LA-Shoring: Ổn định tổng thể hố đào, ổn định nội của neo theo Kranz và chiều sâu ngàm
Ngoài nội lực tường, hố đào phải kiểm tra bốn cơ chế mất ổn định: mặt trượt tròn đi dưới mũi tường, nêm Kranz giữa tường và bầu neo, đất trước chân tường chảy dẻo, và chiều sâu ngàm không đủ. Bài giải thích từng kiểm tra, cách áp hệ số theo EN 1997-1 và ví dụ số từ hai hố đào.
Các bài trong Module Địa kỹ thuật
Mục lục bài viết
Phân tích dầm trên nền đàn – dẻo cho nội lực và chuyển vị của tường, nhưng không trả lời câu hỏi: cả khối đất cùng tường có trượt không? LA-Shoring có bốn kiểm tra ổn định riêng, mỗi kiểm tra cho một cơ chế.
1. Ổn định tổng thể#
Mặt trượt tròn đi dưới mũi tường, cắt mặt đất hai phía, không cắt qua tường. Hệ số an toàn theo Bishop đơn giản, kể cả lực neo cắt qua mặt trượt:
F = Σ[(c·b + (W − u·b)·tanφ) / m_α] / (Σ W·sinα + M_neo/R), m_α = cosα·(1 + tanα·tanφ/F)
Tìm mặt tới hạn: lưới tâm 20 × 20 kết hợp Nelder–Mead.
| Cách tính | Tham số | Yêu cầu |
|---|---|---|
| FS_d (EN 1997-1, DA3) | Tham số thiết kế M2: tanφ′/1,25, c′/1,25 | FS_d ≥ γ_R;e = 1,0 |
| FS_k (đối chiếu thực hành Việt Nam) | Tham số đặc trưng | Thường FS_k ≥ 1,2 – 1,35 |
Hai cách tương đương nhau về mức an toàn: FS_d ≥ 1,0 với tham số đã giảm 25 % gần tương đương FS_k ≥ 1,25 – 1,3.
Kết quả hai ví dụ:
| Ví dụ | Giai đoạn quyết định | FS_d | FS_k |
|---|---|---|---|
| Cừ VL 602 dài 10,5 m, hố 5 m, một neo | GĐ3 (đào −5,0) | 1,61 | 2,05 |
| Tường vây 0,8 m dài 26 m, hố 12 m | GĐ7 (đào −12,0) | 1,67 | 2,09 |
| Cùng tường vây nhưng dài 20 m | GĐ7 | 1,04 | – |
| Cùng tường vây nhưng dài 18 m | GĐ7 | 0,89 | 1,11 |
FS giảm dần qua các giai đoạn đào; giai đoạn đào sâu nhất luôn quyết định. Mặt trượt tới hạn thường là cung sâu nhất hợp lệ đi sát mũi tường: tăng chiều dài tường là cách trực tiếp tăng ổn định tổng thể (xem chọn chiều dài tường vây).
2. Ổn định nội của neo: phương pháp Kranz#
Neo chỉ có tác dụng nếu bầu neo nằm ngoài khối đất đang có xu hướng dịch chuyển cùng tường. Kranz kiểm tra nêm đất ABCD giới hạn bởi: tường, mặt trượt sâu từ chân tường (điểm mô men bằng 0 hoặc mũi) tới giữa bầu neo, mặt thẳng đứng qua giữa bầu neo, mặt đất.
Cân bằng lực của nêm: G + U + E_a + E₁ + C + Q + F_max = 0
Giải ra F_max là lực neo lớn nhất nêm có thể chịu trước khi trượt. Yêu cầu:
F_max / F ≥ 1,5
trong đó F là lực neo đặc trưng lớn nhất (SLS). Nêm tính với tham số đất đặc trưng; hệ số an toàn tổng thể 1,5 đặt vào tỉ số (theo EAU), không giảm thêm tham số để tránh an toàn kép.
| Ví dụ | Neo | GĐ | F_max (kN/m) | F (kN/m) | F_max/F |
|---|---|---|---|---|---|
| Cừ VL 602, hố 5 m | A1 tại −1,5 m, bầu dài 6 m | 2 | 379,5 | 106,3 | 3,57 |
| 3 | 336,6 | 106,3 | 3,17 |
F_max giảm khi đào sâu hơn vì mặt trượt sâu của nêm dốc hơn. Neo quá ngắn (bầu neo gần tường) làm nêm nhỏ, F_max nhỏ: đó là lý do chiều dài tự do của neo phải đủ để bầu neo vượt ra ngoài mặt trượt chủ động.
3. Huy động áp lực bị động#
Tỉ số giữa áp lực bị động đang huy động và áp lực bị động giới hạn (đã chia hệ số theo tổ hợp) phía trước chân tường:
Huy động = ΣE_p,huy động / ΣE_p,giới hạn ≤ 100 %
100 % nghĩa là toàn bộ đất trước chân tường đã chảy dẻo, tường chỉ còn đứng được nhờ cân bằng giới hạn. Trong phân tích dầm trên nền, chỉ số này cho biết dự trữ của chân tường mà không cần giả định cơ chế phá hoại.
| Ví dụ | Huy động (ULS) |
|---|---|
| Cừ VL 602, GĐ3 | 74,4 % |
| Tường vây 26 m, GĐ7 | 64,3 % |
| Tường vây 20 m, GĐ7 | 95,5 % |
| Tường vây 18 m, GĐ7 | 100 % |
4. Chiều sâu ngàm theo Blum#
Kiểm tra độc lập bằng cân bằng giới hạn: áp lực chủ động phía sau, áp lực bị động chia γ_R;e phía trước.
- Tường công-xôn: Blum, d = u + 1,2·x (u: từ đáy hố tới điểm áp lực tịnh bằng 0; x: tính từ cân bằng mô men).
- Tường có tầng đỡ: sơ đồ chân tự do (phản lực mũi bằng 0) hoặc chân ngàm (dầm tương đương).
| Ví dụ | d cần | d có | Tỉ số |
|---|---|---|---|
| Cừ VL 602, GĐ3, chân tự do | 3,69 m | 5,50 m | 67 % |
| Tường vây 26 m, GĐ7 | 7,05 m | 14,00 m | 50 % |
| Tường vây 18 m, GĐ7 | 7,05 m | 6,00 m | 118 % |
Lực đỡ theo sơ đồ Blum (gối cứng) không dùng để thiết kế hệ đỡ; lực thiết kế lấy từ phân tích theo giai đoạn.
5. Các kiểm tra không thuộc bốn mục trên#
| Cơ chế | Khi nào cần | Bài liên quan |
|---|---|---|
| Trồi đáy (Bjerrum – Eide) | Đáy hố trong sét yếu không thoát nước (c_u < 50 kPa) | – |
| Đẩy trồi thủy lực, gradient thoát, đẩy nổi | Có chênh mực nước hai phía tường | Kiểm tra thủy lực hố đào |
| Ổn định theo JGJ 120-2012 | Đối chiếu thêm (ổn định ngàm quanh tầng đỡ thấp nhất, chống chảy đất) | Chọn chiều dài tường vây |