Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13808:2023 Công trình thủy lợi - Thiết kế neo trong nền đất, đá

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13808:2023

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THIẾT KẾ NEO TRONG NỀN ĐẤT, ĐÁ

Hydraulic structures - Technical requirements for design of ground anchors

Lời nói đầu

TCVN 13808:2023 do Viện Thủy công biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THIẾT KẾ NEO TRONG NỀN ĐẤT, ĐÁ

Hydraulic structures - Technical requirements for design of ground anchors

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế neo ứng suất trước trong nền đất, đá cho các công trình thủy lợi. Tiêu chuẩn này không áp dụng cho neo dạng bản, tường neo, trụ neo dạng cọc đơn, trụ neo dạng giá cọc và các dạng neo phi tiêu chuẩn khác.

1.2  Tiêu chuẩn này có thể áp dụng với các dạng công trình khác, nếu có điều kiện tương tự.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 2682, Xi măng poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 2683, Đất xây dựng - Phương pháp lấy, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu;

TCVN 2737, Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 3994, Chống ăn mòn trong xây dựng - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Phân loại môi trường xâm thực;

TCVN 4253, Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 4506, Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 7570, Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 8477, Công trình thủy lợi - Thành phần khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 8825, Phụ gia khoáng cho bê tông;

TCVN 8826, Phụ gia hóa học cho bê tông;

TCVN 9137, Công trình thủy lợi - Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép;

TCVN 9152, Công trình thủy lợi - Quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi;

TCVN 9346, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Neo trong nền đất, đá (Ground anchors)

Neo ứng suất trước dạng vĩnh cửu hoặc tạm thời trong nền đất, đá sử dụng cho mục đích ổn định công trình thủy lợi khi xây dựng mới, hoặc sửa chữa, nâng cấp công trình.

3.2

Hệ số an toàn đối với sức chịu tải (Safety factor)

Tỷ số giữa sức chịu tải giới hạn và tải trọng làm việc của một neo đơn.

3.3

Mái dốc (Cut slope)

Mái nghiêng nhân tạo bằng đất, đá.

3.4

Sườn dốc (Natural slope)

Mái nghiêng tự nhiên bằng đất, đá.

3.5

Hộp nối (Connection box)

Chi tiết kỹ thuật được sử dụng để kéo dài các thanh neo. Hộp nối được thiết kế để cường độ thanh nối không nhỏ hơn cường độ thanh neo, không cản trở việc phun vữa neo, đảm bảo khả năng chống ăn mòn.

3.6

Hố móng sử dụng kết cấu chắn giữ (Foundation pit with supported)

Hố móng trong công trình thủy lợi, sử dụng hệ văng chống kết hợp với tường chắn để ổn định.

4  Các quy định chung

4.1  Trước khi tiến hành lập dự án hoặc thiết kế có dự kiến sử dụng giải pháp neo trong nền đất, đá cần phải đánh giá được tình trạng địa chất tại vị trí dự kiến xây dựng công trình. Thành phần và khối lượng khảo sát địa chất, được quy định tại mục 5 của tiêu chuẩn này.

4.2  Neo trong đất, đá được chia thành 2 loại, phụ thuộc vào mục đích và công năng sử dụng của nó:

4.2.1  Loại neo lâu dài được sử dụng trong công trình hoặc hạng mục neo đất, đá lâu dài. Neo lâu dài chỉ có một loại duy nhất loại cố định;

4.2.2  Loại neo tạm thời, gồm có 2 loại là loại cố định và loại có thể thu hồi, cấu tạo hai loại này cơ bản tương tự như nhau. Điểm khác biệt là đối với loại neo có thể thu hồi có thêm kết cấu thu hồi. Đây là bộ phận có tác dụng khóa và mở các sợi cáp dự ứng lực. Khi neo, đầu neo xoay ngược theo chiều kim đồng hồ, đầu khóa sẽ khóa các dây cáp. Khi tháo neo, xoay đầu neo theo chiều thuận kim đồng hồ, đầu neo mở ra để thu hồi cáp neo và các bộ phận khác. Neo tạm thời được sử dụng:

a) Trong thời kỳ xây dựng công trình lâu dài;

b) Để sửa chữa, nâng cấp các công trình lâu dài;

c) Cho các công trình tạm thời.

4.3  Các giới hạn an toàn của neo trong đất, đá được xác định theo cấp công trình và phân loại nhóm sử dụng, như sau:

4.3.1  Hệ số an toàn đối với sức chịu tải của neo đơn

a) Với neo tạm thời:

- Hệ số an toàn F_s = 1,1 nếu thời gian sử dụng nhỏ hơn 6 tháng và sự phá hoại ít gây ra hậu quả nghiêm trọng cho toàn bộ công trình hoặc gây nguy hiểm cho cộng đồng;

- Hệ số an toàn F_s =1,25 nếu thời gian sử dụng lớn hơn 6 tháng và nhỏ hơn 2 năm. Đồng thời hậu quả gây ra nghiêm trọng cho toàn bộ công trình nhưng không gây nguy hiểm cho cộng đồng, không cần thiết phải cảnh báo;

b) Với neo lâu dài, hệ số an toàn F_s =1,5.

4.3.2  Sức chịu tải thiết kế của neo T_d, bằng tỷ số giữa sức chịu tải tính toán T_f với hệ số an toàn F_s . Khi thực hiện thí nghiệm thử tải hiện trường sử dụng hệ số an toàn F_s để đánh giá.

4.3.3  Các hệ số an toàn khác, bao gồm: dây neo, mặt tiếp xúc đất/vữa, mặt tiếp xúc vữa/dây neo hoặc vữa/ mũ neo, xem quy định ở bảng 1.

Bảng 1 - Các hệ số an toàn khác, khi thiết kế neo đơn

Ghi chú: Chọn giá trị hệ số an toàn của mặt tiếp xúc đất/vữa thấp hơn giá trị an toàn của dây neo khi tính toán. Ngoài ra, nếu có thí nghiệm thử tải hiện trường, hệ số an toàn của mặt tiếp xúc đất/vữa lấy theo kết quả thí nghiệm này.

4.4  Giới hạn an toàn đối với chuyển vị đứng của loại công trình sử dụng neo, phụ thuộc vào quy định chuyển vị thẳng đứng của loại công trình sử dụng neo trong đất, đá. Trong trường hợp không có quy định cụ thể, có thể xác định như sau:

a) Đối với công trình tạm thời, chuyển vị đứng cho phép lấy bằng [Δ]_y = 15 (cm);

b) Đối với công trình lâu dài, chuyển vị đứng cho phép xem quy định ở bảng 2

Bảng 2 - Chuyển vị đứng cho phép của công trình lâu dài

4.5  Giới hạn an toàn đối với chuyển vị ngang của loại công trình sử dụng neo, phụ thuộc vào quy định chuyển vị ngang của loại công trình sử dụng neo trong đất, đá. Trong trường hợp không có quy định cụ thể, có thể xác định như sau:

a) Đối với công trình tạm thời, chuyển vị ngang cho phép lấy bằng [Δ]_x = 12 (cm);

b) Đối với công trình lâu dài, chuyển vị ngang cho phép xem quy định ở bảng 3

Bảng 3 - Chuyển vị ngang cho phép của công trình lâu dài

Ghi chú: L là chiều sâu hố đào hoặc chiều dài của tường chắn tính từ đỉnh cừ đến mặt đất tự nhiên.

H là chiều cao mái dốc hoặc sườn dốc.

4.6  Ứng suất bám dính cho phép, được xem là đồng nhất trên suốt chiều dài bám dây neo. Giá trị của ứng suất bám dính không vượt quá các giá trị quy định, xem bảng 4.

Bảng 4 - Ứng suất bám dính cho phép

4.7  Hệ số an toàn ổn định tính toán K và hệ số ổn định cho phép [K]:

a) Hệ số ổn định cho phép của các hạng mục công trình như mái dốc, tường chắn, hố móng có sử dụng neo trong đất, đá xác định như sau:

trong đó:

n_c - Hệ số tổ hợp tải trọng, trường hợp tổ hợp tải trọng cơ bản n_c = 1, tổ hợp tải trọng đặc biệt n_c = 0,9, tổ hợp tải trọng khi thi công và sửa chữa n_c = 0,95;

m - Hệ số điều kiện làm việc, trường hợp bình thường m=1, trường hợp tường chắn bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép trên nền đá mà mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá hoặc đi trong đá nền có một phần đi qua các khe nứt, một phần qua đá nguyên khối m=0,75;

k_n - Hệ số đảm bảo, đối với công trình cấp đặc biệt k_n=1,25, công trình cấp I k_n=1,2, các cấp khác k_n =1,15;

b) Trong mọi trường hợp, giá trị của hệ số an toàn tính toán K phải lớn hơn hệ số an toàn cho phép [K], nhưng không được vượt quá 15%, trừ khi có luận chứng thích hợp và được chấp nhận sử dụng.

5  Các quy định khảo sát địa kỹ thuật

5.1  Yêu cầu chung

5.1.1  Khảo sát địa kỹ thuật cho neo trong đất đá bao gồm công tác điều tra, khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn.

5.1.2  Khi số liệu khảo sát địa kỹ thuật của công trình chính sẽ xây dựng, không đáp ứng được yêu cầu của thiết kế neo trong đất, đá. Cần tiến hành khảo sát địa kỹ thuật bổ sung để phục vụ cho việc thiết kế neo trong đất đá.

5.1.3  Ngoài quy định nêu trên, khi gặp các trường hợp đặc biệt sau:

a) Địa tầng neo có tính chất bất thường;

b) Sử dụng kết cấu neo mới.

Nên tiến hành thực nghiệm sức chịu tải neo khi tiến hành khảo sát địa chất.

5.1.4  Các nội dung khác về công tác khảo sát địa chất, yêu cầu thu thập và phân tích tài liệu trong các giai đoạn thiết kế neo trong đất, đá tuân thủ theo TCVN 8477.

5.2  Công tác điều tra

5.2.1  Công tác điều tra bao gồm việc thu thập khảo sát môi trường đất và nước, địa chất khu vực lân cận, điều kiện xây dựng và các yếu tố ảnh hưởng, các dữ liệu có liên liên quan đến công tác xây dựng neo trong đất, đá.

5.2.2  Điều tra, thu thập tài liệu về môi trường, khí hậu, công trình xây dựng và đất đai xung quanh, quy hoạch sử dụng đất liên quan đến dự án.

5.2.3  Thu thập và phân tích tài liệu địa chất công trình, địa chất thủy văn và địa chấn trong khu vực dự kiến xây dựng công trình (nếu có).

5.2.4  Đối với neo trong đất, đá để ổn định hố móng và mái dốc, nên điều tra thu thập tài liệu về công tác đào, đắp trước đây. Ngoài ra, đối với hố móng trong khu vực có dân cư, cần điều tra về các công trình lân cận, đường ống ngầm, hệ thống hạ tầng khác. Qua đó, có phân tích, đánh giá sơ bộ về ảnh hưởng đối với công tác thi công neo trong đất, đá.

5.3  Khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn

5.3.1  Khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn phải phản ánh đúng hiện trạng. Xác định được các tác động địa chất bất lợi, kể cả động đất đối với ổn định tổng thể. Đưa ra các thông số cần thiết cho thiết kế, thi công và giám sát.

5.3.2  Thành phần và khối lượng công tác khảo sát địa chất tuân thủ TCVN 8477. Nội dung bao gồm các thành phần sau:

a) Đo vẽ địa chất công trình;

b) Thăm dò địa vật lý (nếu cần thiết);

c) Khoan, xuyên;

d) Thí nghiệm hiện trường và trong phòng;

e) Lập hồ sơ địa chất công trình.

Kết quả khảo sát địa chất công trình phải được tổng hợp và lưu trữ để đối chiếu với số liệu thực tế trong giai đoạn thi công.

5.3.3  Công tác lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu thí nghiệm, kể cả mẫu nước tuân theo TCVN 2683 và TCVN 4506.

5.3.4  Các hố khoan địa chất phải bố trí ra tận biên khu vực bố trí neo. Về độ sâu khảo sát địa chất, ngoài các trường hợp quy định tại TCVN 8477, khi gặp các trường hợp dưới đây, xử lý như sau:

- Trường hợp khi khoan đến chiều sâu dự kiến mà gặp đá, cần tiếp tục khoan vào đá ít nhất 5m;

- Trường hợp khi khoan chưa biết trước cấu trúc địa tầng, cho phép có ít nhất một há khoan có chiều sâu lớn hơn cao trình đáy neo dự kiến từ 10m ÷ 15m, để xem xét cấu trúc địa chất và dự kiến hướng thực hiện bước khảo sát trong giai đoạn sau.

5.3.5  Cần khảo sát tính chất ăn mòn của môi trường đối với vữa và dây neo và các biện pháp chống ăn mòn cần thiết cho mỗi loại vật liệu sử dụng trong thiết kế và thi công neo theo TCVN 9346 và TCVN 3994. Cần lưu ý tại các khu vực thường có tính ăn mòn như suối nước nóng, bãi chất thải khoáng sản, nhà máy sản xuất công nghiệp, hoặc khu vực đông dân cư hoặc nước mặn, nước lợ tại các khu vực ven biển, cửa sông.

5.3.6  Cần khảo sát đánh giá toàn diện về nước dưới đất. Bao gồm loại, mực nước, sự phân bổ, chiều dày và độ sâu của các tầng chứa nước, chất lượng nước và tính ăn mòn. Riêng đối với mái dốc cần khảo sát về nguồn nước ngầm bổ sung và khả năng thoát nước hiện trạng.

6  Yêu cầu chung

6.1  Tùy thuộc phương pháp khoan, thổi rửa và phụt vữa xi măng trong đất, đá để tạo bầu neo, có thể phân thành 3 kiểu neo. Mỗi một kiểu neo có cấu tạo và phạm vi ứng dụng nhất định, như sau:

6.1.1  Neo kiểu A, xem hình 1 a:

- Loại này thường được áp dụng đối với đá hoặc đất dính trạng thái cứng đến rất cứng;

- Gồm ống bơm vữa (tremie), thân lỗ khoan thẳng được phun vữa trong bao hoặc vỏ, nó có thể có lót tạm thời hoặc không lót tùy thuộc sự ổn định của lỗ. Sức kháng nhổ phụ thuộc vào ma sát bên giữa đất và vữa.

6.1.2  Neo kiểu B, xem, hình 1 b:

- Loại này thường được áp dụng đối với đá yếu nứt nẻ, đất hạt thô, đất rời hạt mịn;

- Phun vữa áp lực thấp vào lỗ khoan phải thông qua một ống thẳng hoặc nút đặt tại chỗ. Sức kháng chịu nhổ phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng cắt bên thực tế nhưng thành phần sức kháng mũi cũng có thể kể đến khi tính toán sức chịu tải giới hạn.

Hình 1- Các kiểu neo phun vữa xi măng (kiểu A; kiểu B; kiểu C)

6.1.3  Neo kiểu C, xem hình 1 c:

- Loại này thường được áp dụng đối với đất hạt mịn hoặc đất dính cứng;

- Phun vừa áp lực cao thông qua một ống thẳng hoặc nút đặt tại chỗ. Chiều dài neo cố định được mở rộng bằng cách dùng áp lực phụt phá vỡ đất xung quanh, tạo ra các vết nứt trong nền đất. Thông thường, vữa được phụt 2 lần để đảm bảo hiệu quả dính kết.

6.2  Cấu tạo dây neo/thanh neo và các bộ phận liên quan:

6.2.1  Dây neo bao gồm dạng thanh, cáp, dây thép đơn hoặc nhóm nhiều dây thép đơn.

a) Cáp căng trước: Thường sử dụng khi có yêu cầu cường độ căng kéo cao. Các thông số đặc trưng, xem bảng 5.

Bảng 5 - Kích cỡ tiêu chuẩn và độ bền của dây neo ứng suất trước

b) Thanh thép dạng neo: Thường sử dụng khi neo không đòi hỏi cường độ cao. Các thông số đặc trưng, xem bảng 6.

Bảng 6 - Đặc tính kỹ thuật của thép dạng thanh neo

c) Nối dài dây neo: Trong trường hợp dây neo ngắn so với yêu cầu kỹ thuật, cho phép sử dụng hộp nối để kéo dài dây neo. Yêu cầu hộp nối phải có độ bền lớn hơn độ bền của dây neo và đảm bảo khả năng chống ăn mòn như dây neo. Hộp nối phải được thiết kế sao cho việc bơm vữa cho neo không bị cản trở.

d) Các yêu cầu khác đối với dây neo/thanh neo:

- Đối với dạng neo trong đất, đá được thiết kế truyền tải trọng qua mặt tiếp xúc dây neo, không được sử dụng thép gân mạ kẽm. Vì lớp mạ kẽm có thể mất tác dụng do bị hư hại khi tiếp xúc với vữa neo hoặc làm cho một phần của dây neo hoạt động như một catốt không khống chế được, khi xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa;

- Công tác thực hiện cắt dây neo phải theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thép, dây neo phải xử lý hết cạnh sắc nhọn, rỉ sắt. Không được xoắn gập, kê cao trên sàn khi chế tạo và bảo quản;

- Đầu ren của thanh neo phải được làm sạch cẩn thận và bôi lớp dầu mỏng, vặn ecu đúng thành bộ với mọi đầu ren đã có ecu và bản đệm, đảm bảo mọi đầu ren đều làm việc tốt.

6.3  Các lớp bảo vệ.

6.3.1  Lớp vỏ: Dây neo được phủ một lớp dầu (hoặc mỡ), bên ngoài cùng là vỏ bọc bằng nhựa. Khi chọn vỏ bọc nhựa, cần phải chọn loại phù hợp với điều kiện chống ăn mòn.

6.3.2  Ống dẫn: Loại ống dẫn nhăn nửa cứng do nhà sản xuất cung cấp với yêu cầu về đặc trưng biến dạng và độ bền.

6.3.3  Cơ cấu định tâm: Kết cấu đơn giản bằng loại vật liệu không có hại đến bản thân dây neo và không sử dụng loại vật liệu khác với dây neo. Mục đích nhằm đảm bảo cho dây neo hoặc mũ nằm đúng tâm của cột vữa bơm vào. Nó được sử dụng trên toàn bộ dây neo và vỏ bọc.

6.3.4  Cơ cấu đệm: Kết cấu đơn giản bằng loại vật liệu không có hại đến bản thân dây neo và không sử dụng loại vật liệu khác với dây neo. Mục đích nhằm đảm bảo khoảng cách dây neo trong bầu neo. Mỗi chiều dài bầu neo cần tối thiểu ba cơ cấu đệm.

6.3.5  Đầu neo, bao gồm đầu căng kéo và bản đỡ, được thiết kế để giữ được tải trọng thử của neo theo cả hai trạng thái giới hạn và khai thác:

a) Đầu căng kéo: Được thiết kế cho phép dây neo được căng kéo và neo bất kỳ lực nào đến 80% của lực dây neo đặc trưng. Đồng thời cho phép điều chỉnh lực lên hoặc xuống trong giai đoạn căng kéo ban đầu;

b) Bản đỡ: Bản đỡ bên dưới đầu căng kéo để phân bố lực dây neo vào kết cấu chính hoặc hố đào. Khi bàn đỡ được gắn vào bê tông, bề dày vữa gắn cần không vượt quá 10% bề rộng bản hoặc bề dày 100 mm;

c) Bệ hoặc đệm đỡ trong bê tông: Khi bản đỡ được gắn vào kết cấu chính thông qua bệ hoặc điểm đỡ, nghĩa là khi độ sâu bê tông vượt quá 10% của bề rộng bản đỡ hoặc 100 mm, các bệ neo trong tường chắn cần được xem xét như một phần thiết kế tường.

6.4  Yêu cầu vật liệu phụt

6.4.1  Các loại vật liệu sử dụng bao gồm:

a) Xi măng: Xi măng Pooc lăng cần đáp ứng quy định TCVN 2682;

b) Phụ gia khoáng: Đáp ứng quy định TCVN 8825, có thể thay thế một phần xi măng bằng tro bay, xỉ lò cao, đất nghiền, nhưng hàm lượng sunfat tổng cộng không được vượt quá 4% (m/m) SO₃ của xi măng trong vữa và hàm lượng Clorit tổng cộng cũng không vượt quá 0,1 % (m/m) của xi măng trong vữa khi sử dụng cho dây neo;

c) Chất độn: Đáp ứng quy định TCVN 7570, có thể sử dụng thêm cát, bột đá vôi với hàm lượng thích hợp nhằm tăng ma sát của bầu neo với đất, đá;

d) Nước: Nước để trộn vữa cần đáp ứng TCVN 4506;

e) Phụ gia hóa học: Đáp ứng quy định TCVN 8826, trong trường hợp cần cải thiện các đặc trưng vữa phụt để tăng tính linh động, giảm độ sụt, giảm mất nước, tăng cường độ thì phụ gia hóa học có thể được xem xét để sử dụng. Tuy nhiên, cần có cơ sở khẳng định loại phụ gia sử dụng không có thành phần hóa học gây ảnh hưởng đến thép và vữa.

6.4.2 Trước khi tiến hành thí nghiệm trộn vữa cần thiết lập các đặc trưng:

a) Loại xi măng và tỷ lệ nước/xi măng;

b) Loại và tỷ lệ chất phụ gia hoặc chất độn;

c) Độ sụt của vữa (xác định từ đồng hồ đo độ nhớt; côn đo độ chảy; hoặc độ chảy kế);

d) Sự phát triển của cường độ chịu nén không thoát nước ở 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày;

e) Các ghi chú khác về nứt nẻ, giãn nở, mất nước và thời gian đông kết.

f) Lưu ý rằng tỷ lệ nước/xi măng của vữa neo lỗ khoan thường là 0,35 ÷ 0,6. Đối với đất, đá có khả năng thấm kém như đá hoặc sét thì tỷ lệ nước/xi măng không được vượt quá 0,45. Trường hợp vữa xi măng bám dính dây neo hoạt động như một phần của bảo vệ chống ăn mòn thì mật độ mất nước lớn nhất không vượt quá 0,5%. Trường hợp vỏ bọc có hàm lượng nhôm cao thì tỷ lệ nước/xi măng không được vượt quá 0,4.

6.4.3  Yêu cầu đối với vữa neo lỗ khoan:

a) Cường độ chịu nén tối thiểu 4.10⁴ kN/m² ở tuổi 28 ngày;

b) Mất nước vữa trộn sau 3 giờ lớn nhất 4%.

c) Vữa cần được bơm đầy đủ theo chiều dài neo trong lỗ khoan.

6.5  Tính toán lực neo thiết kế

6.5.1  Neo trong đá hoặc trong đất dính trạng thái cứng, thường áp dụng neo kiểu A. Công thức tính sức chịu tải như sau:

a) Khả năng chịu nhổ của bầu neo:

trong đó:

D - Đường kính của bầu neo, (m);

L_b - Chiều dài của bầu neo, (m);

τ_ult - Lực ma sát bên của bầu neo với môi trường xung quanh, đối với đá yếu có độ bền chịu nén nhỏ hơn 7000 kN/m², thí nghiệm xác định τ_test, lấy τ_ult ≤ τ_test; đối với đá cứng khi không có thí nghiệm cắt có thể lấy 0,1 q_u ≤ τ_ult ≤ 4000 kN/m² với q_u là độ bền nén 1 trục không hạn chế nở hông của đá.

b) Chiều dài bầu neo:

- Khi thiết kế bầu neo trong đá, các trường hợp có tải trọng thiết kế nhỏ hơn 200 kN, có thể chọn chiều dài bầu neo lớn hơn 2 m;

- Với các trường hợp thông thường khác, chọn chiều dài bầu neo sao cho 3 m ≤ L_b ≤ 10 m;

- Trường hợp đặc biệt, khi có luận cứ đầy đủ, được chấp nhận, có thể chọn chiều dài bầu neo lớn hơn 10 m.

6.5.2  Neo trong đất rời, thường áp dụng neo kiểu B. Công thức tính sức chịu tải như sau:

a) Khả năng chịu nhổ của bầu neo:

trong đó:

L_b - Chiều dài của bầu neo, (m);

φ' - Góc ma sát trong hiệu quả của đất thuộc phạm vi bầu neo, (độ);

n - Hệ số phụ thuộc nhiều yếu tố. Khi hệ số thấm K_t > 10^-4 m/s thì n = 400 kN/m ÷ 600 kN/m; khi 10^-4 m/s > K_t > 10^-6 m/s thì n= 130 kN/m ÷ 165 kN/m.

b) Chiều dài bầu neo: chọn chiều dài bầu neo sao cho 3 m ≤ L_b ≤ 10 m.

6.5.3  Neo trong đất dính, có thể áp dụng neo kiểu A hoặc neo kiểu C.

a) Khả năng chịu tải của neo dạng A:

- Trường hợp chưa xác định rõ công nghệ bơm vữa và biết trước độ bền kháng cắt không thoát nước trung bình của bầu neo, có thể xác định theo công thức:

trong đó:

D - Đường kính của bầu neo (đường kính lỗ khoan), (m);

L_b - Chiều dài của bầu neo, (m);

α - Hệ số bám dính, với đất sét cứng (C_u > 90 kN/m²), α = 0,3 ÷ 0,35; Sét cứng quá cố kết (90 kN/m2 < C_u ≤ 270 kN/m²), α = 0,28 ÷ 0,36; Sét cứng đến rất cứng (270 kN/m² ≤ C_u < 287 kN/m₂), α = 0,48 ÷ 0,6;

C_u - Độ bền kháng cắt không thoát nước của đất thuộc phạm vi bầu neo, (kN/m²).

- Trường hợp đã xác định được công nghệ phun vữa, có thể xác định theo công thức:

trong đó:

D - Đường kính của bầu neo (đường kính lỗ khoan), (m);

L_b - Chiều dài của bầu neo, (m);

α - Hệ số bám dính, xác định như trên;

τ_M - Ma sát của bầu neo với đất xung quanh, (kN/m²). Phụ thuộc công nghệ phun vữa, xem hình 2.

b) Khả năng chịu tải của neo kiểu C:

trong đó:

D - Đường kính định danh mở rộng của bầu neo, (m);

L_b - Chiều dài của bầu neo, (m);

C_u - Độ bền kháng cắt không thoát nước của đất thuộc phạm vi bầu neo, (kN/m²);

d - Đường kính của thân neo, (m);

N_c - Hệ số chịu tải, (kN/m²), có thể lấy N_c =9 hoặc theo công thức ;

C_ub - Độ bền kháng cắt không thoát nước của lớp địa chất đặt bầu neo, (kN/m²);

L_f - Chiều dài của thân neo, (m);

C_a - Độ dính bám thân neo với đất đá xung quanh, có thể lấy bằng 0,3Cu ÷ 0,35Cu, (kN/m²).

c) Chiều dài bầu neo: chọn chiều dài bầu neo sao cho 3 (m) ≤ L_b ≤ 10 (m).

Hình 2 - Quan hệ thực nghiệm giữa áp lực phun vữa với ma sát bên của bầu neo

6.6  Chiều dài dây neo cố định

a) Nên tiến hành thí nghiệm hiện trường để xác định chiều dài dính bám của neo (chiều dài dây neo cố định);

b) Trường hợp không có kết quả thí nghiệm, có thể lấy như sau:

- Không nhỏ hơn 3,0 m khi dây neo được chế tạo sẵn và phần bầu neo được liên kết với nhau trên hiện trường;

- Không nhỏ hơn 2,0 m khi liên kết dây neo với phần bầu neo được thực hiện trong nhà máy chế tạo;

- Có thể lấy các giá trị nhỏ hơn 2,0 m trong trường hợp neo trong đá, nhưng phải có luận cứ phù hợp.

6.7  Tổng chiều dài dây neo (L_s)

a) Tổng chiều dài neo (L_s), được xác định theo công thức:

trong đó:

L_f - Chiều dài dây neo tự do (m)/chiều dài dây neo phục vụ căng kéo, phụ thuộc vào dạng công trình và cấu trúc địa chất. Thường L_f ≥ 2,5 (m), xem hình A.1, hình A.2, hình A.3, hình A.4;

L_b - Chiều dài bầu neo (m), xem hình A.1, hình A.2, hình A.3, hình A.4;

L₀ - Chiều dài dây neo dự bị (m), thường 1,5 (m) ≥ L₀ ≥ 0,5 (m), xem hình A.1, hình A.2, hình A.3, hình A.4.

6.8  Đường kính lỗ khoan

a) Tùy thuộc vào cấu trúc địa chất khu vực dự kiến sử dụng neo để lựa chọn phương pháp khoan phù hợp, các phương pháp khoan thường sử dụng là khoan xoay, xoay - đập, khoan lõi;

b) Yêu cầu kỹ thuật các lỗ khoan neo như sau:

- Đường kính lỗ khoan không được nhỏ hơn đường kính quy định. Trường hợp sử dụng ống vách phải xem xét đường kính còn lại của lỗ khoan tại điểm vào đến ống vách yêu cầu khi có các ống dẫn;

- Sai số cho phép vị trí lỗ khoan là ± 75 mm so với vị trí thiết kế, trừ khi có chỉ định khác của tư vấn.

- Trong trường hợp khoan xiên, sai số vị trí lỗ khoan theo phương ngang < ± 50 mm, theo phương thẳng đứng < ± 100 mm.

6.9  Góc nghiêng khi khoan cho phép sai số ± 2,5°, có thể sử dụng máy đo độ nghiêng hoặc mặt nghiêng khi tiến hành lắp giá khoan, cần đảm bảo giá khoan chắc chắn trước khi tiến hành khoan.

6.10  Khoan thêm chiều dài đối với các lỗ khoan nghiêng, để bù vào phần thể tích vật liệu vụn không thể lấy ra khỏi hố khoan, chiều dài khoan thêm không quá 1 m so với chiều dài thiết kế.

6.11  Khi lỗ khoan nghiêng đã đạt yêu cầu, mà chưa tiến hành lắp đặt neo, cần phải nút đầu lỗ khoan hoặc sử dụng ống vách để tránh việc lấp hố khoan do vật liệu đất, đá rơi vào.

6.12  Khi tiến hành mở rộng bầu neo, cần có phương pháp hợp lý để lấy lượng vật liệu sinh ra khi tạo bầu. Khi phun vữa, nếu phát hiện thấy lượng vữa thi công nhiều hơn lượng vữa tính toán, thì cần dừng phun vữa để xử lý.

6.13  Việc lắp đặt dày neo và phun vữa cần thực hiện trong cùng ngày, cùng với việc khoan chiều dài bầu neo. Nếu vì lý do nào đó mà không thực hiện được, cần đánh dấu để kiểm tra sức chịu tải.

6.14  Trên suốt chiều dài dính bám, các dây neo kiểu thanh, dây neo nhiều sợi và mũ neo cần được đặt đúng trọng tâm trong lỗ khoan để đảm bảo lớp phủ tối thiểu cho dây hoặc mũ neo là 5 mm giữa các vị trí của cơ cấu định tâm là 10 mm.

6.15  Đối với dây neo nhiều sợi khi tải trọng kéo được đặt truyền qua lực dính bám thì các cơ cấu đệm cần đảm bảo một khoảng trống tối thiểu 5 mm. Đối với các dây neo có gờ chung hoặc gờ cục bộ để tạo liên kết cơ học, cho phép tiếp xúc từng chỗ các đơn vị dây neo, nhưng mặt khác khoảng cách giữa các đơn vị dây neo phải phù hợp.

6.16  Cần thực hiện phun vữa mũ neo đối với các đầu neo lâu dài trên khung cứng đứng hoặc nghiêng qua nút đặt tại chỗ hoặc trực tiếp.

6.17  Cơ cấu định tâm, cơ cấu đệm của dây neo nhiều sợi, bằng thép hoặc chất dẻo cần đặt cẩn thận sao cho các vị trí của chúng được giữ nguyên trong các thao tác vận chuyển và đưa vào lỗ sau này.

6.18  Kiểm soát lực căng kéo và thiết kế trình tự căng kéo

a) Tùy thuộc vào tầm quan trọng của công trình, thiết kế quy định lực căng kéo cho phù hợp. Thông thường, ứng suất trung bình của mỗi dây thép hoặc sợi thép trong bó neo lấy bằng 65% ÷ 75% độ bền kéo cho phép của thép làm neo. Nếu có luận cứ đầy đủ, có thể cho phép lấy giá trị lớn hơn giá trị trên.

Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, ứng suất trung bình của mỗi dây thép hoặc sợi thép trong bó neo không được lớn hơn 90% độ bền kéo cho phép của dây thép.

b) Khi tiến hành căng kéo neo trong đất, đá phải tuân theo các quy định sau:

- Lực căng kéo tác dụng vào neo trong đất, đá phải được tác dụng theo từng giai đoạn và tăng dần đến tải trọng căng kéo quy định (lực căng kéo thời kỳ đầu), xem hình 3;

Hình 3 - Biến đổi theo thời gian của lực căng kéo

- Lực căng kéo phải được giữ trong 5 phút trong mỗi giai đoạn. Sau khi khóa đầu neo, nếu tổn thất ứng suất trước vượt quá 10% lực căng kéo thiết kế, có thể thực hiện bù lực căng kéo. Giá trị lực căng kéo bù, nên vượt một lần trên giá trị bị khóa và chỉ nên thực hiện căng kéo bù nhiều nhất là 2 lần.

c) Lực căng kéo neo trong đất, đá có thể bị suy giảm trong quá trình khai thác, làm cho sức chịu tải của neo không đảm bảo thiết kế yêu cầu, do hiện tượng từ biến của các lớp đất, đá trong phạm vi làm việc của neo hoặc do vật liệu dây neo có độ chúng thấp. Do đó cần xem xét các yếu tố này:

- Giảm ảnh hưởng hiện tượng từ biến của các lớp đất, đá bằng cách sử dụng giá trị lực căng kéo xấp xỉ với giá trị tải trọng thiết kế. Đối với trường hợp có tính chất quan trọng, thì cần thí nghiệm dài kỳ để kiểm tra tính ổn định lâu dài của các lớp đất, đá nền.

- Để đảm bảo độ chùng dây neo, thông thường chọn vật liệu dây neo có độ chùng nhỏ hơn 2,5% (khi sử dụng 1000 giờ). Có thể yêu cầu dây neo có độ chùng khác, tuy nhiên phải có luận cứ hợp lý được chấp nhận.

6.19  Các yêu cầu khi bố trí neo trong đất, đá.

a) Khi bố trí neo trong đất, độ sâu bố trí bầu neo tính từ mặt đất tự nhiên phải lớn hơn 4,5 m. Trường hợp neo trong đá, phải lớn hơn 1,5 m;

b) Thông thường bố trí khoảng cách giữa 2 neo trong cùng một hàng neo S_h ≥ 1,2 m. Khi khoảng cách trong cùng một hàng neo S_h > 1,5 m thì không cần xét đến hiệu ứng nhóm neo. Khi khoảng cách trong cùng một hàng neo 1,2 m < S_h < 1,5 m thì phải xét đến hiệu ứng nhóm neo như sau:

trong đó:

T_f - Sức chịu tải tính toán của một neo đơn, (kN);

T’_f - Sức chịu tải tính đến hiệu ứng nhóm, (kN);

δ - Hệ số suy giảm lực neo khi xét đến hiệu ứng nhóm, xác định bằng tra biểu đồ trên Hình 4.

Hình 4 - Hệ số suy giảm lực neo, xét đến hiệu ứng nhóm

Bán kính hình côn ảnh hưởng R xác định như sau:

trong đó:

L_b - Chiều dài bầu neo, (m);

β - Góc nghiêng định danh (độ), phụ thuộc vào góc ma sát trong φ của nền đất, đá xung quanh bầu neo, khi nền là đất dính β=1/4φ, khi nền là đất rời β=2/3φ, khi nền là đá β=45°.

c) Trong trường hợp đã xác định được vị trí mặt trượt tiềm năng, vị trí đỉnh bầu neo có thể chọn nằm cách vị trí mặt trượt tiềm năng theo phương dây neo ít nhất là 1,5 m hoặc 0,2 H (H là chiều cao tự do của tường chắn).

7  Bố trí, thiết kế neo trong công trình thủy lợi

7.1  Ổn định mái dốc

7.1.1  Sự mất ổn định của mái dốc đất, đá trong công trình thủy lợi có thể do một hoặc các nguyên nhân sau:

a) Chuyển vị của khối đất, đá chịu tác động của ngoại lực như trọng lực, áp lực nước, tác động của sự phát triển thực vật;

b) Chuyển vị của các khối hoặc nệm đá khi chịu tác động của ứng suất tại chỗ;

c) Sự phá hủy hoặc phong hóa của đá khi chịu các điều kiện phá hoại.

7.1.2  Hình thái phá hoại của mái dốc đất, đá trong công trình thủy lợi bao gồm các hình thái sau:

a) Trượt xoay, trượt trụ tròn trong đất, đá yếu;

b) Phá hoại định trước dọc theo một hoặc nhiều khe nứt;

c) Phá hoại kiểu nêm dọc theo các khe nứt giao nhau;

d) Phá hoại dọc theo các chỗ phân cách yếu các vùng cắt hoặc bề mặt phá hoại có từ trước;

e) Phá hoại lật trong đá có các khe nứt ẩn sâu.

7.1.3  Các sơ đồ neo để ổn định mái dốc:

a) Sơ đồ khống chế phá hoại sườn dốc, mái dốc bằng biện pháp neo chống trượt. Thông thường phía đầu neo được liên kết với vữa bê tông phun, tấm bê tông cốt thép hoặc khung dầm bê tông, xem hình 5, 6, 7, 8;

b) Sơ đồ chống trượt hỗn hợp cho mái đứng và nghiêng, xem hình 9.

Hình 9 - Neo kết hợp tường chắn chống trượt cho mặt trượt hỗn hợp

b) Số lượng neo và cách bố trí neo được xác định thông qua tính toán khả năng chịu tải của hệ neo, ổn định tổng thể, biến dạng của hệ kết cấu và điều kiện thấm (nếu có).

7.1.4  Tải trọng và các tổ hợp tải trọng theo quy định tại TCVN 2737, như sau:

7.1.4.1  Tải trọng:

a) Trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng đất, đá, trọng lượng thiết bị (nếu có);

b) Áp lực đất lên kết cấu neo giữ, Áp lực nước lên kết cấu neo giữ;

c) Lực neo giữ của neo trong đất, đá;

d) Áp lực nước thấm (nếu phía sau kết cấu neo giữ có nước);

e) Động đất hoặc tải trọng động.

7.1.4.2  Tổ hợp tải trọng:

a) Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng có ở điểm 7.1.4.1 a, điểm 7.1.4.1 b, điểm 7.1.4.1 c, điểm 7.1.4.1 d;

b) Tổ hợp đặc biệt bao gồm tải trọng cơ bản và tải trọng có ở điểm 7.1.4.1 e;

7.1.5  Phương pháp tính toán ổn định tổng thể:

7.1.5.1  Tùy thuộc điều kiện thực tế đối với mái dốc/sườn dốc mà có 3 dạng mặt trượt cơ bản, có thể xảy ra:

a) Mặt trượt dạng trụ tròn;

b) Mặt trượt phẳng;

c) Mặt trượt hỗn hợp.

7.1.5.2  Phương pháp tính toán:

a) Có thể sử dụng phương pháp phân thỏi để tính toán cho các dạng mặt trượt nêu trên theo phương pháp bishop hoặc các phương pháp tương đương khác. Sơ đồ phân tích xem hình 10;

Hình 10 - Sơ đồ phân tích ổn định theo phương pháp giải tích

Hệ số an toàn xác định theo công thức sau:

trong đó:

M_CT - Lực hoặc mô men chống giữ khối trượt;

M_GT - Lục hoặc mô men gây ra khối trượt,

hoặc:

trong đó:

Δw - Trọng lượng của thỏi trượt, (kN);

Δw_n - Thành phần trọng lượng vuông góc với đáy cung trượt, (kN);

f - Hệ số ma sát, f = tan φ’;

ΔL - Bề rộng của thỏi trượt, (m);

ΔW_t - Tổng các lực tác động trên đáy thỏi trượt, (kN);

T_t - Thành phần lực tiếp tuyến tổng cộng của neo, (kN);

T_n - Thành phần lực pháp tuyến tổng cộng của neo, tính như sau:

b) Ngoài phương pháp phân thỏi, khi mặt trượt là mặt phẳng, có thể sử dụng phương pháp phân tích khối đơn giản. Sơ đồ phân tích xem hình 11;

Hình 11 - Sơ đồ phân tích ổn định mái dốc trong đá

Trên hình 11:

trong đó: φ’ là góc ma sát trong (độ), tan φ’ là hệ số ma sát giữa khối trượt và mặt phẳng trượt. Hệ số an toàn xác định bằng công thức gần đúng 17, 18, 19, phụ thuộc vào độ lớn của góc θ+β: - Khi (θ+β) < 90° và T_t < W_t:

- Khi (θ+β) < 90° và T_t > W_t:

- Khi (θ+β)>90°:

c) Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm thương mại thông dụng để tính toán phân tích với mô hình mô phỏng phù hợp với điều kiện làm việc của mái dốc có sử dụng neo trong đất, đá. Ví dụ: Phần mềm Geo-slope, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Midas/GTS (hoặc các phần mềm khác có tính năng tương đương). Các bước tính toán như sau:

- Xác định miền tính toán: Có thể chọn miền tính toán theo tính năng của phần mềm thương mại đang sử dụng. Miền tính toán có thể chọn ở dạng phẳng (2D) hoặc không gian (3D). Yêu cầu là miền tính toán chọn phải đủ lớn, để kết quả tính toán không bị ảnh hưởng;

- Chia miền tính toán: Miền tính toán đã xác định được chia thành nhiều miền con, mỗi miền ứng với một loại vật liệu. Sau đó thay thế các miền con này bằng tập hợp các phần tử có dạng phù hợp. Các phần tử được nối với nhau tại các điểm nút;

- Thiết lập tải trọng đặt vào mô hình: Gán các giá trị tải trọng theo tổ hợp tải trọng tính toán, được quy định tại 7.1.4.1 và 7.1.4.2;

- Xác định các ràng buộc về chuyển vị tại các điểm nút ở trên biên của miền tính toán: Gán giá trị bằng không cho chuyển vị đứng, ngang tại biên ngoài cùng bên phải, bên trái và dưới cùng;

- Kết quả tính toán: Thực hiện tính toán xác định được nội lực, chuyển vị của neo. Hệ số an toàn của mái dốc sử dụng neo trong đất, đá.

7.2  Ổn định tường chắn

7.2.1  Sự mất ổn định của tường chắn đất trong công trình thủy lợi có thể do một hoặc các nguyên nhân sau:

a) Trọng lượng của tường chắn và trọng lượng đất đè lên bản đáy tường nhỏ hơn áp lực chủ động của khối đất, đá sau lưng tường;

b) Chuyển vị của khối đất, đá chịu tác động của ngoại lực như trọng lực, áp lực nước, tác động của sự phát triển thực vật gây ra trượt;

c) Sức chịu tải của nền đất ngang đáy tường nhỏ hơn trọng lượng đất đắp và ngoại lực tác dụng, gây sụt đất ra ngoài đáy tường chắn.

7.2.2  Hình thái phá hoại của tường chắn đất trong công trình thủy lợi bao gồm các hình thái sau:

a) Tường chắn bị chuyển vị ngang hoặc xoay do áp lực chủ động của khối đất, đá sau lưng tường;

b) Phá hoại hình thành mặt trượt trụ tròn, trượt phẳng, trượt hỗn hợp khối đất, đá sau lưng tường;

c) Tường chắn bị lún thẳng đứng quá mức cho phép.

7.2.3  Các sơ đồ neo để ổn định tường chắn:

a) Sơ đồ neo để ổn định tường chắn thông thường có hai cách bố trí:

Hình 12 - Bố trí một hàng neo ngang

Hình 13 - Bố trí một hàng neo xiên

- Bố trí một hàng neo, xem hình 12 và hình 13;

- Bố trí nhiều hàng neo, xem hình 14.

b) Số lượng neo và cách bố trí neo được xác định thông qua tính toán khả năng chịu tải của hệ neo, ổn định tổng thể, biến dạng của hệ kết cấu và điều kiện thấm (nếu có).

Hình 14 - Bố trí nhiều hàng neo

7.2.4  Tải trọng và các tổ hợp tải trọng theo quy định tại TCVN 9152, như sau:

7.2.4.1  Tải trọng:

a) Tải trọng tác dụng lên tường chắn đất được quy định tại 4.2.4 - TCVN 9152;

b) Lực neo giữ của neo trong đất, đá.

7.2.4.2  Tổ hợp tải trọng:

a) Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các tải trọng được quy định tại 4.2.4.1, 4.2.4.2, 4.2.4.5, 4.2.4.7 của TCVN 9152 và tải trọng được quy định tại 7.2.4.1 b) của tiêu chuẩn này;

b) Tổ hợp đặc biệt bao gồm tải trọng được quy định tại 7.2.4.1 a) cộng thêm các loại sau:

- Tác động của động đất (nếu có);

- Áp lực nước với tổ hợp bất lợi nhất có thể xảy ra;

- Áp lực nước thấm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường;

- Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi trường xung quanh theo năm có biên độ giao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm;

- Tải trọng do tàu thuyền va đập gây ra.

7.2.5  Phương pháp giải tích:

7.2.5.1  Tùy thuộc điều kiện thực tế của tường chắn, cách bố trí neo để lựa chọn phương pháp kiểm tra nội lực và chuyển vị của kết cấu neo giữ theo các phương pháp dầm liên tục, được quy định tại phụ lục A;

7.2.5.2  Tùy thuộc điều kiện thực tế đối với kết cấu tường chắn, cách bố trí neo và điều kiện địa chất mà có thể xảy ra 4 dạng mặt trượt. Các dạng mặt trượt được quy định tại 6.2.1 - TCVN 9152. Công thức tính toán tổng quát trong mọi trường hợp xác định như sau:

trong đó:

N_tt - Tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng hoặc một thông số bất kỳ có thể sử dụng để đánh giá trạng thái giới hạn);

R - Sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc các thông số khác được xác lập theo tiêu chuẩn thiết kế, (kN);

K - Hệ số an toàn tính toán của công trình.

- Đối với tường chắn đặt trên nền không phải là đá, sử dụng các quy định tại TCVN 4253 để tính toán ổn định. Ngoài ra, có thể sử dụng các phương pháp được quy định tại 6.2.2, 6.2.3, 6.2.4, 6.2.5, 6.2.6, 6.2.7, 6.2.8 - TCVN 9152;

- Đối với tường chắn trên nền đá, sử dụng các quy định tại 6.2.9, 6.2.10, 6.2.11, 6.2.12 - TCVN 9152.

7.2.6  Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm thương mại thông dụng để tính toán phân tích với mô hình tính phù hợp với điều kiện làm việc của mái dốc có sử dụng neo trong đất, đá. Ví dụ: Phần mềm Geo-slope, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Midas/GTS (hoặc các phần mềm khác có tính năng tương đương). Các bước tính toán như sau:

- Xác định miền tính toán: theo quy định điểm 1 của điều 7.1.5.2 c;

- Chia miền tính toán: theo quy định tại điểm 2 của điều 7.1.5.2 c;

- Thiết lập tải trọng đặt vào mô hình: Gán các giá trị tải trọng theo tổ hợp tải trọng tính toán, được quy định tại 7.2.4.1 và 7.2.4.2;

- Xác định các ràng buộc về chuyển vị tại các điểm nút ở trên biên của miền tính toán: theo quy định tại điềm 4 của điều 7.1.5.2 c;

- Kết quả tính toán: Thực hiện tính toán xác định được nội lực, chuyển vị của neo và hệ số an toàn của tường chắn sử dụng neo trong đất, đá theo các trường hợp tính toán.

7.3  Ổn định hố mỏng có sử dụng kết cấu chống giữ

7.3.1  Sự mất ổn định của hố móng có sử dụng kết cấu chống giữ trong công trình thủy lợi có thể do một hoặc các nguyên nhân sau:

a) Áp lực đất lên hệ chống đỡ (ván cừ, khung chống, neo) lớn hơn khả năng chống đỡ của hệ chống đỡ;

b) Trọng lượng đất và các ngoại lực khác gây ra mặt trượt sâu hơn mũi cừ;

c) Áp lực thấm lên đáy hố móng vượt quá mức cho phép gây ra biến dạng thấm đáy hố móng.

7.3.2  Hình thái phá hoại của hố móng có sử dụng kết cấu chống giữ trong công trình thủy lợi bao gồm các hình thái sau:

a) Các chuyển vị thẳng đứng, ngang của đất gây mất ổn định hố mỏng do hệ chống đỡ không đủ độ cứng;

b) Khối đất sau lưng tường hình thành mặt trượt sâu gây trồi, bùng đáy hố móng;

c) Đáy hố móng bị xói ngầm, đẩy nổi gây sụt đất xung quanh hố móng.

7.3.3  Các sơ đồ neo để ổn định tường chắn:

a) Sơ đồ neo để ổn định hố móng có sử dụng kết cấu chống giữ thông thường có hai cách bố trí:

Hình 15 - Bố trí một hàng neo ngang

Hình 16 - Bố trí một hàng neo xiên

- Bố trí một hàng neo, xem hình 15 và hình 16;

- Bố trí nhiều hàng neo, xem hình 17.

b) Số lượng neo và cách bố trí neo được xác định thông qua tính toán khả năng chịu tải của hệ neo, ổn định tổng thể, biến dạng của hệ kết cấu và điều kiện thấm (nếu có).

Hình 17 - Bố trí nhiều hàng neo

7.3.4  Tải trọng và các tổ hợp tải trọng:

7.3.4.1  Tải trọng:

a) Trọng lượng đất, trọng lượng bản thân hệ chống đỡ, trọng lượng vật liệu xếp trên hiện trường (nếu có), trọng lượng thiết bị thi công;

b) Áp lực đất lên kết cấu neo giữ, Áp lực nước lên kết cấu neo giữ;

c) Lực neo giữ của neo trong đất;

d) Áp lực nước thấm (nếu phía sau kết cấu neo giữ có nước).

7.3.4.2  Tổ hợp tải trọng thi công bao gồm các tải trọng có ở điểm 7.3.4.1 a, điểm 7.3.4.1 b, điểm 7.3.4.1 c, điểm 7.3.4.1 d của tiêu chuẩn này.

7.3.5  Phương pháp giải tích:

7.3.5.1  Tùy thuộc điều kiện thực tế của kết cấu bảo vệ hố móng, cách bố trí neo để lựa chọn phương pháp kiểm tra nội lực và chuyển vị của kết cấu neo giữ theo các phương pháp dầm liên tục, được quy định tại phụ lục B.

7.3.5.2 Trong mọi trường hợp cần kiểm tra khả năng hình thành mặt trượt sâu với vị trí cung trượt sâu được xác định bắt đầu từ mũi tường chắn. Sơ đồ phân tích xem hình 18;

Hệ số an toàn xác định theo công thức sau:

trong đó:

ΣG - Tổng thành phần lực gây trượt, (kN);

ΣF - Tổng thành phần lục chống trượt, (kN);

K - Hệ số an toàn tính toán của công trình, có thể xác định theo phương pháp phân thỏi.

Hình 18 - Sơ đồ phân tích ổn định trượt sâu theo phương pháp giải tích

7.3.5.3  Trong mọi trường hợp cần Kiểm tra khả năng chịu tải của đất nền ngang mũi tường chắn. Sơ đồ phân tích xem hình 19;

Hình 19 - Sơ đồ tính toán sức chịu tải theo phương pháp giải tích

Hệ số an toàn sức chịu tải được xác định theo công thức sau:

trong đó:

R_u - Sức chịu tải đất nền có mặt phẳng ngang với mũi tường cừ, (kN);

q - Lực phân bố quy đổi của đất, nước và hoạt tải bên ngoài hố móng tính đến mặt phẳng mũi cừ, (kN/m);

p - Lực phân bố quy đổi của đất, nước trong hố móng tính đến mặt phẳng mũi cừ, (kN/m);

φ - Góc ma sát trong của đất nền dưới mặt phẳng mũi cừ, (độ);

C - Lực dính đơn vị, (kN/m²);

N_q, N_c - Hệ số phụ thuộc vào giá trị góc ma sát của đất nền φ, quy định tại TCVN 4253.

7.3.5.4  Trong trường hợp phía ngoài hố móng có nước ngầm, cần kiểm tra điều kiện về thấm, xói ngầm:

trong đó:

J - Gradient tính toán của hố mỏng;

H - Chênh lệch mực nước trong và ngoài hố móng, (m);

L_d - Chiều dài tổng cộng đường viền thấm thẳng đứng, (m);

L_n - Chiều dài tổng cộng đường viền thấm nằm ngang, (m);

m - Hệ số phụ thuộc vào dạng đường viền thấm, một hàng cừ m=1÷1,5; hai hàng cừ m = 2÷2,5; ba hàng cừ m=3÷3,5.

7.3.6  Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm thương mại thông dụng để tính toán phân tích với mô hình tính phù hợp với điều kiện làm việc của mái dốc có sử dụng neo trong đất, đá. Ví dụ: Phần mềm Geo-slope, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Midas/GTS (hoặc các phần mềm khác có tính năng tương đương). Các bước tính toán như sau:

- Xác định miền tính toán: theo quy định điểm 1 của điều 7.1.5.2 c;

- Chia miền tính toán: theo quy định tại điểm 2 của điều 7.1.5.2 c;

- Thiết lập tải trọng đặt vào mô hình: Gán các giá trị tải trọng theo tổ hợp tải trọng tính toán, được quy định tại 7.3.4.1 và 7.3.4.2;

- Xác định các ràng buộc về chuyển vị tại các điểm nút ở trên biên của miền tính toán: theo quy định tại điểm 4 của điều 7.1.5.2 c;

- Thiết lập bước thi công: Xây dựng các bước thi công hố móng (cao độ đáy hố móng và thời gian thi công);

- Kết quả tính toán: Thực hiện tính toán xác định được nội lực, chuyển vị của neo và hệ số an toàn ổn định và Gradient của tường chắn tương ứng với các bước thi công hố móng.

7.4  Ổn định đập bê tông

7.4.1  Sự mất ổn định của đập bê tông có thể do một hoặc các nguyên nhân sau:

a) Trọng lượng đập và liên kết giữa đập với môi trường xung quanh không đủ khả năng chống đỡ với các loại áp lực tác dụng lên đập;

b) Áp lực nước đầy ngược lên đáy đập quá lớn.

7.4.2  Hình thái phá hoại của hố móng có kết cấu chống giữ trong công trình thủy lợi bao gồm các hình thái sau:

a) Đập bê tông có hiện tượng chuyển vị lên theo chiều áp lực đẩy ngược;

b) Đập bê tông có hiện tượng bị lật.

7.4.3  Sơ đồ neo để ổn định đập bê tông:

a) Thông thường neo được bố trí lệch về phía thượng lưu đập để tận dụng khả năng chống lật, khi chịu tác dụng của áp lực nước. Nếu trong đập bê tông có bố trí hành lang quan trắc thì có thể khoan neo từ hành lang quan trắc, song phải kiểm tra độ bền của đáy hành lang. Trường hợp đập bê tông không bố trí hành lang quan trắc, có thể khoan neo từ đỉnh đập xuống. Thông thường có hai cách bố trí:

- Bố trí một hàng neo;

- Bố trí nhiều hàng neo, xem hình 20, hình 21.

b) Số lượng neo và cách bố trí neo được xác định thông qua tính toán khả năng chịu tải của hệ neo, ổn định tổng thể của đập bê tông.

7.4.4  Tải trọng và các tổ hợp tải trọng:

7.4.4.1  Tải trọng: Tải trọng tác dụng lên đập bê tông tuân thủ theo quy định tại 4.1.4 -TCVN 9137;

7.4.4.2  Tổ hợp tải trọng:

a) Tổ hợp tải trọng cơ bản: Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm, tải trọng thường xuyên theo quy định tại 4.1.5.1 - TCVN 9137; tải trọng tạm thời dài hạn theo quy định tại 4.1.5.2 - TCVN 9137; tải trọng tạm thời ngắn hạn theo quy định tại 4.1.5.3 -TCVN 9137.

b) Tổ hợp tải trọng đặc biệt: Bao gồm tổ hợp tải trọng cơ bản, kết hợp với tải trọng đặc biệt, theo quy định tại 4.1.5.4- TCVN 9137.

7.4.5  Phương pháp giải tích:

7.4.5.1  Điều kiện ổn định của đập bê tông theo quy định tại TCVN 9137 như sau:

a) Điều kiện ổn định:

- Chống trượt trên mặt phẳng nằm ngang:

trong đó:

ΣG - Tổng thành phần lực thẳng đứng tác dụng lên mặt trượt (kN), (ΣG =f(P, W₁, W₂, neo);

f - Hệ số ma sát trên mặt trượt, (kN);

A_t - Diện tích mặt trượt, (m₂);

C - Lực dính đơn vị trên mặt trượt, (kN/m²);

ΣT - Tổng thành phần lực gây trượt (kN), (ΣT = f(E₁, E₂).

- Điều kiện chống lật:

trong đó:

M_CT - Tổng mô men chống trượt;

M_GT - Tổng mô men gây trượt.

b) Điều kiện bền:

trong đó:

σ_max, σ_min - Giá trị ứng suất lớn nhất và bé nhất tính toán của đáy móng, (kN/m²);

R_k, Rn - Giá trị cường độ kéo và cường độ nén của nền đập bê tông, (kN/m²).

Hình 22 - Sơ đồ tính toán ổn định của đập bê tông có sử dụng neo

7.4.6  Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm thương mại thông dụng để tính toán phân tích với mô hình tính phù hợp với điều kiện làm việc của mái dốc có sử dụng neo trong đất, đá. Ví dụ: Phần mềm Geo-slope, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Midas/GTS (hoặc các phần mềm khác có tính năng tương đương). Các bước tính toán như sau:

- Xác định miền tính toán: theo quy định điểm 1 của điều 7.1.5.2 c;

- Chia miền tính toán: theo quy định tại điểm 2 của điều 7.1.5.2 c;

- Thiết lập tải trọng đặt vào mô hình: Gán các giá trị tải trọng theo tổ hợp tải trọng tính toán, được quy định tại 7.4.4.1 và 7.4.4.2;

- Xác định các ràng buộc về chuyển vị tại các điểm nút ở trên biên của miền tính toán: theo quy định tại điểm 4 của điều 7.1.5.2 c;

- Kết quả tính toán: Thực hiện tính toán, xác định được nội lực, chuyển vị của neo; hệ số an toàn ổn định của đập bê tông trọng lực và ứng suất-biến dạng nền đập bê tông trọng lực.

8  Đánh giá chất lượng neo

8.1  Quy định chung

8.1.1  Đánh giá chất lượng neo trong đất, đá phục vụ chủ yếu cho công tác thi công và nghiệm thu, nhưng trước hết là phục vụ cho việc điều chỉnh lại công tác thiết kế trong quá trình thi công (nếu cần thiết). Các thí nghiệm phục vụ cho việc đánh giá chất lượng neo phải được thực hiện trước, trong và sau khi hoàn thành thi công. Bao gồm các thí nghiệm:

a) Thí nghiệm để phục vụ công tác thiết kế;

b) Thí nghiệm để phục vụ thi công đại trà;

c) Thí nghiệm để đánh giá chất lượng thi công neo.

8.1.2  Trong hồ sơ thiết kế, phải làm rõ sự cần thiết, xác định được nội dung, số lượng, vị trí và thời gian thực hiện các thí nghiệm đánh giá chất lượng neo. Thông thường phải thực hiện đủ cả 3 giai đoạn thí nghiệm nêu trên, nhưng trong một số trường hợp yêu cầu, cụ thể:

- Tiến độ thi công yêu cầu gấp, nếu không thi công neo thi ảnh hưởng đến chất lượng công trình;

- Vị trí thi công đã có công trình sử dụng loại neo tương tự.

thì chỉ cần thực hiện hai giai đoạn thí nghiệm b) và c).

8.1.3  Thông thường công tác tổ chức thực hiện các thí nghiệm đánh giá chất lượng neo do Nhà thầu thi công neo thực hiện dưới sự giám sát của chủ đầu tư, trừ khi chủ đầu tư có chỉ định khác.

8.1.4  Vật liệu, thiết bị phục vụ công tác thí nghiệm đánh giá chất lượng neo:

a) Vật liệu: Vật liệu sử dụng phục vụ thí nghiệm phải là cùng loại với chủng loại vật liệu thi công đại trà;

b) Thiết bị phục vụ thi công: Thiết bị thi công sử dụng phục vụ thí nghiệm phải là cùng loại với chủng loại thiết bị thi công đại trà;

c) Thiết bị đo: Thiết bị phải có độ chính xác theo yêu cầu của hồ sơ thiết kế, phải được kiểm định trước khi thực hiện thí nghiệm.

8.2  Thí nghiệm phục vụ công tác thiết kế

8.2.1  Yêu cầu chung:

8.2.1.1  Mục đích thí nghiệm để phục vụ công tác thiết kế nhằm đánh giá sự phù hợp khả năng chịu tải của neo đã được tính toán theo các số liệu khảo sát địa chất với điều kiện thực tế hiện trường.

8.2.1.2  Yêu cầu việc thí nghiệm cần phải tiến hành trong điều kiện tương tự như neo dự kiến về điều kiện làm việc, mức độ chịu tải.

8.2.1.3  Nội dung thí nghiệm có thể bao gồm các thí nghiệm trong nhà máy, phòng thí nghiệm và trên hiện trường:

a) Xác định sự phù hợp của vật liệu: Trong trường hợp không đủ hoặc thiếu một số chứng chỉ của các hạng mục xi măng, chất độn, nước, hóa chất, thép neo, vỏ neo, ống dẫn, cơ cấu đệm, cơ cấu định tâm, băng, mỡ bảo vệ chống rỉ, cần thí nghiệm để xác định sự phù hợp của các hạng mục đó so với các quy định hiện hành về các đặc trưng độ bền, độ cứng, chùng, rão, tuổi thọ, độ ổn định dài hạn, xã nhận sự không ảnh hưởng có hại đến dây neo, hệ thống bảo vệ ăn mòn hoặc sự làm việc của neo;

b) Thí nghiệm kéo nhổ:

- Thực hiện trên hiện trường với các điều kiện thi công, làm việc tương tự như neo thiết kế. Nhằm xác định lực kéo nhổ cực hạn của neo và các đặc tính làm việc khác như khả năng đáp ứng của đầu neo, sự phù hợp của thiết bị căng kéo. Tải trọng thí nghiệm tối đa T_f. Số lượng neo thí nghiệm phụ thuộc vào số lượng cấu trúc địa chất. Với cùng một điều kiện địa chất, số lượng neo thí nghiệm là 1 neo

- Khi thực hiện thí nghiệm kéo nhổ phải duy trì tải trọng và thời gian tương ứng theo quy định như sau:

Bảng 7 - Chu kỳ và độ lớn tải trọng thí nghiệm

- Tốc độ gia tải khi thực hiện thí nghiệm kéo nhổ nhằm không gây ra phá hoại kéo đột ngột, cần thực hiện theo quy định sau:

Bảng 8 - Tốc độ gia tải khi thí nghiệm

8.3  Thí nghiệm phục vụ thi công đại trà

8.3.1  Yêu cầu chung

8.3.1.1  Mục đích thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng làm việc theo thời gian của neo dự kiến thi công đại trà. Kết quả thí nghiệm xác định được độ lớn của lực kéo còn lại trong dây neo, sau khi đã suy giảm theo thời gian khai thác neo, để quyết định lực căng kéo lúc cố định neo.

Hình 22 - Sơ đồ minh họa thí nghiệm kéo dài kỳ

8.3.1.2  Trong trường hợp neo đặt trong nền đá hoặc đất rời, có thể thực hiện thí nghiệm hoặc không thí nghiệm. Đối với trường hợp neo đặt trong lớp đất mềm yếu hoặc đất sét yêu cầu phải thực hiện thí nghiệm này.

8.3.1.3  Thí nghiệm được tiến hành tại vị trí dự kiến thi công đại trà, các yêu cầu thí nghiệm như sau:

a) Thời gian thí nghiệm: Thông thường thời gian thí nghiệm khoảng 7 ~ 10 ngày, trừ khi thiết kế có chỉ định khác, xem hình 22. Từ kết quả thí nghiệm vẽ quan hệ lực kéo còn lại và thời gian (đơn vị logarit);

b) Số lượng neo thí nghiệm: Thực hiện trên hiện trường với các điều kiện thi công, làm việc tương tự như neo thiết kế. Số lượng neo thí nghiệm phụ thuộc vào số lượng neo dự kiến thi công và số lượng cấu trúc địa chất. Với cùng một điều kiện địa chất, số lượng neo thí nghiệm như sau:

Bảng 9 - Số lượng neo thí nghiệm

c) Khi thực hiện thí nghiệm kéo dài kỳ phải duy trì tải trọng và thời gian tương ứng theo quy định như sau:

Bảng 10 - Chu kỳ và độ lớn tải trọng thí nghiệm

d) Xử lý trong quá trình thí nghiệm: Trong trường hợp lực kéo còn lại tại thời điểm kết thúc thí nghiệm nhỏ hơn lực kéo còn lại thiết kế, nên điều chỉnh lại thiết kế theo hướng giảm lực neo thiết kế ở mức phù hợp.

8.4  Thí nghiệm đánh giá chất lượng trong thi công

8.4.1  Thí nghiệm đánh giá sự phù hợp:

8.4.1.1  Nhằm mục đích đánh giá sự phù hợp của địa chất, vật liệu, các bộ phận, thiết bị, phương pháp thi công, trình độ thi công sau khi đã thi công đại trà neo theo hồ sơ thiết kế;

8.4.1.2  Số lượng và vị trí thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành với mọi loại neo và mọi loại địa chất đất nền. Số lượng neo thí nghiệm kéo thử từ 3% ~ 5% số lượng neo đã thi công, nhưng không nhỏ hơn 3 neo cho một loại kết cấu neo và cùng một loại địa chất. Vị trí thí nghiệm kéo thử được chỉ định bất kỳ trong khu vực neo đã thi công;

8.4.1.3  Tải trọng thí nghiệm: Tải trọng thử lớn nhất theo quy định 110÷125% T_d. Neo được đánh giá là đạt khi đáp ứng được thời gian và tải trọng yêu cầu, xem bảng 11.

Bảng 11 - Tải trọng và thời gian yêu cầu của thí nghiệm kéo thử

8.3.1.4  Báo cáo kết quả thí nghiệm trước khi thi công đại trà các neo tiếp theo: Sau khi tiến hành thí nghiệm kéo thử, cần lập báo cáo kết quả thí nghiệm, gồm có thuyết minh báo cáo và bản vẽ liên quan đến nội dung thí nghiệm. Các kết quả cần trình bày:

- Quan hệ tải trọng/độ giãn dài;

- Quan hệ tải trọng/thời gian, có thể trình bày như trên hình 23;

- Quan hệ chuyển vị/thời gian.

8.4.2  Thí nghiệm đánh giá an toàn:

8.4.2.1  Nhằm mục đích đánh giá sự an toàn của neo đất thực tế với lực neo thiết kế, bằng cách gia tải neo đến tải trọng quy định theo chu kỳ đơn;

8.4.2.2  Thời điểm thực hiện thí nghiệm: Sau khi đã thi công neo đại trà, trước khi căng kéo chốt neo;

8.4.2.3  Số lượng thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành với toàn bộ neo đã thi công, ngoại trừ số lượng neo đã thực hiện các thí nghiệm đánh giá sự phù hợp.

Hình 23 - Sơ đồ minh họa thí nghiệm kéo dài kỳ

8.4.2.4  Tải trọng thí nghiệm:

a) Tải trọng thử lớn nhất theo quy định 110 ÷ 125% T_d.

b) Neo được đánh giá là đạt khi:

- Tải trọng tối đa thí nghiệm của neo có giá trị lớn hơn lực neo thiết kế, nếu neo chịu được tải trọng này với thời gian duy trì quy định ở bảng 12;

- Giá trị sai khác không quá 10% so với kết quả thí nghiệm đánh giá sự phù hợp

Bảng 12 - Tải trọng và thời gian yêu cầu của thí nghiệm đánh giá an toàn

Hình 24 - Sơ đồ gia tải neo với thời gian

c) Biểu diễn sơ đồ gia tải, xem hình 24.

8.4.2.5  Tốc độ căng kéo khi gia tải và dỡ tải, thực hiện theo quy định sau:

Bảng 13 - Tốc độ gia tải khi thí nghiệm

Phụ lục A

(Tham khảo)

Một số dạng neo điển hình thường áp dụng trong công trình thủy lợi

Hình A.1 - Neo trong đất, có bảo vệ phần neo cố định

Hình A.2 - Neo trong đá (rock bolt), dính bám hoàn toàn trên chiều dài dây neo tự do

Hình A.3 - Neo tạm thời trong đất, trong khi căng kéo

Hình A.4 - Neo trong đá, không dính bám chiều dài dây neo tự do, có bảo vệ neo cố định

Phụ lục B

(Tham khảo)

Tính toán nội lực neo theo phương pháp dầm liên tục

B.1  Nguyên lý và giả thiết tính toán:

a) Phương pháp này xem tường cừ (hoặc tường chắn) là dầm đàn hồi, liên tục chịu áp lực đất chủ động và bị động. Dầm liên tục này, được đặt trên các gối tựa cứng là vị trí các neo và một gối nằm dưới lớp đào tương ứng với vị trí điểm cân bằng áp lực đất;

b) Khi áp dụng, tùy thuộc vào loại đất là đất rời hay đất dính mà biểu đồ lực tác dụng của đất là hình tam giác hoặc hình thang;

c) Phương pháp này được tính toán theo trình tự thi công, do đó có thể tính toán được lực tác dụng vào neo ở từng giai đoạn thi công, do đó với cùng một vị trí neo sẽ có nhiều giá trị lực tác dụng. Sau khi tính toán hết các giai đoạn thi công, cần chọn ra giá trị tác dụng vào neo bất lợi nhất.

d) Phản lực gối tựa xác định được là lực neo theo phương nằm ngang, nội lực theo phương của dây neo theo công thức:

trong đó:

T_tk,i - Lực neo thiết kế tầng neo tầng thứ i;

l_i - Khoảng cách giữa các neo thiết kế;

N_i - Lực neo lớn nhất theo phương nằm ngang của thanh neo tầng thứ i xác định dựa vào các sơ đồ tính toán;

α_i - góc nghiêng của thanh neo tầng thứ i so với phương nằm ngang.

B.2  Trình tự các bước thực hiện:

Tính toán nội lực neo bằng phương pháp dầm liên tục được chia thành 6 bước như sau:

Bước 1: Vẽ biểu đồ áp lực đất chủ động và bị động cho mỗi bước đào tương ứng;

Bước 2: Xác định điểm không áp lực đất nằm phía dưới lớp đào;

Bước 3: Sơ đồ hóa hệ tường hố móng và neo thành dầm liên tục;

Bước 4: Tính toán lực gối tựa và vẽ biểu đồ mô men của dầm liên tục;

Bước 5: Tính toán chiều sâu cắm cừ hoặc tường chắn (tính với bước đào cuối cùng);

Bước 6: Lựa chọn lực neo thiết kế.

B.3  Chi tiết thực hiện các bước:

B.3.1  Vẽ biểu đồ áp lực đất

Hệ số áp lực đất chủ động:

Hệ số áp lực đất bị động:

Áp lực đất chủ động tác dụng lên tường hố móng theo độ sâu so với mặt đất lưng tường:

Áp lực đất bị động tác dụng mặt trong tường hố móng theo độ sâu so với đáy lớp đào tính toán:

trong đó:

Σh_i = Z_i  - Tổng độ dày của các lớp tính từ mặt đất lưng tường đến độ sâu Z_i tính toán (m);

Σh_j = Z'_j  - Tổng độ dày của các lớp tính từ mặt đáy lớp đào đến độ sâu Z'_j tính toán (m);

K_ai và K_pj - Áp lực đất chủ động và bị động tại vị trí có độ sâu tương ứng Z_i và Z'_j ở mỗi mặt cắt tính toán

C - Lực dính kết của đất tại độ sâu tính toán tương ứng (kN/m²);

φ - Góc ma sát trong của lớp đất tính toán áp lực đất (độ).

Như vậy khi xác định được các giá trị Z_i, Z'_j ta có thể tính toán được áp lực đất chủ động và bị động tương ứng, từ đó vẽ được biểu đồ hiệu áp lực đất chủ động và g như trong hình B.2 đến hình B.5.

B.3.2  Xác định điểm không ứng suất, dưới lớp đào

trong đó:

σ_a, σ_p - Áp lực đất chủ động và bị động tương ứng tại vị trí đáy lớp đào tính toán (kN/m²);

γ - Trọng lượng riêng của lớp đất nằm dưới lớp đào tính toán (kN/m³);

K_a, K_p - Hệ số áp lực đất của lớp đất nằm dưới lớp đào tính toán.

B.3.3  Sơ đồ hóa hệ tường hố móng và neo thành dầm liên tục

Hình B 1 - Sơ đồ đào và lắp neo (Ví dụ. trình bày 4 bước đào)

Sơ đồ hóa tường và neo thành dầm liên tục chiều dài từ đỉnh tường đến điểm không áp lực đất nằm dưới lớp đào. Vị trí các neo được thay thế bằng gối tựa cứng và vị trí điểm không ứng suất. Tải trọng tác dụng lên dầm là biểu đồ áp lực đất chủ động và bị động.

Hình B 2 - Sơ đồ thi công ở bước đào 1

Hình B 3 - Sơ đồ thi công ở bước đào 2, sử dụng tầng neo 1

Hình B 4 - Sơ đồ thi công ở bước đào 3, sử dụng tầng neo 1 và 2

Hình B 5 - Sơ đồ tường ở bước đào 4, sử dụng tầng neo 1, 2 và 3

B.3.4  Tính toán lực gối tựa và vẽ biểu đồ mô men của dầm liên tục

Các bước tính toán dầm liên tục theo phương trình ba mô men

Bước 1: Tính bậc siêu tĩnh n = Số gối trung gian + số ngàm = G_tg + N, đưa dầm về dạng nhiều nhịp đơn (hệ cơ bản) (không có ngàm, không có đầu tự do).

Nếu dầm có đầu tự do: quy đổi tải trọng của nhịp thừa thành tải moment tại gối liền kề với đầu tự do

Bước 2: Đánh số gối từ 0 đến n+1, nhịp từ 1 đến n+1, Với n là số bậc siêu tĩnh.

Bước 3: viết phương trình 3 moment cho các gối từ 1 đến n, thì hệ n phương trình với các ẩn là trong các phương trình, lấy M₁, M₂,...,Mn (trong các phương trình M₀ và M_n+1 lấy bằng 0).

Số hạng δ_ip thể tính theo nhân biểu đồ:

Với ω_i; ω_i+1 là điện tích của biểu đồ mô men trên hệ cơ bản; a_i là khoảng cách trọng tâm biểu đồ trên đoạn i đến gối i-1; bi là khoảng cách trọng tâm biểu đồ trên đoạn i+1 đến gối i+1;

Do cừ có El không đổi trên toàn chiều dài nên phương trình ba mô men có thể viết gọn lại như sau:

Hình B 6 - Diện tích và vị trí trọng tâm của một số biểu đồ mô men

Bước 4: Giải hệ phương trình 3 mô men để thu được các giá trị M1, M2, ..., Mn

Bước 5: Sử dụng các giá trị M1, M2, ..., Mn kết hợp với M_o, M_i+1 để tính các phần lực tại tất cả các gối (lưu ý bỏ qua số hạng có li = 0 nếu có)

Với: N_ip - các phản lực gối tựa do tải trọng tác dụng lên gối trong hệ cơ bản

Bước 6: Kết hợp các phản lực với tải trọng để xác định hệ tương đương của dầm và vẽ các biểu đồ Q và M. Vì dầm có đầu tự do nên hệ tương đương cần kể thêm tải moment quy đổi tại gối liền kề với đầu tự do.

B.3.5  Tính toán chiều sâu cắm cừ hoặc tường chắn (tính với bước đào cuối cùng)

Từ tính toán dầm liên tục tính toán được Qu3 là lực ở gối tựa giả định nằm ở dưới mặt đáy móng, từ đó tính độ sâu cắm thêm:

Sau khi có được X bằng công thức trên, thì độ cắm sâu bé nhất vào trong đất của cọc có thể tìm từ công thức:

Nếu đất yếu thì phải nhân với hệ số 1,1 ÷ 1,2:

B.3.6  Lựa chọn lực neo thiết kế:

- Xác định lực tác dụng vào neo tại mỗi bước thi công, theo công thức B.1;

- Như vậy, tại mỗi neo bất kỳ có thể xác định được lực tác dụng vào neo tương ứng với các giai đoạn thi công khác nhau. Kết quả được lập thành mẫu Bảng B.2 như sau:

Bảng B.2 - Xác định vị trí điểm không mỗi giai đoạn thi công

- Lựa chọn lực neo tính toán: Giá trị lực neo lớn nhất tại các vị trí bố trí neo, trong các giai đoạn thi công.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] Nghị định số 67/2018/NĐ-CP ngày 14 tháng 5 năm 2018. Quy định chi tiết một số điều của luật thủy lợi. Hà Nội (2018);

[2] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia 04-01:2018/BNNPTNT. Thành phần, nội dung lập báo cáo đầu tư, dự án đầu tư và báo cáo kinh tế kỹ thuật các dự án thủy lợi (2018).

[3] Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia 04-02:2018/BNNPTNT. Thành phần, nội dung hồ sơ thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công công trình thủy lợi (2018).

[4] TCCS 28:2019/TCĐBVN, Thiết kế, thi công và Nghiệm thu neo đất theo công nghệ SEEE. Bộ Giao Thông Vận tải, Hà Nội;

[5] BSI 8081:1989, Code of practice for ground anchorages (july 1989);

[6] EM 1110-2-2504, Design of sheet pile walls (March 1994);

[7] FHWA - IF-99-015, Ground Anchors and Anchored Systems (June 1999);

[8] BSI 8081:2015, Code of practice for grouted anchors (August 2015);

[9] BS EN ISO 22477-5:2018, Geotechnical investigation and testing-Testing of geotechnical structures (August 2018);

Mục lục

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Các quy định chung

5. Các quy định khảo sát địa kỹ thuật

5.1  Yêu cầu chung

5.2  Công tác điều tra

5.3  Khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn

6. Những vấn đề chung về neo trong đất, đá

6.1  Neo đơn trong nền đất, đá

6.2  Cấu tạo dây neo/thanh neo và các bộ phận liên quan

6.3  Các lớp bảo vệ

6.4  Yêu cầu vật liệu phụt

6.5  Tính toán lực neo thiết kế

6.6  Chiều dài dây neo cố định

6.7  Tổng chiều dài dây neo

6.8  Đường kính lỗ khoan

6.9  Sai số cho phép góc nghiêng neo

6.10  Chiều dài khoan thêm của lỗ khoan nghiêng

6.11  Nút đầu lỗ khoan

6.12  Biện pháp xử lý khi mở rộng bầu neo

6.13  Xử lý trường hợp dây neo và phun vữa không cùng ngày

6.14  Vị trí cơ cấu định tâm

6.15  Vị trí các dây neo kiểu thanh, dây neo nhiều sợi, mũ neo

6.16  Phun vữa mũ neo

6.17  Vật liệu cơ cấu định tâm, cơ cấu đệm

6.18  Kiểm soát lực căng kéo và thiết kế trình tự căng kéo

6.19  Các yêu cầu khi bố trí neo trong đất, đá

7. Bố trí, thiết kế neo trong công trình thủy lợi

7.1  Ổn định mái dốc

7.2  Ổn định tường chắn

7.3  Ổn định hố móng có chống

7.4  Ổn định đập bê tông

8. Đánh giá chất lượng neo

8.1  Quy định chung

8.2  Thí nghiệm phục vụ công tác thiết kế

8.3  Thí nghiệm phục vụ thi công đại trà

8.4  Thí nghiệm đánh giá chất lượng trong thi công

Phụ lục A (Tham khảo) Một số dạng neo điển hình thường áp dụng trong công trình thủy lợi

Phụ lục B (Tham khảo) Tính toán nội lực neo theo phương pháp dầm liên tục

Thư mục tài liệu tham khảo