A/c«ng nghÖ thi c«ng phÇn ngÇm
II. Thi công đất
II.2. Tính toán, thiết kế và thi công ván cừ chống thành hố đào
Do mÆt b»ng thi c«ng h¹n chÕ vµ tæ chøc thi c«ng tÇng hÇm nªn cèt ®µo
®Êt hè mãng s©u -4,2m so víi cèt tù nhiªn(cèt -2,3m),Do ®iÒu kiÖn thi c«ng ®µo hè mãng theo m¸i dèc kh«ng phï hîp nªn ta tiÕn hµnh thi c«ng b»ng t-êng cõ Larsen bao quanh hè mãng ®¶m b¶o yªu cÇu kÜ thuËt vµ an toµn cho ng-êi vµ m¸y mãc khi thi c«ng phÇn ngÇm.
II.2.1. Tính toán cừ Larsen
Số hiệu cừ Larsen
Sử dụng cừ thiết kế với số liệu kỹ thuật có sẵn như sau:
+ Các ưu điểm của cừ thép:
- Tường chống khoẻ.
- Có thể không cần dùng thanh chống hoặc dùng rất hạn chế các thanh chống ngang.
- Ngăn cản tối đa ảnh hưởng của mực nước ngầm.
- Cừ có thể dùng một hay nhiều lớp tuỳ thuộc vào yêu cầu công trình, áp lực đất tường cừ, và điều kiện thi công.
Chi tiết móc nối
Chọn loại ván cừ loại VI L . Với đặc trưng hình học như sau:
b= 500mm, h=225mm, t = 27,6mm, s= 9.3mm.
GVHD : TS. Đoàn Văn Duẩn
Bộ phận
Diện tích mặt cắt
Khối lượng
Mômen quán
tính
Mômen kháng
uốn
Bán kính xoay
Diện tích bao
Tiết diện
Cm2 Kg/m Cm4 Cm3 Cm m2/m cm2/m
Cừ
đơn 153 120 11400 680 14.98 0,75 3,06
1m dài
tường 306 240 22800 1360 29,96 1,5 6,12
Mực nước ngầm nằm sâu -5,5m so với cốt tự nhiên tức là sâu -1,3m so với cốt hố đào.(cốt -4,2m)
Cừ thép có sơ đồ làm việc dạng cọc hàng kiểu côngson. Việc tính toán cọc bao gồm tính nội lực cừ, chiều dài cọc ngàm vào trong đất (kể từ đáy hố mống) và tính toán tiết diện của cừ( khả năng chịu lực). Phương pháp tính toán cọc theo điều kiện cân bằng tĩnh gọi là phương pháp “giải tĩnh lực tường cừ”:
Cọc bản côngson dưới tác động của áp lực chủ động của lớp đất bên trên phía ngoài đáy hố móng, cừ sẽ bị nghiêng về phía trong hố móng, phần phía dưới sẽ dịch chuyển ngược lại, tức cừ sẽ quay quanh một điểm nào đó dưới đáy hố móng(
ví dụ như điểm b trong hình vẽ a).
s¬ ®å ¸p lùc ®Êt t¸c dông lªn cõ
Tại điểm b, cừ không dịch chuyển do chịu tác dụng của hai lực bằng nhau và ngược chiều nhau(áp lực đất tĩnh), áp lực tĩnh bằng không.
Thân tường phía trên dịch chuyển về phía bên phải, thành cừ bên phải chịu áp lực đất bị động, thành bên trái chịu áp lực đất chủ động. Do đó áp lực đất tĩnh tác
động tại các điểm trên thân tường bằng hiệu giữa áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động.
Sơ đồ tính cọc bản sau khi đơn giản hoá thành phân bố tuyến tính như hình b, có thể quy áp lực tập trung E’p thành lực tập trung đặt tại đáy cọc như hình vẽ c (theo phương pháp Blumn- Lomer). Sơ đồ tính toán áp dụng cho lớp đất thứ 2 như sau:
s¬ ®å tÝnh theo blum biÓu ®å momen
Tải trọng phân bố chất trên bờ hố móng là tải trọng do thi công ( người và phương tiện đi lại …) lấy bằng q = 1,2 x 600 = 720 kG/m2 = 7,2KN/m2.
a. Tìm độ sâu cắm cọc vào trong đất:
Cân bằng mômen ở đáy cừ ta có:
0 ( ) ' 0
c p 3
M P l x a E x
Trong đó:
2
' ( )
p p a 2
E K K x . Thay vào công thức ta đựơc:
( ) ( ) 3 0
6 p a
P l x a K K x
3 6 6 ( ) 0 ( p a) ( p a)
P P l a
x x
K K K K
Trong đó: P – hợp lực của áp lực đất chủ động.
a – khoảng cách từ P đến mặt đất.
l = h + u.
u – khoảng cách đến đáy hố móng của điểm áp lực bằng không.
Có thể giải bằng cách căn cứ vào quan hệ bằng nhau giữa cường
GVHD : TS. Đoàn Văn Duẩn
độ áp lực đất chủ động sau tường ở chỗ điểm bằng không của áp lực đất tĩnh.
Đặt: = l
x, 6 2
( p a) m P
K K l ,
) 3
( 6
l K K n P
a p
, thay vào phương trình trên:
n m( 1)
3
Từ phương trình bậc 3 này ta giải được và tìm được độ sâu cắm cừ tối thiểu vào trong đất như sau:
t u 1.2x u 1.2 l
Tính toán cụ thể như sau:
2 45 2 45 12 0.656
2 2
o
o o
Ka tg tg
0
2 2 12
45 45 1.52
2 2
o o
Kp tg tg
1 7, 2 0.656 4, 72
a a
e qK
2
2 ( ) (7, 2 18.5 1,9) 0, 656 27, 78 /
a a
e q h K KN m
18.5 1, 9 0, 656
1, 44
( ) 18.5(1, 52 0, 656)
a
p a
u hK
K K m
1 2 2
( ). . (4, 72 27, 78) 1,9 1.44 27, 78
50,88
2 2 2 2
a a a
e e h u e
P KN
P
h u e u h e h
h e h e a
a a
a
a )
( 3 2 3
2 )2
2 ( 2 1 2
1
1, 9 1, 9 2 1, 9 1, 44 1, 44
4, 72 1, 9 (27, 78 4, 72) 27, 78 (1, 9 )
2 2 3 2 3 1, 07
50,88 m
1,9 1, 44 3,34
l h u m
2
2 2
6 6 50,88
1, 71 / ( p a) 18.5(1, 52 0, 656) 3, 34
m P T m
K K l
2
3 3
6 6 50,88
0, 513 / ( p a) 18.5(1, 52 0, 656) 3, 34
n P T m
K K l
3 m( 1) n 1, 71( 1) 0, 513 3 1, 71 1,197 0
Giải phương trình bậc 3 ra nghiệm kh¶ dÜ lµ =1,57, ta có chiều sâu cắm cừ tính từ mặt đất là:
1.2 1,9 1, 44 1, 2 1,572 3,34 9,6
H h t h u l m
Cừ nhô cao hơn so với mặt đất tự nhiên là 0.5m , như vậy: Chọn chiều dài một tấm cừ là 10m
b. Kiểm tra khả năng chịu lực của cừ thép:
Cừ được tính toán với nội lực mômen uốn lớn nhất Mmax, đạt được ở vị trí lực cắt bằng không, cách điểm b một đoạn bằng x như hình vẽ ở trên, ta có:
0 ( ) 2 0
2 p a
Q P K K x
2 2 50,88 2,52
( p a) 18.5(1,52 0, 656)
x P m
K K
Mômen uốn lớn nhất:
3 max
3
( )
( )
6
18.5(1,52 0, 656) 1, 07
50,88(3,34 2,52 1, 07) 240, 45 /
6
p a
K K x
M P l x a
KNm m Cừ thép được dùng có mômen kháng uốn là: W=1360cm3, ứng suất trong cừ là:
2 2
max 240, 45 100
17, 68 / [ ] 0.9 21.00 18.90 /
1360
M KN cm f KN cm
W
Vậy cừ được chọn thoã mãn yêu cầu về nội lực.
II.2.2. Thi công cừ Larsen II.2.2.1.Khèi l-îng c«ng t¸c
Dùng máy chuyên dụng (máy đóng, máy rung, búa máy) đóng ván cừ xuống nền đất theo chu vi tuyến công trình thi công. Cừ sau khi thi công được nhổ lên, do vậy trong quá trình thi công cần tính toán chu vi xung quang hố móng ép cừ:
vách tường hầm được đổ liền khối với hệ cột. Xung quanh vách tường hầm và cừ cần có một khoảng hở cần thiết để thi công, khoảng cách đó lấy bằng 2m.
- Chu vi hố móng ép cừ thép bao quanh vách tường hầm là:2.(31+27,27)=116,54m.
- Tính toán số lượng cừ cần thiết : Với số liệu cừ loại VI L như bảng trên, số lượng cừ cần thiết là :
+ Theo chiều dài công trình : 1
31000
.2 124 n 500
cây
GVHD : TS. Đoàn Văn Duẩn
+ Theo chiều ngắn công trình: 2 109 500
27270 2
n cây.
Số luợng cừ cần dùng cả thảy : N=233 cây - Chiều sâu ép cừ tính từ cốt tự nhiên là 9.6m - Chọn chiều dài một cọc cừ thép là 10m.