Tài liệu Nghiên cứu ổn định tường chắn có cốt và khả năng áp dụng trong công trình thủy lợi

LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu ổn định tường chắn có cốt và khả năng áp dụng trong công trình Thủy lợi” được hoàn thành tại Trường Đại học Thuỷ Lợi. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Quang Hùng đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các giảng viên Khoa Công Trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã cung cấp các tài liệu phục vụ cho luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Nhà xuất bản, các tổ chức, cá nhân cho phép sử dụng tài liệu đã công bố. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Trung tâm Công trình Hồ đập - Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam; bạn bè và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Trong nội dung của luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà chuyên môn. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013 Tác giả Ngô Quang Hiếu LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Ngô Quang Hiếu. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Ngô Quang Hiếu MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 T 4 3 T 4 3 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1 T 4 3 T 4 3 2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................1 T 4 3 T 4 3 3. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................2 T 4 3 T 4 3 4. Kết quả dự kiến đạt được ....................................................................................2 T 4 3 T 4 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN ĐẤT .............................................. 3 T 4 3 T 4 3 1.1. Khái niệm tường chắn đất ................................................................................3 T 4 3 T 4 3 1.2. Các hình dạng kết cấu của tường chắn .............................................................5 T 4 3 T 4 3 1.3. Phân loại tường chắn đất ................................................................................10 T 4 3 T 4 3 1.3.1. Phân loại theo độ cứng ............................................................................10 T 4 3 T 4 3 1.3.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc. ........................................................13 T 4 3 T 4 3 1.3.3. Phân loại theo chiều cao..........................................................................14 T 4 3 T 4 3 1.3.4. Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường ............................................14 T 4 3 T 4 3 1.3.5. Phân loại theo kết cấu .............................................................................14 T 4 3 T 4 3 1.4. Cấu tạo tường chắn có cốt ..............................................................................17 T 4 3 T 4 3 1.4.1. Khái niệm về đất có cốt ...........................................................................17 T 4 3 T 4 3 1.4.2. Những lợi ích của công nghệ đất có cốt. ...............................................18 T 4 3 T 4 3 1.4.3. Phạm vi và điều kiện sử dụng của tường chắn có cốt .............................19 T 4 3 T 4 3 1.4.4. Cấu tạo tường chắn có cốt .......................................................................21 T 4 3 T 4 3 1.5. Hướng nghiên cứu của luận văn ....................................................................24 T 4 3 T 4 3 1.6. Kết luận ..........................................................................................................25 T 4 3 T 4 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG T 4 3 CHẮN CÓ CỐT ...................................................................................................... 27 T 4 3 2.1. Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn đất................................................27 T 4 3 T 4 3 2.2. Cơ sở tính toán ổn định tường chắn có cốt ....................................................28 T 4 3 T 4 3 2.2.1. Nguyên lý làm việc của đất có cốt về mặt cơ học...................................28 T 4 3 T 4 3 2.2.2. Cơ sở tính toán ổn định tường chắn có cốt. ...........................................34 T 4 3 T 4 3 2.2.3. Các bước tính toán thiết kế tường chắn có cốt ........................................52 T 4 3 T 4 3 2.3. Phương pháp toán và phần mềm ứng dụng ....................................................52 T 4 3 T 4 3 2.3.1. Giải bài toán T 4 3 ứng suất biến dạng bằng phương pháp PTHH ...............53 T 4 3 T 4 3 T 4 3 2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán đất có cốt ...........................67 T 4 3 T 4 3 2.3.3. Giới thiệu về chương trình phần mềm Plaxis .........................................73 T 4 3 T 4 3 2.4. Kết luận chương II .........................................................................................74 T 4 3 T 4 3 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN CÓ CỐT TRONG T 4 3 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÈ BẢO VỆ BỜ TẢ SÔNG HỒNG QUẬN LONG BIÊN THÀNH PHỐ HÀ NỘI T 4 3 ................................................................................................................................... 76 3.1. Giới thiệu công trình ......................................................................................77 T 4 3 T 4 3 3.1.1. Vị trí khu vực dự án ................................................................................77 T 4 3 T 4 3 3.1.2. Điều kiện tự nhiên vùng dự án ................................................................77 T 4 3 T 4 3 3.1.3. Nhiệm vụ công trình ...............................................................................79 T 4 3 T 4 3 3.1.4. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế ....................................................79 T 4 3 T 4 3 3.2. Thiết kế chi tiết cho tường kè bảo vệ bờ sông bằng công nghệ tường chắn có T 4 3 cốt lưới địa kỹ thuật...............................................................................................80 T 4 3 3.2.1. Các thông số đầu vào ..............................................................................80 T 4 3 T 4 3 3.2.2. Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của tường chắn ..............................81 T 4 3 T 4 3 3.2.3. Trường hợp tính toán ..............................................................................82 T 4 3 T 4 3 3.3. Phân tích và nhận xét kết quả tính toán .........................................................84 T 4 3 T 4 3 3.3.1. Kết quả tính toán trường hợp L c = 4,2m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........84 T 4 3 R R R R T 4 3 3.3.2. Kết quả tính toán trường hợp L c = 4,8m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........90 T 4 3 R R R R T 4 3 3.3.3. Kết quả tính toán trường hợp L c = 5,4m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........96 T 4 3 R R R R T 4 3 3.3.4. Kết quả tính toán trường hợp L c = 5,4m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ......102 T 4 3 R R R R T 4 3 3.4. Kết luận ........................................................................................................111 T 4 3 T 4 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................113 T 4 3 T 4 3 1. Các kết luận chung ..............................................................................................113 T 4 3 T 4 3 2. Những mặt hạn chế .............................................................................................113 T 4 3 T 4 3 3. Các kiến nghị.......................................................................................................114 T 4 3 T 4 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................115 T 4 3 T 4 3 Tiếng Việt................................................................................................................115 T 4 3 T 4 3 Tài liệu nước ngoài .................................................................................................116 T 4 3 T 4 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Một số hình ảnh về các dạng tường chắn trong công trình.......................5 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 2: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường...........................................................10 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 3: Dạng tường chắn rọ đá trong thực tế tại khu đô thị Bát Tràng ..............11 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 4: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường cứng..................................................12 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 5: Dạng tường chắn cứng trong thực tế.......................................................12 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 6: Các dạng tường phân loại theo nguyên tắc làm việc của tường. ............13 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 7: Các dạng tường phân loại theo góc nghiêng của tường. ........................14 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 8: Các dạng tường phân loại theo hình dạng kết cấu của tường. ...............15 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 9: Tường bản góc .........................................................................................16 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 10: Dạng tường lắp ghép - Rọ đá và tường đất có cốt. ...............................17 TU 4 3 T 4 3 U Hình 1. 11: Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một công trình tường chắn đất TU 4 3 có cốt với tường bao là vỏ cứng (mặt cắt ngang tường) ........................................21 T 4 3 U Hình 1. 12: Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một công trình tường chắn đất TU 4 3 có cốt với tường bao là vỏ mềm (mặt cắt ngang tường) .........................................21 T 4 3 U Hình 2. 1: Trạng thái ứng suất của một điểm trong đất ..........................................29 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 2: Vai trò của cốt hạn chế khối đất nở ngang khi chịu lực tác dụng thẳng đứng TU 4 3 T 4 3 U ...................................................................................................................................30 Hình 2. 3 Cốt dạng khung, dạng lưới bằng thép tròn tạo ra sức cản bị động của đất TU 4 3 nhờ có các thanh cốt bố trí vuông góc với phương truyền lực P p ............................32 R U R3 T 4 Hình 2. 4: Cơ cấu truyền lực thông qua ma sát giữa cốt và đất ...............................32 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 5: Sơ đồ kiểm toán tổng thể mặt ngoài (mặt đất nằm ngang)......................36 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 6: Sơ đồ kiểm toán tổng thể mặt ngoài (mặt đất dốc đều) ...........................36 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 7: Sơ đồ kiểm toán tổng thể mặt ngoài (mặt đất gãy khúc) .........................37 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 8: Mô hình phá hoại của khối đất có cốt .....................................................43 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 9: Các lực tác dụng và sơ đồ tính toán T j ....................................................46 TU 4 3 R U R3 T 4 Hình 2. 10: Sơ đồ trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH .........................57 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 11: Sơ đồ TT đất có cốt có kể đến tác dụng tương hỗ giữa đất và cốt ........68 TU 4 3 T 4 3 U Hình 2. 12: Sơ đồ biến dạng của đất có cốt .............................................................69 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 1: Hình ảnh khu vực dự án nhìn từ vệ tinh ..................................................77 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 2: Sơ đồ tính toán chiều sâu chôn móng ......................................................81 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 3: Sơ đồ tính toán .........................................................................................83 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 4: Lưới phần tử hữu hạn ..............................................................................83 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 5: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ......................84 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 6: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...................................................84 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 7: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .........................................................85 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 8: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 4,2m (L =0,7H tt ); S v = 0,5m 85 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 9: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ......................86 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 10: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................86 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 11: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................87 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 12: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 4,2m (L=0,7H tt ); S v =0,6m .87 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 13: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................88 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 14: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................88 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 15: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................89 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 16: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,2m (L=0,7H tt ); S v =0,75m .89 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 17: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................90 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 18: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................90 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 19: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................91 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 20: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,50m .91 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 21: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................92 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 22: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................92 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 23: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................93 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 24: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,60m .93 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 25: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................94 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 26: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................94 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 27: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................95 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 28: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,75m .95 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 29: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................96 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 30: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................96 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 31: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................97 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 32: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,50m .97 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 33: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................98 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 34: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; .................................................98 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 35: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................99 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 36: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,60m .99 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 37: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................100 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 38 : Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ..............................................100 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 39: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................101 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 40: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,75m TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U .................................................................................................................................101 Hình 3. 41: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................102 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 42: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...............................................102 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 43: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................103 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 44: Cường độ chịu kéo trong cốt, trường hợp L cốt =6,0m (L=H tt ); S v =0,5m .103 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 45: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................104 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 46: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...............................................104 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 47: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................105 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 48: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 6,0m (L = H tt ); S v = 0,6m 105 TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U Hình 3. 49: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................106 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 50: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...............................................106 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 51: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................107 TU 4 3 T 4 3 U Hình 3. 52: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 6,0m (L = H tt ); S v = 0,75m TU 4 3 RU U RU U RU U RU U R U RU T 4 3 U .................................................................................................................................107 Hình 3. 53: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài lưới gia cố TU 4 3 khác nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,5m ...................................108 R U RU T 4 3 U Hình 3. 54: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài vải gia cố khác TU 4 3 nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,6m............................................109 R U RU T 4 3 U Hình 3. 55: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài vải gia cố khác TU 4 3 nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,75m..........................................109 R U RU T 4 3 U Hình 3. 56: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định Mfs ~ khoảng cách giữa các hàng cốt Sv TU 4 3 T 4 3 U .................................................................................................................................110 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 2: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn cứng..........................................6 TU 4 3 T 4 3 U Bảng 1. 3: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn mềm ..........................................8 TU 4 3 T 4 3 U Bảng 2. 1: Chiều cao tương đương h eq .....................................................................38 TU 4 3 RU U R3 U T 4 Bảng 3. 1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp công trình..............................80 TU 4 3 T 4 3 U Bảng 3. 2: Quy định về chiều sâu chôn tường tối thiểu D m ......................................81 TU 4 3 R U R3 T 4 Bảng 3. 3: Bảng tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định Mfs của tường kè ........108 TU 4 3 T 4 3 U Bảng 3. 4: Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị theo phương đứng U y (đơn vị: m) ...108 TU 4 3 R U RU T 4 3 U 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái đào khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi... Hiện nay việc áp dụng công nghệ mới là hướng đi phù hợp với xu thế của thời đại. Do đó nhiều giải pháp kỹ thuật tiên tiến về vật liệu, giải pháp thi công của tường chắn đang được đưa vào áp dụng trong việc xử lý phòng chống sạt trượt đất và gia cố mái đất tại Việt nam. Một trong những giải pháp đó là giải pháp tường chắn có cốt. Tại Việt Nam Tường chắn có cốt được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực giao thông (áp dụng để xử lý đường đầu cầu vượt đường sắt Dự án đường trục phía nam Hà Tây cũ, xử lý đường đầu cầu vượt Ngã tư Vọng...), xây dựng dân dụng (dự án tường chắn khu biệt thự cao cấp Sunrise Đà Nẵng...) Việc sử dụng tường chắn có cốt trong công trình Thuỷ lợi tại Việt Nam chưa được áp dụng nhiều, vì vậy lý thuyết và phương pháp tính toán cũng như các dạng hình thức kết cấu vẫn chưa có những nghiên cứu đáp ứng được yêu cầu khi sử dụng trong công trình Thuỷ lợi. Như vậy, việc nghiên cứu tính toán tường chắn có cốt trong công trình Thủy lợi áp dụng cho sản xuất, đáp ứng những yêu cầu thực tiễn của ngành Thuỷ lợi là việc làm rất cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính toán ổn định cho tường chắn có cốt. - Tính toán ổn định tường chắn có cốt áp dụng cho một công trình Thuỷ lợi cụ thể. 2 3. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp các tài liệu thực tế - Phân tích lý luận, lựa chọn phương pháp tính toán ổn định cho loại tường chắn có cốt. - Sử dụng mô hình toán trong tính toán tường chắn có cốt. 4. Kết quả dự kiến đạt được Đề tài đưa ra các loại tường chắn đã và đang áp dụng trong thực tế Xác định nguyên tắc cơ bản khi thiết kế, trình tự tính toán, kiểm tra ổn định của tường chắn có cốt. Ứng dụng tính toán thiết kế tường chắn có cốt áp dụng cho một công trình Thủy lợi. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN ĐẤT 1.1. Khái niệm tường chắn đất Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái đào khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông (hình 1.1). Khi làm việc, lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất. Trong các công trình thủy công, có một số bộ phận của kết cấu công trình không phải là tường chắn đất nhưng có tác dụng tương hỗ với đất và cũng chịu áp lực của đất giống như tường chắn đất. Do đó, khái niệm về tường chắn đất được mở rộng ra cho tất cả những bộ phận của công trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp xúc với chúng và áp lực đất lên tường chắn cũng được hiểu như áp lực tiếp xúc giữa những bộ phận ấy với đất. Tường chắn đất là một loại kết cấu khá phổ biến trong công trình Thủy lợi. Tường chắn thường dùng làm vách ngăn cho các công trình đầu mối trên sông, công trình tưới tiêu, trạm bơm, trạm thủy điện, âu thuyền, bể áp lực và các kênh, máng, các công trình bảo vệ bờ và bến cảng ... Xét về mặt hình thức kết cấu, tường chắn đất có hai loại chính: - Tường chắn đất trọng lực bằng bê tông - Tường chắn đất bằng bê tông cốt thép. Xét về mặt biện pháp thi công, tường chắn đất cũng được chia làm hai loại: - Tường chắn đất toàn khối - Tường chắn đất lắp ghép Xét về biến dạng và chuyển vị của tường cũng được chia làm hai loại: - Tường chắn cứng - Tường chắn mềm 4 Tường bên tràn xả lũ hồ chứa nước Núi Cốc Tường chống sóng đảo Bạch Long Vĩ Tường kiểu lắp ghép trong XD dân dụng Tường kiểu lắp ghép trong XD giao thông Tường kè chống xói lở bờ sông Hồng Tường chống sạt lở mái đồi 5 Tường cừ hố móng công trình Tường lắp ghép Hình 1. 1: Một số hình ảnh về các dạng tường chắn trong công trình 1.2. Các hình dạng kết cấu của tường chắn Kết cấu hợp lý của tường chắn là kết cấu thoả mãn được hai yêu cầu cơ bản sau đây: - Bảo đảm độ ổn định chung của toàn bộ tường và nền, và bảo đảm đủ cường độ bản thân tường. - Diện tích mặt cắt tường là nhỏ nhất, tức là khối lượng vật liệu ở mức tối thiểu. Ngoài ra, có thể dựa trên cơ sở cải tiến, lựa chọn ra những kết cấu thích hợp, cũng có thể bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình với khối lượng vật liệu dùng ít nhất. Hiện nay, việc dùng loại tường chắn có cốt đang được phổ biến rộng rãi và là một phương hướng cải tiến mới kết cấu của tường. 6 Bảng 1. 1: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn cứng Tên gọi theo Số thứ Sơ đồ tường tự kết cấu và điều kiện xây dựng Vật liệu Đặc điểm làm tường - Sự ổn định của tường chủ yếu nhờ trọng MN max lượng bản thân; MN min 1 Tường khối (liền khối) - Bê tông - Kích thước mặt cắt - Đá hộc - Gạch tường được xác định từ điều kiện ổn định về lật với giả thiết hình thành khê thông suốt tại mặt cắt tính toán - Sự ổn định của tường 2 trọng lượng khối đất đè MN max MN min nhờ lên bản đáy và một Tường bản - Bê tông góc - Bê tông (liền khối) cốt thép phần lượng nhờ bản trọng thân tường; - Kích thước mặt cắt tường được xác định từ điều kiện độ bền chống nứt tại những vùng chịu 7 kéo. - Sự ổn định của tường MN max nhờ trọng lượng khối đất đè 3 Tường bản MN min góc có chống - Bê tông lên bản đáy ; cốt thép - Bản chống có tác dụng làm tăng độ (liền khối) cứng và tính ổn định của tường. - Sự ổn định của MN tường chủ yếu nhờ Tường ngăn kiểu tổ ong 4 (lắp ghép) - Bê tông cốt thép trọng lượng đất, cát đổ vào các ngăn ; - Các bản đứng lắp ghép làm tăng thêm độ cứng của tường.. - MN Tường mái 5 Tính ổn định - Bê tông chống lật lớn, giảm nghiêng cốt thép được áp lực đất tác (tường cánh) - Đá hộc dụng (liền khối) - Gạch giảm lên tường, tiết diện tường. - Có đặc điểm như MN 6 Tường bản - Bê tông góc có chống cốt thép (lắp ghép) loại tường số 3; - Tiết diện cốt thép giảm bớt khối lượng gỗ, tăng nhanh tốc độ thi công. 8 MN Tường bản góc có chống 7 liến khối (lắp ghép) - Bê tông - Có đặc điểm như cốt thép loại tường số 6; - Bê tông Bảng 1. 2: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn mềm Tên gọi Số thứ Sơ đồ tường tự theo kết Vật liệu cấu và điều làm kiện xây tường Đặc điểm dựng - Sự ổn định của tường chủ yếu nhờ Rä ®¸ 1 trọng V¶i ®Þa kü thuËt Tường rọ lượng bản - Đá hộc thân; - Kích thước mặt đá cắt tường được xác định từ điều kiện ổn định về lật - Sự ổn định của C¸t 2 Cèt Tường chắn có cốt - Đất, tường nhờ trọng cát , vật lượng khối đất và liệu rời khả năng giữ của Vải địa lớp vải địa kỹ kỹ thuật thuật; - Kích thước mặt 9 cắt tường được xác định từ điều kiện độ bền chống đứt tại những vùng chịu kéo. - Sự ổn định của tường nhờ trụ đỡ; Trô ®ì TÊm BT l¾p ghÐp sau Tường trụ 3 đỡ - Bê - Bản bê tông lắp tông cốt ghép truyền lực tới thép các trụ và tăng độ cứng và tính ổn định của tường. - Sự ổn định của Viªn bª t«ng l¾p ghÐp 4 H×nh d¹ng mét sè lo¹i viªn l¾p ghÐp Tường lắp - Bê ghép bằng tông, bê các viên lắp tông cốt ghép thép tường chủ yếu nhờ trọng lượng đất, cát đổ vào các ngăn ; hoặc chính bản thân trọng lượng của tường Thép, 5 Tường cừ 1 2 nhựa tổng hợp 3 - Ổn định tường nhờ chính tác dụng của cừ, các neo giữ 10 1.3. Phân loại tường chắn đất 1.3.1. Phân loại theo độ cứng Biến dạng của bản thân tường chắn đất (độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa 1 lưng tường chắn với khối đất đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên 3 2 2 3 1 lưng tường và cũng làm thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao tường. Thí nghiệm G.A.Đubrôva đã chứng tỏ khi tường bị biến dạng do chịu áp lực đất thì biều đồ phân Hình 1. 2: Biểu đồ áp lực đất sau bố áp lực đất có dạng hình cong (hình 1.2), nếu lưng tường phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố áp lực đất càng cong và cường độ áp lực đất ở phần trên tăng lên, nếu chân tường có chuyển vị về phía trước thì ở phần trên tường tăng lên rất nhiều, có khi đến 2.5 lần so với cường độ áp lực ban đầu, còn cường độ áp lực đất ở phần dưới tường thì lại giảm. Theo tiêu chuẩn xây dựng, tường chắn được coi là một kết cấu tuyệt đối cứng (tường cứng) nếu như dưới tác dụng của những lực tính toán được xác định có kể tới độ uốn của bản thân tường và độ biến dạng của nền tường, chuyển vị của lưng tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao của phần tường đang xét kể từ đỉnh móng đến mặt cắt tính toán. Trong trường hợp đó, trạng thái ứng suất của đất đắp sau tường có thể đạt cân bằng giới hạn chủ động, bị động hoặc cân bằng đàn hồi, tùy theo độ lớn và hướng chuyển vị tương hỗ giữa đất với tường. 1.3.1.1. Tường chắn mềm: Tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất như nêu trên đây gọi là tường mềm hoặc tường mỏng. Tường mềm thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại. Tường cừ cũng được xếp vào loại tường mềm. Trường hợp tường mềm (thường là tường cừ, tường ngăn bằng gỗ), do biến dạng và chuyển vị của bản thân