4. Tính toán bố trí hợp lý neo

4.1. Sơ đồ và các số liệu tính toán
Chúng ta xét một hố đào rộng 30m, sâu 8m, được giữu ổn định bằng tường thẳng đứng bê tông cốt thép mác 300 dày 0,4m có hệ số poisson ν = 0,17 và mô đun đàn hồi E = 2,9.107 kN/m2.
Tường chắn ngàm sâu xuống dưới đáy hố đào 5m và được gia cường bằng một tầng neo. Dọc theo chiều dài tường chắn, các thanh neo được bố trí đều và cách nhau 2m. Các neo đều được tạo ứng lực trước p = 300kN/m.
Phần tự do của neo được mô hình bằng phần tử neo (node – to – node anchor) với độ cứng chịu kéo của mỗi neo là EA = 2.105 kN.
Bầu neo được mô tả bằng phần tử geotextile có độ dài 4m với độ cứng chịu kéo EA = 1,91.106 kN/m.
Lớp đất trên cùng là lớp đất lấp có bề dầy trung bình 1m, được thay thế bằng tải trọng phân bố đều có cường độ 20kN/m2, lớp đất dưới là cát đồng nhất có các chỉ tiêu cơ lý như sau: dung trọng tự nhiên γ = 17kN/m3, mô đun biến dạng E = 28000kN/m2, hệ số poisson ν = 0,3, góc ma sát trong φ = 30o, nước ngầm ở rất sâu.

4.2. Các kết quả tính toán và nhận xét

Các tính toán thực hiện với các trường hợp vị trí đặt neo không đổi nhưng góc nghiêng so với phương ngang của neo thay đổi và trong trường hợp chọn được góc nghiêng hợp lý chúng ta sẽ thay đổi độ sâu đặt neo để tìm được độ sâu đặt neo phù hợp nhất.
Đầu tiên chúng ta tính toán cho trường hợp độ sâu đầu neo là 3m kể từ đỉnh tường, tiếp theo lần lượt chúng ta sẽ thay đổi các góc nghiêng của neo so với phương ngang các góc là 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 và 50 độ.
Các kết quả tính toán được thể hiện ở đồ thị quan hệ giữa sự thay đổi góc nghiêng của thanh neo so với phương nằm ngang và hệ số ổn định của công trình.
Ở đây hệ số ổn định Fs của công trình được xác định theo phương pháp “giảm φ và c” giá trị của Fs được xác định thông qua biểu thức (2) dưới đây:

tgφ C
Fs = ------- = ---
tgφ red C red

Trong đó: φ và c lần lượt là góc ma sát trong và lực dính đơn vị thực của đất, còn φ red và C red lần lượt là các giá trị góc ma sát trong và lực dính đơn vị tương ứng với khi công trình ở trạng thái giới hạn.
Chúng ta nhận thấy hệ số ổn định của công trình đạt được lớn nhất khi góc nghiêng của thanh neo so với phương ngang là 35 độ. Kết quả này tương đối phù hợp với các tài liệu chỉ dẫn đã được công bố ở nước ngoài rằng góc nghiêng đặt neo nên lựa chọn trong khoảng từ 15 đến 40độ.
Sau khi có được góc nghiêng hợp lý ở phần tính toán trên, chúng ta sẽ cố định giá trị góc nghiêng này và tính toán cho các trường hợp đặt neo ở các độ sâu khác nhau. Trong tính toán này chúng ta chú ý giữ khoảng cách χ sau mặt trượt tiềm năng của đỉnh bầu neo không đổi là 2m, khoảng cách này thường được khuyến cáo lựa chọn hoặc 1,5m hoặc 0,2H hay lớn hơn.
Các kết quả tính toán cho biết được là đối với công trình của chúng ta, cách bố trí hợp lý neo là đặt đầu neo ở độ sâu khoảng 3m và nghiêng góc 35độ so với phương nằm ngang.

5. Kết luận

Hiện nay trong khi tính toán thiết kế neo và hệ neo cho tường chắn mềm, ngoài các phương pháp truyền thống được sử dụng thì các phần mềm tính toán đã được ứng dụng. Việc sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật mạnh đã cho phép các nhà thiết kế tính toán được nhanh hơn, cho ra kết quả sát thực hơn và đặc biệt nhờ ưu điểm là có thể sử lý kết quả nhanh và trực quan nên các phần mềm đã cho phép các nhà thiết kế tính toán được nhiều trường hợp, từ đó có thể chọn ra được phương án hợp lý nhất. Trên tinh thần như vậy trong bài này, các tác giả đã sử dụng phần mềm Plaxis - là một phần mềm địa kỹ thuật mạnh tính toán cụ thể cho một bài toán và từ đó đưa ra một phương án neo hợp lý.
(PGS. TS. Nguyễn Hùng Sơn, Th.S. Vũ Quang Trung)
_________________
Mời bạn đến với bách khoa toàn thư về kết cấu:.
http://vi.ketcau.wikia.com