Tính áp lực đất tác dụng lên tường vây tầng hầm.
TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG VÂY
- Để giải bài toán này có nhiều cách khác nhau, ở đây ta dùng phương pháp:
‘’Phần Tử Hữu Hạn Tính Hệ Thanh Trên Nền Đàn Hồi’’
- Phương pháp này quan niệm như sau:
- Giả thuyết phần tử cọc từơng vây từ đáy hố đào trở lên là phần tử dầm, phần tử cọc từ đáy hố đào trở xuống là phần tử dầm trên nền đàn hồi, vị trí thanh chống là vị trí gối tựa đơn. Phần tử dầm trên nền đàn hồi được rời rạc hóa thành những phần tử nhỏ bằng nhau, tại vị trí các nút được thay thế bằng các phản lực lò xo có độ cứng bằng độ cứng đất nền trên diện tích lò xo gánh đở.
- Để giải bài toán này ta tính toán tải trọng tác dụng sau đó dùng SAP2000 để giải tìm nội lực cọc barrette tường vây.
- Cọc tường vây BTCT chống thành hố đào chịu tác dụng của các tải trọng sau:
- Ap lực đẩy nổi do nước:
- Tải phân bố:
q1 = yHn (T/m2) (dạng tam giác).
- Ap lực chủ động:
- Vì thiếu hồ sơ địa chất của công trình nên căn cứ kinh nghiệm thi công những công trình lân cận khu đất, ta xem góc nội ma sát của lớp đất tương đương là 18.70 , dung trọng tự nhiên là 2.0 T/m3
q3=
- Vì thiếu bảng tra ta có thể tính trược tiếp hệ số áp lực chủ động bằng công thức đơn giản bỏ qua góc =tg2(45-18.7/2)=0.514
=>q3=(2.0*3.8+1.75*1)*0.514*1.2 = 5.67 T/m(tải dạng tam giác)
P3=h3*q3/2 = 5.67*5.67/2 = 15.86T
- Ap lực do các công trình lân cận gây nên:
- q4=(gh+q)Ko
- Với q là tải trọng phân bố do ảnh hưởng bởi những công trình lân cận
- gh: áp lực ngang do phần đất trên cọc
- K0: hệ số áp lực ngang
- Do công trình tiếp giáp với nhà dân (từ 3-4 tầng) ở 3 mặt và một mặt tiếp giáp với vỉa hè đường Cống Quỳnh nên thiên về an toàn ta xem như 3 mặt công trình giáp với một toà nhà với quy mô như sau:
- Kích thước toà nhà: 20mX25m.
- Số tầng: 04
- Chiều cao mỗi tầng: 3m.
- Số cột: 30
- Số lượng móng đơn: 30. Kích thước đài móng: 2mx2m.
- Tải trọng nhà phân bố thành các lực tập trung tại tim móng.
- Tính tổng tải trọng nhà:
- Tổng trọng lượng bản thân cột:
Gc=30*0.3*0.3*12*2.5=81T
- Khối lượng tường xây: V=0.7*4*(5*25+6*20)*4*0.1=274m3
- Trọng lượng tường xây: GT =274*1.8=493T
- Tải trọng dầm sàn: GDS =0.5*S=0.5*3*500=750T
- Vậy tổng tải trọng nhà: G=81+493+750=1324T
- Lực tập trung tác dụng vào móng:
Pm=G/30=44T
- Tải trọng phân bố đều trên diện tích móng: qo=Pm/F=44/(2*2)=11T/m2
- Vì q phụ thuộc khoảng cách từ lực tập trung đến tường chắn nên ta tính q của từng hàng móng 1, 2, 3, 4, 5, 6 sau đó cộng các giá trị lại.
- Tương ứng từng hàng móng: a1=2m, a2=7m, a3=12m, a4=17m, a5=22m, a6=27m:
- Công thức tính q cho từng hàng móng:
q= 5*qo*(b1*b2)/[(b1+a+h)*(b2+2h)] (3)
- Trong công thức (3):
b1(m): Cạnh móng vuông góc tường chắn.
b2(m): Cạnh móng song song tường chắn.
h(m): chiều sâu tính áp lực kể từ mặt đất tự nhiên.
- Theo hình vẽ 2, tính q tại A:
qA=0(Vì khoảng cách a lớn hơn chiều sâu h=0 tại vị trí cần xét đến ảnh hưởng của qo).
- Theo hình vẽ 2, tính q tại B(h=6.5m):
- Chỉ có hàng móng 1 ảnh hưởng đến áp lực đất:
q1=5*11*(2*2)/[(2+2+6.5)*(2+2*6.5)]=1.396T/m2
qB=q1=1.396T/m2
- Theo hình vẽ 2, tính q tại C(h=16m):
- Chỉ có hàng móng 1,2,3 ảnh hưởng đến áp lực đất:
q1=5*11*(2*2)/[(2+2+16)*(2+2*16)]=0.32T/m2
q2=5*11*(2*2)/[(2+7+16)*(2+2*16)]=0.26T/m2
q1=5*11*(2*2)/[(2+12+16)*(2+2*16)]=0.22T/m2
qC =q1+q2+q3=0.8T/m2
- Đối với tường chắn khu vực giáp với vỉa hè thì ta lấy qui ước:
qA=qB=qC =1T/m2. Như vậy để đơn giản và thiên về an toàn ta lấy:
qA=qB=qC = 1.396T/m2
- Hệ số áp lực ngang: Ko=1-sinj=1-sin(18.70) =0.679
q4 =(gh+q)Ko=(2.04*1.15+1.396)*0.679 = 2.54T/m
Với n1=1.2 ,n2=0.8; hệ số vượt tải của áp lực chủ động và bị động
- Biện Pháp Chống Đỡ Khi Thi Công Hố Móng:
- Trình Tự Chống Đở Được Tiến Hành Như Sau:
- Vì cọc nhồi cho công trình và tường vây cọc Barrette đã thi công xong nên trong quá trình đào đất ta tiến hành chống giằng tường vây để đảm bảo sự ổn định của tường vây trong quá trình thi công móng hầm 2 ta sử dụng hai lớp giằng trong quá trình thi công
- Thi công lớp giằng 1: Lớp gằng được chống theo phương của trục chữ trước và theo phương của trục số sẽ được lắp sau. Lớp gằng theo hai phương này được đặt trực tiếp lên đầu cọc I được cắm xuống trong quá trình thi công đào đất khoảng cách giữa hai thanh giằng trên cùng một lớp cách nhau không quá 8m
- Thi công lớp giằng 2: Sau khi đào đất đến giai đoạn 2 thì tiến hành chống lớp gằng 2 và trình tự chống cũng giống như lớp gằng một nhưng lúc này thanh gằng theo hai phương không còn đặt trực tiếp lên cọc I nữa. Do vậy tại cao trình của lớp giằng hai ta tiến hành hàn thêm vai đở (vai đở sử dụng thép hình chữ C hàn vào cọc I để làm vai đở thanh giằng lớp hai). (xem hình vẽ)
- Trình tự tháo dỡ được tiến hành như sau:
- Sau khi thi công xong sàn tầng hầm 2 ta tiến hành tháo dỡ lớp gằng 2. Và lớp gằng 1 được tháo khi thi công xong sàn hầm 1 và trình tự tháo dỡ như sau: ban đầu ta tháo những thanh gằng theo phương trục số trước rồi sau đó tháo theo phương trục chữ. Và lớp gằng trên cùng sẽ được tháo dỡ khi thi công xong sàn hầm một và trình tự tháo dỡ cũng giống như khi tháo lớp gằng hai
KIỂM TRA NỘI LỰC TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG
- Quá trình đào đất giai đoạn 1 đến cao trình +1.55:
- Giai đoạn đầu ta tiến hành đào đất đến cao trình 1.55 để thi công lớp giằng 1 giai đoạn này sơ đồ tính trong giai đoạn này cũng chưa cần dùng cây chống.
- Vì cọc tường vây dài 18.64m nên khi đào đến cao trình 1.55 thì phần cọc nằm trong đất là 16.4m vì vậy sơ đồ tính cũng có thể xem là dầm consol.
- Áp lực tác dụng lên đoạn cọc tường vây Barrette 600mm trong giai đoạn này là
q21= Hn =1*0.887=0.887T/m (dạng tam giác)
- Ap lực chủ động : Do áp lực ngang đất
P13=0.5
- Vì thiếu bảng tra ta có thể tính trược tiếp hệ số áp lực chủ động bằng công thức đơn giản bỏ qua góc =tg2(45-18.7/2)=0.514
- P13=0.5*2.0*2.25*2.25*0.514*1.2=12T
- Do tải trọng của các công trình lân cận:
P14 =(gh+q)h13Ko=(1.396+2.0*2.25)*0.679*1.5=6.0T
- Momen max tác dụng lên đoạn cọc tường vây này là
=P13*h13/3+ P14*h13/2+ P21*h13/3=3.12*2.25/3+6*2.25/2+0.887/3 = 9.4Tm
1 Khả năng chịu cắt [Q]-chịu uốn [M] tường vây Barrette dày 600mm:
*Cọc tường vây bằng BTCT M500. Tiết diện tường Barrette d=60cm, Cốt thép Fa=17f25 = 83.449cm2 =Fa/=17f25 ;
Ra =Ra/=3900Kg/cm2.
a)Khả năng chịu moment uốn tác dụng lên tường vây[M]:
M=Ra*Fa*y1+ R’a*F’a*y2
Với y1;y2 là chiều cao làm việc của tiết diện chịu uốn và chịu kéo
y1=35cm ; y2=10cm
=>M=83,449*3900*(56+6)/2.8=2951739kg.cm=29.5(T.m)> = 9.4Tm
b)Khả năng chịu lực cắt [Q]:
Cấu tạo cốt đai trong cọc tường vây như sau: f16a300
Rađ=3900Kg/cm2; n=2; fađ= 2.01cm2; u=30cm.
Þqđ= Rađnfđ/u= 3900*2*2.01/30=522.6 (Kg/cm).
Þ[Q]=
K2=2: hệ số Þ[Q]=2* =84142 Kg=84(T).
[Q]=84T
Áp lực ngang lớn nhất tác dụng lên đoạn tường vây này là:
Pmax= P13 + P14 =3.2+6=9.2T
[Q]=84T> Pmax=9.2T- Kết luận cọc từơng vây dày 600mm đảm bảo làm tường chắn để thi công đào đất đến cao trình -3.110 mà không cần chống giằng.
- Quá trình đào đất giai đoạn 2 đến cao trình -4.20:
- Ta tiến hành đào đất đến cao trình -4.20, sơ đồ tính trong giai đoạn này có tính thêm một lớp gằng ở cao trình +1.550
- Áp lực tác dụng lên đoạn cọc tường vây Barrette 600mm trong giai đoạn này là:
- Áp lực nước ngầm ở cao trình +2.9:
q21= Hn =1*7.1=7.1T/m (dạng tam giác)
P21= 0.5Hnh1 =0.5*1*7.12/3=8.4T
- Ap lực chủ động: Do áp lực ngang đất
q23=
P23=0.5
- Vì thiếu bảng tra ta có thể tính trược tiếp hệ số áp lực chủ động bằng công thức đơn giản bỏ qua góc =tg2(45-18.7/2)=0.514
- q23=(2*3.8+1.75*1)*0.514*1.2=64T/m2
- P23=0.5*5.6*5.64=8T
- Do phần đất từ cao trình+3.787 trở lên và ảnh hưởng của công trình xung quanh
q24 =(gh+q)Ko=(1.396+2.04*1.15)*0.679=2.54T/m
P24 =(gh+q)h’3Ko=(1.396+2.04*1.15)*0.679*4.55=11.65T
Hệ số áp lực ngang: Ko=1-sinj=1-sin(30.40) =0.49
- Khi giải theo phương pháp dầm trên nền dàn hồi, phần cọc nằm trong đất chịu áp lực bị động ta thay bằng hệ thống các lò xo, khoảng cách lò xo: 1m.
- Với sơ đồ dầm trên nền đàn hồi chịu tác dụng tải trong như trên ta giải bài toán tìm nội lực và chuyển vị của cọc nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- Vì các hạt to và trung tra bảng trị số của hệ số nền k=50000-100000KN/m3
- =5000-10000T/m3 tính toán tương đối ta lấy K=7500 T/m3
- Kết quả tính toán bằng sap2000 ta có:(thiên về an toàn tính trên 1 m lấy 2 cọc chịu lực) tính cho 1 cọc.
- Theo kết quả tính toán Momen max tác dụng lên đoạn cọc tường vây này là:
- Mmax(trong giai đoạn 2)=13.82Tm<=29.5Tm
- Áp lực ngang lớn nhất tác dụng lên đoạn cọc tường vây này là
Qmax=24T < [Q]=84 T
- Kết luận cọc tường vây đường kính 600mm và 1 lớp giằng đảm bảo để thi công đào đất đến cao trình -4.20
- Sau khi thi công xong lớp giằng thứ 2 ta tiếp tục đào đất đến cao độ cần thiết để thi công móng hầm 2(cao trình -4.2) và đối với những hố móng nằm gần vách hầm ta tiến hành đào đến cao trình (cao trình -5.45) đáy bêtông lót hố móng để thi công (xem chi tiết hình vẽ). Vì hố móng được đào theo taluy thiên về an toàn ta bỏ qua phần áp lực chủ động (từ đáy bêtông lót sàn hầm hai đến đáy bêtông lót hố móng đào) theo chiều ngược lại.
- Áp lực tác dụng lên đoạn cọc tường vây dày 600mm trong giai đoạn gồm:
- Áp lực nước:
q31= Hn = 5.75*1 = 5.75T/m (phân bố dạng tam giác)
- Ap lực chủ động:
q23=
P23=0.5
- Vì thiếu bảng tra ta có thể tính trược tiếp hệ số áp lực chủ động bằng công thức đơn giản bỏ qua góc =tg2(45-18.7/2)=0.514
q23= (2.04*3.7+1.08*0.45+1.17*5.2)*0.514*1.2=8.71T/m
q24 =(gh+q)h’3Ko=(1.206+2.04*1.15)*0.679=2.412T/m (phân bố theo hình chữ nhật)
- Vì các hạt to và trung tra bảng trị số của hệ số nền k=50000-100000KN/m3
= 5000-10000T/m3 tính toán tương đối ta lấy K=7500 T/m3
- Kết quả tính toán bằng sap2000: (sơ đồ tính lúc này có gồm có 2 lớp giằng)
- Biểu đồ mômen giai đoạn thi công đào đất thi công cho các hố móng
- Momen max tác dụng lên đoạn cọc tường vây này la =8.99Tm
- M=29.5Tm > =8.99Tm
- Áp lực ngang lớn nhất tác dụng lên đoạn cọc tường vây này là
Qmax= 17.44T
[Q]=84T> Qmax=17.44T
- Kết luận cọc tường vây dày 600mm và 2 lớp giằng đảm bảo để thi công đào đất đến cao trình -5.45.
- Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc tường vây khi thi công xong sàn hầm hai rồi tháo dở lớp gằng hai:
- Khi thi công xong sàn hầm hai ta có thể coi cọc được ngàm vào vị trí sàn móng
- ở cao trình -5.45 và lúc này chỉ còn 1 lớp gằng 1
- Áp lực tác dụng lên đoạn cọc tường vây 600mm trong giai đoạn gồm:
- Áp lực nước:
q31= Hn =5.75*1 = 5.75T/m (phân bố dạng tam giác)
- Ap lực chủ động :
q23=
- Vì thiếu bảng tra ta có thể tính trược tiếp hệ số áp lực chủ động bằng công thức đơn giản bỏ qua góc =tg2(45-18.7/2)=0.514
q23= (2.04*3.7+1.08*0.45+1.17*1.7)*0.514*1.2=6.18T/m
q24 =(gh+q)h’3Ko=(1.206+2.04*1.15)*0.679=2.412T/m (phân bố theo hình chữ nhật)
- Vì lúc này đã có lớp giằng 1 đặt ở cao trình +1.55m
- =>M=29.5Tm > =10.99Tm
- Áp lực ngang lớn nhất tác dụng lên đoạn cọc tường vây 600mm này là
Qmax= 13.93T
[Q]=84T> Qmax=13.93T
- Kết luận cọc tường vây 600mm và 1 lớp giằng đảm bảo để thi công tháo dỡ lớp giằng 2 khi thi công xong sàn hầm hai
- Lớp giằng 1 sẽ được tháo dỡ sau khi thi công xong sàn hầm 1
- Lúc thi công xong vách hầm và sàn hầm 1 thì toàn bộ hầm đã được ổn định tổng thể theo thiết kế vì vậy việc tháo lớp giằng 1 không cần tính toán
- c) Tính toán và Kiểm tra khả năng chống đỡ của thép hình I350:
- Theo trên ta thấy lực nén lớn nhất tác dụng lên cọc I350 trong từng giai đoạn thi công là 17.44T. Vì thanh giằng bằng cọc I350 chống được bố trí cách nhau theo phương ngang tối đa là 7.5m.
- Vì vậy khả năng chịu nén lớn nhất của thép hình I350 là : Pmax=24*7.5=180T Thanh giằng I350x350 theo tiêu chuẩn có các thông số mặt cắt hình học bản cánh dày 12mm, bảng bụng dày 19mm:
- Diện tích: A=2*35*1.2+(35-1.2*2)*1.9=145.94(cm2).
- Moment quán tính: Jx=4670 (cm4).
- Bán kính quán tính: ix=6.94(cm).
- Kiểm tra khả năng chống đỡ của I350x350:
- Kiểm tra về độ bền: thiên về an toàn ta nhân thêm hệ số an toàn n=1.2
- Ứng suất nén:
s =nN/A=1.2*180×1000/145.94=1480(Kg/cm2) < Rg=2300(Kg/cm2).
Vậy I350x350 thỏa độ bền. (vì thiên về an toàn ta chỉ tính toán khả năng chịu áp lực ngang cho I350x350 nhưng thực tế một phần áp lực truyền lên tường vây)
- Kiểm tra ổn định tổng thể:
N/(jminAng) <Rg
Trong đó:
g=1: Hệ số điều kiện làm việc.
jmin: Hệ số uốn dọc nhỏ nhất.
- Độ mãnh giới hạn [l] Khi ta quan niệm 2 đầu liên kết của thanh chống là gối tựa.
lấy: jmin= 0.79
- nN/(jminAng)<Rg
- 2*180*1000/(145.94*0.79)=1873(Kg/cm2)<Rg=2300(Kg/cm2).
- Vậy cây chống thoả ổn định tổng thể.
- Vì ta chỉ tính toán độ ổn trên 1 phần tử thanh. Nhưng thực tế các thanh giằng này được giằng liên kết chặc chẽ với nhau vì vậy độ ổn định tổng thể theo thực tế sẽ tăng lên rất nhiều lần
- Kiểm tra về độ mãnh:
- Ta lấy: l=[l]=120
- Chiều dài tính toán thanh chống: LTT = l*ix=120*6.94=832.8(cm).
- Chiều dài hình học của cây chống: L=LTT /m
- m: Hệ số chiều tính toán. Cây chống liên kết 2 đầu khớp, chịu lực nén tập trung tại đầu nên tra bẳng ta có m=1.
- L=LTT =832.8 (cm)=8.328m. Để an toàn ta bố trí cây chống larsen có chiều dài không quá 8m. (Cách bố trí cây chống cụ thể xin xem chi tiết bản vẽ).
- Kiểm tra khả năng chống đỡ của cột I300 cắm trong đất để chống đở hệ giằng:
Đặt trưng hình học của I300
A=34.8 cm2
Ix =3460cm4
Wx=289cm3
- Khả năng chống đỡ của cọc I300 hệ giằng:
[N]=2100*34.8=73080kg=73.08T
- Tổng trọng lượng của hệ giằng, sàn công tác và xe máy thi công là N=309T số lượng cột chống n=20 trụ chống lấy hệ số an toàn 1.5
- Khả năng chống đỡ N=2100*34.8=73080kg>1.5*N/n=23.1T
