Giải bài toán tường chắn có sử dụng neo trong đất theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis

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 đỗ xe ngầm, các công trình ngầm nhằm tận dụng không gian ngầm. Bài viết sẽ trình bày lý thuyết tính toán chính và đi xác định khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn giữ ổn định hố đào vào bài toán cụ thể.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải bài toán tường chắn có sử dụng neo trong đất theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 73 GIẢI BÀI TOÁN TƢỜNG CHẮN CÓ SỬ DỤNG NEO TRONG ĐẤT THEO PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS SOLVING THE RETAINING WALLS PROBLEM USING ANCHOR IN THE GROUND ACCORDING TO THE FINITE ELEMENT METHOD WITH PLAXIC SOFTWARE ThS. NGUYỄN QUỐC TỚI Khoa công trình, Trường đại học Công nghệ GTVT Email: toinq@utt.edu.vn TÓM TẮT: 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 đỗ xe ngầm, các công trình ngầm nhằm tận dụng không gian ngầm. Neo trong đất được sử dụng để giữ ổn định tường chắn đất là một giải pháp công nghệ xây dựng mới đã được ứng dụng trong thiết kế và thi công ở các nước trên thế giới. Để neo trong đất được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam, góp phần làm đa dạng các giải pháp thiết kế, thi công công trình xây dựng trong nước, bài báo sẽ trình bày lý thuyết tính toán chính và đi xác định khoảng cách bố trí hợp lý của neo trong đất cho hệ thống tường chắn giữ ổn định hố đào vào bài toán cụ thể. TỪ KHÓA: Tường chắn; Neo trong đất; Ổn định hố đào; Phần mềm Plaxis. SUMMARY: For economic and social development, Vietnam has been investing new infrastructure such as: roads, tunnels, underground parking lot and underground constructions to utilize underground space. Ground anchor is used to stabilize the retaining wall. This is a new construction technology solution which has been applied to designs and constructions in several countries around the world. In order for this solution to be widely used in Vietnam, contributing to the diversity of design solutions and construction of buildings in the country, the paper will present the main theoretical calculations and determine the reasonable arranging distance of the anchor in the ground for retaining wall system to stabilize the excavation on the specific problem. KEYWORDS: Retaining walls; Ground anchor; Excavation stability; Plaxic software. 1. MỞ ĐẦU Trong thực tế có nhiều loại tường chắn như tường cọc ván thép, tường cọc bê tông cốt thép, tường cọc xi măng đất... Tường chắn được phân thành hai loại là tường cứng và tường mềm tùy theo cơ chế tường tương tác với đất nền. Bài báo chỉ nghiên cứu loại tường mềm. Tùy theo chiều sâu đào và điều kiện địa chất, tường chắn có thể có một hoặc nhiều hàng neo để đảm bảo giữ ổn định cho hố đào. Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo, chỉ xét tường chắn có hai hàng neo. Có nhiều phương pháp tính toán tường chắn như phương pháp Rigid, phương pháp Winkler, phương pháp phần tử hữu hạn. Nội dung nghiên cứu của bài báo sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp có xét đến tương tác giữa tường và đất nền để phân tích tường chắn bằng công cụ hỗ trợ là phần mềm Plaxis. Kết quả nghiên cứu 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. NỘI SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG Số 02/2016 74 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 2. TƢỜNG CHẮN CÓ SỬ DỤNG NEO TRONG ĐẤT 2.1. Bố trí neo trong đất [2], [5] - Khi bố trí neo phải kiểm tra tính ổn định đối với kết cấu và nền móng được neo: Hệ số ổn định trượt tổng thể công trình không được nhỏ hơn 1,40. - Xem xét ảnh hưởng của neo đến các công trình lân cận cũng như các công trình ngầm ở gần vùng neo: khoảng cách này theo phương ngang phải lớn hơn 3,0m (BS 8081- 1989). - Về góc nghiêng của neo () và góc neo ngang (): Tốt nhất bố trí hướng của lực tác dụng lên neo trùng với hướng trục neo. Thông thường  ≤ 450 khi nền là đất yếu; Đối với nền đất hạt thô thì cho phép góc ngang của neo  trong phạm vi -50 đến +50. - Khoảng cách bố trí neo: Theo kinh nghiệm thiết kế, khoảng cách bố trí neo lớn hơn 4 lần đường kính neo và đảm bảo khoảng cách bằng 1,5m thì không cần xét đến hiệu ứng nhóm neo. - Lớp đất phủ: Độ dày tối thiểu của lớp đất phủ thân neo là 5,0m. a) Neo nhiều tầng b) Khoảng cách giữa các neo của một tầng Hình 1: Ví dụ minh họa bố trí neo cho tường chắn hố đào 2.2. Tính toán tƣờng chắn theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn [7] 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. 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 thường 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 hóa quá trình thi công thực tế, các giai đoạn thi công trong suốt quá trình phân tích được mô hình gia tăng dần. Qúa trình này dùng mô hình ứng suất- biến dạng để mô phỏng 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. 3. XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH BỐ TRÍ HỢP LÝ CỦA NEO TRONG ĐẤT CHO TƢỜNG CHẮN GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO THUỘC DỰ ÁN LAKE PARKWAY- MỸ [8] 3.1. Mô tả công trình NỘI SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG Số 02/2016 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 75 Đây là dự án đầu tiên ở Mỹ sử dụng công nghệ cọc đất-xi măng trộn sâu để thiết kế tường chắn vĩnh cửu nhằm giữ ổn định mái đào cho lòng đường giao thông. Tường chắn ...