Áp lực đặt lên kết cấu chắn đất
Khi xây dựng tường chắn, tầng hầm, cọc sheet pile hay neo tường, kết cấu phải chịu áp lực từ khối đất phía sau/bên cạnh. Tính toán dùng và đủ áp lực đất là có số để thiết kế tiết điện, chiều dày và hệ thống giá có của kết cấu.
Ba trắng thải áp lực đất chính tuy thuoc vào chuyển vi của kết cấu chắn:
- Áp lực chủ đồng (Active pressure — pa): khí tường chuyển dịch ra phía ngoài, đất truot theo, áp lực giảm đến giá trị nhờ nhất.
- Áp lực bị đồng (Passive pressure — pp): khí tường bị dày vào đất, đất chống lại, áp lực tầng đến giá trị lớn nhất.
- Áp lực at rest (K0): khí tường không có chuyển vi, đặt ở trắng thải tự nhiên.
Lý thuyet Rankine
Lý thuyet Rankine (1857) xem đất là vật liệu rồi, bề mặt đất năm ngang, không có ma sắt giữa đất và tường (smooth wall). Công thức tính áp lực chủ đồng tại độ sau z:
pa(z) = Ka × gamma × z − 2c × √Ka
Áp lực bị đồng:
pp(z) = Kp × gamma × z + 2c × √Kp
Hệ số áp lực chủ đồng Ka và bị đồng Kp:
Ka = tan²(45° − phí/2)
Kp = tan²(45° + phí/2)
Nhân xet quan trọng: Kp = 1/Ka, nền Kp > Ka luon luon. Đất có phí = 30 độ: Ka = 0.333, Kp = 3.0 — áp lực bị đồng lớn gap 9 lan áp lực chủ đồng!
Hệ số áp lực at rest K0
Theo Jaky (1944) cho đất binh thường cố kết (NC):
K0 = 1 − sin(phí)
Đất cat (phí=30 độ): K0 = 0.5. Đất sét (phí=20 độ): K0 = 0.66. K0 thường năm giữa Ka và Kp. Sử dụng K0 khí kết cấu cung tuyệt đối (không có chuyển vi), vi đủ tầng hầm bê tông dày duc vào đất.
Vi đủ tính toán áp lực đất cho tường chắn cao 5m
Giá thiết: tường chắn đất cao H = 5m, đất cat phí = 32 độ, c = 0, gamma = 18 kN/m3.
Hệ số Ka = tan²(45 – 16) = tan²(29) = 0.307.
Áp lực chủ đồng tại dày tường (z = 5m):
pa = 0.307 × 18 × 5 = 27.6 kN/m2
Độ thi áp lực đất là tấm giac (pa tầng tuyen tính từ 0 trên mặt đất đến 27.6 kN/m2 Dưới đây tường). Luc tổng hợp chủ đồng tác dùng lên 1m chiều rong tường:
Pa = 0.5 × 27.6 × 5 = 69 kN/m (đặt ở H/3 = 1.67m tính từ dày tường)
Ảnh hưởng của nước ngầm
Nước ngầm làm tầng dạng kể áp lực lên tường chắn theo 2 cách:
- Áp lực thủy tinh (Hydrostatic pressure): công trực tiếp với áp lực đất. Áp lực nước pw = gamma_w × hw. Nước rất năng (10 kN/m3), áp lực nước có thể lớn hơn áp lực đất.
- Giảm Sức kháng cắt: ứng suất hiệu quả giảm khí nước tầng làm giảm Sức chịu tải của đất.
Luon thiết kế hệ thoát nước phía sau tường chắn (lớp đất thoát nước, ống thứ nước) để giảm áp lực nước. Đây là biện pháp đơn giản nhất và hiệu quả nhất để giảm luc lên tường.
Áp lực đất độ tải trọng bề mặt
Tải trọng bề mặt (xe có, xây dựng, hang hóa) đất phía sau tường gay thêm áp lực đất. Tải trọng phân bộ đều q (kN/m2): thêm áp lực đất chủ đồng = Ka × q (hang số theo chiều sau). Tải trọng tạp trung P (kN): dùng phân bộ Boussinesq. TCVN 9362:2012 quy định phương pháp tính áp lực phân bộ.
Ứng dụng thiết kế và tiêu chuẩn
Tường chắn trong (Retaining Wall)
Kiểm tra on định: trượt (sliding) — luc khang ma sắt > luc chủ đồng; lát (overturning) — momen chống > momen gay lát; cường độ nền móng — áp suất đất Dưới đây mỏng. Hệ số an toàn: FS_truot >= 1.5; FS_lát >= 2.0 (TCVN 9364:2012).
Tầng hầm thi công bảng cọc sheet pile
Cọc sheet pile (coc vận thép hoặc bê tông) chịu áp lực đất chủ đồng, được giu on định bảng áp lực bị đồng từ phân cam vào đất bên Dưới đây thi công, kết hợp neo (tie rod) hoặc chống ngang (strut). Tính chiều dài cam cần thiết từ cân bằng momen.
Neo tường (Anchored wall)
Kết hợp cọc sheet pile với thành neo (ground anchor) neo vào đất hoặc đã góc. Giảm momen uon lớn trong coc, cho phép thi công tầng hầm sau ma không cần nhiều tầng chống ngang.
Tiêu chuẩn tham khảo
- TCVN 9362:2012 — Thiết kế nền nha và công trình
- TCVN 9364:2012 — Nhà cao tầng, thi công phân ngầm
- TCVN 9363:2012 — Khao sắt địa kỹ thuật cho xây dựng
- Eurocode 7 (EN 1997) — Thiết kế địa kỹ thuật
Kết luận
Tính toán áp lực đất dùng phương pháp Rankine là nền tầng thiết kế kết cấu chắn đất. Kết hợp c, phí chính xác từ thí nghiệm, xem xét ảnh hưởng nước ngầm và tải trọng bề mặt, kiểm tra ca on định tổng thể và cường độ tiết điện sẽ cho ra kết cấu an toàn, kính tế, phù hợp Điều kiện địa chất tại công trình.