LA-Shoring: Hố đào 5 m bằng cừ Larssen một tầng neo – ví dụ tính từng bước
Ví dụ đầy đủ một hố đào sâu 5 m dùng cừ VL 602 dài 10,5 m và một tầng neo ứng suất trước 240 kN: thông số đất, hệ số áp lực, ba giai đoạn thi công, nội lực thiết kế, kiểm tra cừ, neo, ổn định và thủy lực. Kết quả: mọi kiểm tra kết cấu đạt, nhưng đẩy nổi đáy hố không đạt 176 %.
Các bài trong Module Địa kỹ thuật
Mục lục bài viết
Hố đào 1 tầng hầm (sâu 4–6 m) với cừ thép và một tầng neo hoặc chống là cấu hình phổ biến nhất ở nhà phố và công trình thấp tầng. Bài này đi qua ví dụ VD1_Cu_VL602_1neo có sẵn trong bộ cài LA-Shoring, theo đúng thứ tự của thuyết minh xuất ra.
1. Số liệu#
Địa chất (giá trị đặc trưng)#
| Lớp | Mặt lớp | Dày | γ / γ_sat | c′ (kPa) | φ′ (°) | E_oed (MPa) | k (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Đất lấp | ±0,00 | 1,5 m | 17,5 / 18,5 | 5 | 20 | 4 | 10⁻⁵ |
| Sét pha dẻo mềm | −1,50 | 4,5 m | 18,2 / 18,8 | 15 | 12 | 6 | 10⁻⁸ |
| Cát hạt nhỏ chặt vừa | −6,00 | 6,0 m | 19,0 / 20,0 | 0 | 30 | 15 | 10⁻⁴ |
| Sét dẻo cứng | −12,00 | – | 19,5 / 20,0 | 25 | 18 | 12 | 10⁻⁹ |
Mực nước ngầm −3,0 m. Tải mặt đất 10 kPa (tạm thời).
Kết cấu và trình tự#
| Hạng mục | Giá trị |
|---|---|
| Tường | Cừ Larssen VL 602, L = 10,5 m (±0,00 → −10,50); EI = 27,5 MNm²/m; W = 845 cm³/m; f_y = 240 MPa |
| Neo A1 | Neo thanh ứng suất trước tại −1,50; khoảng cách 2,5 m; nghiêng 15°; F₀ = 240 kN; k = 6,63 MN/m/m |
| GĐ1 | Đào đến −2,5 m (tường công-xôn) |
| GĐ2 | Lắp và căng neo A1, F₀ = 240 kN |
| GĐ3 | Đào đến −5,0 m |
Thiết kế theo EN 1997-1 DA3.
2. Hệ số áp lực đất và hệ số nền#
| Lớp | K₀ | K_a | δ_a | K_p·ψ (Caquot–Kérisel) | k_h (MN/m³) |
|---|---|---|---|---|---|
| Đất lấp | 0,658 | 0,438 | 13,3° | 2,596 | 4,42 |
| Sét pha dẻo mềm | 0,792 | 0,601 | 8,0° | 1,725 | 7,59 |
| Cát hạt nhỏ | 0,500 | 0,297 | 20,0° | 4,805 | 25,75 |
| Sét dẻo cứng | 0,783 | 0,474 | 12,0° | 2,353 | 19,12 |
- σ_a = K_a·σ′_v·cosδ − 2c′·K_ahc, nhưng không nhỏ hơn 0,20·σ′_v (áp lực tối thiểu).
- σ_p = (K_p·ψ·σ′_v + 2c′·√(K_p·ψ))·cosδ.
- k_h theo Schmitt: k_h = 2,1·E_oed^(4/3) / EI^(1/3), với EI = 27,5 MNm²/m.
Lớp sét pha dẻo mềm có φ′ = 12° nên K_a = 0,60, gấp đôi lớp cát: đây là lớp gây áp lực lớn nhất lên cừ trong phạm vi đào.
3. Kết quả theo giai đoạn (SLS)#
| GĐ | w_max (mm) | M+ / M− (kNm/m) | |Q| (kN/m) | Lực neo | Bị động huy động | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | 1 – đào −2,5 | 11,5 (đỉnh cừ) | 20,9 / 0 | 16,7 | – | 22 % | | 2 – căng neo 240 kN | 5,0 | 33,9 / −8,3 | 47,9 | 92,7 kN/m (= 240 kN/neo) | 22 % | | 3 – đào −5,0 | 8,2 (tại −4,0) | 37,1 / −48,8 | 57,3 | 102,7 kN/m (= 266 kN/neo) | 46 % |
Nhận xét:
- Chuyển vị lớn nhất xảy ra ở GĐ1 (11,5 mm tại đỉnh), khi cừ còn làm việc công-xôn. Căng neo ở GĐ2 kéo đỉnh cừ về 5,0 mm.
- Lực neo tăng từ 240 lên 266 kN khi đào tiếp (chỉ 11 %): neo căng trước đã nhận phần lớn tải từ trước.
- Kiểm tra lời giải: tổng lực ngang và tổng mô men trên tường đều bằng 0 (ΣH ≈ 10⁻¹⁰ kN/m), hội tụ sau 4 vòng lặp.
4. Nội lực thiết kế (ULS)#
| Tổ hợp | M_Ed (kNm/m) | V_Ed (kN/m) | Bị động huy động |
|---|---|---|---|
| DA3 (tham số đất M2, nội lực dùng trực tiếp) | 107,5 tại −4,67 | 81,0 | 74,4 % |
| Đặc trưng × 1,35 | 65,9 | 77,4 | 45,5 % |
Mô men thiết kế theo DA3 lớn hơn 2,2 lần mô men đặc trưng (48,8). Lý do: với tham số M2 (tanφ′/1,25, c′/1,25), lớp sét pha φ′ = 12° giảm còn 9,65°, áp lực chủ động tăng và bị động giảm mạnh; tường phải dựa nhiều hơn vào đất trước chân (huy động 74 %). Với đất có φ′ nhỏ, cách nhân nội lực đặc trưng với 1,35 sẽ thiếu an toàn.
5. Kiểm tra kết cấu#
| Cấu kiện | Kiểm tra | E_d | R_d | Sử dụng |
|---|---|---|---|---|
| Cừ VL 602 | Uốn: M_Ed ≤ β_B·W·f_y/γ_M0 | 107,5 kNm/m | 202,8 kNm/m | 53,0 % |
| Cừ VL 602 | Cắt | 81,0 kN/m | 557,0 kN/m | 14,5 % |
| Neo A1 | Thép neo: 804 mm² × 835 MPa / 1,15 | 359 kN | 584 kN | 61,4 % |
| Neo A1 | Bầu neo – đất: π × 0,15 × 6,0 × 180 kPa | 359 kN | 509 kN | 70,5 % |
Lực neo thiết kế 359 kN = 266 × 1,35. M_Rd dùng mô đun đàn hồi W_el (thiên an toàn); nếu tiết diện cừ thuộc loại 1–2 theo catalog có thể dùng W_pl (M_pl,Rd = 238 kNm/m).
6. Ổn định#
| Kiểm tra | Kết quả | Sử dụng |
|---|---|---|
| Ổn định tổng thể (Bishop, DA3, GĐ3) | FS_d = 1,61 ≥ 1,0 (FS đặc trưng 2,05) | 62 % |
| Ổn định nội neo (Kranz, GĐ3) | F_max/F = 336,6/106,3 = 3,17 ≥ 1,5 | 47 % |
| Huy động bị động (ULS) | 74,4 % ≤ 100 % | 74 % |
| Chiều sâu ngàm (Blum, chân tự do) | d cần 3,69 m ≤ d có 5,50 m | 67 % |
7. Thủy lực: kiểm tra không đạt#
| Kiểm tra | Kết quả | Kết luận |
|---|---|---|
| Đẩy trồi thủy lực (HYD) | 73,8 ≤ 133,2 kN/m | Đạt (55 %) |
| Đẩy nổi lớp đáy (UPL) | V_dst,d = 29,9 kPa > G_stb,d = 16,9 kPa | Không đạt (176 %) |
Lớp sét pha dẻo mềm dưới đáy hố chỉ dày khoảng 1 m và kém thấm hơn nhiều so với lớp cát bên dưới, nên gần như toàn bộ chênh cột nước 2 m tiêu hao trong lớp sét này. Áp lực nước ở đáy lớp sét vì thế gần bằng áp lực thủy tĩnh từ mực nước sau tường, lớn hơn trọng lượng lớp sét: đó là lý do kiểm tra đẩy nổi không đạt dù kiểm tra đẩy trồi HYD đạt.
Dưới đáy hố (−5,0) còn 1,0 m sét pha dẻo mềm (k = 10⁻⁸ m/s) nằm trên lớp cát hạt nhỏ thấm mạnh (k = 10⁻⁴ m/s). Lưới thấm 2D cho thấy áp lực nước trong lớp cát dưới đáy gần như bằng áp lực phía ngoài hố: cột áp 2,99 m tác dụng lên đáy lớp sét chỉ dày 1 m. Trọng lượng lớp sét không đủ giữ.
Đây là trường hợp điển hình mà phương pháp thủy tĩnh đơn giản không phát hiện. Giải pháp: giếng giảm áp trong lớp cát dưới đáy hố, hoặc hạ mực nước ngầm ngoài hố, hoặc kéo dài cừ xuyên qua lớp cát vào lớp sét dẻo cứng ở −12 m để cắt dòng thấm.
8. Ngưỡng quan trắc#
| Đại lượng | Cảnh báo | Dừng thi công |
|---|---|---|
| Chuyển vị ngang cừ | 21 mm hoặc 1,2 × dự báo | 30 mm |
| Lực neo A1 | 319 kN | 359 kN |
| Lún mặt đất sau tường | 7 mm | 15 mm |
| Mực nước ngầm ngoài hố | Hạ > 1 m | Hạ > 2 m |
Lún sau tường ước lượng theo Hsieh & Ou (1998): δ_v,max = 0,75 × δ_h,max = 8,6 mm, vùng ảnh hưởng chính 2H = 10 m.
9. Tóm tắt#
- Chuyển vị lớn nhất ở giai đoạn công-xôn, trước khi có neo.
- Với đất dính φ′ nhỏ, tổ hợp DA3 cho mô men lớn gấp hơn 2 lần giá trị đặc trưng.
- Kết cấu đạt, nhưng đẩy nổi đáy hố do lớp sét mỏng trên tầng cát thấm mạnh không đạt: cần xử lý nước trước khi đào.