Vì sao phải tính hố đào theo từng giai đoạn thi công
Hố đào sâu không được đào một lần rồi chống. Mỗi bước thi công đổi sơ đồ làm việc của tường, nên kết quả đúng chỉ có khi tính theo từng giai đoạn. Ví dụ hố đào 12 m với bảy giai đoạn.
Các bài trong Module Địa kỹ thuật
Mục lục bài viết
Một hố đào sâu có tường vây và hệ chống không làm việc ở một trạng thái duy nhất. Tường được đào lộ dần, hệ chống được lắp dần, sàn top-down được đổ dần, nước ngầm bị hạ dần. Sau mỗi bước, tường nằm trong một sơ đồ chịu lực khác. Bài này giải thích vì sao LA-Shoring tính theo từng giai đoạn và cách đọc kết quả của cách tính đó.
Mỗi bước thi công đổi sơ đồ làm việc của tường#
Hãy theo dõi một hố đào đi xuống:
- Trước khi có tầng chống đầu tiên, tường làm việc như một công-xôn. Chuyển vị và mô men có thể đã đáng kể ngay ở giai đoạn này dù hố mới đào nông.
- Khi lắp tầng chống, tường có thêm một gối. Nội lực phân bố lại, nhưng tường không trở về trạng thái ban đầu: chuyển vị đã xảy ra vẫn còn.
- Khi đào sâu thêm, đất trước tường mất đi, áp lực bị động giảm, nội lực tăng.
- Khi đổ sàn rồi tháo chống tạm, lực chuyển từ chống sang sàn, tường lại đổi sơ đồ.
Nếu chỉ tính trạng thái cuối cùng (hố đã đào hết, đầy đủ hệ đỡ), phần mềm sẽ bỏ qua những điều đã xảy ra trước đó: chuyển vị tích lũy, lực căng trước, và những giai đoạn mà một tầng đỡ chịu lực lớn nhất.
Cách LA-Shoring mô hình hóa#
LA-Shoring giải bài toán phẳng trên 1 m chiều dài tường. Tường là một dầm chịu uốn đặt trên các lò xo đàn–dẻo mô tả đất, áp lực đất phụ thuộc chuyển vị: đất không thể đẩy vào tường hơn áp lực bị động, cũng không thể nhả thấp hơn áp lực chủ động. Hệ đỡ là lò xo hoặc gối.
Điểm quyết định là mỗi giai đoạn nhớ trạng thái áp lực và chuyển vị của giai đoạn trước. Giai đoạn sau không bắt đầu từ trạng thái "sạch" mà từ trạng thái mà giai đoạn trước để lại. Đây chính là điều mà tính một lần ở trạng thái cuối không làm được.
Ví dụ: hố đào 12 m, tường vây D800, hai sàn top-down#
Ví dụ 3 đi kèm phần mềm (số liệu minh họa) là hố đào sâu 12 m, tường vây dày 0,8 m dài 26 m, một tầng chống thép H và hai sàn tầng hầm. Trình tự gồm bảy giai đoạn, và kết quả cực trị theo từng giai đoạn như sau (giá trị dự báo SLS, trên 1 m tường):
| Giai đoạn | Việc thi công | w_max (mm) | M⁺ (kNm/m) | M⁻ (kNm/m) | |Q|_max (kN/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Đào −2,0 (công-xôn) | 9,8 | 175,9 | −4,7 | 41,4 |
| 2 | Lắp chống H400 tại −1,0 | 5,8 | 84,6 | −33,5 | 51,3 |
| 3 | Đào −5,3 | 8,1 | 53,8 | −299,6 | 149,8 |
| 4 | Đổ sàn B1 tại −4,5 | 8,1 | 53,8 | −299,6 | 149,8 |
| 5 | Đào −8,8 | 13,1 | 96,5 | −483,4 | 292,7 |
| 6 | Đổ sàn B2 tại −8,0 | 13,1 | 96,5 | −483,4 | 292,7 |
| 7 | Đào đáy móng −12,0 | 19,5 | 255,5 | −707,2 | 420,3 |
Vài điều rút ra từ bảng:
- Giai đoạn công-xôn đầu tiên đã có mô men dương 175,9 kNm/m và chuyển vị 9,8 mm, lớn hơn giai đoạn 2 và 3, dù mới đào 2 m. Phải có giai đoạn này trong tính toán mới thấy.
- Mỗi thao tác là một trạng thái riêng. Giai đoạn 2 chỉ lắp chống H400 (căng trước 300 kN) mà mô men dương đã giảm mạnh, từ 175,9 xuống 84,6 kNm/m. Ngược lại, giai đoạn 4 và 6 chỉ đổ sàn, chưa đào thêm nên cực trị giống hệt giai đoạn 3 và 5 liền trước. Vì vậy nên tách bước lắp đỡ thành một giai đoạn riêng, như hướng dẫn ở Chương 11.
- Cực trị nằm ở giai đoạn đào cuối (M⁻ = −707,2 kNm/m, w = 19,5 mm), nhưng đó là đặc điểm của ví dụ này, không phải quy luật.
Lực trong hệ đỡ không lớn nhất ở giai đoạn cuối#
Trong cùng ví dụ, thanh chống S1 chịu lực lớn nhất ở giai đoạn 3 đến 4 (173 kN/m), rồi giảm xuống 65 kN/m ở giai đoạn 5 và chỉ còn 24 kN/m ở giai đoạn cuối khi các sàn đã nhận tải. Nếu chỉ kiểm tra thanh chống bằng lực ở trạng thái cuối, ta đánh giá thấp lực thực mà nó đã phải chịu.
Vì thế LA-Shoring thiết kế theo bao, không theo một giai đoạn riêng lẻ: mô men, lực cắt và lực từng tầng đỡ đều lấy giá trị lớn nhất qua mọi giai đoạn. Lực thiết kế của ví dụ này là S1 ≈ 932 kN (giai đoạn 4), B1 ≈ 555 kN (giai đoạn 6) và B2 ≈ 730 kN (giai đoạn 7): mỗi tầng đỡ có giai đoạn bất lợi riêng. Cách đọc bao được giải thích ở mục 13.2.
Bốn nguyên tắc khi dựng trình tự#
- Mỗi giai đoạn là một trạng thái ổn định: đào tới một cao độ, hoặc lắp/tháo một số đỡ. Tách việc lắp neo hoặc chống thành giai đoạn riêng.
- Đừng vừa đào vừa lắp hoặc tháo trong cùng một giai đoạn. Phần mềm cảnh báo nếu bạn làm vậy.
- Đáy hố phải nằm trên mũi tường và không cao hơn mặt đất.
- Thanh chống tháo khi sàn đã đổ: đặt giai đoạn tháo là giai đoạn sau khi sàn làm việc.
Đặt tên giai đoạn có ý nghĩa ("Đào −5,3", "Đổ sàn B1 tại −4,5"): tên này xuất hiện trong kết quả, bảng Excel và thuyết minh.
Giai đoạn khai thác dài hạn#
Nếu tường vây là tường tầng hầm vĩnh cửu, còn một trạng thái nữa phải kiểm tra: khi công trình đã sử dụng, áp lực đất sau tường trở về áp lực tĩnh, mực nước ngầm hồi phục, tầng hầm khô. LA-Shoring có nút + GĐ khai thác dài hạn để thêm giai đoạn này, và phần mềm cảnh báo nếu tường vĩnh cửu mà thiếu giai đoạn đó.
Điều phần mềm không làm thay bạn#
Tính theo giai đoạn là mô hình phẳng 2D trên 1 m tường. Nó không thay thế phần tử hữu hạn đất liên tục khi bài toán có nhiều hố liền kề, nền phi tuyến mạnh hoặc tải đào bất đối xứng (mục 1.2). Trình tự trong phần mềm phải khớp với biện pháp thi công thật: nếu nhà thầu đổi thứ tự đào, phải tính lại.