1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
1.6.1. Nguồn biến dạng trong
1.6.1.1. Độ cứng tường chắn và hệ chống đỡ
Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển dịch của đất bên ngoài hố đào. Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích lớn, chi phí thi công tăng cao.
Clough và O’Rourke (1990) dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền.
Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường (EI/h4) Trong đó: E: mô đun đàn hồi của tường ; I: mô ment chống uốn
h: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống
Hình 1.6: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk, 1990
- L. Sebastian Bryson và David G. Zapata-Medina (2012) đã mô phỏng 3D để nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của các loại tường đến chuyển vị của tường tương ứng với các loại đất.
Hình 1.7: Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường - Long (2001) đã nghiên cứu và phân tích 296 trường hợp. Nghiên cứu chủ yếu
tập trung vào kết quả xác nhận của Clough và O’Rourke (1990) cho các vùng đất cứng với hm/H 0,050,25% và vm /H 00,2%.Với đất sét mềm với hệ số an toàn thấp, sự chuyển dịch của tường có thể lên tới hm /H 3,2%. Ông kết luận biến dạng của hố đào sâu trong đất dính cũng như trong đất sét cứng không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống đỡ. Độ cứng ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với hệ số an toàn thấp. Ông tìm ra một hệ số linh hoạt Addenbrooke’s để xác định được độ cứng tường và hệ chống đỡ.
1.6.1.2. Kích thước hố móng
- Hình dạng, kích thước hố móng ảnh hưởng đến sự phân bố chuyển vị của đất xung quanh và bên dưới dáy hố móng.
- Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn. Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn.
- Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994) có xét đến ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L = 40 m và 20 m. Khi đào đến các cấp đào H = 2,5 m; 5,0 m; 15,0 m; 22,5 m cho đất OCR=1. Khi chiều sâu tường tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm, được thể hiện qua hình
Hình 1.8: Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang
- Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đào sâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hố móng.
Hình 1.9: Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp chiều dài tường phụ khác nhau
- Với chiều dài tường phụ (B>20), khi giảm chiều dài của tường chính thì độ lệch của tường sẽ giảm.
1.6.1.3. Hiệu ứng góc
Với những phương án hố đào sâu có mặt bằng đảo là hình chữ nhật hoặc hình vuông thì chuyển vị tại góc là nhỏ nhất.
Hình 1.10: Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật
Hình 1.11: Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào - Trong hình, ở hố đào hình chữ nhật biến dạng ở trung tâm cạnh dài (mặt cắt 1-
1) được xem là biến dạng phẳng.
- Ở vùng trung tâm cạnh ngắn (mặt cắt 2-2), do bị ảnh hưởng của vùng góc nên chuyển vị tường vây nhỏ hơn so với mặt cắt 1-1.
- Các ứng xử tại các góc (A, B) cũng có ứng xử không gian nên chuyển vị nhỏ hơn trung tâm của tường, nhưng góc E có chuyển vị lớn hơn góc B.
Các nghiên cứu về 3D liên quan đến hố đào, ảnh hưởng của góc
- Cùng với việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hố móng, Chang – Yu Ou nghiên cứu và nhận thấy khi tăng chiều dài tường chính hay tường phụ, thì sự ảnh hưởng của góc là không thể kể đến.
- Với độ cứng theo phương ngang lớn, tường vây có ứng xử không gian. Trong khi các phuơng án tường chắn khác như soldier piles, cừ Larsen, cọc vây do độ cứng theo phương ngang bé nên không xét đến hiệu ứng góc.
- Chính vì vậy nên đối với tường vây, để thu được kết quả chính xác, việc phân tích bài toàn không gian để xét đến hiệu ứng góc của tường vây cần được thực hiện. Vấn đề này chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).
Hình 1.12: Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất khoảng cách từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự thay đổi
chiều dài của tường phụ
Trong điều kiện biến dạng phẳng, phần ứng xử của tường trung tâm có tường phụ dài còn ảnh hưởng bởi sự tồn tại của phần góc.
Hình 1.13: Quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng khác nhau
Chang Yu Pu, Dar-Chang Chiou và Tzong-Shiannn Wu (1996) đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng góc đến hố đào sâu tại tòa nhà Hai-Hua tọa lạc tại giao lộ Chung-Hsiao và Chin-San ở thành phố Đài Bắc.
Hình 1.14: Mặt bằng tòa nhà Hai-Hua với bố trí ống Inclinometer
Hình 1.15: Mặt cắt mesh lưới cho công trình
Một tường vây dày 110 cm, dài 42 m và sâu 20,3 m. Phương pháp thi công top- down đã được sử dụng. Đó là bảy giai đoạn đào cho phần góc, nó sẽ được hoàn thành theo những trình tự sau:
+ Đào xuống 1,6 m dưới mặt đất.
+ Thi công sàn bê tông tại bề mặt và đào sâu tới 5,4 m + Thi công sàn 2 tại -3,8 m và đào sâu tới 8,55 m + Thi công sàn 3 tại - 6,95 m và đào sâu tới 11,7 m + Thi công sàn 4 tại - 10,10 m và đào sâu tới 14,6 m + Thi công sàn 5 tại - 13,25 m và đào sâu tới 17,9 m + Thi công sàn 6 tại - 16,4 m và đào sâu tới 20,3 m
Và kết quả
Hình 1.16: Chuyển vị theo độ sâu tại các ống I1, I2, I3 [5]
Bảng1.1: Các thông số đất của tòa nhà Hai-Hua Soil Layer
(1)
Depth (m)
(2)
t
(kN/m3) (3)
C (kPa)
(4)
(*) (5)
n (6)
Rf (7)
1
(8) Vt (9)
K (10)
Kuf (11) Silty-clay 4,2 19,4 50,0 0 0,0 0,7 0,49 0,49 225 225 Silty-sand 10,5 20,1 6,0 35,8 0,5 0,9 0,30 0,49 650 650 Silty-clay 15,0 19,4 49,7 0 0,0 0,7 0,49 0,49 610 610 Silty-clay 24,0 19,4 72,0 0 0,0 0,7 0,49 0,49 560 560 Silty-sand 30,2 20,0 25,0 20,8 0,5 0,9 0,30 0,49 600 600 Silty-slay 37,8 19,8 121 0 0,0 0,7 0,49 0,49 680 680 Silty-silt 50,0 20,2 20,0 31.2 0,5 0,8 0,30 0,49 950 950 Gravel ≥50,0 21,6 0,0 45 0,5 0,9 0,30 0,49 2000 2000