MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu

Để phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam đang và sẽ đầu tư nhiều cơ sở hạ tầng mới như: đường giao thông, đường hầm, bãi đổ xe ngầm, các công trình ngầm nhằm tận dụng không gian ngầm. Khi đó, các công nghệ xây dựng mới cũng sẽ được ứng dụng nhiều hơn trong thiết kế và thi công.

Ứng dụng neo trong đất trong thi công xây dựng có nhiều hiệu quả, bằng chứng là việc nó được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới. Neo trong đất được sử dụng trong việc ổn định tường chắn đất, ổn định mái dốc và chống sạt lở, ổn định kết cấu chịu lực đẩy nổi, ổn định chống lật cho kết cấu đập, ổn định mố trụ cầu dây văng, ổn định và tăng khả năng 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 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 nội lực và chuyển 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 chếtương tác với đất nền. Đề tài chỉ nghiên cứu loại tường cọc đất-xi măng trộn sâu là loại tường mềm.

Tuỳ theo chiều sâu đào và điều kiện địa chất, tường neo có thể có một hoặc nhiều hàng neo để đảm bảo giữ ổn định cho hố đào. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chỉ xét tường neo có hai hàng neo.

Có nhiều phương pháp tính toán tường neo như phương pháp RIGID, phương pháp WINKLER, phương pháp phần tử hữu hạn. Trong đó, phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp có xét đến tương tác giữa tường và đất nền và được dùng để phân tích tường neo bằng công cụ hỗ trợ là phần mềm Plaxis 8.2.

Kết quả bài toán chỉ xét đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường, là hai tiêu chí để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo mà chưa xét đến lực cắt trong tường, lực theo phương đứng do neo gây ra, chuyển vị theo phương đứng do thành phần lực neo theo phương đứng gây ra và các yếu tố khác.

3. Tổ chức đề tài nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu được tổ chức thành năm chương

Chương 1. Bao gồm phần giới thiệu, phạm 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.

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 ximăng11

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

v

1.1.4.4. Ổn định kết cấu 15

1.2. Các hệ thống tường neo ..17

1.2.1. Tổng quan.17

1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang ...19

1.2.3. Tường neo cọc ván thép ....21

1.2.4. Tường cọc bê tông đổ tại chổ ..22

1.2.5. Tường cọc đất-xi măng trộn sâu....24

1.2.6. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất....25

1.3. Kết luận chương 1 .....26

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO ..28

2.1. Áp lực đất 28

2.1.1. Tổng quát..28

2.1.2. Áp lực đất chủ động và bị động ....28

2.1.2.1. Lý thuyết Rankine ..28

2.1.2.2. Lý thuyết Coulomb 33

2.1.3. Áp lực đất ở trạng thái nghỉ.....34

2.1.4. Ảnh hưởng chuyển vị của tường đến áp lực đất.....34

2.2. Thiết kế tường neo ....38

2.2.1. Tính toán áp lực đất ....38

2.2.1.1. Tổng quan ..38

2.2.1.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck .39

2.2.1.3. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến đề xuất cho đất cát .....40

2.2.1.4. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng .....41

2.2.1.5. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái mềm đến trung bình 42

2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm....43

2.2.2. Thiết kế neo trong đất .43

2.2.2.1. Xác định vị trí mặt trượt giới hạn ...43

2.2.2.2. Tính toán tải trọng neo dựa vào biểu đồ áp lực đất biểu kiến ....44

2.2.2.3. Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết .46

2.2.2.4. Thiết kế đoạn chiều dài liên kết 46

2.2.2.5. Xác định khoảng cách các neo..47

2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo .49

2.2.3.1. Phương pháp RIGID ....50

2.2.3.2. Phương pháp WINKLER ...50

2.2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM) .51

2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2...55

2.3.1. Tổng quát..55

2.3.2. Các mô hình đất trong phần mềm Plaxis 8.2. ..56

2.4. Kết luận chương 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 tả dự án Lake Parkway ..63

3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis ...63

3.2.1. Mô hình bài toán...63

3.2.2. So sánh trường hợp tường không bố trí neo và có bố trí neo ...70

3.2.2.1. Mô hình bài toán ....70

3.2.2.2. Chuyển vị ngang của tường 71

3.2.2.3. Mô men uốn trong tường ....72

3.2.2.4. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng.....74

3.2.3. Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của neo79

3.2.4. Khoảng cách bố trí hợp lý của neo khi lực neo thay đổi. ...85

3.3. Kết luận chương 3 .....91

KẾT LUẬN .92

1. Kết luận .92

2. Kiến nghị93

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....94

PHỤ LỤC .98