1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
1.6.2. Nguồn biến dạng ngoài
1.6.2.1. Tải trọng vùng lân cận
- Tải trọng các công trình hiện hữu ảnh hưởng lớn đến việc phân bổ lại áp lực trong đất gây tác động đến chuyển vị tường vây.
- Theo Gerber (1929) và Spangler (1938) nghiên cứu áp lực đất theo phương ngang được phân bổ lại dưới tác động của tải trọng phân bổ bên trên được hiệu chỉnh bởi các hệ số m, n.
- Với tải trọng tập trung
23
2
2 0.16
28 . 0 4
n n H
Q m
P
h
2 23
2 2 2
77 . 0 4
n m
n m H
Q m
P
h
Hình 1.17: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qp
Hình 1.18: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qs
sin cos2 H
Qs
h
1.6.2.2. Áp lực đất và tính chất đất nền
Áp lực ngang: áp lực đất và áp lực thủy tĩnh – tác động lên hệ chống là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chuyển dịch đất khi đào. Độ lớn áp lực đất nói chung tỷ lệ nghịch với cường độ đất, đặc biệt là khi sử dụng các thông số Coulomb và Rankine.
Độ lớn áp lực đất tỷ lệ lớn với mức độ đàn hồi của hệ tường chống. Khi hệ chống bị biến dạng đàn hồi, hệ số áp lực đất tiến tới trị số âm, hay là điều kiện Ka.
Lịch sử hình thành ứng suất của khối đất cũng ảnh hưởng đến độ lớn của các hệ số áp lực đất ngang, đặc biệt là đối với đất sét.
Áp lực ngang tác dụng lên hệ chống sẽ gây biến dạng đàn hồi cho các bộ phận của hệ. Tường dịch vào trong, gây ra một phạm vi chuyển dịch ngang và đứng của khối đất ngoài hố đào. Giai đoạn đầu của hầu hết các hố đào kiểu đào-và-lấp đều làm cho tường bị hẫng consol. Tình trạng này tồn tại cả trước và sau khi lắp đặt hệ giằng đầu tiên. Ở trạng thái ban đầu, các lớp đất trung gian đóng vai trò là điểm ngàm consol. Chiều dài có hiệu của consol vượt quá chiều sâu đào vì điểm cố định không thể xảy ra tại bề mặt đã đào. Chiều sâu ngàm được quy định bởi cường độ đất và độ cứng của tường. Sau khi lắp liên kết giằng đầu tiên, chiều dài hẫng giảm
đi nhiều. Nhưng độ lún bên ngoài hố đào xảy ra ở giai đoạn trước đó không thể hồi phục được. Nghĩa là, trong khi đào theo giai đoạn, độ lún của đất được dần dần tích lũy.
1.6.2.3. Cố kết do thấm và bơm nước
Việc thoát nước cho tầng ngậm nước nông nằm trên lớp đất chịu nén, hoặc sự hạ áp của tầng thấm được nằm bên dưới lớp đất chịu nén, đều có khả năng gây ra lún.
Sự thoát nước gây ra mất mát sức đẩy nổi do vậy làm tăng áp lực thẳng đứng tác dụng lên lớp đất chịu nén. Trường hợp hạ áp của tầng thấm tạo ra một gradient thấm hướng xuống dưới, do đó làm giảm áp lực lỗ rỗng trong lớp đất chịu nén ở trên.
Độ lớn của lún cố kết thực ra là một hàm số của bề dày, tốc độ cố kết hoặc trương nở, và lịch sử hình thành ứng suất của lớp đất khả nén; mức độ và hướng của sự tụt nước ngầm, và tính thấm của tầng ngậm nước đã được tháo nước.
Trong trường hợp dùng tường chống không thấm, áp lực thủy tĩnh có thể lớn hơn áp lực đất. Do đó, sự phân bố áp lực thủy tĩnh dọc theo chiều dài tường chắn có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hợp lực tác dụng lên tường chắn. Dạng biểu đồ áp lực thủy tĩnh được quy định bởi khả năng thấm của tường chắn và các điều kiện thấm gây ra do sự bơm hút nước trong hố đào.
Tổ hợp của một tường không thấm và giả thiết không có sự thấm nước vào hố đào sẽ cho ta trường hợp áp lực thủy tĩnh lớn nhất tác dụng lên tường. Áp lực sẽ tăng lên tỷ lệ với chiều sâu, từ mực nước ngầm thiết kế tới chân tường. Khi giả thiết là có thấm nước, độ lớn phân bố áp lực sẽ giảm đáng kể so với trường hợp có thấm nước, đặc biệt là khi đào càng sâu.
Sự hạ thấp áp suất, một dạng thức tháo khô, được yêu cầu khi cần đề phòng sự nâng thủy tĩnh của cao độ lòng hố đào. Một điều kiện như vậy có thể xảy ra khi một tầng đất tương đối chống thấm nằm trong giới hạn đào được đỡ bởi một tầng tương đối dễ thấm nằm bên dưới. Nếu trọng lượng của lớp đất không thấm còn lại nhỏ hơn áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đáy lớp, thì sự nâng lên có thể xảy ra. Để tránh điều này, phải làm một loạt giếng hạ áp xuyên qua lớp thấm nằm bên dưới để tạo ra sự
giảm áp. Dù vậy, nếu các tường hố đào không xuyên sâu tới lớp không thấm nằm bên dưới lớp dễ thấm, việc hạ áp suất sẽ có tác dụng vượt ra khỏi phạm vi hố đào, như thế gây nên khả năng lún cố kết.
Theo “Deep Excavation – Theory and Practice” của Chang-Yu Ou:
Dưới tác dụng của áp lực đất, tường vây bị uốn cong và biến dạng, khi đó sẽ có sự dịch chuyển tương đối giữa đất và tường.
Đất không có tác dụng gia tăng moment kháng uốn cho tường mà nó làm gia tăng ứng suất tác dụng lên tường. Khi đó, nếu tường được gia cố bằng các sườn, thì hệ sườn này có tác dụng tuyệt vời trong việc gia tăng khả năng kháng uốn cho tường.
Vị trí của sườn có thể thay đổi cả ở bên trong hay ngoài tường. Khi đặt bên trong, nó sẽ là phần tử chịu kéo. Về mặt lý thuyết, sườn nên đặt theo trường hợp này. Tuy nhiên, trong thực tế khi sử dụng cho ta thấy rằng tác dụng tốt nhất của nó là gia tăng moment kháng uốn cho tường. Khi đặt ở vị trí này thì bắt buộc ta phải phá bỏ nó trong quá trình thi công hố đào.
Hình 1.19: Các dạng chuyển vị của tường - trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn (a) Giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn
lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)