ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA

------------úù-------------

VOÕ MINH THEÁ

NGHIEÂN CÖÙU KHOAÛNG CAÙCH BOÁ TRÍ HÔÏP LYÙ CUÛA NEO TRONG ÑAÁT CHO HEÄ THOÁNG TÖÔØNG CHAÉN

CHUYEÂN NGAØNH: XAÂY DÖÏNG CAÀU HAÀM

LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ

TP. HOÀ CHÍ MINH, thaùng 12 naêm 2008

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TRẦN XUÂN THỌ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN

VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 01 năm 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày……… tháng…….. năm ……..

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Võ Minh Thế Giới tính : Nam þ/ Nữ ¨ Ngày, tháng, năm sinh : 24/06/1982 Nơi sinh : Long An Chuyên ngành : Xây dựng Cầu hầm MSHV : 03806727 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO HỆ THỐNG TƯỜNG CHẮN.

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: − Nghiên cứu cấu tạo và các ứng dụng của neo trong đất (Ground anchor). − Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo trong đất và hệ thống tường neo giữ ổn định

hố đào. − Nghiên cứu khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường neo.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. PHÙNG MẠNH TIẾN TS. LÊ BÁ KHÁNH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

Ngày …..…tháng ..….. năm ……..

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

i

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những

kiến thức mới và hướng giải quyết cho đề tài. Nhờ sự hướng dẫn tận tình của T.S

Phùng Mạnh Tiến, tôi nắm bắt được nhiều kiến thức và do đó có thể hoàn thành

được đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy.

Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô của trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí

Minh đã chỉ dạy cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường.

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Đức Toản, dự án Metro Hà Nội, đã giúp

tôi định hướng đề tài, giới thiệu nhiều tài liệu hữu ích và cho nhiều nhận xét để

hoàn thiện đề tài.

Xin gửi lời cảm ơn đến Văn phòng Việt Nam của công ty Samwoo Geotech (Hàn

Quốc), chuyên về công nghệ neo trong đất, đã cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý

giá về neo.

Xin cảm ơn gia đình và những người thân đã luôn khuyến khích, động viên và tạo

mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong xây dựng làm kết cấu tạm phục vụ thi công

hoặc tham gia vào kết cấu chịu lực cuối cùng nhằm ổn định hố đào, ổn định mái

dốc, ổn định kết cấu chống lật, ổn định kết cấu chống lực đẩy nổi. Đề tài giới thiệu

tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường chắn có sử dụng neo trong đất để giữ

ổn định hố đào và nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo đến nội lực và

chuyển vị trong tường.

Hố đào được giữ ổn định bằng tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu tại dự án Lake

Parkway, Milwaukee, Wi, US được dùng để phân tích tính toán. Sau khi nghiên cứu

lý thuyết về neo trong đất và hệ thống tường neo, tường neo của hố đào dự án Lake

Parkway được mô hình tính toán, phân tích bằng chương trình phần tử hữu hạn

Plaxis 8.2

Kết quả phân tích cho thấy nếu bố trí khoảng cách neo hợp lý sẽ giảm mô men uốn

lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường dùng để tính toán thiết kế kết cấu

đi rất nhiều. Khi khoảng cách hai neo quá xa hoặc quá gần đều làm tăng mô men

uốn và chuyển vị ngang của tường. Ảnh hưởng của lực neo đến nội lực và chuyển vị

của tường cũng xét đến trong đề tài. Lực neo lớn sẽ gây mô men uốn lớn trong

tường, nhưng chuyển vị ngang sẽ giảm. Ngược lại, lực neo nhỏ sẽ gây mô men uốn

nhỏ trong tường, nhưng chuyển vị ngang lớn. Kết luận rút ra từ nghiên cứu là khi

tính toán hệ thống tường neo cần tối ưu hoá khoảng cách bố trí neo và lực neo nhằm

giảm giá trị mô men uốn và chuyển vị ngang của tường, làm tiết kiệm vật liệu và hạ

giá thành xây dựng.

iii

ABSTRACT

Ground anchor has many applications in construction field. It can be used for

temporary supports or permanent anchored systems, such as: retaining wall

stabilization, slope and landslide stabilization, lift-up resistance for structure under

the ground water level. This thesis presents the ground anchor, anchored wall

systems and studies the effect of ground anchor spacing to wall bending moment

and horizontal displacement.

The deep excavation supported by anchored deep mixing wall, namely Lake

Parkway project, Milwaukee, Wi, US is used to analysis. After an extensive

literature review on anchors and anchored retaining wall, the excavation of Lake

Parkway project is described, modeled and analyzed by finite element method

program Plaxis 8.2.

The numerical analysis results show that the wall bending moment and horizontal

displacement will reduce if the reasonable anchor spacing is selected. When the

anchor spacing is too large or too small, the wall bending moment and horizontal

displacement will be large. Anchor force effects to wall bending moment and

horizontal displacement was also performed in this thesis. The large anchor force

will result the large wall bending moment and the small horizontal displacement.

Otherwise, the small anchor force will result the small wall bending moment and

the large horizontal displacement. Base on the results of this study, it can be

concluded that the designers should optimize the anchor spacing and anchor force to

get the minimum wall bending moment and horizontal displacement to save the

wall material and to achieve the cost-effective project.

iv

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 ximăng ..............................................................................11

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

vi

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 neo................................................79 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 nghị ......................................................................................................93

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................94 PHỤ LỤC .......................................................................................................98

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Phân loại neo trong đất ........................................................................... 5

Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền. .............................. 6

Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực kéo. .................................................................................................. 6

Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén tập trung. ................................................................................... 7

Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén phân bố. ..................................................................................... 8

Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất. ............................................. 9

Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất .............................................10

Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm .......................................................11

Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào ....................................12

Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga tuyến Metro Athen-Hy Lạp. .................................................................................................13

Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia ..........13

Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào .............................................................................................................14

Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở. ....................15

Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở ..............................16

Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu. ........16

Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi .........................................................................17

Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng. ................................19

Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang. ...............................................20

Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống. ...........................20

Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun ...............................................21

Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép .........................................................21

Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép. ......................................................................22

Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề ........................................23

Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau .............................................23

Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu. ...................................................24

Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu. .................................25

viii

Hình 1.27. Mặt cắt ngang điển hình của tường cọc đất-xi măng trộn sâu. ..............25

Hình 1.28. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất.....................................................26

Hình 2.1. Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẵn. .....29

Hình 2.2. Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang. ..................30

Hình 2.3. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho tường nghiêng ......................31

Hình 2.4. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho đất có mái dốc nghiêng. ........32

Hình 2.5. Mặt cắt của mô hình tường neo ..............................................................35

Hình 2.6. Chuyển vị ngang và áp lực đất khi đào đến cao độ tầng neo đầu tiên .....35

Hình 2.7. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi truyền lực cho neo. ......36

Hình 2.8. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến tầng neo bên dưới. .....................................................................................................37

Hình 2.9. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến cao độ thiết kế. .........................................................................................................38

Hình 2.10. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck...............................40

Hình 2.11. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát. ..............................................41

Hình 2.12. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng. 42

Hình 2.13. Tính toán lực neo cho tường một tầng neo ...........................................44

Hình 2.14. Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo ....................................45

Hình 2.15. Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương ngang .....49

Hình 2.16. Phương pháp dầm tương đương tựa trên gối cứng. ...............................50

Hình 2.17. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi. ...............................................52

Hình 2.18. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng ..........................................53

Hình 2.19. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng ...........................................54

Hình 2.20. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính. ..........57

Hình 2.21. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng. .....................................59

Hình 2.22. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục chuẩn có thoát nước. ...........................................................................59

Hình 2.23. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q .............................60

Hình 2.24. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất chính............................................................................................61

Hình 3.1. Dự án Lake Parkway .............................................................................63

Hình 3.2. Mặt cắt ngang của dự án Lake Parkway .................................................64

ix

Hình 3.3. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên ..........................................67

Hình 3.4. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên .....................................67

Hình 3.5. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2 ..............................................68

Hình 3.6. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2..........................................68

Hình 3.7. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế ..............................................69

Hình 3.8. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo mô hình của Cassandra Junel Rutherford. ...................................................69

Hình 3.9. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo ..........71

Hình 3.10. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ....................................................71

Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường. .............................72

Hình 3.12. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ....................................................72

Hình 3.13. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường. ...................................73

Hình 3.14. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng .....................................................74

Hình 3.15. Biểu đồ τ-σ và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb khi σ’h tăng .........75

Hình 3.16. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp không có neo ................................75

Hình 3.17. Chọn điểm ứng suất để vẽ quan hệ ứng suất-biến dạng. .......................77

Hình 3.18. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm C, trường hợp không có neo .......77

Hình 3.19. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo. ................78

Hình 3.20. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo .......................78

Hình 3.21. Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo..................................................79

Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1. .............80

Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2. .............80

Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3. .............81

Hình 3.25. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4. .............81

Hình 3.26. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. .............82

Hình 3.27. Biểu đồ quan hệ Mmax và khoảng cách neo. ..........................................83

Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ σhmax và khoảng cách neo. ..........................................84

Hình 3.29. Biểu đồ Mmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. ................................86

Hình 3.30. Biểu đồ quan hệ σhmax-h với các giá trị lực neo khác nhau. ..................86

Hình 3.31. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5 .............................................................87

Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5. ...............................87

x

Hình 3.33. Biểu đồ mô men trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. ......88

Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang với h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m. .....89

Hình 3.35. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường. .................................................90

Hình 3.36. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .....................................................90

xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Phân loại tường neo thường được sử dụng bởi US Army Corps of

Engineering. ..........................................................................................18

Bảng 2.1. Giá trị tải trọng cuối cùng truyền vào đất cho việc thiết kế sơ bộ neo trong đất đường kính nhỏ. .....................................................................48

Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis.................................64

Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu ..........................65

Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết ...................................66

Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết ..............................................66

Bảng 3.5. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình ..................76

Bảng 3.6. Khoảng cách 2 hàng neo ........................................................................79

Bảng 3.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo .............................................................................................................82

Bảng 3.8. Giá trị lực F1, F2 (T) cho mô hình tính toán ............................................85

1

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 chế

2

tương 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.

3

CHƯƠNG 1 NEO TRONG ĐẤT VÀ CÁC HỆ THỐNG TƯỜNG NEO

1.1. Neo trong đất (Ground Anchor)

1.1.1. Lịch sử phát triển của neo trong đất

Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của

kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá. Định nghĩa của

Littlejohn: “Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp

địa tầng” [22].

Schnabel dự đoán rằng các tường neo sẽ được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng độ ổn

định của tường chắn trong xây dựng đường cao tốc so với các tường ổn định bằng

cơ học. Dự đoán này được căn cứ vào các công trình đã sử dụng hệ thống tường neo

trong đất có giá thành rẻ hơn so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường. Cục

đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) ước tính hệ thống có sử dụng neo trong đất có giá

thành thấp hơn xấp xỉ 1/3 lần so với sử dụng kết cấu tường chắn thông thường [22].

Hơn nữa, hệ thống được neo thường có thời gian thi công nhanh hơn và không cần

làm đường tạm. Neo trong đất thường được sử dụng để thay thế các kết cấu như

thép, bê tông, gỗ.

Neo trong đất được sử dụng trong xây dựng tường chắn và kết cấu chống lại áp lực

đẩy nổi của nước từ thế kỷ thứ 19. Neo trong đất được sử dụng ở đập Cheurfas,

Algeria để neo bể chứa nước vào năm 1938. Sau chiến tranh Thế Giới thứ 2, neo

trong đất được ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực: ổn định mái đào, ổn định

mái dốc và chống sạt lở, gia cố đập …. Châu Âu đi đầu trong các ứng dụng neo

trong đất. Vào những năm 1950, neo Bauer sử dụng tao cáp cường độ cao trong lỗ

khoan có đường kính nhỏ đã được giới thiệu ở Đức. Tiếp theo là Úc và Thụy Sĩ đã

sử dụng neo trong đất cho rất nhiều công trình xây dựng.

4

Vào thập niên 1970, neo trong đất đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế

giới. Hoa Kỳ sử dụng neo trong đất cho hệ thống chống tạm phục vụ công tác đào

đất và dần dần phát triển ứng dụng cho các kết cấu vĩnh cửu.

Ở Việt Nam, công trình đầu tiên sử dụng kỹ thuật neo trong đất đã được Bachy

Soletanche Vietnam thực hiện thành công ở Toà tháp VietcomBank tại 184 Trần

Quang Khải, Hà Nội vào năm 1997. Tường vây sử dụng neo trong đất được sử dụng

để thi công 3 tầng hầm dự án Trung tâm điều hành và Thông tin viễn thông Điện lực

Việt Nam có diện tích 14.000 m2 tại số 11 phố Cửa Bắc, TP. Hà Nội vào năm 2008.

Tòa tháp Keangnam Landmark Tower cao nhất Việt Nam, tại Lô 6 đường Phạm

Hùng, Hà Nội, do Samwoo Geotech thi công từ tháng 5/2008, tường bê tông cốt

thép liên tục trong đất dày 80cm và hai tầng neo trong đất có sức chịu tải từ 35-40

tấn được sử dụng để thi công 2 tầng hầm của tòa tháp này. Cọc đất-xi măng trộn sâu

được xem xét thiết kế làm giải pháp ổn định hố đào (kết hợp một phần với neo DƯL

trong đất) cho 2 tầng hầm của chung cư cao tầng Thương mại - Dịch vụ LUGIACO

ở số 70 đường Lữ Gia, P.15 quận 11, thành phố Hồ Chí Minh [34].

1.1.2. Phân loại neo trong đất

1.1.2.1. Tổng quan

Neo trong đất có thể phân loại dựa theo cách liên kết với đất nền, cách lắp đặt,

phương pháp phun vữa, công dụng, phương pháp căng kéo (hình 1.1). Theo mục

đích sử dụng, neo được chia thành neo tạm thời và neo cố định. Neo tạm thời là loại

neo có thể tháo ra sau khi kết cấu có khả năng chịu lực. Neo cố định sử dụng lâu

hơn tuỳ vào thời gian tồn tại của công trình, nó tham gia chịu lực chung với kết cấu

công trình.

Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực ma sát giữa lớp

vữa và đất (hình 1.2)

5

Hình 1.1. Phân loại neo trong đất

1.1.2.2. Neo tạo lực kéo

Nhược điểm của neo tạo lực kéo là gây nên vết nứt trong lớp vữa bảo vệ và mất tải

trọng do từ biến. Do đó, trong biểu đồ phân bố ma sát (hình 1.3a), đường phân bố

ma sát ban đầu là đường cong (1). Khi tải trọng tác dụng đường cong (1) sẽ bị thay

đổi thành đường cong (3).

6

Hình 1.2. Phân loại neo theo phương thức liên kết với đất nền.

Theo biểu đồ thay đổi tải trọng, đường cong tải trọng mong muốn là đường (1),

nhưng thực sự, khi tải trọng tập trung hình quạt vượt quá lực kéo cho phép của đất,

đường cong bị mất tải trọng. Nguyên nhân là sự giảm ma sát do tải trọng tập trung.

Hình 1.3. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực kéo.

7

1.1.2.3. Neo tạo lực nén tập trung

Neo tạo lực nén tập trung sử dụng các tao cáp dự ứng lực được bọc bằng ống PE,

tạo lực nén lên vữa bằng cách gắn chặt cáp vào đối trọng ma sát riêng. Tải trọng

giảm do từ biến nhỏ hơn so với neo tạo lực kéo, nhưng phải sử dụng vữa có cường

độ lớn hơn. Nhược điểm là không tạo được lực neo cần thiết trong đất yếu. Khi lực

nén tác dụng lên vữa, tải trọng tập trung được tạo ra ở phần cuối của vữa có thể làm

vỡ lớp vữa.

Neo tạo lực nén tập trung cũng có sự giảm tải trọng như thể hiện trên biểu đồ thay

đổi tải trọng hình 1.4. Nguyên nhân làm giảm tải trọng đột ngột phụ thuộc vào sự

phá hoại do tải trọng nén.

Hình 1.4. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén tập trung.

8

1.1.2.4. Neo tạo lực nén phân bố

Để khắc phục những nhược điểm của dạng neo tạo lực kéo và neo tạo lực nén tập

trung, tải trọng tập trung quá giới hạn không được xuất hiện ở trong đất và khối

vữa, sử dụng cáp bọc ống PE mà không tạo ra giới hạn cho chiều dài tự do của neo

và phân bố lực neo vào trong đất dễ dàng. Để đạt được điều đó, dạng neo tạo lực

nén phân bố được phát triển và sử dụng. Trong trường hợp này, tải trọng truyền dọc

theo chiều dài neo, ít ảnh hưởng đến cường độ vữa, và đảm bảo lực neo cần thiết

trong đất yếu. Loại này có thể tạo được tải trọng rất lớn trong các loại đất thông

thường và đất cát cũng như trong đá.

Sử dụng loại neo này có tỷ lệ mất mát ứng suất nhỏ và giữ được tải trọng theo thời

gian.

Hình 1.5. Cấu tạo, sơ đồ thay đổi tải trọng và biểu đồ phân bố ma sát của neo tạo lực nén phân bố.

9

1.1.3. Cấu tạo của neo trong đất

Hình 1.6 thể hiện cấu tạo của neo trong đất. Đoạn chiều dài không liên kết

(unbonded length) là đoạn chiều dài tự do, không liên kết với vữa. Chiều dài này có

tác dụng truyền tải trọng từ đầu neo cho đoạn chiều dài liên kết với vữa. Đoạn chiều

dài không liên kết phải đủ lớn để nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn.

Đoạn chiều dài kiên kết với vữa (Bonded length) được bao bọc bằng vữa và truyền

tải trọng từ neo vào đất đá xung quanh. Đoạn chiều dài liên kết có chiều dài trung

bình từ 3.0m đến 10.0m [22].

Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của neo trong đất.

1.1.3.1. Thanh thép và bó cáp

Cả thép thanh và cáp dự ứng lực đều có thể được sử dụng làm neo trong đất. Các

qui định về thanh thép và cáp dự ứng lực tuân theo tiêu chuẩn ASTM A722 và

10

ASTM A416. Các thanh thép thường có các đường kính 26mm, 32mm, 36mm,

45mm, 64mm và chiều dài 1 thanh khoảng 18m. Tải trọng thiết kế của neo xấp xỉ

2,077 kN ứng với thanh có đường kính 64mm [22] . Với các neo có chiều dài lớn

hơn 18m, có thể sử dụng hộp nối để nối các thanh thép khi cần để đạt chiều dài yêu

cầu. So với các tao cáp dự ứng lực, thép thanh dễ tạo ứng suất và có thể điều chỉnh

được tải trọng sau khi lắp đặt.

Hình 1.7. Cáp dự ứng lực sử dụng cho neo trong đất [6]

Các bó cáp DUL thường bao gồm nhiều tao cáp 7 sợi xoắn. Các tao cáp có đường

kính 12.7mm hoặc 15.2mm. Neo sử dụng các tao cáp dự ứng lực không có giới hạn

về chiều dài và tải trọng. Các tao cáp có độ tự chùng thấp được sử dụng để giảm

mất mát do cốt thép tự chùng.

1.1.3.2. Cử định vị và miếng định tâm (Spacer and Centralizer)

Cử định vị và miếng định tâm thường đặt cách khoảng 3m dọc theo chiều dài đoạn

liên kết của neo với vữa. Với các bó cáp dự ứng lực, miếng định tâm có tác dụng

11

giữ cho khoảng cách tối thiểu giữa các tao cáp từ 6mm đến 13mm và chiều dày bao

bọc tối thiểu của vữa là 13mm [22]. Hình 1.8 thể hiện mặt cắt ngang của neo trong

đất bằng cáp dự ứng lực.

Hình 1.8. Bố trí cử định vị và miếng định tâm

1.1.3.3. Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống các tao cáp

Vữa epoxy lấp đầy khoảng trống giữa các tao cáp tạo ra lớp bảo vệ chống ăn mòn

cho đoạn neo. Vữa epoxy ngăn không cho nước đi vào khoảng trống giữa các tao

cáp và ăn mòn thép.

1.1.3.4. Vữa ximăng

Neo trong đất thường sử dụng vữa nguyên chất (vữa không có cấp phối) tuân theo

tiêu chuẩn ASTM C150. Loại vữa xi măng cát cũng có thể sử dụng cho các lỗ

khoan có đường kính lớn. Máy trộn vữa tốc độ cao thường được sử dụng để đảm

bảo sự đồng nhất giữa vữa và nước. Tỷ lệ theo khối lượng nước/xi măng (w/c) trong

khoảng từ 0.40 đến 0.55. Xi măng loại I thường được sử dụng với cường độ nhỏ

nhất vào thời điểm tạo ứng suất là 21MPa. Tuỳ vào đặc điểm của công trình, các

12

phụ gia có thể được sử dụng để tăng độ sụt cho vữa. Các chất phụ gia không yêu

cầu sử dụng, nhưng hiệu quả hơn nếu sử dụng phụ gia siêu dẻo khi bơm vữa ở

nhiệt độ cao và chiều dài bơm lớn

1.1.4. Ứng dụng của neo trong đất

1.1.4.1. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào

Hình 1.9. Neo ổn định tường chắn đất khi thi công hố đào

Neo trong đất kết hợp với tường chắn bằng cọc chống và ván lát ngang hoặc bê tông

phun, tường bê tông cốt thép, tường vây cọc ván… tạo thành hệ thống tường chắn

ổn định mái đất phục vụ công tác đào đất thi công các công trình: tầng hầm các toà

nhà, bể nước ngầm, nhà ga tàu điện ngầm đặt trong lòng đất, bãi đỗ xe ngầm….Ưu

điểm của hệ thống này là không chiếm mặt bằng thi công, thời gian thi công nhanh,

giá thành thấp hơn so với chống đỡ bằng hệ thống thanh chống và dầm giằng bằng

thép truyền thống.

13

Hình 1.10. Neo ổn định tường chắn khi đào đất thi công nhà ga tuyến Metro Athen-

Hy Lạp (2007) [6].

Hình 1.11. Hệ shoring chống đỡ hố đào thi công tầng hầm toà nhà Bảo Gia Đường Lê Đại Hành, quận 10, Tp. HCM (Hình do tác giả chụp tháng 5 năm 2008).

14

1.1.4.2. Ổn định tường chắn khi thi công đường đào

Hệ thống tường neo thường được sử dụng để ổn định mái dốc cho thi công đào

đường qua vách núi có mái dốc lớn, mở rộng lòng đường….

Hình 1.12 minh hoạ sự so sánh giữa tường trọng lực thông thường và hệ thống

tường neo cố định cho việc xây dựng đường đào. Tường trọng lực có giá thành cao

hơn vì đòi hỏi cần kết cấu chống tạm để đào đất, phải lấp đất lại, và có khi cần sử

dụng móng cọc sâu. Hệ thống tường neo trong đất còn sử dụng cho việc xây dựng

các mố cầu mới, chống sự sạt lở đất đấp cho mố cầu cũ.

Hình 1.12. So sánh tường trọng lực và tường neo ứng dụng khi thi công đường đào

15

1.1.4.3. Ổn định và chống sạt lở mái dốc

Neo trong đất thường được sử dụng kết hợp với tường, dầm ngang, khối bê tông để

ổn định mái dốc và chống sạt lở. Neo trong đất cho phép đào sâu để xây dựng các

đường cao tốc mới (hình 1.13a). Neo trong đất còn sử dụng để ổn định các khối đất

đá phía trên mái dốc và ổn định mặt trượt (hình 1.13b). Các dầm ngang và khối bê

tông được sử dụng để truyền tải trọng từ neo vào đất tại bề mặt mái dốc để giữ ổn

định mái dốc ngay vị trí đào. Việc lựa chọn sử dụng dầm ngang hay các khối bê

tông phụ thuộc các điều kiện kinh tế, mỹ quan, duy tu bảo dưỡng trong quá trình

khai thác sử dụng.

Hình 1.13. Ứng dụng neo trong đất ổn định mái dốc và chống sạt lở.

1.1.4.4. Ổn định kết cấu

Các neo cố định thường được sử dụng để chống lại lực đẩy nổi lên. Lực đẩy nổi

được tạo ra do áp lực thuỷ tĩnh hay do kết cấu mất ổn định và bị lật đổ. Các kết cấu

xây dựng thông thường chống lại lực đẩy nổi bằng tải trọng tĩnh của chính bản thân

kết cấu. Ưu điểm của việc sử dụng neo trong đất chống lại lực đẩy nổi là: (1) khối

lượng bê tông sàn ít hơn so với dùng phương pháp tải trọng tĩnh; (2) khối lượng đào

đất giảm. Tuy nhiên chúng cũng tồn tại một số nhược điểm: (1) sự thay đổi tải trọng

16

trong neo có thể làm kết cấu bị lún xuống hoặc nâng lên; (2) Khó thi công chống

thấm; (3) Ứng suất trong sàn thay đổi nhiều.

Hình 1.14. Ứng dụng neo trong đất, khối bê tông chống sạt lở

Hình 1.15. Ứng dụng neo trong đất chống tải trọng nâng và ổn định kết cấu.

17

Các neo có tải trọng kéo xuống có thể ứng dụng để ổn định các đập bê tông. Các

đập cũ thường được yêu cầu tăng thêm độ ổn định để đáp ứng các qui định an toàn

theo các qui trình hiện hành có xét đến dòng chảy, động đất. Neo trong đất có khả

năng chống lại tải trọng lật, xoay, lực động đất.

Hình 1.16. Neo chống lực đẩy nổi [31]

1.2. Các hệ thống tường neo

1.2.1. Tổng quan

Một ứng dụng phổ biến của neo trong đất trong các dự án đường cao tốc là tường

neo được sử dụng nhằm ổn định mái đào và ổn định mái dốc [9]. Các tường neo này

bao gồm tường hẫng không trọng lực và một hoặc nhiều tầng neo trong đất. Các loại

tường hẫng không trọng lực gồm các bộ phận thẳng đứng có thể liên tục hoặc không

liên tục được khoan hoặc đóng xuống dưới đáy cao độ đào. Tường hẫng không

trọng lực chịu lực bằng sức kháng cắt, độ cứng chống uốn của thành phần theo

phương đứng và sức kháng bị động của đất dưới cao độ đào. Sức chịu tải của tường

18

neo dựa vào các thành phần này và sức chịu tải ngang của neo để chống lại áp lực

ngang ( đất, nước, động đất….) tác dụng vào tường.

Strom and Ebeling (2001) [30] đã phân loại tường neo thường được sử dụng bởi US

Army Corps of Engineering như sau:

• Tường cọc ván thép, dầm giằng và neo dự ứng lực;

• Tường cọc chống, ván lát hoặc bê tông cốt thép lát ngang và neo dự ứng lực;

• Hệ thống tường gồm các cọc chèn nhau (Secant cylinder pile system) và neo

dự ứng lực;

• Tường bê tông cốt thép liên tục và neo dự ứng lực;

• Tường bê tông cốt thép không liên tục (cọc chống và bê tông cốt thép lát

mặt) và neo dự ứng lực.

Chuyển vị và mô men uốn của tường ổn định mái đào là hàm số của cường độ đất

và độ cứng của tường [25], [29]. Độ cứng của tường phụ thuộc vào độ cứng kết cấu

tường (EI) và khoảng cách theo phương đứng của các hàng neo (L). Tường cọc ván

thép và tường gồm hệ thống cọc chống, ván lát ngang được xem là hệ thống tường

mềm. Tường gồm các cọc chèn nhau, tường cọc bê tông cốt thép liên tục, tường cọc

bê tông cốt thép không liên tục được xem là các hệ thống tường cứng (Bảng 1.1)

Bảng 1.1. Phân loại tường neo thường được sử dụng bởi US Army Corps of Engineering [30].

Kết cấu tường Phân loại tường theo độ cứng Tường mềm Tường cứng

Tường cọc ván thép √ Hệ thống tường cọc chống, ván lát ngang √

Hệ thống tường gồm các cọc chèn nhau √

Tường cọc bê tông cốt thép liên tục √

Tường cọc bê tông cốt thép không liên tục √

19

Hinh 1.17 mô tả 5 loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng, bao gồm: (1) Tường

cọc chống đứng và ván lát ngang; (2) Tường cọc ván thép; (3) Tường cọc bê tông

cốt thép; (4) Tường đất xi măng trộn sâu; (5) Tường cừ bê tông cốt thép trong đất.

Hình 1.17. Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng [34].

1.2.2. Tường cọc chống đứng và ván lát ngang

Tường cọc chống và ván lát ngang được sử dụng đầu tiên ở Đức vào những năm

cuối của Thế kỷ thứ 19 và nhanh chóng được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu [10].

Tường gồm hai bộ phận chính: (1) cọc chống chịu toàn bộ tải trọng do áp lực đất, và

(2) ván lát ngang chịu tải trọng do áp lực đất ở giữa hai cọc chống [8].

Hình 1.18 mô tả tường neo cọc chống đứng bằng thép hình và ván lát ngang bằng

gỗ để giữ ổn định hố đào. Cọc chống đứng là thép hình có tiết diện ngang hình chữ

I, giằng ngang bằng thép hình có tác dụng phân bố lực neo cho các cọc chống đứng

liền kề.

20

Hình 1.18. Tường neo cọc chống và ván lát ngang [16].

Cọc chống có thể là cọc đóng hoặc cọc đổ bê tông tại chổ hoặc kết cấu bê tông ứng

suất trước. Tiết diện cọc chống có thể là chữ I, H, hình hộp, hình ống hay tiết diện

chữ nhật….

a. Tiết diện ngang liên hợp b. Tiết diện ngang hình ống Hình 1.19. Tiết diện ngang liên hợp và hình ống của cọc chống.

Sau khi thi công xong cọc chống, đất phía trước tường được đào đi theo từng bậc và

lắp đặt ván lát ngang. Thông thường chiều cao bậc đào từ 1.2 đến 1.5m, tuy nhiên

chiều cao đào có thể ít hơn phụ thuộc vào thời gian ổn định của loại đất đào [22].

Ván lát ngang nên được lắp đặt ngay sau khi đào để chống hiện tượng xói mòn và

chảy đất vào hố đào. Ván lát ngang có thể bằng gỗ, thép, bê tông phun hoặc kết cấu

21

bê tông cốt thép. Ván lát bằng bê tông ít được sử dụng vì rất khó thi công lắp đặt

theo trình tự từ trên xuống dưới [22].

a. Ván lát gỗ b. Ván lát bê tông phun Hình 1.20. Ván lát ngang bằng gỗ và bê tông phun

1.2.3. Tường neo cọc ván thép

Tường cọc ván thép thường được sử dụng trong các loại đất không lắp được ván lát

ngang như đất sét yếu, đất bùn bảo hòa nước, đất bùn yếu, cát pha sét yếu…. Các

loại đất này không ổn định khi đào nếu không được chống giữ [8], [10]. Hình 1.21

mô tả tường cọc ván thép với giằng ngang và neo trong đất. Cọc ván thép thường

được đóng hoặc ép thành hàng chèn nhau. Cọc ván thép chịu tác dụng của áp lực

đất và tải trọng nước. Giằng ngang có độ cứng lớn hơn, nằm bắc ngang giữa 2 neo.

Mặt cắt ngang của giằng ngang thường có dạng hình chữ C [15].

Hình 1.21. Hệ thống tường neo cọc ván thép [15]

22

Hình 1.22. Tường neo cọc ván thép (nguồn Murphy International Ltd).

1.2.4. Tường cọc bê tông đổ tại chổ

Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề nhau thường được sử dụng trong các

điều kiện địa chất không có xảy ra hoặc có thể kiểm soát được hiện tượng mất đất

và thấm nước. Tường gồm các cọc liền kề có thể là kết cấu tạm phục vụ thi công

hoặc tham gia chịu lực với kết cấu cuối cùng.

Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau là tường có hệ thống các cọc bê tông cắt

nhau và do đó hình thành nên tường bê tông liên tục. Các cọc bê tông có thể liên kết

theo nguyên tắc cứng - mềm (thông dụng) hay cứng - cứng. Các cọc bê tông mềm

được thi công trước, sử dụng hỗn hợp bê tông mềm và không có cốt thép. Các cọc

cứng được thi công sau và chèn vào các cọc mềm ở cả 2 mặt. Các cọc cứng sử dụng

bê tông kết cấu và có cốt thép. Các cọc cứng tạo nên cường độ và độ cứng của kết

cấu tường. Cũng giống như tường gồm các cọc liền kề, tường gồm các cọc chèn vào

nhau có thể dùng làm kết cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia chịu lực với kết

cấu cuối cùng.

23

Hình 1.23. Tường gồm các cọc bê tông cốt thép liền kề (PJ Edwards & Co.)

Hình 1.24. Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau (Murphy International Ltd)

24

1.2.5. Tường cọc đất-xi măng trộn sâu

Trộn sâu là phương pháp cải tạo đất nền nhằm tăng cường độ, khống chế chuyển vị

và giảm tính thấm [4]. Mũi khoan nhiều trục và guồng trộn được sử dụng để thi

công các cọc chồng lên nhau và được tăng cường độ bằng việc trộn xi măng với đất.

Phương pháp này được sử dụng để chống đỡ hố đào bằng cách tăng cường độ chịu

cắt của đất, ngăn ngừa phá hoại do trượt, giảm tính thấm và chống lại hiện tượng

trồi bề mặt.

Hình 1.25. Tường neo cọc đất xi-măng trộn sâu [32].

Hình 1.26 mô hình quá trình thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu. Thiết bị thi

công chuyên dụng dùng để thi công cọc đất-xi măng trộn sâu là mũi khoan gồm 3

hoặc 5 trục được sử dụng để thi công nhóm cọc đầu tiên (bước 1), nhóm cọc tiếp

theo được thi công cách các cọc đầu tiên bằng 1 lần đường kính cọc (bước 2), hàng

cọc liên tiếp được tạo thành bằng cách trộn lại cọc đầu tiên và cọc cuối cùng của

mỗi nhóm (bước 3), bỏ qua khoảng cách 1 cọc giữa bước 2 và bước 3 để cọc số 3 và

cọc số 5 được trộn lại nhằm đảm bảo hình thành 1 hệ tường liên tục không thấm

nước. Dầm thép được lắp đặt trước khi xi măng bắt đầu đông cứng (bước 4).

25

Hình 1.26. Chu kỳ thi công tường cọc đất-xi măng trộn sâu [4].

Hình 1.27. Mặt cắt ngang điển hình của tường cọc đất-xi măng trộn sâu [4].

1.2.6. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất

Tường cừ bê tông cốt thép trong đất được thi công bằng cách đào rãnh sâu bằng gầu

ngoạm hoặc mũi khoan cắt xoay, thành vách được giữ ổn định bằng vữa bentonite,

bê tông được bơm vào rãnh và thay thế vữa.

26

Hình 1.28. Tường cừ bê tông cốt thép trong đất [16].

Tường cừ bê tông cốt thép trong đất có thể dùng làm kết cấu tạm phục vụ thi công

hoặc tham gia chịu lực cùng kết cấu cuối cùng. Khi tường cừ tham gia chịu lực với

kết cấu cuối cùng sẽ kinh tế hơn và việc thi công sẽ nhanh hơn [10]. Tường cừ bê

tông cốt thép trong đất có độ cứng lớn hơn so với hệ thống tường gồm cọc chống và

ván lát ngang, tường cừ ván thép. Nó được sử dụng để giảm độ lún, chuyển vị

ngang của đất và kết cấu liền kề trong suốt quá trình thi công, đặc biệt là trong các

loại đất mềm yếu.

1.3. Kết luận chương 1

Neo trong đất được sử dụng rất phổ biến ở các nước trên thế giới. Neo có thể được

sử dụng làm kết cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia vào kết cấu chịu lực cuối

cùng. Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong xây dựng như: ổn định tường chắn đất

thi công hố đào, 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…với ưu điểm là

không chiếm mặt bằng thi công, không cần phải làm đường tạm, thời gian thi công

nhanh, hạ giá thành công trình….

27

Cấu tạo neo trong đất gồm 2 bộ phận chính là đoạn chiều không liên kết bằng các

tao cáp dự ứng lực được bọc trong ống PVC và đoạn chiều dài liên kết với các tao

cáp được bọc bằng vữa xi măng và liên kết với đất nền. Đoạn chiều dài không liên

kết có tác dụng truyền tải trọng từ kết cấu cho đoạn chiều dài liên kết. Đoạn chiều

dài liên kết có tác dụng truyền tải trọng từ đoạn chiều dài không liên kết vào đất đá.

Một ứng dụng phổ biến của neo trong đất là sử dụng cho hệ thống tường neo dùng

để ổn định hố đào. Tường neo được phân loại thành tường mềm và tường cứng.

Tường mềm gồm các loại: tường cọc chống và ván lát ngang, tường cọc ván thép.

Tường cứng gồm: hệ thống tường gồm các cọc bê tông chèn nhau, tường cọc bê

tông cốt thép liên tục và tường cọc bê tông cốt thép không liên tục.

28

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG NEO

2.1. Áp lực đất

2.1.1. Tổng quát

Hệ thống tường được thiết kế để chống lại áp lực đất và nước phía sau tường. Áp

lực đất tác dụng lên tường là do trọng lượng đất phía sau tường, sự dịch chuyển đất

đá do động đất và các tải trọng chất thêm. Khi thiết kế cần xem xét 3 loại áp lực đất

như sau: (1) áp lực đất chủ động; (2) áp lực đất bị động; (3) áp lực đất ở trạng thái

nghỉ.

Sự khác nhau giữa ứng xử thực tế của đất và các giả thiết tính toán là nhân tố quan

trọng khi xét đến áp lực đất [22]. Giả thiết áp lực đất chủ động và bị động phân bố

tuyến tính dựa vào các phân tích lý thuyết là cách đơn giản hoá của các quá trình

phức tạp khi không xét đến các yếu tố: (1) hình dạng chuyển vị của tường (góc

xoay, chuyển vị); (2) tính mềm của tường; (3) các thuộc tính về cường độ và độ

cứng của đất; (4) ứng suất trước theo phương ngang trong đất; (5) góc ma sát bề mặt

của tường và đất. Với hệ thống tường neo là phần tử mềm, “đường bao áp lực đất

biểu kiến” bán thực nghiệm được sử dụng để tính toán [22].

2.1.2. Áp lực đất chủ động và bị động

2.1.2.1. Lý thuyết Rankine

Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang được xét bằng ứng suất giới hạn

theo phương ngang trong khối đất. Xét một tường nhẵn (ma sát tường bằng 0), chắn

đất có mái dốc nằm ngang như hình 2.1 theo điều kiện Rankine. Phần tử đất có ứng

suất có hiệu theo phương đứng σ’v (hình 2.2). Khi tường có chuyển vị, phần tử đất

có thể bị phá hoại theo 2 cách khác nhau. Ứng suất theo phương ngang của đất có

thể tăng đến khi phần tử đất bị phá hoại tại B (hình 2.2), khi đó ứng suất đạt giá trị

lớn nhất σ’h(max). Điều này xảy ra khi tường chuyển vị làm tăng ứng suất của đất

29

phía trước ở chân tường (hình 2.1). Tương tự như vậy, ứng suất ngang trong đất có

thể giảm đến ứng suất phá hoại tại điểm A, khi đó ứng suất đạt giá trị nhỏ nhất

σ’h(min). Điều này xảy ra khi tường dịch chuyển và làm giảm ứng suất của đất ở sau

tường (hình 2.1).

Theo quan hệ hình học ở hình 2.2, có 2 công thức (2.1) và (2.2)

(min) 2' 1 sin ' tan (45 '/ 2)' 1 sin '

hA

v

Kσ θ

θσ θ

−= = = −

+ (2.1)

(max) 2' 1 sin ' tan (45 '/ 2)' 1 sin '

hP

v

Kσ θ

θσ θ

+= = = +

− (2.2)

Với φ’ là góc ma sát có hiệu của đất.

Hình 2.1. Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẵn.

Với KA là hệ số áp lực đất chủ động và KP là hệ số áp lực đất bị động. KA và KP

trong công thức (2.1) và (2.2) theo điều kiện Rankine xét cho đất rời (lực dính c=0).

Với đất dính, được định nghĩa bằng các thông số cường độ có hiệu φ’ và c’, hệ số áp

lực đất chủ động và bị động tính theo công thức (2.3) và (2.4).

30

2 2 'tan (45 '/ 2) tan(45 '/ 2)'Av

cK θ θσ

= − − − (2.3)

2 2 'tan (45 '/ 2) tan(45 '/ 2)'Pv

cK θ θσ

= + + + (2.4)

Hình 2.2. Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang.

Trường hợp không thoát nước với φ = 0 và c = Su, hệ số áp lực chủ động và bị động

tổng tính theo công thức (2.5) và (2.6).

21 uA

v

SKσ

= − (2.5)

21 uP

v

SKσ

= + (2.6)

Với σv là tổng ứng suất theo phương đứng.

Với các ứng dụng tường neo, ảnh hưởng của ma sát tường đến áp lực đất chủ động

tương đối nhỏ và thường bỏ qua khi tính toán. Hệ số áp lực đất chủ động có thể tính

toán gần đúng theo các công thức từ (2.1) đến (2.6). Trường hợp tổng quát, sử dụng

phương pháp tăng giảm lôga để tính KA và KP theo hình 2.3 và 3.4 [22].

31

Hình 2.3. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho tường nghiêng

32

Hình 2.4. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho đất có mái dốc nghiêng.

33

2.1.2.2. Lý thuyết Coulomb

Lý thuyết của Coulomb trình bày phương pháp xác định tổng áp lực ngang tác dụng

vào tường chắn với góc nghiêng của tường (ω), góc ma sát tường (δ) và góc

nghiêng của mái đất sau tường (β ≤ φ). Lý thuyết Coulomb dựa vào giả thiết sức

kháng cắt của đất phát triển dọc theo tường và mặt phá hoại. Hệ số áp lực đất chủ

động trong trường hợp tổng áp lực đất tác dụng vào tường có góc nghiêng δ theo

công thức 3.7.

{ }{ } { }{ }{ }{ }

2

2

2

cos ( )

sin( ) sin( )cos cos( ) 1

cos( ) cos( )

AK φ ω

φ δ φ βω δ ω

δ ω β ω

−=

+ −+ +

+ −

(2.7)

Hệ số áp lực đất bị động tính theo phương pháp của Coulomb không chính xác vì

giả thiết mặt trượt là mặt phẳng [22].

Công thức 3.8 và 3.9 tính hệ số áp lực đất chủ động và bị động trong trường hợp

tổng áp lực đất tác dụng vào tường nằm ngang và tường thẳng đứng.

{ }{ }

{ }{ }

2

2cos

sin( ) sin( )cos 1

cos cos

AK φ

φ δ φ βδ

δ β

= + −

+

(2.8)

{ }{ }

{ }{ }

2

2

cos

sin( ) sin( )cos 1

cos cos

pK φ

φ δ φ βδ

δ β

= + −

−

(2.9)

Khi tường chắn thẳng đứng, mái dốc đất được chắn giữ nằm ngang, góc ma sát

tường bằng 0 (ω , β và δ = 0), các công thức tính hệ số áp lực đất chủ động và bị

động theo lý thuyết Coulomb trùng với các công thức theo lý thuyết Rankine.

34

Để thoả mãn điều kiện cân bằng thì tường ma sát phải có mặt trượt là mặt cong. Vì

thế, các công thức theo lý thuyết Coulomb chỉ cho kết quả gần đúng do giả thiết mặt

trượt là mặt phẳng. Độ chính xác khi tính áp lực đất theo lý thuyết Coulomb càng

giảm khi chiều sâu đất chắn giữ càng lớn. Với áp lực đất bị động, các công thức của

Coulomb cho kết quả không chính xác khi góc nghiêng của mái đất được chắn giữ

và góc ma sát của tường lớn [17].

2.1.3. Áp lực đất ở trạng thái nghỉ

Đất sét và cát cố kết thường trong điều kiện tự nhiên, không có chuyển vị ngang

(chỉ nén theo phương đứng) và chịu tác dụng của tải trọng tăng dần theo phương

đứng, được xem xét tính toán theo trạng thái ứng suất nghỉ. Hệ số áp lực đất ở trạng

thái nghỉ, Ko, được tính theo công thức thực nghiệm (2.10).

' 1 sin ''h

ov

K σθ

σ= = − (2.10)

Áp lực đất ở trạng thái nghỉ thường không được sử dụng khi thiết kế hệ thống tường

mềm [22]. Chỉ sử dụng áp lực đất ở trạng thái nghỉ khi tường không có chuyển vị

ngang. Điều này gần đúng cho trường hợp hệ thống tường cứng. Quan hệ giữa áp

lực đất và chuyển vị của hệ tường mềm được xét ở mục 3.1.4.

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

Sự phân bố áp lực đất sau tường phụ thuộc vào chuyển vị của tường [22]. Do

phương pháp thi công tường neo là từ trên xuống dưới, với chu kỳ lặp lại: đào đất,

lắp neo, tạo ứng suất, truyền ứng suất cho neo mà mô hình biến dạng và áp lực đất

khác so với giả thiết áp lực đất hoàn toàn chủ động (tăng tuyến tính theo chiều sâu).

Do đặc điểm của mô hình biến dạng này mà ứng suất tác dụng vào các đoạn tường

sẽ nhỏ hơn so với mô hình áp lực hoàn toàn chủ động. Khi tường ngàm vào lớp đất

tốt, áp lực ngang của đất có giá trị lớn nhất ở gần vị trí của neo và giá trị áp lực nhỏ

hơn xuất hiện ở đoạn chân tường ngàm vào trong đất.

35

Mô hình tường neo có hai tầng neo được sử dụng để minh hoạ mối quan hệ giữa áp

lực đất theo phương ngang và chuyển vị của tường trong các giai đoạn thi công như

trên hình 2.5. Tường cao 1.9m, chân tường ngàm vào trong đất 0.38m.

Hình 2.5. Mặt cắt của mô hình tường neo [19]

Hình 2.6. Chuyển vị ngang và áp lực đất khi đào đến cao độ tầng neo đầu tiên [19]

36

Giai đoạn tường hẫng: Trong giai đoạn tường hẫng, đất được đào đến cao độ của

tầng neo đầu tiên. Mô hình áp lực đất và chuyển vị của phần tường phía trên cao độ

đào phù hợp với điều kiện áp lực đất chủ động (áp lực phân bố hình tam giác) (hình

2.6). Tường được ngàm cứng trong đất.

Giai đoạn tạo ứng suất cho tầng neo phía trên: Có sự thay đổi áp lực ngang lớn

khi truyền ứng suất cho neo (hình 2.7). Trong quá trình tạo ứng suất, cọc chống bị

kéo vào trong đất sau tường, làm tăng áp lực ngang và có thể đạt được áp lực hoàn

toàn bị động trong vùng đất lân cận vị trí neo. Khi tải trọng giảm về tải trọng cần

truyền cho neo, thường từ 75-100% tải trọng thiết kế (DL), ứng suất giảm để lại

biểu đồ áp lực có dạng hình bầu xung quanh neo (hình 2.7). Theo hình vẽ, áp lực

này vượt quá áp lực đất chủ động.

Hình 2.7. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi truyền lực cho neo [19].

Giai đoạn đào đất đến tầng neo bên dưới: Khi đào đất xuống khỏi cao độ của tầng

neo bên trên, tường bị phình ra và phân bố lại áp lực đất tác dụng vào tường (hình

37

2.8). Áp lực đất giữa tầng neo bên trên và bề mặt đào sẽ giảm xuống và áp lực được

phân bố lại cho những vị trí cứng hơn ở tầng neo bên trên và bề mặt cao độ đào làm

cho áp lực đất trong các khu vực này tăng lên.

Giai đoạn cuối cùng: Khi tạo ứng suất cho tầng neo phía dưới, chuyển vị của tường

cũng tương tự như khi tạo ứng suất cho tầng neo phía trên (hình 2.9). Biểu đồ ứng

suất hình bầu cũng xuất hiện ở vị trí neo phía dưới. Khi đào đất đến cao độ cuối

cùng, xảy ra hiện tượng phình ngang của tường ở giữa lớp neo phía dưới và bề mặt

cao độ đào.

Hình 2.8. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến tầng neo bên dưới [19].

Đường bao áp lực đất có dạng hình thang trên hình 2.9 được gọi là đường bao áp

lực đất biểu kiến và xấp xỉ về hình dạng và độ lớn của biểu đồ áp lực đất sau khi

đào đất đến cao độ thiết kế. Đường bao áp lực đất hoàn toàn chủ động (hình tam

giác) cho áp lực đất quá lớn ở gần cao độ đào, dẫn đến mômen uốn trong tường lớn,

38

chiều sâu chân tường ngàm trong đất lớn. Trong khi đó tải trọng neo, mômen uốn

của tường tại các tầng neo phía trên sẽ thấp.

Hình 2.9. Chuyển vị và áp lực đất theo phương ngang khi đào đất đến cao độ thiết

kế [19].

Đường bao biểu đồ áp lực đất biểu kiến ở hình 2.9 chỉ phù hợp với hệ thống tường

mềm, được đặt trong đất tương đối tốt và có sự phân bố lại áp lực đất cho hệ chống

đỡ. Mô hình áp lực đất và chuyển vị này không phù hợp cho trường hợp tường

ngàm vào đất yếu có chuyển vị xoay lớn gần bề mặt đào, dẫn đến phát triển áp lực

đất sau tường theo trạng thái áp lực đất chủ động.

2.2. Thiết kế tường neo

2.2.1. Tính toán áp lực đất

2.2.1.1. Tổng quan

Phân bố áp lực đất tác dụng lên tường chắn phụ thuộc vào độ lớn và sự phân bố

chuyển vị theo phương ngang của tường. Các tường hẫng không trọng lực tương đối

mềm (tường cọc ván thép, tường gồm cọc chống và ván lát ngang không có neo) có

thể chịu được chuyển vị ngang đủ lớn để gây ra áp lực đất chủ động trên toàn chiều

39

cao tường. Sử dụng lý thuyết biểu đồ áp lực đất chủ động của Rankine hoặc

Coulomb để phân tích các dạng tường này.

Với các dạng tường neo được xây dựng từ trên xuống dưới, mô hình biến dạng phức

tạp hơn và không phù hợp với lý thuyết về phân bố áp lực đất của Rankine hoặc

Coulomb [22]. Cường độ đất, độ cứng tường, góc nghiêng của neo, khoảng cách

theo phương đứng các neo, ứng lực truyền cho neo ảnh hưởng trực tiếp đến mô hình

biến dạng của tường và hình thành áp lực đất tác dụng vào tường.

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

Đường bao biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck có dạng hình chữ nhật

hoặc hình thang (hình 2.10). Các giá trị tung độ lớn nhất của biểu đồ thể hiện đường

bao biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck dựa trên các thông số sau:

• Giả sử chiều cao đào lớn hơn 6m. Chuyển vị tường được cho là đủ lớn

để cường độ chịu cắt của đất được huy động tối đa;

• Mực nước ngầm được giả sử thấp hơn cao độ đào đối với đất cát và đất

sét. Không xét đến áp lực nước;

• Đất được giả thiết là đồng nhất. Ứng xử của đất được coi là thoát nước

cho đất cát và không thoát nước cho đất sét, chỉ xét đến tải trọng ngắn

hạn;

• Biểu đồ tải trọng trên chỉ áp dụng cho phần tường phía trên cao độ đào.

Với đất sét, áp lực đất biểu kiến có liên quan chỉ số ổn định, Ns

su

HNS

γ= (2.11)

Với γ (kN/m3) là trọng lượng đơn vị của đất sét, Su (kN/m3) cường độ chịu cắt

không thoát nước trung bình của đất sét dưới cao độ đào, H(m) là chiều cao đào.

40

Hình 2.10(b) được sử dụng tương ứng với hệ số Ns có giá trị thấp và hình 2.10(c)

được sử dụng tương ứng với hệ số Ns có giá trị cao.

Hình 2.10. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck [22]

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

Với đất cát, giá trị KA trên hình 2.10(a) tính theo công thức sau:

2 '(45 )2AK tan φ

= − (2.12)

Giá trị áp lực đất lớn nhất là:

0.65 Ap K Hγ= (2.13) Với φ’ là góc ma sát có hiệu của đất cát.

Đường bao biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho tuờng neo có 1 tầng neo và tường có

nhiều tầng neo có dạng hình thang như hình 2.11.

41

Hình 2.11. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát.

H1: Chiều cao từ mặt đất đến tầng neo thứ nhất (m). Hn+1: Chiều cao từ cao độ đào đến tầng neo thấp nhất (m). Thi: Tải trọng ngang của neo thứ i (kN). R: Lực kháng của đất dưới cao độ đào (kN). p: Tung độ lớn nhất của biểu đồ (kN/m2).

TOTAL LOAD = 0.65KAγH2

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

H1: Chiều cao từ mặt đất đến tầng neo thứ nhất (m). Hn+1: Chiều cao từ cao độ đào đến tầng neo thấp nhất (m). Thi: Tải trọng ngang trong neo thứ i (kN). R: Lực kháng của đất dưới cao độ đào (kN). p: Tung độ lớn nhất của biểu đồ (kN/m2). TOTAL LOAD (kN/m tường) = 3H2÷6H2

42

Hình 2.12. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến cứng.

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

Tường neo tạm phục vụ thi công hay tường neo vĩnh cửu có thể được xây dựng

trong đất trạng thái mềm đến trung bình (Ns>4) nếu chiều dài neo cần ngàm vào lớp

đất chịu lực không quá lớn. Tường neo cố định ít được sử dụng khi đất dưới cao độ

đào là đất sét yếu.

Cho đất sét trạng thái mềm đến trung bình, biểu đồ áp lực đất của Terzaghi và Peck

(hình 2.10(c)) được sử dụng để xác định biểu đồ áp lực đất biểu kiến dùng cho thiết

kế tường neo tạm, với hệ số áp lực đất chủ động tính theo công thức (2.14)

41 u

ASK mHγ

= − (2.14)

Với m là hệ số kinh nghiệm, khi chiều sâu đào nằm dưới lớp đất sét mềm và chỉ số

Ns > 6 thì m = 0.4. Ngược lại, m lấy bằng 1.

43

2.2.1.6. Áp lực đất do tải trọng chất thêm

Tải trọng phân bố đều:

Tải trọng chất thêm là tải trọng thẳng đứng tác dụng trên bề mặt đất, chúng được giả

thiết sẽ làm tăng đều áp lực theo phương ngang tác dụng trên toàn chiều cao tường.

Giá trị tăng thêm này được xác định theo công thức (2.15).

h sKqσ∆ = (2.15)

Với, qs: Áp lực do tải trọng chất thêm theo phương đứng tác dụng lên bề mặt đất. K: Hệ số áp lực đất tương ứng (chủ động, bị động, trạng thái nghỉ).

Tải trọng tập trung, tải trọng đường, tải trọng mặt:

Tải trọng tập trung là tải trọng theo phương đứng tác dụng lên bề mặt đất, trên diện

tích nhỏ hơn so với tải trọng phân bố đều. Áp lực đất tăng thêm này thay đổi theo

chiều sâu tường, không phải là hằng số như tải trọng chất thêm phân bố đều. Tải

trọng này được tính toán dựa vào các công thức của lý thuyết đàn hồi [22]. Những

tải trọng ngang được tính toán này phải cộng thêm vào khi tính toán đường bao áp

lực đất.

2.2.2. Thiết kế neo trong đất

Neo trong đất có nhiều ứng dụng trong ổn định tường chắn, ổn định mái dốc, chống

sạt lở, neo kết cấu chống lực đẩy nổi. Phần này giới thiệu các bước thiết kế neo

trong đất gồm: (1) xác định vị trí mặt trượt giới hạn, (2) tính toán tải trọng neo dựa

vào biểu đồ đường bao áp lực đất biểu kiến, (3) thiết kế chiều dài đoạn neo không

liên kết và liên kết, (4) chọn khoảng cách neo theo phương ngang và phương đứng,

góc nghiêng của neo.

2.2.2.1. Xác định vị trí mặt trượt giới hạn

Xác định vị trí mặt trượt giới hạn để không đặt đoạn chiều dài liên kết của neo vào “vùng không mang tải trọng”. “Vùng không mang tải trọng” được định nghĩa là

44

vùng đất giữa bề mặt trượt giới hạn và tường. Chiều dài đoạn neo không liên kết phải kéo dài hơn, qua khỏi mặt trượt giới hạn một đoạn là H/5 (m), với H là chiều cao tường, hoặc 1.5m sau bề mặt trượt giới hạn (hình 2.15).

Khi tường được đặt trong đất rời, bề mặt trượt giới hạn có thể giả định bằng cách kéo dài một đường từ chiều sâu đào, hợp với phương ngang một góc (45o+φ’/2). Các phân tích ổn định mái dốc có xét đến tải trọng chất thêm được sử dụng để xác định vị trí mặt trượt cho các loại đất [22].

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

Lực neo cho tường mềm được xác định từ đường bao áp lực đất biểu kiến. Các phương pháp thường sử dụng bao gồm phương pháp diện tích phụ thuộc (tributary area method) và phương pháp chốt (hinge method). Cả hai phương pháp trên đều dự đoán hợp lý tải trọng neo và mômen uốn trong tường neo xây dựng trong đất có khả năng chịu tải [22].

Tải trọng neo theo phương ngang được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp diện tích phụ thuộc hoặc phương pháp chốt, như minh họa ở hình 2.13 cho tường 1 tầng neo và hình 2.14 cho tường có nhiều tầng neo.

Hình 2.13. Tính toán lực neo cho tường một tầng neo

45

T1 = Tải trọng trên chiều dài H1+H2/2 T1 Tính từ ΣMc=0

R = Tải trọng trên chiều dài H2/2 R = Tổng áp lực đất – T1

Hình 2.14. Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo

T1 = Tải trọng trên chiều dài H1+H2/2 T1 Tính từ ΣMC=0 T2 = Tải trọng trên chiều cao H1/2+Hn/2 T2u=Áp lực đất lên (ABCGF) –T1

Tn = Tải trọng trên chiều cao Hn/2+Hn+1/2 T2L Tính từ ΣMD=0 R = Tải trọng trên chiều dài Hn+1/2 Tnu=Áp lực đất lên (CDIH) –T2L

TnL Tính từ ΣME=0 R = Tổng áp lực đất – T1-T2-Tn T2 = T2u + T2L Tn = Tnu + TnL

Giá trị lực được tính theo hình 2.13 và 2.14 là thành phần lực theo phương ngang

của neo trên 1m rộng tường (Thi). Lực neo theo phương ngang được tính theo công

thức (2.16)

Th = This (2.16)

Với s là khoảng cách giữa các neo liền kề.

46

Lực neo T, được sử dụng để tính toán chiều dài đoạn liên kết, được tính theo công

thức (2.17).

cos

hTTθ

= (2.17)

Với θ là góc nghiêng của neo theo phương ngang. Thành phần lực đứng tổng cộng

theo phương đứng được tính theo công thức (2.18).

Tv = Tsinθ (2.18)

2.2.2.3. Thiết kế đoạn chiều dài không liên kết

Chiều dài không liên kết nhỏ nhất của neo trong đất là 4.5m cho neo bằng tao cáp

dự ứng lực. Qui định giá trị chiều dài nhỏ nhất này nhằm giảm mất mát ứng suất

trong quá trình truyền tải trọng vào kết cấu. Chiều dài đoạn không liên kết có thể

dài hơn để thoả các yêu cầu: (1) đặt chiều dài đoạn neo 1 khoảng cách tối thiểu đến

mặt trượt giới hạn, (2) đặt chiều dài đoạn liên kết vào tầng đất có khả năng mang

tải, (3) đảm bảo sự ổn định tổng thể của hệ thống tường neo, (4) chịu được chuyển

vị theo thời gian. Thông thường, chiều dài đoạn neo không liên kết có thể kéo dài

một khoảng nhỏ nhất H/5 hoặc 1.5m (hình 2.15) về phía sau mặt trượt giới hạn để

truyền tải trọng đến cột vữa phía trên đỉnh của vùng neo.

2.2.2.4. Thiết kế đoạn chiều dài liên kết

Xác định khả năng truyền tải trọng của chiều dài đoạn liên kết được căn cứ vào các

kinh nghiệm của các dự án trước, có xét đến phương pháp lắp đặt và phun vữa khác

nhau [22]. Với một loại đất cho trước, khả năng mang tải thực đạt được phụ thuộc

vào phương pháp khoan, đường kính lỗ khoan, phương pháp phun vữa và áp lực

vữa phun, chiều dài vùng liên kết. Khả năng chịu tải của từng neo được xác định

bằng các thí nghiệm trước khi được chấp nhận. Theo kinh nghiệm, các giá trị thiết

kế được lấy như sau:

• Tải trọng thiết kế từ 260 kN đến 1160 kN: Các qui định này giúp cho bó cáp

và các thiết bị tạo ứng suất có thể di chuyển bằng nhân công mà không cần

47

sử dụng máy móc, thiết bị nâng chuyên dụng. Đường kính lỗ khoan thường

nhỏ hơn 150mm.

• Tổng chiều dài neo từ 9 đến 18m: Do các yêu cầu về điều kiện kỹ thuật hoặc

yêu cầu về hình học, chiều dài một số neo cho tường có thể nhỏ hơn 9m.

Chiều dài đoạn không liên kết tối thiểu là 4.5m. Chiều dài tối thiểu này nhằm

giảm sự mất mát ứng suất không mong muốn trong suốt quá trình thử tải và

mất mát do từ biến của cáp dự ứng lực.

• Góc nghiêng của neo từ 10 đến 45 độ: Neo trong đất thường được lắp đặt với

góc nghiêng từ 15 đến 35 độ mặc dù góc nghiêng từ 10 đến 45 độ có khả

năng thi công được. Khi xác định góc nghiêng cần xem xét điều kiện chiều

dài vùng liên kết phải ở phía sau mặt trượt giới hạn và ngàm vào trong lớp

đất đá có khả năng chịu tải. Độ nghiêng lớn nhằm mục đích tránh các công

trình tiện ích dưới đất, các móng của công trình liền kề, các điều kiện bắt

buộc, hoặc tránh lớp đất yếu, khối đá. Neo được lắp đặt càng gần với phương

ngang càng tốt nhằm giảm lực theo phương đứng tác dụng lên kết cấu tường.

Tuy nhiên, việc phun vữa với góc nghiêng nhỏ hơn 10 độ, đòi hỏi phải có các

kỹ thuật đặc biệt.

Cho mục đích thiết kế sơ bộ neo trong đất, tải trọng cuối cùng truyền từ chiều dài

đoạn neo liên kết vào đất, với loại neo đường kính nhỏ, có thể lấy theo bảng 2.1,

dựa vào loại đất và chỉ số SPT. Tải trọng neo thiết kế lớn nhất cho phép trong đất

được xác định bằng cách nhân chiều dài đoạn liên kết với tải trọng truyền cuối cùng

và chia cho hệ số an toàn bằng 2.0.

2.2.2.5. Xác định khoảng cách các neo

Mỗi neo được thiết kế để chịu tải trọng của phần diện tích xung quanh, dựa vào

khoảng cách theo phương ngang và đứng giữa các neo. Kích thước, cường độ của

neo, phương pháp khoan và phun vữa, đường kính và chiều dài lỗ khoan được lựa

chọn để đảm bảo rằng neo có thể mang được tải trọng trong suốt thời gian khai thác.

Khoảng cách theo phương ngang và phương đứng của các neo khác nhau và phụ

48

thuộc vào yêu cầu của từng dự án, có thể lựa chọn dựa vào các yếu tố sau: (1) đảm

bảo độ cứng của kết cấu để chống lại chuyển vị ngang, (2) các kết cấu hiện hữu

dưới mặt đất có thể ảnh hưởng đến vị trí và góc nghiêng của neo, (3) loại tường

được lựa chọn để thiết kế.

Bảng 2.1. Giá trị tải trọng cuối cùng truyền vào đất cho việc thiết kế sơ bộ neo trong đất đường kính nhỏ [22].

Loại đất Độ chặt tương đối (Chỉ số SPT)(*)

Giá trị lực kháng của đất (kN/m)

Cát và sỏi Yếu (4-10)

Chặt vừa (11-30) Chặt (31-50)

145 220 290

Cát Yếu (4-10)

Chặt vừa (11-30) Chặt (31-50)

100 145 190

Cát và bùn Yếu (4-10)

Chặt vừa (11-30) Chặt (31-50)

70 100 130

Sét pha bùn lẫn cát mềm hoặc hỗn hợp bùn

Cứng (10-20) Rất cứng (21-40)

30 60

(*): Chỉ số SPT hiệu chỉnh

Vị trí theo phương đứng của tầng neo cao nhất được xác định dựa vào biến dạng

cho phép của đoạn tường hẫng. Khoảng cách theo phương đứng của tầng neo thấp

nhất được xác định sao cho tối thiểu hoá khả năng phát triển của áp lực đất bị động

trong quá trình kiểm tra về tính năng và kiểm tra chống thấm. Khi thử tải, các neo

vĩnh cữu thường được thí nghiệm với tải trọng đến 133% tải trọng thiết kế, dẫn đến

sự dịch chuyển của tường vào trong lớp đất được giữ. Nếu tải trọng thiết kế cho neo

thấp nhất lớn, cùng với tải trọng chất thêm, hoặc tường ngàm vào lớp đất yếu, áp

lực bị động của đất có thể tăng trong suốt quá trình thử tải. Khi áp lực bị động tăng,

tường sẽ có chuyển vị quá mức vào trong phần đất được giữ. Với hệ thống tường

gồm cọc chống đứng và ván lát ngang có thể bị uốn và nứt quá mức cho phép.

49

Với neo trong đất được lắp đặt trong nền đất đá, khoảng cách tối thiểu từ tâm vùng

liên kết đến mặt đất là 4.5m (hình 2.15a). Chiều sâu chôn này để tránh mất vữa khi

phun vữa cho neo bằng áp lực và ngăn không cho xuất hiện hiện tượng trồi bề mặt

do phun vữa với áp lực lớn.

Khoảng cách lớn nhất theo phương ngang của neo được xác định dựa vào khả năng

chịu tải cho phép của neo và khả năng chịu lực của kết cấu tường. Khoảng cách

theo phương ngang của cọc chịu lực có thể lấy từ 1.5m đến 3.0m với cọc đóng và

trên 3.0m với cọc đổ tại chổ. Khoảng cách tối thiểu theo phương ngang giữa các neo

là 1.2m (hình 2.15b) để đảm bảo rằng ảnh hưởng của nhóm neo giữa các neo gần kề

là nhỏ nhất do sai số trong quá trình khoan. Ảnh hưởng của nhóm neo làm giảm khả

năng mang tải của từng neo riêng biệt [22].

Hình 2.15. Khoảng cách yêu cầu của neo theo phương đứng và phương ngang [22].

2.2.3. Các phương pháp tính toán tường neo

Theo Strom and Ebeling (2001) [30], có bốn phương pháp chung để tính toán, phân

tích tường neo, bao gồm:

1. Phương pháp RIGID (Dầm tựa trên gối cứng);

2. Phương pháp WINKLER (Dầm tựa trên gối đàn hồi);

50

3. Phương pháp phần tử hữu hạn tuyến tính;

4. Phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến.

2.2.3.1. Phương pháp RIGID

Tường neo được giả sử như 1 phần tử đàn hồi liên tục (EI là hằng số) trên các gối

đỡ cố định tại các vị trí neo trong đất. Áp lực đất được xác định trước và không phụ

thuộc vào chuyển vị của tường. Vì vậy, phương pháp RIGID không xét sự phân bố

lại áp lực đất do chuyển vị của tường. Tải trọng đất tác dụng vào tường có thể theo

biểu đồ hình thang (biểu đồ áp lực đất biểu kiến) hoặc phân bố theo biểu đồ hình

tam giác thông thường. Đất nền phía trước tường được giả thiết tác dụng lên tường

như một gối giả tại điểm có tổng áp lực đất tác dụng vào tường bằng 0 nhằm khống

chế chuyển vị của tường.

Hình 2.16. Phương pháp dầm tương đương tựa trên gối cứng.

2.2.3.2. Phương pháp WINKLER

Phương pháp WINKLER là phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi. Phương pháp

này dựa vào phần tử hữu hạn một chiều đại diện cho hệ thống tường/đất. Tường neo

51

được xem như phần tử dẻo liên tục có độ cứng EI và được mô hình như những phần

tử dầm-cột đàn hồi tuyến tính. Tường neo tựa trên một số hữu hạn các gối đàn hồi

phi tuyến có độ cứng K, phân bố gần sát nhau để mô hình cho đất nền. Neo trong

đất được mô hình như những gối đàn hồi phi tuyến riêng lẻ, được truyền tải trọng

trước tại các vị trí neo. Các gối đất đàn hồi được truyền tải trước đến điều kiện áp

lực đất ở trạng thái nghỉ, nhằm mô hình cho điều kiện đất trước khi đào. Khi đào đất

(bỏ các gối đàn hồi đất ở vùng đất bị đào), tường sẽ dịch chuyển vào phía đào. Sự

dịch chuyển này là do áp lực đất được truyền trước ở trạng thái nghỉ của đất ở phía

sau tường (đất không đào). Các gối đất đàn hồi ở phía trước tường sẽ chịu tải trọng

lớn hơn tải trọng ở trạng thái nghỉ để giữ hệ thống tường ở trạng thái cân bằng.

Hơn nữa, tại các vị trí neo, neo được mô hình bằng các gối neo đàn hồi, được truyền

tải trọng trước cũng giúp giữ cân bằng hệ thống tường. Phương pháp WINKLER

giả thiết các gối đàn hồi để mô hình các tác động của đất một cách độc lập (ứng xử

của một gối đàn hồi sẽ không ảnh hưởng đến ứng xử của các gối gần kề).

Hình 2.17 mô tả phương pháp phân tích WINKLER được sử dụng cho cả phân tích

tường thi công theo giai đoạn hoặc phân tích tường ở giai đoạn hoàn thành mà

không xét được chuyển vị của hệ thống xảy ra trong từng giai đoạn thi công.

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

phần tử hữu hạn phi tuyến (NLFEM)

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là phương pháp giải tích được sử dụng để xấp

xỉ sự tương tác phức tạp, xảy ra giữa đất và kết cấu [15]. Phương pháp FEM cần

nhiều thông số đầu vào để đạt được ứng xử chính xác của đất lên bề mặt kết cấu.

Loại phân tích này gọi là phân tích tương tác đất-kết cấu (SSI). Trong phân tích

FEM SSI, đất và tường được mô hình như là các phần tử hữu hạn tuân theo quan hệ

giữa ứng suất và biến dạng phù hợp. SSI có thể sử dụng để mô hình quá trình thi

công thực tế [15]. Các giai đoạn thi công trong suốt quá trình phân tích được mô

hình gia tăng dần. Quá trình này dùng mô hình ứng suất-biến dạng để mô phỏng

52

ứng xử ứng suất-biến dạng xảy ra trong mỗi chu kỳ tác dụng tải. Điều này rất quan

trọng vì ứng xử ứng suất-biến dạng của đất và mặt tiếp xúc đất-kết cấu là phi tuyến

và phụ thuộc vào lộ trình ứng suất.

Hình 2.17. Phương pháp dầm tựa trên nền đàn hồi (WINKLER).

Lưới phần tử hữu hạn được sử dụng trong toàn bộ quá trình phân tích. Các phần tử

có thể được thêm vào hoặc bỏ ra khỏi lưới trong quá trình phân tích. Các phần tử

không tồn tại trong giai đoạn phân tích được mô hình bằng các phần tử có độ cứng

rất nhỏ và thường được gọi là “những phần tử không khí” [15]. Khi đến giai đoạn

thi công có sử dụng vùng lưới, trong đó có phần tử không khí, thuộc tính của những

phần tử này sẽ được thay đổi thành những thuộc tính tương ứng của đất và các phần

tử kết cấu.

Một đặc điểm quan trọng nữa của phân tích FEM SSI là nó cho phép phân tích được

mô men tương đối giữa đất và kết cấu bằng cách sử dụng phần tử tiếp xúc. Đặc

điểm này cho phép tính toán chính xác áp lực và ứng suất cắt tác dụng vào kết cấu

53

tường chắn. Không giống như các phương pháp cân bằng giới hạn thông thường,

phương pháp SSI không yêu cầu xác định trước biểu đồ áp lực đất tác dụng vào kết

cấu nhưng cho phép tính toán ứng suất dựa vào sự tương tác giữa đất-kết cấu trong

suốt quá trình thi công.

Phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi tuyến tính (LEFEM)

Vật liệu tuyến tính là vật liệu có ứng xử mà độ lớn của ứng xử tỷ lệ tuyến tính với

độ lớn của lực tác dụng vào vật liệu. Hình 2.18 thể hiện mối quan hệ ứng suất-biến

dạng của vật liệu tuyến tính. Vật liệu đàn hồi là vật liệu chỉ chịu những biến dạng có

khả năng hồi phục, chúng trở lại trạng thái ban đầu khi dỡ tải. Quan hệ ứng suất-

biến dạng của những loại vật liệu này tuân theo định luật Hooke.

σ = E ε (2.19)

Trong đó: σ là ứng suất, ε là biến dạng, E là mô đun đàn hồi.

Hình 2.18. Mối quan hệ tuyến tính ứng suất-biến dạng

Phân tích SSI được chỉnh sửa theo mô hình đàn hồi tuyến tính dựa vào các giả

thuyết sau:

54

• Vật liệu ứng xử đàn hồi;

• Mô hình tải trọng biến dạng nhỏ không thay đổi do kiểu biến dạng.

Phân tích tuyến tính có thể cung cấp những thông tin quan trọng về ứng xử của kết

cấu và xấp xỉ sát với ứng xử của kết cấu trong nhiều trường hợp. Phân tích tuyến

tính cũng là nền tảng cho phân tích phi tuyến.

Phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi phi tuyến (NLFEM)

Vật liệu phi tuyến là vật liệu có ứng xử mà độ lớn của ứng xử không tỷ lệ với độ lớn

của lực tác vào vật liệu. Hình 2.19 mô tả mối quan hệ ứng suất-biến dạng của vật

liệu phi tuyến.

Hình 2.19. Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng

Phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến được sử dụng cho việc phân tích thi công

theo giai đoạn để xét tương tác giữa đất và kết cấu. Ứng xử ứng suất-biến dạng thực

của đất và tương tác đất-kết cấu trong những phân tích này là phi tuyến và phụ

thuộc vào lộ trình ứng suất. Trong những phân tích này, tính phi tuyến của đất có

55

thể được ước lượng và áp lực đất sẽ biến đổi do chuyển vị của đất và kết cấu được

liên kết [15].

2.3. Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2

2.3.1. Tổng quát

Plaxis là phần mềm trên cơ sở phần tử hữu hạn, dùng để phân tích các bài toán địa

kỹ thuật như: chuyển vị, ổn định, dòng thấm. Plaxis được sử dụng rộng rãi trong

tính toán các công trình thực tế vì nó sử dụng đơn giản, thân thiện với người dùng

và kết quả đáng tin cậy [24].

Plaxis được tích hợp nhiều tính năng để giải các yêu cầu khác nhau của các bài toán

địa-kết cấu phức tạp. Một số đặc điểm quan trọng của phầm mềm Plaxis 8.2 như:

• Các thông số hình học đầu vào và điều kiện biên có thể được nhập vào bằng sự hỗ trợ của các chương trình vẽ (CAD). Dễ dàng phát sinh lưới phần tử hữu hạn 2D;

• Cho phép tự động phát sinh lưới phần hữu hạn 2D với lựa chọn là lưới tổng thể hoặc làm mịn lưới cục bộ;

• Phần tử tam giác 6 nút bậc 2 hoặc 15 nút bậc 2 được dùng để mô hình ứng suất và biến dạng trong đất;

• Phần tử dầm được sử dụng để mô hình các phần tử kết cấu như là: tường chắn, vỏ hầm, kết cấu vỏ và các kết cấu mỏng khác;

• Các phần tử liên kết dùng để mô hình phần tử tiếp xúc giữa đất và phần tử kết cấu gần kề;

• Các phần tử đàn hồi tuyến tính được sử dụng để mô hình neo và giằng chống ngang;

• Vải địa kỹ thuật hay chiều dài đoạn liên kết của neo được mô hình bằng các phần tử chịu kéo đặc biệt;

• Lưới phần tử cho hầm hình tròn hoặc không phải hình tròn có thể được tạo bằng cách sử dụng đường thẳng hoặc đường cong;

• Áp lực nước lỗ rỗng ở trạng thái tĩnh có thể được phát sinh bằng đường mực nước hoặc bằng cách tính toán dòng nước ngầm;

56

• Đặc điểm xây dựng theo giai đoạn để mô phỏng quá trình thi công hay đào đất theo từng giai đoạn giống như thực tế được mô hình bằng cách kích hoạt hoặc không kích hoạt các vùng phần tử, đặt tải trọng, thay đổi mực nước…;

• Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian có thể được tính toán bằng phân tích cố kết;

• Được tích hợp mô hình đất đẳng hướng, tuyến tính đơn giản của Mohr-Coulomb và các mô hình đất phi tuyến, phức tạp hơn như: mô hình Hardening Soil, mô hình Soft-Soil-Creep, mô hình Soft-Soil, mô hình Cam-Clay cải tiến.

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

Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là yếu tố quan trọng của các chương trình

phần tử hữu hạn vì các chương trình này tính toán ứng suất và chuyển vị trong đất

chịu tác dụng của tải trọng ngoài [15]. Công thức quan hệ giữa ứng suất và biến

dạng đơn giản nhất là mối quan hệ tuyến tính tuân theo định luật Hooke như công

thức 2.19.

Quan hệ ứng suất và biến dạng trên được xét ở điều kiện lý tưởng và chỉ thích hợp

cho một số loại vật liệu, hầu hết các loại đất không thoả được điều kiện lý tưởng

này. Đất là hỗn hợp không đồng nhất, quan hệ ứng suất-biến dạng là phi tuyến và có

cường độ giới hạn, nhạy cảm với sự di chuyển của nước ngầm trong đất thông qua

các lỗ rỗng. Vì vậy, sử dụng quan hệ ứng suất-biến dạng theo định luật Hooke

không xét được đầy đủ các ứng xử của đất. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sử

dụng các mô hình đất nền để đánh giá ứng xử của đất. Các công thức toán học cũng

đã được xây dựng thay cho công thức đơn giản “E” theo định luật Hooke. Trong

những công thức này, giá trị độ cứng của đất sẽ thay đổi mà không phải là hằng số.

Các mô hình đất nền giúp xác định được những thay đổi này và đưa ra các giới hạn

như mặt phá hoại hoặc mặt chảy dẻo. Cần chú ý rằng, hầu hết các chương trình

phần tử hữu hạn địa kỹ thuật đều có tích hợp mô hình đàn hồi tuyến tính cơ bản

57

theo định luật Hooke. Mô hình này thường được sử dụng trong các phân tích sơ bộ

hay khi không có đầy đủ các số liệu về địa chất.

Hai mô hình đất nền trong Plaxis thường được sử dụng để tính toán cho cả đất

dính và đất rời là mô hình Mohr-Coulomb (MC) và mô hình Hardening Soil

(HS). Hình 2.20 mô tả mặt phá hoại của mô hình MC trong không gian ứng suất

chính.

Hình 2.20. Mặt chảy dẻo Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính.

Phương trình mặt phá hoại như sau:

Các thông số cơ bản cần thiết để xác định mô hình MC như sau:

58

1. Thông số về cường độ

• ϕ Góc ma sát trong (độ); • c Cường độ kháng cắt (kN/m2); • ψ Góc giãn nở (độ).

2. Độ cứng

• E Mô đun đàn hồi (kN/m2); • ν Hệ số Poisson.

Mô hình HS là mô hình tiên tiến dùng để mô phỏng ứng xử của đất nền, sử dụng

được cho cả đất dính và đất rời [15]. Độ cứng của đất được mô tả chính xác hơn

bằng cách sử dụng nhiều thông số độ cứng khác nhau: độ cứng khi gia tải trong

thí nghiệm nén 3 trục E50, độ cứng khi dỡ tải trong thí nghiệm nén 3 trục Eur, độ

cứng khi gia tải trong thí nghiệm nén 1 trục Eoed. Các thông số cơ bản trong mô

hình HS như sau:

1. Các thông số về cường độ giống như mô hình MC

• ϕ Góc ma sát trong (độ); • c Cường độ kháng cắt (kN/m2); • ψ Góc giãn nở (độ).

2. Các thông số về độ cứng Hyperbolic

• E50ref Độ cứng pháp tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục (kN/m2);

• Eoedref Độ cứng tiếp tuyến trong thí nghiệm nén 1 trục (kN/m2);

• m Số mũ m; • Eur

ref Độ cứng khi gia tải/dỡ tải (kN/m2); • Vur Hệ số Poisson khi gia tải-dỡ tải; • pref Ứng suất tham chiếu của độ cứng (kN/m2); • Rf Hệ số phá hoại.

Không giống như mô hình MC, mô hình HS cho rằng mô đun độ cứng phụ thuộc

vào ứng suất, hay độ cứng tăng khi ứng suất nén tăng. Hơn nữa, với đất cát

59

thường không đạt được đường quan hệ ứng suất - biến dạng đàn dẻo lý tưởng

như hình 2.21. Khi chịu tác dụng của tải trọng lệch ban đầu, đất nền sẽ tăng độ

cứng đồng thời hình thành biến dạng dẻo không hồi phục được. Người ta quan

sát thấy mối quan hệ biến dạng dọc trục và ứng suất lệch có dạng hyperbol [13],

như hình 2.22

Hình 2.21. Quan hệ ứng suất-biến dạng đàn dẻo lý tưởng.

Hình 2.22. Quan hệ hyperbol giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm 3 trục chuẩn có thoát nước.

60

Giống như mô hình Mohr-Coulomb, khi ứng suất đạt đến trạng thái phá hoại sẽ xảy

ra hiện tượng biến dạng dẻo. Không như mô hình đàn dẻo lý tưởng của Coulomb,

mặt chảy dẻo của mô hình HS tăng bền không cố định trong không gian ứng suất

chính mà nó dãn ra do biến dạng dẻo [13]. Mô hình HS có xét đến chỏm mũ chảy

dẻo dùng để mô hình cho 2 loại tăng bền: tăng bền trượt do biến dạng dư dưới tác

dụng của tải trọng lệch ban đầu; và tăng bền nén do tác dụng của tải trọng trục đẳng

hướng. Khi đất rời chịu tải trọng nén đẳng hướng, biến dạng của vật liệu đất sẽ

không tuân theo đường biến dạng đàn hồi liên tục của mô hình MC. Thực tế sẽ hình

thành biến dạng thể tích dẻo. Chỏm mũ chảy dẻo được dùng để mô hình những biến

dạng này. Hình 2.23 và 2.24 mô tả mô hình HS và mặt chảy dẻo trong mặt phẳng p-

q và trong không gian ứng suất chính.

Hình 2.23. Mặt chảy dẻo của mô hình HS trong mặt phẳng p-q

2.4. Kết luận chương 2

Khi tính toán tường neo cần xét áp lực đất ở ba trạng thái: áp lực đất chủ động,

áp lực đất bị động, áp lực đất ở trạng thái nghỉ. Với hệ thống tường mềm, biểu

đồ áp lực đất phân bố theo dạng hình thang mà không phải phân bố theo hình

61

tam giác như thông thường, do xét đến ảnh hưởng chuyển vị của tường đến sự

phân bố lại áp lực đất.

Hình 2.24. Các đường đồng mức chảy dẻo của mô hình HS trong không gian ứng suất chính.

Chiều dài đoạn không liên kết của neo phải nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn. Neo trong đất thường được bố trí gốc nghiêng từ 10-45o. Khoảng cách bố trí neo sao cho đảm bảo độ mảnh của tường theo phương đứng và tránh ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm neo.

Các phương pháp tính toán tường neo gồm phương pháp RIGID, phương pháp WINKLER, phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp RIGID cần phải biết trước biểu đồ áp lực đất nên không xét được ảnh hưởng của tường đến sự phân bố lại áp lực đất cũng như không mô phỏng được quá trình thi công theo giai đoạn mà chỉ xét tường chịu lực ở giai đoạn cuối cùng và không tính được chuyển vị của tường. Phương pháp WINKLER có xét đến ảnh hưởng của quá trình thi công theo từng giai đoạn nhưng chưa xét được chuyển vị của hệ thống tường đất. Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp giải tích có xét đến tương tác giữa đất và kết cấu,

62

để phân tích tương tác của tường và đất cần phải sử dụng các mô hình đất đàn dẻo tăng bền mà không sử dụng mô hình đàn dẻo lý tưởng. Các mô hình thường sử dụng trong tính toán là mô hình Mohr-Coulomb, mô hình Hardening Soil.

63

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU: DỰA ÁN LAKE PARKWAY

3.1. Mô tả dự án Lake Parkway

Dự án Lake Parway, Milwaukee, Wi, US được Cassandra Janel Rutherford mô tả

trong mục 4.3 và áp dụng tính toán bằng phần mềm Plaxis trong mục 7.4 trong đề

tài của mình [4]. Đây là dự án đầu tiên ở Mỹ sử dụng công nghệ cọc đất-xi măng

trộn sâu để thiết kế tường chắn vĩnh cữu nhằm giữ ổn định mái đào cho lòng đường

giao thông. Tường chắn sử dụng là loại tường neo cọc chống/cọc đất-xi măng trộn

sâu và bề mặt bằng bê tông cốt thép như thể hiện trên hình 3.1.

Hình 3.1. Dự án Lake Parkway [4]

3.2. Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis

3.2.1. Mô hình bài toán

Hình 3.2 thể hiện mặt cắt ngang điển hình với chiều sâu hố đào là 9.9m.

64

Hình 3.2. Mặt cắt ngang của dự án Lake Parkway [4]

Dự án được mô hình trong Plaxis bằng các phần tử 15 nút và ứng suất phẳng. Địa

chất gồm 2 lớp, lớp cát trạng thái chặt vừa có bề dày 18.3m, nằm dưới là lớp đất sét

trạng thái cứng. Thuộc tính các lớp đất được thể hiện trong bảng 3.1. Mực nước

ngầm nằm cách mặt đất 2.4m.

Bảng 3.1. Các thuộc tính của các lớp đất cho mô hình Plaxis

Thông số Ký hiệu Đơn vị Lớp đất

Lớp cát Lớp sét Mô hình vật liệu - - MC MC Ứng xử của vật liệu - - Thoát nước Thoát nước Trọng lượng riêng ẩm γunsat kN/m3 19.1 20.7 Trọng lượng riêng bảo hòa γsat kN/m3 19.1 20.7 Hệ số thấm theo phương ngang kx m/day 8.64 8.64E-02 Hệ số thấm theo phương đứng ky m/day 8.64 8.64E-02 Mô đun biến dạng Eref kN/m2 69000 60000 Hệ số Poisson µ - 0.3 0.35 Lực dính có hiệu cref kN/m2 1.0 48.0 Góc ma sát có hiệu ϕ o 30 5.0 Góc giãn nở ψ o 0.0 0.0 Hệ số giảm cường độ lớp phân giới Rinter - 0.67 0.67

Tính thấm - - Không thấm

Không thấm

65

Căn cứ vào kích thước hố đào, kích thước mô hình được xác định dựa theo Briaud

và Lim (1997) [3], chiều rộng mô hình là Be + We , Be = 3(He + D) với He là chiều

cao đào (He = 9.9m) và D là chiều dài của tường chôn trong lớp đất không thấm

nước (D=8.4m). Vậy bề rộng của mô hình là 3 x (9.9 m + 8.4 m) + 20 m = 74.9 m.

Chiều cao mô hình là 38m.

Hố đào có chiều rộng là 40m, chiều sâu đào là 9.9m. Chiều dài theo phương dọc lớn

nên sử dụng mô hình ứng suất phẳng. Hố đào được chống đỡ bằng tường neo đất-xi

măng trộn sâu với chiều dài cọc là 20.6m. Hàng neo bên trên ở cao độ 2.1m cách

mặt đất và hàng neo thứ 2 cách hàng neo thứ nhất 3.9m. Khoảng cách theo phương

ngang giữa các neo là 2.1m. Đặc trưng của tường đất-xi măng được thể hiện ở bảng

3.2. Phần tử Plate dùng để mô hình tường neo, các phần tử phân giới (interface)

được dùng để mô tả sự làm việc đồng thời giữa kết cấu tường và đất nền, có thuộc

tính giống như thuộc tính đất nền.

Bảng 3.2. Các đặc trưng của tường neo cọc đất-xi măng trộn sâu

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Ứng xử của vật liệu - - Elastic Độ cứng dọc trục ΕΑ kN/m 2.89E+05 Độ cứng khi uốn ΕΙ kNm2/m 1.67E+05 Bề dày tương đương d m 8.20 Trọng lượng w kN/m/m 20.32 Hệ số poisson ν - 0.15

Tổng chiều dài của neo là 20m, có góc nghiêng 15 độ so với phương ngang. Phần tử

node to node được dùng để mô hình đoạn chiều dài không liên kết của neo trong

đất. Phần tử geogrid dùng để mô hình chiều dài đoạn liên kết của neo. Các đặc

trưng của phần tử node to node và phần tử geogrid thể hiện ở bảng 3.3 và bảng 3.4.

Lực neo sẽ được truyền vào neo trong quá trình phân tích, tính toán mà không được

gán trước vào mô hình.

66

Bảng 3.3. Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Ứng xử của vật liệu - - Elastic Độ cứng dọc trục ΕΑ kN/m 2.00E+05 Khoảng cách theo phương ngang Ls m 2.10 Lực neo của hàng neo số 1 F1 kN/m 229.76 Lực neo của hàng neo số 2 F2 kN/m 391.44

Bảng 3.4. Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Ứng xử của vật liệu - - Elastic

Độ cứng dọc trục ΕΑ kN/m 1.0E+05

Do bài toán đối xứng nên chỉ mô hình cho một nửa hố đào. Mô hình bài toán được

thể hiện trên hình 3.3. Lưới phần tử hữu hạn được phát sinh với độ thô tổng thể loại

rất mịn, lưới xung quanh phần tử tường được làm mịn hơn để mô hình chính xác

hơn ứng xử của đất và tường. Điều kiện biên gồm tính ngàm chuẩn (Ux = Uy = 0)

cho mặt đáy nằm ngang và tính ngàm ngang (Ux = 0) cho 2 mặt đứng. Điều kiện

ban đầu đòi hỏi phải phát sinh áp lực nước và ứng suất ban đầu. Đường mực nước

được đưa vào mô hình ở chiều sâu cách mặt đất 2.4m. Áp lực nước được phát sinh

và sau đó ứng suất ban đầu được tính toán bằng hệ số K0.

Quá trình thi công được mô phỏng bằng nhiều giai đoạn khác nhau. Giai đoạn 1,

tường được lắp đặt và đào đất đến tầng neo đầu tiên (hình 3.3). Giai đoạn 2, lắp đặt

và truyền tải trọng cho hàng neo đầu tiên (hình 3.4). Giai đoạn 3, đào đất đến cao

độ của hàng neo thứ 2, trong giai đoạn này cao độ đào đã thấp hơn mực nước ngầm

nên phải vẽ lại đường mực nước và tính lại áp lực nước (hình 3.5). Giai đoạn 4, lắp

67

đặt và truyền lực cho hàng neo thứ 2 (hình 3.6). Giai đoạn cuối cùng, đào đất đến

cao độ thiết kế, vẽ lại đường mực nước và tính lại áp lực nước (hình 3.7).

Hình 3.3. Giai đoạn 1 – Đào đất đến tầng neo đầu tiên

Hình 3.4. Giai đoạn 2 – Truyền lực cho tầng neo đầu tiên

68

Hình 3.5. Giai đoạn 3 – Đào đất đến tầng neo thứ 2

Hình 3.6. Giai đoạn 4 – Truyền lực cho tầng neo thứ 2

Hình 3.8 thể hiện biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo

kết quả tính toán của Cassandra Janel Rutherford [4]. Giá trị mô men và chuyển vị

ngang lớn nhất của tường ở giai đoạn này có giá trị tương ứng là 152.97kNm/m và

23.90mm.

69

Hình 3.7. Giai đoạn 5 – Đào đất đến cao độ thiết kế

Hình 3.8. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5 theo kết quả của Cassandra Junel Rutherford.

70

Nhận xét kết quả bài toán: Dựa vào biểu đồ mô men uốn theo kết quả của

Cassandra Janel Rutherford, giá trị tung độ dương và âm trên biểu đồ chênh nhau

khá lớn và tập trung ở đoạn chiều sâu tường gần cao độ đào hơn. Nếu thay đổi vị

trí hàng neo thứ 2, hoặc giá trị các lực neo để kết quả mô men âm và dương của

tường tương đối cân bằng nhau thì ta sẽ có giá trị mô men lớn nhất nhỏ hơn và

chuyển vị ngang lớn nhất của tường cũng sẽ nhỏ đi.

Trong phần tính toán của mình, Cassandra Janel Rutherford chỉ mô hình và phân

tích tường với khoảng cách bố trí 2 neo là 3.9m và lực neo F1,F2 có giá trị theo bảng

3.3. Căn cứ vào nhận xét trên, tiến hành xét các bài toán sau:

• So sánh trường hợp tường có bố trí và không có bố trí neo để chứng minh

tác dụng của neo trong đất trong ổn định hố đào.

• Thay đổi khoảng cách bố trí 2 neo để nghiên cứu sự ảnh hưởng của

khoảng cách neo đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường.

• Thay đổi các giá trị lực neo F1, F2 để nghiên cứu sự ảnh hưởng của lực

neo đến mô men uốn và chuyển vị ngang trong tường.

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

3.2.2.1. Mô hình bài toán

Để chứng minh tác dụng của neo trong đất đối với hệ thống tường chắn ổn định hố

đào, sử dụng các thông số vật liệu và các đặc trưng hình học của tường, neo như

mục 3.2.1 và mô hình bài toán như thể hiện trên hình 3.9. Chiều cao được xét tính

toán khi thi công đến giai đoạn 4, tức đào sâu 6.0m tính từ mặt đất. Mô hình tính

toán bằng phần mềm Plaxis với 2 trường hợp tường không có neo trong đất và

tường có bố trí 2 hàng neo trong đất với các lực neo theo bảng 3.3. Mực nước ngầm

nằm cách mặt đất 2.4m.

71

a. Không có neo b. Có neo Hình 3.9. Mô hình tính toán cho trường hợp tường không có neo và có neo

3.2.2.2. Chuyển vị ngang của tường

Kết quả chuyển vị ngang của tường thể hiện ở hình 3.10a và 3.10b tương ứng cho

trường hợp tường không có neo và tường có bố trí neo trong đất. Chuyển vị ngang

lớn nhất của tường không bố trí neo xảy ra ở đỉnh tường với giá trị 51.58mm,

chuyển vị ngang lớn nhất của tường trong trường hợp có bố trí neo có giá trị

9.60mm xảy ra tại chân tường. Nhờ có neo tác dụng như những điểm giữ nên

chuyển vị ngang của tường giảm đi rất nhiều. Hình 3.11 so sánh chuyển vị ngang

dọc theo chiều sâu tường ứng với 2 trường hợp trên.

a. Không có neo b. Có neo

Hình 3.10. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

72

Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang dọc theo chiều sâu tường.

3.2.2.3. Mô men uốn trong tường

a. Không có neo b. Có neo Hình 3.12. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

73

Hình 3.12 thể hiện mô men uốn trong tường cho hai trường hợp tường không có

bố trí neo và có bố trí neo trong đất. Giá trị mô men lớn nhất trong trường hợp

tường không bố trí neo là 217.91 kNm/m xảy ra ở vị trí phía dưới cao độ đào, do

đất phía trước tường dưới cao độ đào đóng vai trò như gối đỡ nên giá trị mô men

lớn nhất xảy ra ở gần vị trí này. Giá trị mô men uốn lớn nhất trong tường có bố

trí neo xảy ra ở vị trí neo bên dưới có giá trị là 152.98 kNm/m. Hình 3.13 so sánh

mô men uốn dọc theo chiều sâu tường ứng với 2 trường hợp trên. Khi tường được

bố trí neo, neo sẽ tạo nên những điểm tựa làm cho mô men uốn trong tường giảm đi

so với trường hợp không bố trí neo.

Hình 3.13. So sánh mô men uốn dọc theo chiều sâu tường.

74

3.2.2.4. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

Mối quan hệ ứng suất và biến dạng theo mô hình Mohr-Coulomb được thể hiện trên

hình 3.14. Ứng với một điểm ứng suất nào đó trong đất, đất có ứng xử đàn hồi, sau

đó nó đạt đến trạng thái ứng xử dẻo khi ứng suất trong đất tăng lên, lúc này chuyển

vị trong đất không hồi phục lại trạng thái ban đầu được nữa [17]. Tại những điểm

mà chuyển vị tăng đột ngột, vật liệu đạt trạng thái chảy dẻo và xảy ra phá hoại.

Mặt khác, khi đào đất, khối đất ở trạng thái chủ động như thể hiện trên hình 3.15,

tường sẽ có chuyển vị vào phía trong hố đào, ứng suất ngang trong đất sẽ giảm đến

khi xảy ra phá hoại.

Hình 3.14. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

Mặt phá hoại hình thành theo những điểm chảy dẻo của mô hình Mohr-Coulomb.

Tính dẻo hình thành khi xuất hiện biến dạng không hồi phục. Những điểm chảy dẻo

Mohr-Coulomb xuất hiện phía sau tường khi đào đất có thể quan sát trên hình 3.16.

Vùng phá hoại hình cung tròn có thể được xác định dựa vào những điểm chảy dẻo

này. Những điểm chảy dẻo trên hình 3.16 là những điểm chảy dẻo Mohr-Coulomb

nằm phía trên đuờng bao giới hạn.

75

Hình 3.15. Biểu đồ τ-σ và đường bao phá hoại Mohr-Coulomb khi σ’h tăng

Hình 3.16. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp không có neo

76

Như thể hiện trên hình 3.16, những điểm chảy dẻo hình thành theo hình cung tròn

nằm phía sau tường. Những điểm này thể hiện ứng xử phi tuyến của đất như giải

thích bên trên và gây ra phá hoại khối đất.

Các giá trị σxx (σ’v) và σyy (σ’h) có thể xác định được từ phân tích trong Plaxis. Có

thể nhận được giá trị ứng suất có hiệu và biến dạng bằng việc chọn điểm ứng suất

trong mô hình như thể hiện ở bảng 3.5. Hình 3.17a và 3.17b thể hiện các điểm chọn

trong mô hình để vẽ đường quan hệ ứng suất và biến dạng cho trường hợp tường

không bố trí neo và có bố neo trong đất. Theo bảng 3.5, giá trị ứng suất có hiệu

trong trường hợp tường không bố trí neo nhỏ hơn trong trường hợp tường có bố trí

neo, kết quả trên là do tường có chuyển vị lớn, làm giảm ứng suất có hiệu trong đất

đối với trường hợp tường không bố trí neo. Ngược lại, giá trị tổng biến dạng trong

đất cho trường hợp tường không bố trí neo lớn hơn so với trường hợp có bố trí neo.

Giải thích điều này là do tường có bố trí neo sẽ ít có chuyển vị nên làm cho tổng

biến dạng của đất nhỏ đi.

Bảng 3.5. Ứng suất và chuyển vị của những điểm chọn trong mô hình

Trường hợp Điểm (x,y) Ứng suất có

hiệu (kN/m2) Tổng biến dạng (%)

Khô

ng n

eo

A (51.81;35.48) -15.43 0.54

B (49.76;36.21) -10.31 0.40

C (50.51;35.92) -11.99 0.42

Có

neo A (51.54;37.65) -21.98 -0.02

B (50.53;35.16) -85.72 -0.05

C (52.36;33.35) -64.91 -0.04

Hình 3.18 và 3.19 thể hiện quan hệ ứng suất-biến dạng của điểm C và A tương ứng

cho trường hợp tường không có và có bố trí neo trong đất. Các đường quan hệ tuân

theo đúng đường quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình Mohr-Coulomb với

điểm C nằm trong vùng chảy dẻo và điểm A không bị chảy dẻo.

77

a. Không có neo b. Có neo Hình 3.17. Chọn điểm ứng suất để vẽ quan hệ ứng suất-biến dạng.

Hình 3.18. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm C, trường hợp không có neo

Hình 3.20 thể hiện số điểm chảy dẻo trong trường hợp tường có bố trí neo. Như

quan sát, số lượng điểm chảy dẻo giảm hoàn toàn so với số điểm chảy dẻo trên hình

3.16. Như quan sát trên hình 3.20, một số điểm chảy dẻo xuất hiện gần vị trí bầu

neo. Do chiều dài đoạn neo liên kết không đủ yêu cầu nên ứng suất neo phân bố tập

78

trung gần khu vực bầu neo và gây vùng đất bị biến dạng dẻo. Trong mô hình bài

toán, chiều dài đoạn neo liên kết lấy giống như trong mô hình của Cassandra Janel

Rutherford để có cơ sở so sánh ảnh hưởng của khoảng cách bố trí neo mà chưa xét

tính toán chiều dài đoạn neo liên kết. Như vậy, neo trong đất có tác dụng làm giảm

số điểm chảy dẻo trong đất và giữ ổn định tường chắn nếu được bố trí hợp lý.

Hình 3.19. Quan hệ ứng suất-biến dạng tại điểm A, trường hợp có neo.

Hình 3.20. Điểm chảy dẻo ứng với trường hợp tường có bố trí neo

79

3.2.3. Tìm khoảng cách bố trí hợp lý của neo.

Trong bài toán của mình, Cassandra Junel Rutherford chỉ mô phỏng và phân tích

nội lực, chuyển vị ngang của kết cấu tường với khoảng cách hai neo là 3.9m.

Trong mục này, đề tài khảo sát sự thay đổi mô men uốn và chuyển vị ngang của

tường khi khoảng cách bố trí neo thay đổi theo bảng 3.5 và hình 3.21. Các thuộc

tính của đất nền, tường, chiều dài đoạn liên kết và không liên kết theo bảng từ

3.1 đến 3.4.

Bảng 3.6. Khoảng cách 2 hàng neo Khoảng cách 2 hàng neo h(m)

2.70 3.00 3.30 3.60 3.90 4.20 4.50 4.80 5.10 5.40 5.70 6.00 6.30 6.60

-9.90

-2.10

-20.60

2.1

h7.

8-h

10.7

20.6

Cao ñoä ñaøo

Maët ñaát

Hình 3.21. Sơ đồ thay đổi khoảng cách bố trí neo

Các thông số tính toán và các giai đoạn thi công giống như trường hợp mô hình

theo mục 3.2.1, kết quả giá trị tuyệt đối của mô men và chuyển vị ngang lớn nhất

của tường cho từng trường hợp thể hiện ở bảng 3.7.

Hình 3.22 đến 3.26 thể hiện biểu đồ mô men uốn và chuyển vị ngang của tường

cho giai đoạn từ 1 đến 5 với trường hợp khoảng cách hai neo là 3.9m.

80

Hình 3.22. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 1.

Hình 3.23. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 2.

81

Hình 3.24. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 3.

Hình 3.25. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 4.

82

Hình 3.26. Biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5.

Bảng 3.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với các khoảng cách neo

Khoảng cách (m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σh max

2.7 192.95 5 26.84 5 3 185.20 5 26.49 5

3.3 174.02 5 25.41 5 3.6 164.36 5 24.79 5 3.9 156.47 5 24.27 5 4.2 147.32 5 23.69 5 4.5 138.79 5 23.28 5 4.8 130.47 5 22.67 5 5.1 121.79 5 22.64 5 5.4 112.69 5 23.11 5 5.7 121.65 3 24.4 5 6 133.74 3 25.2 5

6.3 162.14 3 27.44 5 6.6 183.44 3 28.25 3

83

Hình 3.26 thể hiện biểu đồ mô men và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5

ứng với trường hợp khoảng cách 2 neo là 3.9m. Như thể hiện trên hình 3.26, giá

trị mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất của tường là 156.47kNm/m và

24.27mm, sai khác so với kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4] tương ứng là

152.97kNm/m và 23.90mm. Sự sai khác này do mô hình trong phầm mềm chưa

hoàn toàn thống nhất với nhau. Tuy nhiên, tỉ lệ sai số giữa hai kết quả là 2.28% và

1.55% tương ứng cho mô men uốn và chuyển vị ngang là không lớn và có thể chấp

nhận được. Theo bảng 3.7, giá trị mô men và chuyển vị ngang lớn nhất trong tường

có thể xảy ra ở giai đoạn thi công số 3, hoặc giai đoạn 5.

Hình 3.27. Biểu đồ quan hệ Mmax và khoảng cách neo.

84

Hình 3.28. Biểu đồ quan hệ σhmax và khoảng cách neo.

Dựa vào các giá trị mô men và chuyển vị ngang trong bảng 3.7, vẽ biểu đồ mô

men uốn lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất của tường theo khoảng cách h

giữa hai hàng neo thể hiện trên hình 3.27 và 3.28.

Giá trị mô men uốn lớn nhất trong tường ứng với khoảng cách hai neo 5.4m có

giá trị là 112.69 kNm/m ở giai đoạn 5, so sánh với giá trị 152.97 kNm/m với

khoảng cách neo 3.9m theo kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4], giá trị nhỏ

hơn 40.28kNm/m là khá nhiều. Tương tự cho giá trị chuyển vị ngang lớn nhất

của tường với khoảng cách neo 5.1m có giá trị 22.64mm ở giai đoạn 5 so với giá

trị 23.90m theo kết quả của Cassandra Janel Rutherford [4], giá trị chênh lệch là

1.26mm.

85

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

Để khảo sát khoảng cách bố trí hợp lý của neo theo mô men uốn và chuyển vị ngang

của tường khi lực neo thay đổi, mô hình bài toán với các trường hợp giá trị lực neo

cho hàng neo bên trên F1 và hàng neo bên dưới F2 theo bảng 3.8. Khoảng cách các

neo theo bảng 3.6. Đặc trưng của đất nền, tường, chiều dài đoạn không liên kết và

liên kết theo bảng 3.1 đến 3.4.

Bảng 3.8. Giá trị lực F1, F2 (T) cho mô hình tính toán

F1 F2

20 30 40

20 x 30 x x 40 x x x 50 x x x

Kết quả các giá trị mô men uốn, chuyển vị ngang lớn nhất ứng với từng khoảng

cách neo cho các trường hợp giá trị lực neo thay đổi được thể hiện trong bảng A.1

đến A.9 của Phụ lục A. Từ các giá trị này vẽ biểu đồ quan hệ giữa giá trị tuyệt đối

của mô men lớn nhất, chuyển vị ngang lớn nhất trong tường theo khoảng cách h

giữa hai neo như hình 3.29 và 3.30.

Theo hình 3.29 và 3.30, khoảng cách bố trí neo có giá trị mô men và chuyển vị

ngang của tường nhỏ nhất nằm trong khoảng 4.5 đến 6m. Khoảng cách neo càng

nhỏ và càng lớn đều cho giá trị mô men và chuyển vị ngang lớn. Khi khoảng cách

neo nhỏ, chiều dài nhịp của tường giữa hàng neo bên dưới và tại vị trí cao độ đào

lớn nên mô men lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.31a). Khi

khoảng cách neo lớn, chiều dài nhịp của tường tựa trên hai gối là hai hàng neo lớn

nên mô men lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.31b).

86

Hình 3.29. Biểu đồ Mmax-h với các giá trị lực neo khác nhau.

Hình 3.30. Biểu đồ quan hệ σhmax-h với các giá trị lực neo khác nhau.

87

a. h=3.0m, F1= F2=200kN/m b. h=6.3m, F1=200, F2=400kN/m Hình 3.31. Biểu đồ mô men ở giai đoạn 5

a. h=3.0m, F1= F2=200kN/m b. h=6.3m, F1=200kN/m, F2=400kN/m

Hình 3.32. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 5.

88

Tương tự đối với chuyển vị ngang của tường, khi khoảng cách neo nhỏ, chiều dài

nhịp của tường giữa hàng neo bên dưới và tại vị trí cao độ đào lớn nên chuyển vị

ngang lớn nhất xuất hiện trong khoảng này (hình 3.32a). Khi khoảng cách neo lớn,

chiều dài nhịp của tường tựa trên hai gối là hai hàng neo lớn nên chuyển vị ngang

lớn nhất xuất hiện trong đoạn chiều dài này (hình 3.32b).

Theo bảng A.1 đến A.9 phụ lục A, khi khoảng cách giữa các neo càng lớn thì giá

trị mô men uốn và chuyển vị lớn nhất trong tường đạt được ở giai đoạn 3. Khi

đào đất đến tầng neo thứ hai (chưa lắp đặt neo), khẩu độ nhịp của tường từ hàng

neo thứ nhất đến cao độ đào (giai đoạn 3) sẽ lớn nên mô men và chuyển vị lớn

nhất sẽ đạt ở giai đoạn này. Khi đến các giai đoạn sau, nhờ lực neo đóng vai trò

là gối đỡ nên mô men và chuyển vị ngang sẽ giảm đi. Như thể hiện trên hình

3.33a và 3.33b cho trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m, giá trị mô

men giai đoạn 3 là -183.27 kNm/m và giai đoạn 5 là -161.70mm. Giá trị chuyển

vị ngang của tường cho giai đoạn 3 là 29.36mm và giai đoạn 5 là 28.75mm như

trên hình 3.34a và 3.34b.

a. Giai đoạn 3 b. Giai đoạn 5 Hình 3.33. Biểu đồ mô men trường hợp h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m.

89

a. Giai đoạn 3 b. Giai đoạn 5

Hình 3.34. Biểu đồ chuyển vị ngang với h=6.6m, F1=200kN/m, F2=500kN/m.

Theo hình 3.29, giá trị mô men uốn tăng khi lực neo tăng và giảm khi lực neo

giảm. Đường cao nhất ứng với giá trị mô men lớn trên hình 3.29 với trường hợp

lực neo F1=200kN/m, F2=500kN/m. Đường thấp nhất ứng với giá trị mô men

nhỏ trên hình 3.29 với trường hợp giá trị lực F1=200kN/m, F2=300kN/m. Do tác

dụng của lực neo lớn, tường sẽ dịch chuyển về phía đất được chắn giữ, làm cho

vùng đất xung quanh neo chuyển sang trạng thái bị động, do đó áp lực đất ở

vùng này tăng lên như hình 3.35 và làm tăng mô men uốn trong tường.

Trên hình 3.30, giá trị chuyển vị ngang của tường giảm khi lực neo lớn. Đường

cong chuyển vị thấp nhất của tường trên hình 3.30 ứng với giá trị lực

F1=400kN/m, F2=400kN/m và đường cao nhất tương ứng chuyển vị ngang lớn

ứng với trường hợp lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m. Dưới tác dụng của áp

lực đất, tường sẽ dịch chuyển vào trong hố đào, nhờ tác dụng của lực neo giữ

nên là giảm chuyển vị của tường nếu lực neo càng lớn. Theo hình 3.36 chuyển vị

90

ngang lớn nhất của tường là 26.98mm và 13.97mm tương ứng với trường hợp

lực neo F1=200kN/m, F2=200kN/m và F1=400kN/m, F2=400kN/m

a. h=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m b. h=4.5m, F1=400kN/m, F2=400kN/m Hình 3.35. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường.

a. h=4.5m, F1=200kN/m, F2=200kN/m b. h=4.5m, F1=400kN/m, F2=400kN/m Hình 3.36. Biểu đồ chuyển vị ngang của tường

91

3.3. Kết luận chương 3

Neo trong đất có tác dụng giữ ổn định kết cấu tường chắn và giảm chuyển vị

ngang của tường. Phá hoại trượt trong đất là do xuất hiện những điểm chảy dẻo

Mohr-Coulomb. Nếu bố trí neo hợp lý sẽ không còn xuất hiện các điểm chảy dẻo

và tường được giữ ổn định.

Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng lớn đến giá trị mô men uốn và chuyển vị

ngang của tường. Giá trị chênh lệch giữa mô men lớn nhất tính theo Cassandra

Janel Rutherford [4] với khoảng cách hai neo 3.9m và giá trị mô men tính toán lớn

nhất với khoảng cách hợp lý 5.4m là 40.28kNm/m. Giá trị chênh lệch giữa chuyển

vị ngang lớn nhất của tường tính theo Cassandra Janel Rutherford [4] với khoảng

cách hai neo 3.9m và giá trị mô men tính toán lớn nhất với khoảng cách hợp lý

5.1m là 1.26mm. Khoảng cách bố trí neo càng lớn hoặc càng nhỏ thì mô men uốn

và chuyển vị ngang của tường càng lớn.

Giá trị lớn nhất của nội lực và chuyển vị của tường có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn

thi công nào tuỳ vào khoảng cách bố trí neo và lực neo. Do đó, trong tính toán

tường neo cần mô phỏng quá trình tính toán tường theo từng giai đoạn thi công

giống như quá trình thi công ngoài thực tế.

Khi lực neo càng lớn thì mô men uốn trong tường càng lớn nhưng chuyển vị ngang

của tường càng giảm. Ngược lại, khi lực neo càng nhỏ thì mô men uốn trong tường

càng nhỏ nhưng chuyển vị ngang càng lớn.

92

KẾT LUẬN

1. Kết luận

Đề tài đã giới thiệu tổng quan về neo trong đất và hệ thống tường giữ ổn định hố

đào có sử dụng neo trong đất. Đây là kết cấu được sử dụng khá phổ biến làm kết

cấu tạm phục vụ thi công hoặc tham gia chịu lực với kết cấu cuối cùng, có nhiều

ưu điểm về thời gian thi công, không chiếm mặt bằng thi công, giá thành thấp

nếu được sử dụng trong điều kiện địa chất thích hợp.

Với hệ thống tường neo mềm, áp lực đất không phân bố theo biểu đồ hình tam

giác như thông thường (tăng tuyến tính theo chiều sâu) mà phân bố theo dạng

hình thang vì có sự phân bố lại áp lực đất do ảnh hưởng của chuyển vị tường

dưới tác dụng của lực neo.

Neo trong đất có tác dụng rất lớn trong ổn định tường chắn và lựa chọn kết cấu

tường. Khi bố trí neo hợp lý sẽ khử được các điểm chảy dẻo trong đất, từ đó giữ

định mái đất. Neo cũng làm giảm mô men uốn và chuyển vị ngang của tường

nên giảm được vật liệu khi thiết kế kết cấu tường

Trong tính toán, thiết kế tường neo cần mô phỏng việc thi công theo từng giai

đoạn phù hợp với các bước thi công ngoài thực tế vì giá trị nội lực, chuyển vị lớn

nhất dùng để tính toán kết cấu có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn thi công nào.

Khoảng cách bố trí neo có ảnh hưởng rất lớn đến nội lực và chuyển vị lớn nhất

của tường. Khoảng cách neo quá nhỏ hoặc quá lớn đều gây mô men uốn và

chuyển vị ngang của tường lớn. Do đó, khi thiết kế hệ thống tường neo cần tìm

khoảng cách bố trí neo tối ưu nhất để giảm nội lực, chuyển vị trong tường và hạ

được giá thành công trình.

Lực neo có ảnh hưởng lớn đến mô men uốn và chuyển vị ngang của tường. Lực

neo càng lớn trong phạm vi cho phép thì mô men uốn càng tăng, chuyển ngang

93

của tường càng giảm. Lực neo càng nhỏ thì mô men uốn càng nhỏ nhưng chuyển

vị ngang của tường càng lớn.

2. Kiến nghị

Khi tính toán, thiết kế hệ thống tường neo cần tối ưu khoảng cách bố trí neo và

lực truyền cho neo, sao cho nội lực xuất hiện trong kết cấu là nhỏ nhất, nhằm tiết

kiệm được chi phí vật liệu và hạ giá thành công trình.

Khi thiết kế tường neo trong điều kiện yêu cầu cao về chuyển vị, cần sử dụng

neo có giá trị lực lớn. Ngược lại, khi không yêu cầu về chuyển vị, với các loại

tường mềm có độ cứng EI nhỏ, sử dụng neo có lực neo nhỏ; với các loại tường

cứng có EI lớn, sử dụng neo có lực lớn nhằm khai thác được tối đa khả năng

chịu tải của vật liệu.

94

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. AASHTO LRFD Section 11. Abutments, Piers and Walls.

[2]. Anthony D. Barley and Chris R. Windsor. “Recent Advances In Ground Anchor And Ground Reinforcement Technology With Reference To The Development Of The Art”.

[3]. Briaud, J.–L., and Lim, Y. (1997). “Soil Nailed Wall Under Piled Bridge Abutment: Simulation and Guidelines,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.

[4]. Cassandra Janel Rutherford. (2004). “ Design Manual for Excavation Support Using Deep Mixing Technology”, Texas A&M University.

[5]. CH2M HILL in cooperation with Earth Mechanics, Inc. and Parsons Brinckerhoff Inc. (2008). “Seismic Analysis and Design of Retaining Walls, Buried Structures, Slopes, and Embankments - Recommended Specifications, Commentaries, and Example Problems”. Draft Final Report – Volume 2 to the NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP) on Project 12-70.

[6]. Lê Văn Cường. (2007). “Dự án tuyến mêtro Athens – Hy Lạp”. Hội thảo tại trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2007.

[7]. D. E. Wheatherby. (1982). “Tiebacks”. Report No. FHWA-RD-82-047, Federal Highway Administration.

[8]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. I. Design and Construction. Report No. FHWA-RD-75-128, Federal Highway Administration.

[9]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. II. Design Fundamentals. Report No. FHWA-RD-75-129, Federal Highway Administration.

[10]. D. T. Goldberg, W. E. Jaworski, and M. D. Gordon. (1976). “Lateral Support Systems and Underpinning”. Vol. III. Construction Method. Report No. FHWA-RD-75-130, Federal Highway Administration.

[11]. Eur.Ing. A D BARLEY, Director of Engineering, Keller Ground Engineering, Wetherby, UK. “The single bore multiple anchor system”.

95

[12]. Ground Anchor Technology Brochure and website, Samwoo Geotech Co., Ltd. 2008. http://www.swanchor.com.

[13]. Trần Quang Hộ. (2008). “Ứng Xử Của Đất và Cơ Học Đất Tới Hạn”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.

[14]. John P. Turner and Eric A. Sackett. (2005). “Analysis of Anchor Load Tests at The Flying V Slide”. Report No. FHWA-WY-05/03F, Federal Highway Administration.

[15]. Kevin Abraham. (2007). “Three Dimensional Behavior of Retaining Wall Systems”, Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College.

[16]. Kim S.K. (2008). “Ground Anchor and Anchored Systems”. Samwoo Ground Engineering and Consulting Ltd. Báo cáo tại Hội thảo chuyên đề tại Tổng công ty Vinaconex, Hà Nội, ngày 27 tháng 08 năm 2008.

[17]. KIVANÇ S&NC&L. (2006). “Numerical Analysis of Anchored Concrete Pile Wall: A Case Study”. Master’s Thesis in Civil Engineering, Atılım University.

[18]. Lindy M. Johnson and John P. Turner. (2003). “Performance of Permanent Ground Anchors for Landslide Stabilization”. Report No. FHWA-WY-03/03F, Federal Highway Administration.

[19]. Mueller, C.G., Long, J.H., Weatherby, D.E., Cording, E.J., Powers III, W.F., and Briaud, J-L. (1998). “Summary Report of Research on Permanent Ground Anchor Walls, Vol. 3, Model-Scale Wall Tests and Ground Anchor Tests” Report No. FHWA-RD-98-067, Federal Highway Administration.

[20]. Lê Văn Pha, Văn Hữu Huệ. “ Phân tích Sự Tác Động Tương Hỗ Giữa Đất và Tường Cọc Bản có 1 Neo Trong Nền Đất Cát”, Ủy ban nhân dân quận 5, Tp.Hồ Chí Minh, Việt Nam.

[21]. Pieter A. Vermeer, Ankana Punlor, Nico Ruse. (2001). “Arching Effects Behind a Soldier Pile Wall”. Institute for Geotechnical Engineering, University of Stuttgart, Pfaffeuwoldring 35, D70569 Stuttgart, Germany.

[22]. P.J. Sabatini, D.G. Pass, R.C. Bachus. (1999). “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO. 4 - Ground Anchors and Anchored Systems”. Report No. FHWA-IF-99-015, Federal Highway Administration.

96

[23]. P.J. Sabatini, R.C. Bachus, P.W. Mayne, J.A. Schneider, T.E. Zettler. (2002). “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO. 5 - Evaluation of Soil and Rock Properties”. Report No. FHWA-IF-02-34, Federal Highway Administration.

[24]. Rajendra Karki. (2006). “Effect of Deep Excavations on Circular Tunels in Fine–grained Soils”, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada.

[25]. Ralph W. Strom and Robert M. Ebeling. (2002). “Simplified Procedures for the design of Tall, Stiff Tieback Walls”. Report No. ITL TR-02-10, U.S. Army Corps of Engineers.

[26]. Ralph W. Strom and Robert M. Ebeling. (2002). “Methods Used in Tieback Wall Design and Construction to Prevent Local Anchor Failure, Progressive Anchorage Failure, and Ground Mass Stability Failure”. Report No. ITL TR-02-11, U.S. Army Corps of Engineers.

[27]. Richard S. Cheney. (1990). “Pernament Ground Anchor”. Volume 1, Final Report. Report No. FHWA-DP-90-068-003, Federal Highway Administration.

[28]. Richard S. Cheney. (1990). “Pernament Ground Anchor”. Volume 2, Field Demostration Project Summaries. Report No. FHWA-DP-90-068-003, Federal Highway Administration.

[29]. Robert M. Ebeling, Muluneh Azene, and Ralph W. Strom. (2002). “Simplified Procedures for the Design of Tall, Flexible Anchored Tieback Walls”. Report No. ITL TR-02-09, U.S. Army Corps of Engineers.

[30]. Strom, R. W., and Ebeling, R. M. (2001). “State of the practice in the design of tall, stiff, and flexible tieback retaining walls,” Technical Report ERDC/ITL TR-01-1, U.S. Army Corps of Engineers.

[31]. Suk G. (2007). ”Ground anchor method”. Paper presented in the Ground Anchor Technology Seminar held by Samwoo Geotech in Hanoi, June 2007.

[32]. Suk G. (2007). “Retaining Walls (Các kết cấu tường chắn)”. Báo cáo tại Hội thảo Neo trong đất do công ty Samwoo (Hàn Quốc) tổ chức tại Khách sạn Daewoo Hà Nội ngày 14/6/2007.

[33]. Tennessee Department of Transportation. (2006). “Retaining Structures Manual”.

97

[34]. Nguyễn Trường Tiến, Nguyễn Đức Toản, Đặng Đình Nhiễm, Phạm Ngọc Tân, Lê Trung Kiên, Võ Ngọc Quận. (2008). “ Công Trình Ngầm và Không Gian Ngầm Của Việt Nam - Hôm Nay và Ngày Mai”. Hội thảo “Những bài học kinh nghiệm quốc tế và Việt Nam về công trình ngầm đô thị”, Tp. HCM, ngày 22 tháng 10 năm 2008.

[35]. Xanthakos, P.P. (1991). “Ground Anchors and Anchored Structures”, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, 686p.

98

PHỤ LỤC

Bảng A.1. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=200kN/m.

Khoảng cách (m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 158.85 5 31.01 5 3 149.70 5 29.81 5

3.3 145.70 5 29.73 5 3.6 136.13 5 28.54 5 3.9 127.56 5 28.20 5 4.2 120.30 5 27.85 5 4.5 111.35 5 26.98 5 4.8 99.61 5 26.43 5 5.1 89.19 3 26.33 5 5.4 100.91 3 26.71 5 5.7 114.15 3 28.01 5 6 128.50 3 28.96 5

6.3 161.71 3 31.42 5 6.6 183.27 3 33.76 5

Bảng A.2. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=300kN/m.

Khoảng cách h (m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 151.46 5 28.11 5 3 142.76 5 27.41 5

3.3 137.67 5 27.06 5 3.6 127.49 5 26.24 5 3.9 119.47 5 25.68 5 4.2 110.45 5 25.29 5 4.5 101.16 5 24.49 5 4.8 90.13 5 24.10 5 5.1 89.19 3 23.69 5 5.4 100.91 3 24.57 5 5.7 114.15 3 25.81 5 6 128.50 3 26.58 5

6.3 161.71 3 29.31 5 6.6 183.27 3 31.56 5

99

Bảng A.3. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=400kN/m.

Khoảng cách h (m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 200.00 5 26.61 5 3 188.79 5 25.86 5

3.3 181.55 5 25.46 5 3.6 171.32 5 24.64 5 3.9 163.85 5 24.31 5 4.2 153.84 5 23.50 5 4.5 145.90 5 23.03 5 4.8 137.38 5 22.56 5 5.1 129.50 5 22.10 5 5.4 120.13 5 23.12 5 5.7 114.15 3 24.11 5 6 128.50 3 25.04 5

6.3 161.71 3 27.79 5 6.6 183.27 3 29.90 5

Bảng A.4. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=200kN/m, F2=500kN/m.

Khoảng cách h (m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 248.23 5 25.31 5 3 236.78 5 24.45 5

3.3 229.83 5 24.09 5 3.6 219.89 5 23.41 5 3.9 211.82 5 22.92 5 4.2 195.31 5 22.04 5 4.5 194.50 5 21.14 5 4.8 186.86 5 21.45 5 5.1 178.71 5 21.19 5 5.4 169.29 5 21.69 5 5.7 160.35 5 22.89 5 6 150.92 5 23.91 5

6.3 161.71 3 26.65 5 6.6 183.27 3 29.36 3

100

Bảng A.5. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=300kN/m.

Khoảng cách h(m)

Mômen max

(kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 160.58 5 27.56 5 3 149.77 5 26.63 5

3.3 142.83 5 26.09 5 3.6 135.41 5 25.76 5 3.9 126.96 5 25.08 5 4.2 117.46 5 24.35 5 4.5 115.26 2 23.91 5 4.8 115.36 2 23.56 5 5.1 115.38 2 23.16 5 5.4 115.33 2 22.94 5 5.7 119.76 3 23.76 5 6 133.69 3 24.28 5

6.3 163.65 3 26.54 5 6.6 186.96 3 28.20 5

Bảng A.6. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=400kN/m.

Khoảng cách h(m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 189.52 5 26.02 5 3 178.45 5 25.46 5

3.3 170.28 5 24.70 5 3.6 160.47 5 24.13 5 3.9 153.17 5 23.71 5 4.2 144.09 5 22.96 5 4.5 135.87 5 22.45 5 4.8 128.53 5 22.10 5 5.1 120.47 5 21.67 5 5.4 115.33 2 21.43 5 5.7 119.76 3 21.96 5 6 133.69 3 22.76 5

6.3 163.65 3 24.90 5 6.6 186.96 3 26.55 5

101

Bảng A.7. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=300kN/m, F2=500kN/m.

Khoảng cách h(m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 240.71 5 25.04 5 3 226.77 5 24.10 5

3.3 219.79 5 23.70 5 3.6 209.57 5 22.98 5 3.9 201.61 5 22.47 5 4.2 189.23 5 21.92 5 4.5 185.22 5 21.35 5 4.8 177.68 5 20.88 5 5.1 169.51 5 20.40 5 5.4 158.24 5 20.10 5 5.7 152.66 5 20.61 5 6 143.73 5 21.54 5

6.3 163.65 3 23.61 5 6.6 186.96 3 26.30 3

Bảng A.8. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=400kN/m.

Khoảng cách h(m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị max σh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 172.50 5 25.75 5 3 158.40 5 24.91 5

3.3 154.53 5 24.45 5 3.6 144.98 5 23.74 5 3.9 140.85 2 23.10 5 4.2 140.05 2 22.54 5 4.5 140.72 2 22.01 5 4.8 140.46 2 21.64 5 5.1 140.46 2 21.30 5 5.4 140.60 2 21.07 5 5.7 151.52 3 21.04 5 6 164.41 3 21.67 5

6.3 187.54 3 23.56 5 6.6 211.58 3 25.39 3

102

Bảng A.9. Mô men uốn và chuyển vị ngang lớn nhất ứng với khoảng cách bố trí neo khác nhau, trường hợp F1=400kN/m, F2=500kN/m.

Khoảng cách h(m)

Mômen max (kNm/m)

Giai đoạn có M max

Chuyển vị maxσh (mm)

Giai đoạn có σ max

2.7 218.41 5 24.54 5 3 209.20 5 23.80 5

3.3 202.20 5 23.25 5 3.6 193.04 5 22.48 5 3.9 186.50 5 22.07 5 4.2 182.50 5 21.56 5 4.5 171.32 5 20.96 5 4.8 163.63 5 20.53 5 5.1 155.08 5 20.07 5 5.4 144.18 5 19.67 5 5.7 151.52 3 19.68 5 6 164.41 3 20.21 5

6.3 187.54 3 22.21 5 6.6 211.58 3 25.39 3