Tiêu chuẩn TCVN 12250:2018 Yêu cầu thiết kế công trình bến cảng thủy nội địa

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12250:2018

CẢNG THỦY NỘI ĐỊA - CÔNG TRÌNH BẾN - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Inland port - Berth contruction - Design standard

Lời nói đầu

TCVN 12250:2018 do Cục Đường thủy Nội địa Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất Lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CẢNG THỦY NỘI ĐỊA - CÔNG TRÌNH BẾN - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Inland port - Berth contruction - Design standard

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định tiêu chuẩn thiết kế xây dựng mới, sửa chữa và cải tạo nâng cấp công trình bến cảng thủy nội địa.

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 4253:2012, Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 4116:1985, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 8419:2010, Thiết kế công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ;

TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 8421:2010, Công trình thủy lợi - Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu;

TCVN 9386:2012, Thiết kế công trình chịu động đất;

TCVN 5575:2012, Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 10304:2014, Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc;

TCVN 1651-2:2008, Thép cốt bê tông - Phần 2: Thép thanh vằn;

BS 6349-6-1989, Maritime structures - Design of inshore moorings and floating structures.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong Tiêu chuẩn này, các từ ngữ dưới đây được hiểu như sau:

3.1  Công trình bến là công trình để phương tiện thủy neo đậu, xếp, dỡ hàng hóa, đón trả hành khách và thực hiện các dịch vụ hỗ trợ khác. Công trình bến cảng thủy nội địa gồm công trình bến hàng hóa, công trình bến hành khách, công trình bến tổng hợp và công trình bến chuyên dùng.

3.2  Công trình tạm (TA) là công trình để dùng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa các công trình chính.

3.3  Mực nước tính toán là mực nước ứng với tần suất thiết kế P% (m) theo mục đích tính toán và phụ thuộc vào cấp công trình.

3.4  Trạng thái giới hạn là các trạng thái mà ngay sau đó công trình không tiếp tục đạt được các tiêu chí thiết kế.

4  Phân cấp công trình bến cảng thủy nội địa

Cấp công trình bến cảng thủy nội địa dựa vào cỡ phương tiện lớn nhất được xác định theo Bảng 1.

Bảng 1 - Cấp công trình bến cảng thủy nội địa

CHÚ THÍCH Các công trình tạm thời phục vụ thi công lấy theo công trình cấp IV, trong một số trường hợp như công trình an ninh quốc phòng .... được phép nâng lên cấp cao hơn nhưng không cao hơn cấp của công trình chính.

5  Chọn kết cấu công trình bến

5.1  Việc chọn dùng kết cấu công trình bến phải thực hiện trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án.

Khi so sánh hiệu quả đầu tư giữa các phương án kết cấu công trình bến cần xét đến yếu tố thời gian nếu có sự khác nhau về thời hạn đưa công trình vào khai thác.

5.2  Khi lựa chọn kết cấu công trình bến cảng thủy nội địa cần chú ý đầy đủ đến các đặc điểm về tác động bất lợi của điều kiện tự nhiên sau đây:

- Dao động mực nước giữa mùa cạn và mùa lũ thường có biên độ rất lớn;

- Dòng chảy trước bến thường có lưu tốc cao, đặc biệt là vào mùa lũ;

- Bờ và đáy sông ven công trình bến chịu tác động bồi xói theo chu trình, phụ thuộc vào quá trình diễn biến của lòng dẫn trên cả đoạn sông.

5.3  Kết cấu công trình bến được chọn phải thỏa mãn tốt nhất các yêu cầu sau:

- Chi phí cho các vật liệu xây dựng chủ yếu (sắt thép, xi măng, gỗ) ở mức thấp nhất;

- Có tuổi thọ công trình phù hợp với thời hạn sử dụng bến quy định trong yêu cầu thiết kế;

- Khai thác thuận tiện, dễ duy tu sửa chữa.

5.4  Để chọn kết cấu công trình bến cảng thủy nội địa có thể tham khảo các điều kiện sử dụng chủ yếu và các kích thước đặc trưng ghi ở Bảng 2 với các công trình bến dùng cọc hoặc cọc cừ, và ở Bảng 3 đối với các công trình bến kiểu trọng lực. Ngoài ra cũng xét đến các giải pháp kết cấu khác có khả năng áp dụng trong từng điều kiện cụ thể.

5.5  Trong trường hợp cần thiết phải xem xét các giải pháp kết cấu sau đây khi thiết kế công trình bến:

- Dùng các kết cấu giảm tải hoặc che chắn (bán giảm tải, lăng thể đá giảm tải, màn chắn bằng cọc v.v...);

- Gia tải để làm chặt trước cho đất;

- Gia cường hoặc thay đất;

- Đối với công trình bến xây dựng tại khu vực địa chất yếu và có mực nước thay đổi cần xem xét giải pháp kết cấu bến nổi khi thiết kế công trình.1)

Bảng 2 - Các loại bến tường cừ và bệ cọc

Bảng 3 - Các loại bến tường cừ và bệ cọc (kết thúc)

Bảng 4 - Các loại bến trọng lực

Bảng 5 - Các loại bến trọng lực (kết thúc)

CHÚ THÍCH Thi công ngầm dưới nước có nghĩa là thi công khi mực nước cao hơn đáy bến thiết kế, thi công trên khô khi mực nước thấp hơn đáy bến thiết kế.

- Sử dụng các kết cấu phụ trợ (neo, chân khay, gối tựa v.v...)

5.6  Khi thiết kế bến trên đoạn bờ sông có khả năng bị xói lở thì trong hồ sơ thiết kế phải trù định biện pháp gia cố đáy bến hoặc phải tính toán thiết kế bến với cao trình đáy đến độ sâu có thể bị xói lở sau này. Việc chọn một trong hai giải pháp đó phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật.

6  Các kích thước cơ bản của bến cảng nội địa

6.1  Cao trình mặt bến

Đối với các cảng nằm ven sông, mặt bến cần làm đến cao trình ngang với mực nước đỉnh lũ có tần suất tính toán vượt đỉnh lũ cao nhất hàng năm theo quy định ở Bảng 4.

Bảng 6 - Mực nước tính toán theo tần suất vượt đỉnh lũ hàng năm

- Được phép lấy cao trình mặt bến thấp hơn so với quy định ở các Điều 6.1, xuất phát từ yêu cầu công nghệ của bến hoặc khi có đủ luận cứ kinh tế - kỹ thuật về tính hợp lý của việc để cho bến bị ngập một thời gian trong năm.

- Khi thiết kế cải tạo cảng, nếu có đủ luận cứ thì được phép giữ nguyên cao trình mặt bến và mực nước tính toán đã dùng trước đây khi thiết kế càng đó.

6.2  Mực nước tính toán

Mực nước tính toán lấy theo quy định đối với các cảng nằm ven sông như sau:

- Mực nước tính toán đối với các cảng nằm ven sông được xác định theo đường biểu diễn mực nước ngày quan trắc nhiều năm. Tần suất mực nước dùng để xác định mực nước tính thuộc vào cấp công trình, lấy theo quy định ở Bảng 5.

Bảng 7 - Tần suất dùng để xác định MNTT

CHÚ THÍCH 1 Trong trường hợp không đủ số liệu quan trắc nhiều năm tại địa điểm xây dựng thì cho phép tính chuyển từ các trạm mực nước trên cùng đoạn sông.

CHÚ THÍCH 2 Đối với cảng nằm trên sông chịu ảnh hưởng thủy triều, mực nước tính toán còn kiểm tra theo các quy định của tiêu chuẩn cảng biển hiện hành

- Khi xác định mực nước tính toán đối với các cảng ven hồ thì mực nước thấp nhất là mực nước khi hồ được tháo nước đến mức tối đa.

6.3  Độ sâu khu nước trước bến

Độ sâu nước trước bến được xác định tùy thuộc vào mớn nước của tàu tính toán và các giá trị dự phòng cần thiết về độ sâu, theo công thức (1):

Trong đó

T mớn nước của tàu tính toán (m), có thể tham khảo Phụ lục M;

z₁ dự phòng chạy tàu tối thiểu, xác định theo Bảng 6.

Bảng 8 - Độ sâu dự phòng

z₂ = 0,3 m - dự phòng cho sa bồi và hàng rơi vãi, cho độ nghiêng lệch tàu khi bốc xếp hàng không cân đối, cho sóng và nước rút do gió.

6.4  Chiều dài bến

Khi xác định chiều dài bến phải căn cứ vào chiều dài tàu tính toán, kiểu cấu tạo của bến, cách bố trí tuyến bến trong cảng, đồng thời cũng phải lưu ý đến khả năng thông qua và công nghệ bốc xếp.

Chiều dài cầu bến không nhỏ hơn 0,4 lần chiều dài tàu tính toán

Đối với các bến nằm trên cùng một tuyến bến chung thì khoảng trống giữa các tàu neo đậu ở hai bến cạnh nhau phải lấy theo Bảng 7.

Bảng 9 - Khoảng trống giữa các tàu neo đậu ở hai bến cạnh nhau

CHÚ THÍCH 1 Đối với các bến cấu tạo từ các trụ, các bệ cọc cao hoặc các phao riêng rẽ, hoặc bến của các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu sông thì chiều dài bến được xác định căn cứ vào cách bố trí tàu neo đậu ở bến và các yêu cầu khai thác.

CHÚ THÍCH 2 Nếu theo yêu cầu công nghệ mà tàu phải di chuyển dọc bến trong quá trình bốc xếp thì phải tăng chiều dài bến để đủ cho đoạn di chuyển này.

7  Các đặc trưng của vật liệu và đất

7.1  Các đặc trưng tính toán của vật liệu được xác định bằng cách lấy giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng đó chia cho hệ số an toàn của vật liệu. Các đặc trưng tính toán và đặc trưng tiêu chuẩn của vật liệu được lấy theo các Tiêu chuẩn thiết kế tương ứng cho từng loại kết cấu.

Khi tính toán theo nhóm II các trạng thái giới hạn thì hệ số an toàn của vật liệu được lấy bằng 1.

7.2  Các đặc trưng tính toán của đất được xác định bằng cách lấy giá trị tiêu chuẩn chia cho hệ số an toàn của đất. Giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng của đất và các hệ số an toàn của đất được quy định trên cơ sở các số liệu khảo sát địa chất phù hợp với các quy định của các tiêu chuẩn hiện hành.

Trong các tính toán theo nhóm II các trạng thái giới hạn thì hệ số an toàn của đất được lấy bằng 1.

7.3  Các đặc trưng của đất phải xác định khi cấu trúc và độ ẩm của đất phù hợp với thế nằm tự nhiên và điều kiện khai thác sau này (ví dụ, xét đến sự bão hòa nước của đất sau khi tích nước vào hồ v.v...). Cho phép xác định các đặc trưng của đất cát bằng những phương pháp thí nghiệm hiện trường (xuyên, cắt cánh, các phương pháp địa vật lý v.v...).

7.4  Để tính toán công trình bến cần phải có các đặc trưng sau đây của đất:

- Thành phần hạt (phân tích cỡ hạt);

- Trọng lượng riêng của đất γ;

- Trọng lượng riêng của đất khô γ_k (ở trạng thái tự nhiên và trạng thái độ chặt tối đa);

- Trọng lượng riêng của các hạt đất γ_s;

- Tỷ trọng của đất Δ;

- Hệ số rỗng e;

- Chỉ số dẻo J_p đối với đất có chứa sét;

- Chỉ số độ sệt J_L đối với đất có chứa sét;

- Độ ẩm G;

- Góc ma sát trong φ;

- Lực dính đơn vị c;

- Môđun biến dạng E;

- Hệ số độ chặt a;

- Hệ số poát xông µ;

- Hệ số thấm k_t;

- Hệ số dính η (đối với đất có chứa sét);

- Hệ số nhà nước v.

Khi bề mặt hố móng (hoặc bề mặt tự nhiên của đáy) cắt qua tầng đất có chứa sét thì phải xác định trị số góc ma sát trong φ_n và độ dính đơn vị c_n ở bề mặt này theo như quy định ở Điều 7.8.

Các giá trị tính toán của E, µ, k_t, η, v cho phép lấy bằng giá trị tiêu chuẩn.

CHÚ THÍCH Các đặc trưng tính toán φ, c, γ của đất được ký hiệu là φ_l, c_l, γ_l trong các tính toán theo nhóm I các trạng thái giới hạn, và ký hiệu là φ_ll, c_ll, γ_ll trong các tính toán theo nhóm II.

7.5  Đối với cát thạch anh gồm những hạt có độ mái tròn cạnh khác nhau chứa dưới 20 % fenspat và dưới 5 % các tạp chất khác tính gộp thì cho phép xác định các giá trị tính toán của φ và c theo Bảng G.1 của Phụ lục G, không phân biệt nguồn gốc, tuổi địa chất và độ ẩm của cát.

7.6  Ở các giai đoạn tiền thiết kế cho phép lấy các giá trị tính toán φ và c của đất có chất sét thuộc trầm tích đệ tứ theo Bảng G.2 của Phụ lục G.

7.7  Các giá trị của mô đun biến dạng E, hệ số poát xông µ, hệ số thấm k_t, hệ số nhà nước v được xác định tương ứng theo các Bảng G.3 ÷ G.7 của Phụ lục G.

7.8  Khi bề mặt hố móng (hoặc bề mặt tự nhiên của đáy) cắt qua tầng đất có chứa sét loại cứng, nửa cứng hoặc dẻo cứng thì các giá trị của φ_nl,ll và c_nl,ll được xác định theo kết quả thí nghiệm đất loại sét hoàn toàn bão hòa nước.

Trong mọi trường hợp khác, kể cả khi không có số liệu thí nghiệm, cho phép lấy tgφ_nl,ll = tgφ_l,ll nhưng không lớn hơn 0,55; c_nl,ll = c_l,ll nhưng không lớn hơn 0,005 MPa (0,5 T/m²).

Trong đó:

φ_nl,ll và c_nl,ll tương ứng là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất mà mặt trượt cắt qua (khi tính trượt theo mặt tiếp xúc giữa lớp đệm với đất cát ở nền thì giá trị φ_nl,ll của đất cát cho phép lấy tăng lên 1,1 lần).

8  Các yêu cầu chính về cấu tạo

8.1  Kết cấu công trình bến phải đảm bảo việc khai thác bình thường và độ tin cậy của công trình. Độ tin cậy của công trình được thể hiện ở các mặt: không làm đình trệ hoạt động, thuận tiện cho sửa chữa, đảm bảo tính nguyên vẹn và tuổi thọ.

8.2  Khi thiết kế các công trình bến bằng bê tông cốt thép lắp ghép phải xét đến các quy định về cấu tạo của các cấu kiện bê tông cốt thép ở mặt trước bến, nên làm loại cấu kiện bê tông cốt thép có ứng suất trước.

8.3  Đối với các công trình bến có dùng các kết cấu, chi tiết và nút liên kết bằng thép, khi thiết kế phải xét đến các quy định về cấu tạo theo TCVN 5575:2012.

8.4  Hình dạng và kích thước tiết diện các cấu kiện bê tông cốt thép của công trình bến được quy định trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật của các phương án thiết kế. Khi thực hiện điều này cần dựa vào các nguyên tắc sau:

a) để tạo ra tường mặt kín liên tục cho công trình bến thì tiết kiệm nhất là dùng tiết diện chữ T hoặc tiết diện có sườn cho các cấu kiện bê tông cốt thép ở mặt trước bến, với khoảng cách giữa các sườn bằng 1,5 - 2 m;

b) cọc cừ tiết diện chữ nhật nên dùng để xây dựng các bến có chiều cao dưới 7,5 m khi có đủ luận cứ về mặt kinh tế - kỹ thuật.

c) phải cố gắng dùng các tiết diện có kích thước lớn nhất trong phạm vi cho phép quy định bởi gabari của các phương tiện vận tải, điều kiện chế tạo và lắp dựng, sức nâng của các thiết bị nâng cẩu;

d) giảm đến mức tối thiểu bề mặt của các cấu kiện chịu tác động xâm thực;

e) bề rộng sườn trong các cấu kiện tiết diện chữ T của mặt trước bến nên giảm đến mức tối thiểu có thể được theo điều kiện bố trí cốt thép trong sườn, còn độ bền và độ chống nứt của tiết diện được đảm bảo bằng cách thay đổi độ cao của sườn;

f) ở những chỗ đặt các chi tiết chờ để gắn thanh neo trong các sườn nên làm các đoạn mở rộng cục bộ để đảm bảo độ bền cho phần ngàm của chi tiết chờ;

g) bề dày các cấu kiện bê tông cốt thép của mặt trước bến phải lấy không nhỏ hơn:

- 10 cm - khi không chịu tải trọng va và mài mòn;

- 15 cm - khi chịu tải trọng va của tàu.

h) trong các cấu kiện phải đặt các vòng móc và các chi tiết chờ để dùng vào việc nâng cẩu và buộc chặt các cấu kiện trong quá trình chế tạo, vận chuyển và lắp dựng.

8.5  Trong các cấu kiện công trình bên phải đặt sẵn các chi tiết chờ và các chi tiết khác cần thiết cho việc liên kết một số cấu kiện của bến hoặc để dùng khi thực hiện các công tác xây lắp (chi tiết chờ để gắn các thiết bị đệm tàu, bulông để gắn búa rung, văng móc để nâng cẩu v.v...).

8.6  Lỗ khoét trong các cừ thép phải có dạng hình tròn hoặc elíp. Các lỗ hình elíp phải bố trí sao cho trục dài của lỗ nằm dọc theo chiều dài cừ.

8.7  Lỗ khoét trong các cừ thép dùng để gắn thanh neo và gắn dầm phân bố chỉ được làm trên các cọc cừ quay lưng về phía khu nước.

8.8  Nối để kéo dài cừ thép phải thực hiện bằng cách hàn thêm hai tấm ốp ở hai bên, tấm ốp phải làm có dạng hình thoi với các góc không hàn. Bề rộng tấm ốp phải gần bằng bề rộng các cấu kiện nổi. Các mối hàn phải dừng lại cách chỗ nối giữa hai đoạn cừ 25 mm về mỗi phía.

8.9  Các cấu kiện ở mặt công trình bến liền bờ phải neo trong phạm vi 1/3 chiều sâu bến tùy thuộc vào cao trình mực nước thi công, còn các cọc cừ bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật phải neo ở đỉnh cừ.

8.10  Khi thiết kế các công trình bến phải trù định:

- các khe biến dạng (khe nhiệt và khe lún - nhiệt);

- các kết cấu thoát nước ngầm (khi cần hạ thấp mực nước ngầm sau công trình);

- lắp đặt dầm mũ để liên kết đầu các cấu kiện mặt trước bến vào với nhau;

- các thiết bị neo tàu;

- bảo vệ đất lấp lòng bến không bị trôi qua các khe nối;

- bảo vệ các bề mặt không bị va và mài mòn do tác động của tàu và các vật trôi;

- bảo vệ đáy trước công trình không bị xói vì dòng chảy và chân vịt tàu;

- bảo vệ các cấu kiện công trình không bị ăn mòn;

- các biện pháp đảm bảo thực hiện các quy tắc an toàn kỹ thuật khi làm công tác bốc xếp.

8.11  Kết cấu của khe biến dạng phải đảm bảo sự dịch chuyển tương đối giữa các phân đoạn bến cạnh nhau, tránh được hiện tượng các phân đoạn bên xô tựa vào nhau khi đất lún.

Khoảng cách giữa các khe biến dạng (chiều dài phân đoạn) được quy định trên cơ sở các điều kiện khí hậu và địa chất, các đặc điểm kết cấu của bến, trình tự thi công, nhưng trong mọi trường hợp không nên lấy quá 30 m.

Đối với các kết cấu kiểu trọng lực thì khoảng cách giữa các khe biến dạng phải được quy định sao cho cấu tạo địa chất nền trên chiều dài một phân đoạn không thay đổi đáng kể.

8.12  Kết cấu của hệ thống thoát nước ngầm phải đảm bảo việc thoát nước bình thường quanh năm.

Khi làm hệ thống thoát nước ngầm kiểu kín trong các công trình cấp III phải bố trí các đường hào đi lại cùng với các giếng kiểm tra cách nhau trên 50 m, đối với các công trình cấp IV cho phép làm hệ thống thoát nước ngầm loại kín với các ống cống có thể thông dọn được qua các giếng kiểm tra.

8.13  Dầm mũ phải liên kết chắc chắn với các cấu kiện mặt trước của bến, phân bố tải trọng tập trung cho các cấu kiện đó. Tùy theo kết cấu bến, dầm mũ phải làm bằng bê tông cốt thép lắp ghép hoặc đổ tại chỗ, và cũng có thể làm bằng thép.

8.14  Thiết bị neo trên bến có thể là bích neo và móc neo. Theo chiều dài và chiều cao bến các bích neo và móc neo phải được bố trí theo yêu cầu công nghệ. Kích thước bích neo được lấy theo thiết kế điển hình tùy thuộc vào trị số lực neo và xét cả các yêu cầu về an toàn kỹ thuật. Trong các kết cấu bến tường cừ các khối gắn bích neo thường phải được neo giữ.

8.15  Việc chống trôi lọt của đất đắp ra phía khu nước bao gồm: đảm bảo độ kín (không trôi lọt đất) của khe nối giữa các cấu kiện ở mặt trước bến, ngăn ngừa sự xói mòn của đất lấp qua lớp đệm bằng đá hoặc đá dăm.

Độ kín (không trôi lọt đất) của khe nối giữa các cấu kiện ở mặt trước bến phải được đảm bảo trên suốt chiều cao bến và xuống đến một độ sâu ≥ 1,5 m kể từ đáy thiết kế.

Khi bến đặt ở nơi mà đáy có khả năng bị xói sâu trên 1m thì giới hạn dưới của kết cấu lèn kín khe nối phải được xác định bằng tính toán.

Khe nối giữa các cấu kiện mặt trước bến được cấu tạo theo một số kiểu như sau:

- dùng các khóa liên kết bằng bê tông cốt thép hoặc thép;

- dùng màn chắn bằng các vật liệu đàn hồi;

- làm tầng lọc ngược;

- chèn kín bằng các loại nhựa đàn hồi và các biện pháp khác.

Trên Hình 1 là một kiểu kết cấu hợp lý nhất cho khe nối giữa các cọc cừ bê tông cốt thép tiết diện chữ T; kết cấu này đảm bảo độ kín (không trôi lọt đất) của khe nối mà không phải làm lớp lọc ngược ở phía đất đắp.

CHÚ DẪN

1 Phần cánh của cọc cừ

2 Chi tiết đặt sẵn bằng thép góc

Hình 1 - Kết cấu khe nối kín (không trôi lọt đất)

8.16  Việc bảo vệ bề mặt trước bến khỏi tàu va vào thường được thực hiện bằng cách dùng các thiết bị đệm tàu. Kết cấu của thiết bị đệm tàu phải bảo vệ được công trình và có thể thay thế dễ dàng trong khi công trình vẫn đang khai thác.

Nên chọn dùng các kiểu kết cấu thiết bị đệm tàu trong các thiết kế điển hình.

8.17  Khi đáy nền trước công trình là đất thì thường phải có biện pháp bảo vệ đáy bến khỏi bị bào xói do dòng chảy hoặc do chân vịt tàu, dải đáy được bảo vệ phải có bề rộng lớn hơn 1/2 bề rộng của tàu tính toán. Lớp bảo vệ đáy có thể làm bằng đá đổ hoặc làm bè chìm bằng các tấm bê tông cốt thép. Lớp đá đổ phải có bề dày ≥ 40 cm và đặt trên một lớp lót bằng đá dăm hoặc sỏi. Bề dày lớp lót phải lấy ≥ 30 cm nếu thi công ngầm dưới nước và ≥ 20 cm nếu thi công trên khô.

Đối với các bến nằm trên vũng đào và có kết cấu kiểu tường cừ có neo thì cho phép không làm lớp chống xói cho đáy trước bến nếu như:

- khi xác định độ sâu trước bến đã lấy độ dự phòng cho sa bồi ≥ 0,5 m;

- cọc cừ được đóng sâu > 5 m;

- không có cát rời ở lớp mặt đáy bến.

Khi xây dựng bến trên bờ sông bị xói thì phải lập riêng hồ sơ thiết kế công trình bảo vệ bờ và đáy trước bến.

8.18  Mọi cấu kiện công trình bến, kể cả các chi tiết chôn sẵn, đều phải có lớp phủ chống ăn mòn, không phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trường.

Chỉ không làm lớp phủ chống ăn mòn ở các đoạn cấu kiện sẽ đổ bê tông liên kết liền khối. Khi môi trường nước không xâm thực thì cũng cho phép không làm lớp phủ chống ăn mòn cho bề mặt trước bến của các cấu kiện bê tông cốt thép.

Việc lựa chọn lớp bảo vệ chống ăn mòn được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu môi trường xâm thực, đặc điểm khí hậu và các điều kiện làm việc của cấu kiện, có xét đến các quy định của các tiêu chuẩn về chống ăn mòn các kết cấu xây dựng. Khi môi trường thuộc loại xâm thực trung bình và xâm thực mạnh thì thiết kế chống ăn mòn cho kết cấu phải do các cơ quan chuyên môn thực hiện.

Các chi tiết lắp sẵn và các chi tiết dùng khi xây lắp phải được bảo vệ bằng lớp mạ kim loại (kẽm và nhôm) nếu môi trường nước thuộc loại không xâm thực.

8.19  Nếu trên các bến chuyên dụng bốc xếp và bảo quản các hàng hóa là hóa chất không bao bì, dễ hòa tan và có tính xâm thực đối với bê tông và kim loại thì mặt bãi phải có kết cấu không thấm nước và phải làm hệ thống dẫn nước từ mặt bến cho chảy ra ngoài phạm vi công trình bến.

8.20  Để đảm bảo an toàn khi tiến hành các công tác bốc xếp phải xét đến các quy định về an toàn kỹ thuật.

8.21  Đất để lấp lòng bến phải lựa chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật.

Nên dùng đất cát và đất vụn thô chứa không quá 7 % các hạt < 0,1 mm và không quá 5 % (theo trọng lượng) các hợp chất hữu cơ và hòa tan.

Độ chặt của đất được quy định bằng hệ số đầm lèn tiêu chuẩn k = γ_k / γ_gh, trong đó γ_k và γ_gh tương ứng là trọng lượng riêng của đất khô trong khối đắp và trọng lượng riêng của đất được đầm lèn tới mức tối đa trong máy đầm lèn tiêu chuẩn.

Đất lắp là cát hoặc hỗn hợp cát - sỏi phải có hệ số đầm lèn tiêu chuẩn không nhỏ hơn 0,9.

CHÚ THÍCH:

Độ chặt của đất cho phép được quy định bằng hệ số lỗ rỗng e, xác định theo công thức:

Trong đó:

γ_s trọng lượng riêng của các hạt đất.

8.22  Để hạ các cọc cừ bê tông cốt thép vào trong đất cát nên dùng phương pháp xói, còn khi nền là đất sét, á sét và cuội - sỏi thì nên dùng búa rung. Trong một số trường hợp cũng cho phép hạ cọc cừ vào đất sét bằng búa rung kết hợp xói, khi đó nên dùng máy bơm có lưu lượng bé và áp lực cao.

Đối với các cọc cừ bê tông cốt thép được hạ bằng búa rung thì mũi cọc phải bọc bằng đế kim loại.

8.23  Nếu bề mặt hố móng cắt qua lớp đất loại sét thì trên taluy hố móng phải làm các bậc thềm rộng 1 - 1,5 m.

9  Tải trọng và tác động

9.1  Các loại tải trọng và các tổ hợp tải trọng

9.1.1  Các tải trọng tác động lên công trình bến được phân thành hai loại: thường xuyên và tạm thời (gồm tạm thời tác động kéo dài, tạm thời tác động nhanh và tạm thời đặc biệt).

- Tải trọng thường xuyên gồm:

a) trọng lượng các cấu kiện công trình;

b) tải trọng do các kết cấu, thiết bị và máy móc đặt cố định trên công trình theo yêu cầu công nghệ;

c) trọng lượng đất;

d) áp lực hông của đất (chủ động, bị động) có xét ảnh hưởng của tải trọng thường xuyên đặt trên mặt đất;

e) tải trọng do ứng suất trước.

- Tải trọng tạm thời tác động kéo dài gồm:

a) tải trọng trên mặt bến do các phương tiện bốc xếp và vận tải;

b) tải trọng do hàng hóa xếp trên mặt bến;

c) áp lực hông của đất do ảnh hưởng của tải trọng tạm thời trên mặt bến;

d) áp lực thấm của nước (kể cả áp lực thủy tĩnh) trong điều kiện hệ thống thoát nước ngầm hoạt động bình thường.

- Tải trọng tạm thời tác động nhanh gồm:

a) tải trọng sóng;

b) tải trọng dòng chảy;

c) tải trọng gió;

d) tải trọng do tàu;

e) tải trọng trong giai đoạn thi công;

f) tải trọng ngang do cần cẩu;

- Tải trọng tạm thời đặc biệt gồm:

a) phần gia tăng áp lực thấm do hoạt động không bình thường của hệ thống thoát nước và chống thấm;

b) tải trọng động đất.

c) tác động do hỏa hoạn.

9.1.2  Các tính toán được thực hiện cho hai loại tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.

Đối với các bến tạm thì được phép không thực hiện các tính toán theo tổ hợp đặc biệt.

Tổ hợp cơ bản bao gồm: các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động kéo dài và một tải trọng tạm thời tác động nhanh.

Tổ hợp đặc biệt bao gồm: các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động kéo dài, một tải trọng tạm thời tác động nhanh và một trong số các tải trọng đặc biệt.

Bất cứ tải trọng tạm thời nào tác động có lợi cho trạng thái giới hạn đang xét đều không được đưa vào tổ hợp. Tải trọng phải được đặt tại vị trí bất lợi nhất trong số các phương án đặt tải trọng có thể xảy ra trong thực tế.

Các tổ hợp tải trọng ở giai đoạn thi công và tu sửa công trình phải được quy định phù hợp với trình tự thi công chọn dùng.

Thành phần và tổ hợp tải trọng cho từng loại tính toán được lấy theo quy định tương ứng về tính toán của từng loại công trình bến.

9.2  Tải trọng tiêu chuẩn

9.2.1  Trọng lượng các cấu kiện công trình được xác định căn cứ vào các kích thước hình học và trọng lượng riêng của vật liệu.

Đối với vật liệu đặc thì giá trị tiêu chuẩn của trọng lượng riêng có xét đến lực đẩy nổi của nước có thể lấy bằng:

Trong đó:

γ^tc trọng lượng riêng tiêu chuẩn của vật liệu trong không khí;

 trọng lượng riêng tiêu chuẩn của nước.

9.2.2  Tải trọng do các kết cấu, máy móc hoặc thiết bị đặt trên bến theo yêu cầu công nghệ được lấy theo sơ đồ tải trọng, có xét đến sự phát triển trong tương lai của bến.

9.2.3  Trọng lượng đất xác định theo số liệu khảo sát địa chất công trình.

Trọng lượng của đất lấp lòng bến, của lớp đệm đá, đá dăm hoặc sỏi được xác định theo độ chặt và độ ẩm quy định trong hồ sơ thiết kế.

Trọng lượng riêng tiêu chuẩn của đất có xét đến lực đẩy nổi trong nước  được xác định theo công thức:

Trong đó:

  trọng lượng riêng tiêu chuẩn của các hạt đất;

  trọng lượng riêng tiêu chuẩn của nước;

e  hệ số rỗng.

CHÚ THÍCH  Khi lập hồ sơ thiết kế cơ sở có thể lấy:

- trọng lượng riêng tiêu chuẩn của đất lấp lòng bến của phần nằm trên mực nước: bằng 18 kN/m³ (1,8 T/m³; của phần nằm dưới mực nước: 10 kN/m³ ÷ 10,5 kN/m³ (1,0 T/m³ ÷ 1,05 T/m³);

- trọng lượng riêng tiêu chuẩn của lớp đệm bằng đá, đá dăm hoặc sỏi nằm dưới mực nước; bằng 11 kN/m³ (1,1 T/m³).

9.2.4  Giá trị tiêu chuẩn của áp lực hông của đất (chủ động, bị động) được xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục H, trong đó dùng giá trị tiêu chuẩn cho những đại lượng nằm trong các công thức tính toán.

9.2.5  Tải trọng do lực ứng suất trước của các cấu kiện bê tông cốt thép được xác định theo quy định của TCVN 5574:2012.

9.2.6  Tải trọng trên mặt bến do các phương tiện vận tải, bốc xếp và do hàng hóa xếp trên bến được xác định căn cứ vào hồ sơ thiết kế công nghệ bốc xếp, có thể tham khảo các quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển. Các trị số tải trọng của các phương tiện vận tải, bốc xếp và hàng hóa do hồ sơ thiết kế công nghệ và Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ quy định được lấy làm trị số tiêu chuẩn.

Đối với các bến có trang bị cần cẩu cổng giá trị tiêu chuẩn của các tải trọng ở vùng mép bến do cần cẩu và hàng hóa phải lấy không nhỏ hơn các giá trị xác định theo sơ đồ chất tải vùng mép bến trên Hình 2. Chỉ được phép giảm bớt giá trị các tải trọng so với chỉ dẫn ở Hình 2 khi có đủ luận cứ.

CHÚ DẪN

a Đối với hàng rời đổ đống

b Đối với các loại hàng khác, trừ hàng rời đổ đống

1 Cần cẩu

2 Đống hàng rời

Hình 2 - Các sơ đồ tải trọng tiêu chuẩn trên vùng mép bến

Tải trọng do cần cẩu và đoàn tàu hỏa phải được xem là phân bố đều cho cả hai phía: dọc theo đường ray và theo chiều rộng dầm dưới ray cần cẩu hoặc theo chiều dài tà vẹt.

Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn theo chiều rộng đầm dưới ray cần cẩu hoặc theo chiều dài tà vẹt được xác định theo công thức:

Trong đó:

 tải trọng tiêu chuẩn trên một mét dài (dọc ray) do cần cẩu hoặc đoàn tàu hỏa;

b bề rộng dầm dưới ray hoặc chiều dài tà vẹt.

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng trên một mét dài (dọc ray) do cần cẩu được phép xác định theo công thức:

Trong đó:

 tải trọng lớn nhất trên một chân cần cẩu;

 tải trọng có thể đạt đến trên một chân cần cẩu đứng bên cạnh (Hình 3); nếu trên bến chỉ đặt một cần cẩu thì  = 0.

I chiều dài đoạn phân bố tải trọng dọc theo bến, xác định theo các sơ đồ Hình 3.

CHÚ DẪN

a Sơ đồ tải trọng dưới chân cần cẩu theo hướng chiều rộng bến

b Sơ đồ phân bố tải trọng dọc bến dưới một chân cần cẩu

c Sơ đồ phân bố tải trọng dọc bến dưới hai chân của hai cần cẩu đứng cạnh nhau

Hình 3 - Sơ đồ xác định tải trọng trên một mét dài dưới chân cầu cẩu

Bảng 8 ghi các giá trị tiêu chuẩn của tải trọng trên một mét dài đối với một số loại cần cẩu khi chất tải tối đa cho đường ray cạnh mép bến, cách đường mép bến một đoạn a = 2 ÷ 3 m.

Khi tính toán độ bền của tường cừ một tầng neo và bền tường góc thì cho phép thay tải trọng do cần cẩu và đoàn tàu hỏa ở dải mép bến bằng một tải trọng phân bố đều tương đương (q_o). Giá trị hiệu chuẩn q_o phải xác định theo Hình 4 tùy thuộc vào trị số . Bề rộng đặt tải trọng tương đương q_o phải lấy từ đường mép bến vào đến chỗ bắt đầu của bãi chất hàng hóa.

CHÚ DẪN

a dùng để xác định mô men uốn

b dùng để xác định nội lực trong thanh neo

H_b chiều cao bến từ đỉnh công trình đến cao độ đáy thiết kế

Hình 4 - Trị số tiêu chuẩn của tải trọng phân bố đều tương đương

Bảng 10 - Trị số tải trọng tiêu chuẩn của một số cần cẩu

9.2.7  Nếu không có các số liệu cho trước thì giá trị tiêu chuẩn của tải trọng ngang do cần cẩu tác động theo hướng vuông góc với mép bến ra phía khu nước có thể lấy bằng 0,1  (trong đó  - trọng lượng tiêu chuẩn của cần cẩu).

Tải trọng ngang do cần cẩu cho phép đặt ở cao độ đỉnh công trình bến và phân bố đều trên chiều dài một phân đoạn bến.

9.2.8  Tải trọng trên các bến hành khách phụ thuộc vào điều kiện khai thác, nhưng trong mọi trường hợp giá trị tiêu chuẩn của tải trọng này không được lấy thấp hơn 20kPa (2T/m²).

9.2.9  Áp lực thấm của nước cho phép xác định theo các chỉ dẫn ở Phụ lục I, trong đó giá trị tiêu chuẩn của lực thấm được xác định khi trong các công thức tính toán cũng dùng các đại lượng theo giá trị tiêu chuẩn.

Đối với các công trình bến kiểu trọng lực có lớp đệm đá hoặc đá dăm dày từ 1m trở lên thì được phép không xét đến áp lực thấm của nước.

9.2.10  Giá trị tiêu chuẩn của áp lực sóng được xác định theo TCVN 8421:2010.1)

Áp lực sóng khi trước công trình là chân sóng có thể không xét đến trong các trường hợp sau:

- đối với tường cừ không neo khi chiều cao sóng < 0,5 m;

- đối với các loại công trình bến khác khi chiều cao sóng < 1,0 m

9.2.11  Giá trị tiêu chuẩn của các tải trọng do tàu được xác định theo TCVN 8421:2010.

Để tính toán các công trình bến cảng thủy nội địa phải xác định các tải trọng:

a) do tàu va khi cập bến;

b) do lực kéo của các dây neo;

Đối với công trình bến có mặt trước bến là mặt kín thì tải trọng va khi tàu cập bến được xác định theo các chỉ dẫn ở Phụ lục K. Khi tính toán các công trình bến bằng cọc ván thép thì được phép không xét đến tải trọng này.

9.2.12  Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng động đất được xác định theo TCVN 9386:2012

9.3  Tải trọng tính toán

9.3.1  Tải trọng tính toán được xác định bằng cách nhân các giá trị tiêu chuẩn với các hệ số vượt tải.

Trong các tính toán theo nhóm I các trạng thái giới hạn thì các hệ số vượt tải được lấy theo Bảng 9.

Nếu việc kiểm tra khả năng chịu lực của công trình được tiến hành trên cơ sở các trị số đo đạc thực tế về tải trọng, về kích thước các đống hàng hóa xếp trên bến và các giá trị tính toán về trọng lượng riêng của các hàng hóa đó v.v...thì các hệ số vượt tải phải lấy bằng 1.

Trong các tính toán theo nhóm II các trạng thái giới hạn, các hệ số vượt tải được lấy bằng 1.

9.3.2  Giá trị tính toán của áp lực hông của đất (chủ động, bị động) được xác định theo Phụ lục H khi dùng các đặc trưng tính toán của đất và trị số tính toán của các tải trọng.

Nếu ở khu vực bến sẽ tiến hành các công tác phá nổ hoặc các công việc có dùng đến các máy rung thì việc xét các tác động động học và tác động rung khi xác định trị số tính toán của áp lực hông của đất phải tiến hành theo phương pháp được nghiên cứu riêng cho từng trường hợp cụ thể.

Bảng 11 - Hệ số vượt tải

CHÚ THÍCH 1  Các số ghi trong ngoặc dùng cho trường hợp việc giảm tải trọng sẽ bất lợi hơn cho sự chịu lực của công trình.

CHÚ THÍCH 2  Nếu trọng lượng đất được tính theo trị số tính toán của trọng lượng riêng của đất thì hệ số vượt tải đối với trọng lượng đất không được đưa vào.

3) Để thuận tiện cho tính toán, hệ số vượt tải đối với đất và hàng rời đỗ đống được phép xét đến khi xác định trị số tính toán của trọng lượng riêng của chúng.

9.3.3  Khi xác định những nội lực tính toán xuất hiện trong quá trình nâng cầu, vận chuyển và lắp ráp các cấu kiện thì trọng lượng bản thân của các cấu kiện này phải nhân với hệ số động lực bằng 1,3; và trong trường hợp này hệ số vượt tải đối với trọng lượng riêng được lấy bằng 1. Khi có lý do thì hệ số động lực có thể tăng lên đến 1,5.

9.4  Các tác động

9.4.1  Khi tính toán và thiết kế cấu tạo cho công trình bến phải xét đến các tác động chính sau đây:

a) lún, co ngót và từ biến của đất và vật liệu;

b) tác động mài mòn của tàu, các vật trôi, v.v...;

c) bào xói đất trước tường bến do dòng chảy, chân vịt tàu v.v...;

d) sự ăn mòn các cấu kiện công trình bến.

9.4.2  Độ lún của đất phải được xét đến khi chọn sơ đồ tính toán phù hợp với các chỉ dẫn về tính toán của từng loại công trình bến.

9.20  Co ngót và từ biến của bê tông được xét đến theo TCVN 5574:2012.

9.4.3  Tác động mài mòn của tàu, các vật trôi v.v... có thể không cần xét đến khi tính toán công trình, nhưng trong những trường hợp cần thiết phải trù định các biện pháp bảo vệ các cấu kiện khỏi các tác động mài mòn.

9.4.4  Sự bào xói đất trước tường bến do dòng chảy, do hoạt động của chân vịt tàu có thể không cần xét đến khi tính toán công trình, nhưng phải trù định việc gia cố đáy trước tường bến.

9.4.5  Sự ăn mòn các cầu kiện công trình bến phải xem xét theo yêu cầu của các tiêu chuẩn chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng nói ở trong trường hợp đã sử dụng các biện pháp bảo vệ thích hợp và tin cậy thỉ có thể không cần xét đến ăn mòn đến trong tính toán kết cấu.

10  Các quy định chủ yếu về tính toán

10.1  Các nguyên tắc tính toán

10.1.1  Các công trình bến cảng thủy nội địa phải tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn:

Nhóm một gồm các trạng thái giới hạn làm mất khả năng chịu lực và hoặc làm cho bến không còn sử dụng được nữa.

Nhóm hai gồm các trạng thái giới hạn gây trở ngại cho việc khai thác bình thường của bến.

Theo nhóm I phải thực hiện các tính toán sau đây:

- Độ bền và độ ổn định chung của công trình;

- Độ bền và độ ổn định của các cấu kiện và các nút liên kết của công trình;

- Biến dạng của các cấu kiện có ảnh hưởng đến độ bền của các kết cấu chịu lực của công trình (gối neo trong các bến tường cừ có neo v.v...)

Theo nhóm II phải thực hiện các tính toán sau đây:

- Biến dạng của công trình và các cấu kiện công trình;

- Hình thành và mở rộng vết nứt trong các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép;

- Tác động nhiệt v.v...

10.1.2  Tính toán phải tiến hành với các tải trọng tính toán và các đặc trưng tính toán của đất và của vật liệu, xuất phát từ các điều kiện:

- Theo trạng thái giới hạn giới hạn I

- Theo trạng thái giới hạn giới hạn II:

Trong đó:

n_c hệ số tổ hợp tải trọng, lấy:

n_c = 1 đối với tổ hợp chính.

n_c = 0,90 đối với tổ hợp đặc biệt:

n_c = 0,95 đối với tổ hợp tải trọng trong thời gian thi công;

N_p trị số tính toán của lực tác động tổng quát (tổng các tải trọng, nội lực hoặc ứng suất), biến dạng, bề rộng vết nứt hoặc các thông số khác mà với nó cần đánh giá trạng thái giới hạn trong tính toán này;

m hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 1,15;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, để xét đến tính giả định của sơ đồ tính toán, lấy theo quy định cho từng loại tính toán;

k_n hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu, lấy

k_n = 1,3 đối với công trình cấp đặc biệt;

k_n = 1,25 đối với công trình cấp I;

k_n = 1,20 đối với công trình cấp II;

k_n = 1,15 đối với công trình cấp III;

k_n = 1,10 đối với công trình cấp IV

R trị số tính toán giới hạn của lực kháng (khả năng chịu lực của nền, của công trình, cấu kiện công trình) hoặc của ứng suất, mô men lực của độ biến dạng cho phép theo điều kiện khai thác, của bề rộng vết nứt hoặc của các thông số khác, được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế tương ứng.

Tải trọng tính toán phải xác định theo các quy định ở Điều 9.3; đặc trưng tính toán của đất và vật liệu - ở các Điều 7.1, 7.2, 7.5 - 7.8; tổ hợp tải trọng phải lấy theo quy định ở Điều 9.1.2.

10.1.3  Công trình bến phải tính toán cho giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác. Các kết cấu và cấu kiện riêng rẽ cũng còn phải tính toán cho điều kiện chế tạo, bảo quản, bốc xếp và vận chuyển.

Thông thường thì phương pháp và trình tự thi công phải được chọn sao cho kết quả tính toán cho giai đoạn thi công không đòi hỏi tăng kích thước công trình và các cấu kiện công trình.

10.1.4  Nếu trong tính toán được phép lấy đặc trưng đất, tải trọng hoặc các thông số khác bằng giá trị bình quân gia quyền trong phạm vi một chiều dài định trước của công trình, thì giá trị bình quân gia quyền này phải tính theo công thức:

Trong đó

A_tb giá trị bình quân gia quyền của thông số;

A_i giá trị của thông số trên đoạn i (lớp i v.v..);

Z_i chiều cao của đoạn i;

n số đoạn có các giá trị khác nhau của thông số trong phạm vi chiều cao định trước.

10.2  Tính toán ổn định

Tính toán ổn định công trình bến phải tiến hành theo nhóm I các trạng thái giới hạn và bao gồm:

- tính toán ổn định chung của công trình;

- tính toán ổn định các cấu kiện riêng rẽ của công trình (cọc cừ, gối neo, kết cấu tầng trên v.v...).

Tính toán ổn định chung của bến phải thực hiện theo chỉ dẫn ở Phụ lục C. Ngoài ra có thể vận dụng các phương pháp tính toán ổn định khác để tính toán kiểm tra so sánh, có thể sử dụng các.

Tính toán ổn định các cấu kiện riêng rẽ của công trình phải tiến hành theo quy định riêng về tính toán cho từng kiểu loại công trình bến, trong đó phải xem xét mọi sơ đồ mất ổn định có thể xảy ra đối với cấu kiện, ổn định của bản neo thẳng đứng có thể tính toán theo chỉ dẫn ở Phụ lục D.

Nếu nền công trình là một mái dốc tự nhiên hoặc nhân tạo thì phải tiến hành tính toán ổn định mái dốc theo sơ đồ trượt sâu phù hợp với quy định của TCVN 4253:2012.

10.3  Tính toán độ bền

10.3.1  Tính toán độ bền phải thực hiện theo nhóm I các trạng thái giới hạn phù hợp với quy định của các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế về kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công, kết cấu thép, kết cấu bằng đá, kết cấu gỗ và các tiêu chuẩn khác (xem Phụ lục A).

- Nội lực được xét đến trong tính toán độ bền các cấu kiện công trình và các nút liên kết phải được xác định có xét đến sự kết hợp chịu lực giữa kết cấu và đất lấp hoặc đất theo quy định về tính toán từng loại công trình bến. Khi xét đến độ biến dạng chung của đất và kết cấu thì độ cứng B của các cấu kiện bê tông cốt thép phải được xác định có xét đến tính dẻo của bê tông và khả năng xuất hiện các vết nứt ở vùng chịu kéo của cấu kiện theo công thức sau đây:

Trong đó:

θ hệ số, lấy theo bảng 10;

E_b mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông; lấy theo TCVN 4116-85 “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công. Tiêu chuẩn thiết kế”.

J_n mô men quán tính của tiết diện tính đổi của cấu kiện đối với trọng tâm tiết diện.

Bảng 12 - Hệ số xét đến tính dẻo của bê tông

10.3.2  Độ bền của kết cấu neo (bản neo thẳng đứng, thanh neo và các nút liên kết) có thể tính toán theo chỉ dẫn ở Phụ lục D.

10.3.3  Khi tính toán dầm mũ và các cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép có tiết diện chữ nhật và chữ T của bến tường cừ, bến tường góc, kết cấu tầng trên thì nội lực trong các cấu kiện do lực va của tàu khi cập vào công trình có thể xác định theo các chỉ dẫn ở Phụ lục E.

10.4  Tính toán về biến dạng

10.4.1  Tính toán về biến dạng của công trình bến và các cấu kiện riêng rẽ (trừ bản neo trong bến tường cừ) phải thực hiện theo nhóm II các trạng thái giới hạn phù hợp với quy định tính toán của từng loại công trình bến.

- Tính toán về biến dạng của bản neo trong bến tường cừ có neo phải thực hiện theo nhóm I các trạng thái giới hạn, tham khảo các chỉ dẫn ở Phụ lục D.

10.4.2  Đối với các công trình bến xây dựng trên đất cát và đất vụn thô (trừ bến tường cừ không neo) thì tính toán về biến dạng phải thực hiện đối với tác động của hoạt tải, còn trong số các tải trọng thường xuyên chỉ xét tải trọng trên mặt bãi (hoặc mặt bến) do trọng lượng của các kết cấu cố định.

CHÚ THÍCH: Trong tính toán về biến dạng không xét đến độ lún của lớp đệm.

10.4.3  Trị số biến dạng giới hạn của từng loại công trình bến phải lấy theo Bảng 11.

Bảng 13 - Trị số biến dạng giới hạn

10.4.4  Đối với các công trình bến trọng lực kiểu tường góc, khối xếp, khối khổng lồ thì không cần tính toán về biến dạng nếu ở nền không có các lớp kẹp thuộc loại đất yếu (E < 5MPa, tức E < 50 kG/cm²), độ lệch tâm e của điểm đặt hợp lực tất cả các tải trọng không vượt quá B/5 đồng thời đảm bảo điều kiện sau:

Trong đó:

P_tp áp lực trung bình trên lớp nền dưới đáy lớp đệm, xác định theo công thức:

R_A áp lực giới hạn trên đất, xác định theo công thức:

P tổng các thành phần thẳng đứng của các tải trọng trong phạm vi bề rộng B trên một đơn vị chiều dài công trình (với các hệ số vượt tải cho nhóm II các trạng thái giới hạn);

h_d bề dày của lớp đệm (hoặc của chân khay lớp đệm) dưới mép công trình về phía khu nước;

γ_II, γ'_II tương ứng là trọng lượng riêng của đất dưới lớp đệm và trọng lượng riêng của vật liệu làm lớp đệm;

m₁ hệ số điều kiện làm việc;

• khi thi công trên khô, lấy

m₁ = 0,8 - đối với cát pha bụi bão hòa nước;

m₁ = 1,0 - đối với các loại đất khác;

• khi thi công ngầm dưới nước, lấy:

m₁ = 0,7 - đối với cát pha bụi;

m₁ = 0,9 - đối với các loại đất khác;

A₁, A₂, D hệ số không thứ nguyên, lấy theo bảng 12 tùy thuộc vào góc nội ma sát của đất φ_II;

φ_II góc ma sát trong của đất;

d độ chôn sâu của đáy công trình kể từ cao trình đáy thiết kế;

c_II lực dính đơn vị của đất dưới đáy lớp đệm.

Nếu trong phạm vi độ sâu bằng  kể từ đáy công trình có loại đất với độ bền bé hơn độ bền của lớp đất bên trên thì cũng cần kiểm tra điều kiện (11) cho cả lớp đất bên dưới bằng cách lấy các đặc trưng của đất có độ bền nhỏ hơn để tính trong các cống thức (12) và (13) đồng thời thay các giá trị (B + 2h_d) và (d + h_d) tương ứng bằng các giá trị (B + 2h_d + h₁) và (d + h_d + h₁), trong đó: h₁ - khoảng cách từ đáy lớp đệm đến bề mặt lớp đất có độ bền bé hơn.

Khi xác định áp lực trung bình P_tb trên đất cần phải:

a) đưa vào đại lượng P thành phần thẳng đứng của áp lực đất chủ động trên mặt phẳng thẳng đứng vẽ qua mép sau của đáy công trình;

b) đặt hoạt tải trên công trình bắt đầu từ mép bến hoặc từ ranh giới có thể chất tải của bến.

c) lấy mực nước trước công trình ở cao trình tính toán thấp nhất.

Bảng 14 - Trị số A₁, A₂, D

Khi xác định áp lực R_A cần chú ý:

a) khi không làm lớp đệm hoặc khi bề dày lớp đệm h_d < 0,3m thì phải thay thế giá trị γ_II bằng trị số bình quân gia quyền của trọng lượng riêng của đất nằm trước công trình từ độ cao độ đáy công trình trở lên;

b) khi (d + h_d) < 1m, thì trong công thức (13) phải lấy (d + h_d) = 1m,

trừ trường hợp khi nền là cát pha bụi bão hòa nước hoặc đất có chất sét với độ sệt J_L < 0,5, khi đó giá trị (d + h_d) lấy theo thực tế.

10.5  Tính toán các cấu kiện bê tông cốt thép theo sự hình thành và mở rộng vết nứt

10.5.1  Tính toán các cấu kiện bê tông cốt thép theo sự hình thành và mở rộng vết nứt phải thực hiện theo nhóm II các trạng thái giới hạn phù hợp với các quy định của TCVN 4116-85.

Tính toán theo sự hình thành vết nứt được thực hiện:

- đối với các cấu kiện được hạ vào trong đất bằng cách đóng hoặc rung;

- đối với các cấu kiện mặt trước bến tại vùng mà mặt trước bến sẽ chịu kéo dưới tác động của tải trọng khai thác.

Trong mọi trường hợp khác các cấu kiện bê tông cốt thép phải được tính toán theo độ mở rộng vết nứt.

Khi có đủ luận cứ cũng cho phép tính theo độ mở rộng vết nứt đối với các cấu kiện mặt trước bến tại vùng mà mặt trước bến sẽ chịu kéo dưới tác động của tải trọng khai thác, nhưng với điều kiện là cấu kiện đó không hạ vào trong đất bằng cách đóng hoặc rung.

10.5.2  Các cấu kiện bê tông cốt thép đã tính toán theo sự hình thành vết nứt khi chịu tải trọng khai thác thì đồng thời cũng phải tính theo sự hình thành vết nứt khi chịu các tải trọng phát sinh trong quá trình chế tạo, vận chuyển và xây lắp.

10.5.3  Trị số giới hạn của độ mở rộng vết nứt phải lấy theo quy định của TCVN 5574:2012; trong các môi trường xâm thực thì trị số giới hạn của độ mở rộng vết nứt phải quy định có xét đến các yêu cầu của các tiêu chuẩn chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng hiện hành.

10.5.4  Khi tính toán theo sự hình thành và mở rộng vết nứt thì nội lực trong các cấu kiện bê tông cốt thép phải được xác định theo quy định về tính toán của từng loại kết cấu bến.

* CHÚ THÍCH: Tính toán xói đầu bến thượng lưu theo TCVN 8419:2010.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Đặc trưng chủ yếu của từng loại cọc cừ

Bảng A.1 - Đặc trưng chủ yếu của cọc cừ bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện chữ T

Bảng A.2 - Các đặc trưng kỹ thuật chủ yếu của một số loại cừ thép thường dùng

Phụ lục B

(Quy định)

Các yếu tố về vị trí và độ sâu lỗ khoan (hoặc xuyên) khi khảo sát địa chất công trình

B.1  Khoảng cách giữa các lỗ khoan (hoặc xuyên) trong phạm vi một mặt cắt trầm tích địa chất được phép lấy theo quy định ở Bảng B.1, nhưng trong mọi trường hợp số lượng lỗ khoan (hoặc xuyên) trong một mặt cắt không được ít hơn 3.

CHÚ THÍCH Việc đánh giá sơ bộ và cấu trúc địa chất của khu vực xây dựng được thực hiện trên cơ sở các tài liệu khảo sát đã làm trước đó, các tài liệu lưu trữ v.v...

B.2  Độ sâu trung bình của lỗ khoan (hoặc xuyên) được lấy bằng (H_b + h_dh): đối với bến tường cừ không neo thì lấy ≥ 1,5 H_b (trong đó H_b - chiều cao tự do của tường kể từ đỉnh công trình đến cao độ đáy thiết kế; h_dh - chiều cao của đống hàng rời đổ trên bến.

Độ sâu lỗ khoan (hoặc xuyên) có thể tăng hoặc giảm so với trị số trung bình nêu trên phụ thuộc vào độ phức tạp của cấu trúc địa chất ở điểm xây dựng, tính chất và cường độ tải trọng trên bến.

B.3  Để đánh giá cấu trúc địa chất công trình của các lớp đất nằm sâu hơn thì trong phạm vi vùng xây dựng bến phải có một lỗ khoan (xuyên) có độ sâu gấp 1,5 - 2 lần độ sâu trung bình nêu trên, còn nếu đã phát hiện thấy đá gốc thì phải khoan vào tầng đá gốc ít nhất là 2m.

B.4  Đất yếu và đất có cấu trúc bị thay đổi (khi thấm ướt v.v...) thì thường phải khoan (hoặc xuyên) qua hết tầng đất đến tận độ sâu mà các loại đất đó không còn ảnh hưởng tới độ ổn định của công trình bến.

B.5  Khoảng cách giữa các mặt cắt trầm tích địa chất phải lấy theo quy định ở Bảng B.1, nhưng trong mọi trường hợp phải có ít nhất ba mặt cắt ngang và ba mặt cắt dọc. Các mặt cắt phải bố trí sao cho các lớp đất yếu đều nằm trong phạm vi khảo sát.

Mặt cắt địa chất chủ yếu theo hướng dọc phải đặt tại tuyến mép bến, các mặt cắt dọc khác phải nằm về hai phía của mặt cắt chủ yếu này.

Bảng B.1 - Khoảng cách giữa các mặt cắt trầm tích địa chất

Phụ lục C

(Tham khảo)

Tính toán ổn định chung

C.1  Tính toán công trình bến

C.1.1  Tính toán công trình bến về mặt ổn định chung bao gồm:

- tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng (chỉ định đối với các bến trọng lực);

- tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt sâu (đối với mọi loại kết cấu bến).

C.1.2  Tính toán ổn định công trình theo các sơ đồ trượt phẳng và trượt sâu được thực hiện theo nhóm I các trạng thái giới hạn, xuất phát từ điều kiện sau:

Trong đó

n_c hệ số tổ hợp tải trọng, lấy bằng:

n_c = 1,0 - đối với tổ hợp cơ bản;

n_c = 0,9 - đối với tổ hợp đặc biệt;

n_c = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong thời gian thi công;

N_p và R tương ứng là lực gây trượt tổng hợp và lực kháng giới hạn, xác định khi tính toán ổn định theo sơ đồ trượt phẳng theo chỉ dẫn ở Mục C.2, còn khi tính toán ổn định theo sơ đồ trượt sâu thì theo chỉ dẫn ở Mục C.3;

m hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng: 1,15;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, lấy theo các Mục C.2.3, C.3.2.1, C.3.3.1 tùy thuộc vào phương pháp tính toán;

k_n hệ số đảm bảo theo tầm quan trọng của kết cấu, lấy bằng:

k_n = 1,3 - đối với công trình đặc biệt;

k_n = 1,25 - đối với công trình cấp I;

k_n = 1,2 - đối với công trình cấp II;

k_n = 1,15 - đối với công trình cấp III;

k_n = 1,1 - đối với công trình cấp IV.

C.1.3  Tính toán ổn định chung của công trình phải thực hiện cho điều kiện bài toán phẳng hoặc bài toán không gian. Bài toán không gian phải được xem xét khi  hoặc , cũng như trong những trường hợp khi mặt cắt ngang công trình, tải trọng, điều kiện địa chất thay đổi trong phạm vi chiều dài < 3B hoặc < 3(H_h + 1).

Trong đó:

L và B là chiều dài và chiều rộng công trình;

H_h chiều cao tường kể từ đỉnh công trình đến cao độ đáy thiết kế:

t độ chôn sâu của công trình (cọc cừ) kể từ cao độ đáy thiết kế.

Đối với bài toán phẳng các tính toán được thực hiện cho 1m chiều dài công trình; còn đối với bài toán không gian - cho suốt chiều dài công trình hoặc chiều dài đoạn đang xét.

CHÚ THÍCH Khi tính toán ổn định chung cho điều kiện bài toán không gian, tức là trong trường hợp  hoặc , trong thành phần lực kháng cần cộng thêm vào lực ma sát và lực dính ở các mặt bên của lăng thể đất trượt.

Lực ma sát cho phép lấy bằng tích số giữa thành phần nằm ngang của áp lực hông của đất tác dụng trên mặt bên của lăng thể trượt với hệ số ma sát, lấy bằng tgφ_I,II (trong đó: φ_I,II - góc ma sát trong của đất ở mặt bên của lăng thể sụt trượt).

Lực dính được xác định bằng tích số giữa lực dính đơn vị của đất với diện tích mặt bên của lăng thể trượt trong phạm vi có xét đến lực dính.

C.1.4  Khi tính toán ổn định chung cần chú ý:

a) lực kháng và tải trọng được xác định với cùng một cao trình mực nước.

b) tải trọng neo cho phép phân bố đều theo chiều dài công trình trên đoạn bến nằm giữa hai bích neo;

c) các tổ hợp tải trọng được lấy theo quy định ở Điều 9.1 nếu mặt trượt (sụt) đi qua hai mặt tiếp giáp giữa hai lớp đất, thì trên mặt trượt cần lấy các đặc trưng của lớp đất xấu hơn; nếu không thể nhận biết được lớp đất nào là lớp đất xấu hơn thì phải tính toán ổn định hai lần theo các đặc trưng của lớp này rồi đến lớp kia; nếu mặt trượt trùng với bề mặt của một hố móng có bậc thềm (thì trên mặt trượt trong phạm vi các bậc thềm phải lấy các đặc trưng của đất lấp;

e) nếu bên dưới các đống hàng rời đổ trên bến là một kết cấu có khả năng loại trừ việc truyền tải trọng ngang từ đống hàng rời xuống đất thì tải trọng do hàng hóa phải xem là tải trọng phân bố thẳng đứng; nếu không có một kết cấu như vậy thì đống hàng rời được xem như là đất có đặc trưng tương ứng với các loại hàng rời đổ đống đó;

f) nếu mái dốc của đống hàng rời có góc nghiêng ρ_dh lớn hơn góc ma sát trong φ_I,dh của hàng rời đổ đống thì phải lấy lực dính đơn vị của hàng rời đồ đống bằng c_I,dh = a_c.γ_I,dh.h_dh, trong đó a_c - hệ số, xác định theo đồ thị trên Hình C.1 (đối với các giá trị trung gian của ρ_dh thì hệ số a_c được xác định bằng nội suy tuyến tính); φ_I,dh - trọng lượng riêng của hàng rời đổ đống; h_dh - chiều cao đống hàng;

g) đối với đống hàng rời đổ trên bến có chiều cao h_dh = 20m và góc của hai mái dốc ρ = 45^o thì góc nghiêng α_gh (so với đường thẳng đứng) của mặt trượt (sụt) nguy hiểm nhất được xác định cho mặt thẳng đứng tính toán theo đồ thị ở Hình C.2 tùy thuộc vào trị số I_dh và góc ma sát trong φ_I,dh của loại hàng đổ đống (với giá trị trung gian của φ_I,dh thì trị số α_gh được xác định nội suy tuyến tính).

Hình C.1 - Đồ thị xác định hệ số a_c

Hình C.2 - Đồ thị xác định hệ số α_gh trong đống hàng rời

C.2  Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng

C.2.1  Khi tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng thì xem xét khả năng trượt của công trình dưới tác động gây trượt của lăng thể đất phía sau công trình (lăng thể sụt) theo các mặt tiếp xúc sau đây (Hình C.3):

CHÚ DẪN

Hình C.3 - Các mặt trượt đặc trưng đối với các công trình có đệm ở nền

- giữa công trình và đất (khi không làm lớp đệm ở nền công trình);

- giữa công trình với lớp đệm;

- giữa lớp đệm với đất.

Khi công trình hoặc lớp đệm có đáy không phẳng thì xem xét ổn định trượt theo các mặt nằm ngang vẽ qua các đoạn nằm ngang của đáy, và theo các mặt nằm nghiêng cắt qua lớp đệm, chân khay lớp đệm hoặc đất (Hình C.3);

Lăng thể sụt được giới hạn bởi một bên là mặt phẳng tính toán (2), qua đó áp lực đất được truyền lên công trình và một bên là mặt sụt (3) vẽ qua giao điểm giữa mặt tính toán với mặt trượt (Hình C.3).

CHÚ THÍCH Khi lớp đệm đá hoặc đá dăm có bề dày không thay đổi ≤ 1 m thì có thể không cần tính toán ổn định theo mặt tiếp xúc giữa công trình và lớp đệm nếu đất có tg φ_Idn < 0,55.

C.2.2  Tính toán ổn định theo sơ đồ trượt phẳng khi không có áp lực nước thấm (do chênh giữa mực nước trước bến và mực nước ngầm) được thực hiện khi mực nước trước công trình ở vị trí cao nhất, còn khi có áp lực nước thấm thì phải tính toán để chọn vị trí bất lợi nhất của mực nước trước công trình.

C.2.3  Khi dùng công thức (C.1) để tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng thì lấy m_d = 1, còn các đại lượng N_p và R cho 1m dài công trình được xác định theo công thức sau:

- khi mặt trượt nằm ngang (Hình C.4)

- khi mặt trượt nghiêng ra phía khu nước (Hình C.3.c)

- khi mặt trượt nghiêng về phía khối đất lấp (Hình C.3.d):

Trong đó:

E_a.n và E_a.d thành phần ngang và thành phần đứng của áp lực đất chủ động tác động lên mặt phẳng tính toán từ mặt trượt trở lên, xác định theo chỉ dẫn ở Mục C.2.4.;

T_n và T_d tổng các thành phần ngang và tổng các thành phần đứng của các tải trọng đặt trực tiếp vào công trình, trong đó gồm các tải trọng tạm thời tác động kéo dài (trừ áp lực hông của đất) và một trong các tải trọng tác động nhanh;

P tổng các thành phần đứng của các tải trọng trên mặt trượt, lấy bằng:

G trọng lượng riêng của kết cấu, tính với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 0,95;

G_d và G_n trọng lượng của khối đất và của lớp đệm sẽ bị trượt cùng với công trình, tính với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 0,9;

E_n.n và E_n.d thành phần ngang và thành phần đứng của áp lực đất bị động tác động lên mặt phẳng tính toán từ mặt trượt trở lên, xác định theo chỉ dẫn ở Mục C.2.5.;

β góc nghiêng của mặt trượt so với đường nằm ngang;

tgφ_nl và c_nl các đặc trưng của đất ở mặt trượt, xác định theo các khuyến nghị ở Điều 7.8;

F diện tích của mặt trượt trong phạm vi cần xét lực dính;

Q_i thành phần ngang của lực kháng trượt do kết cấu tạo ra (thanh neo, cọc v.v...) được xét đến khi các bộ phận kết cấu đó bị mặt sụt cắt qua, xác định theo chỉ dẫn ở Mục C.2.6.;

k số lượng các bộ phận kết cấu bị mặt sụt cắt qua.

CHÚ DẪN

1 công trình

2 mặt phẳng tính toán

3 đống hàng rời đổ trên bến

Hình C.4 - Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng

Khối đất và lớp đất đệm sẽ trượt cùng với công trình là khối lượng nằm giữa một bên là mặt phẳng thẳng đứng vẽ qua cạnh trước của đế và một bên là mặt phẳng tính toán tiếp nhận áp lực đất chủ động.

Nếu mặt trượt đi qua các lớp đất không đồng nhất thì trong các công thức (C.3), (C.5), (C.7) cho phép lấy các giá trị bình quân gia quyền tgφ_nl và c_nl, tính theo khuyến nghị ở Điều 10.1.4 của Tiêu chuẩn này.

C.2.4  Thành phần ngang E_a.n và thành phần đứng E_a.d của áp lực đất chủ động được xác định theo Phụ lục H. Khi xác định các thành phần áp lực này, ngoài các chỉ dẫn ở Mục C.1.4 (c-g) trên đây còn phải xét các điều sau:

a) Mặt phẳng tính toán phải lấy như sau:

- trong phạm vi chiều cao lớp đệm: là mặt phẳng thẳng đứng vẽ qua mặt sau của đế công trình;

- trong phạm vi chiều cao công trình: là bề mặt mà ở đó đại lượng  có giá trị nhỏ nhất.

CHÚ DẪN

Hình C.5 - Sơ đồ các mặt phẳng tính toán khả dĩ

Phải tính toán để chọn mặt phẳng tính toán trong phạm vi chiều cao công trình. Khi thực hiện việc tính toán này phải xem xét các mặt phẳng không cắt qua mặt sau công trình và có góc nghiêng ε so với đường thẳng đứng không lớn hơn (45^o - φI^/2), trong đó φ_I - góc ma sát trong của đất trong phạm vi chiều cao của đoạn thẳng trên mặt phẳng tính toán khả dĩ. Sơ đồ các mặt phẳng tính toán khả dĩ đối với một số dạng công trình bến trình bày trên Hình C.3.

Nếu mặt bến là mặt phẳng nằm ngang và trên biển là tải trọng phân bố đều q thì vị trí của mặt phẳng tính toán trong đất cát có góc nghiêng ε_gh là so với đường thẳng đứng có thể xác định theo đồ thị Hình C.6 mà không cần tính chọn.

b) Tải trọng tạm thời do các phương tiện vận tải và bốc xếp, do hàng hóa xếp trên bến được được đặt trong phạm vi từ mặt phẳng tính toán trở vào.

c) Nếu bề mặt hố móng cắt qua lớp đất loại sét và góc nghiêng của mái dốc lớn hơn góc ma sát trong của đất đó thì áp lực chủ động của đất cũng được xác định như hướng dẫn ở các điểm a, b trên đây, xuất phát từ khả năng sụt của đất ở phía sau công trình theo theo bề mặt hố móng.

Trong tính toán này lấy góc ma sát trong của đất ở bề mặt hố móng là φ_l = φ_nl và lực dính đơn vị là c_l = c_nl, trong đó φ_n.l và c_nl là các đặc trưng của đất loại sét xác định theo Điều 7.4 của Tiêu chuẩn này, có xét đến các khuyến nghị ở Mục C.1.4, d trên đây.

d) Đối với các công trình có neo ngoài thì áp lực chủ động của đất cũng phải xác định như hướng dẫn ở các điểm a, b trên đây, xuất phát từ khả năng hình thành các mặt sụt đi qua chân gối neo.

C.2.5  Thành phần ngang E_n.n và thành phần đứng E_n.d của áp lực đất bị động được xác định theo Phụ lục H. Đồng thời phải chú ý các điểm sau:

Hình C.6 - Đồ thị để xác định góc nghiêng ε_gh so với đường thẳng đứng của mặt phẳng tính toán trong đất cát

a) Mặt phẳng tính toán là mặt phẳng thẳng đứng vẽ qua mặt trước của đế công trình

b) Giá trị tính toán của trọng lượng đất phải xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng là 0,9.

c) Khi có lớp đệm thì áp lực bị động thường chỉ xác định ở đoạn từ đáy công trình trở xuống, còn đất hoặc vật liệu lấp nằm cao hơn đáy công trình được xem là tải trọng phân bố thẳng đứng.

d) Khi có lớp đệm thì cần xác định áp lực bị động của đất theo các mặt trượt (ép trộn bên trong lớp đệm và trùng với mặt tiếp xúc giữa lớp đệm và đất. Trong tính toán sẽ dùng trị số áp lực đất bị động nhỏ nhất trong số các giá trị tìm được.

C.2.6  Thành phần nằm ngang của các lực kháng trượt của thanh neo, cọc neo hoặc các cấu kiện khác của công trình khi mặt sụt cắt qua các cấu kiện đó được xác định như sau:

a) Thành phần nằm ngang Q₁ của lực kháng trượt của thanh neo trong các công trình neo giữ bằng bản neo hoặc bằng hàng cọc cừ được phép lấy bằng thành phần nằm ngang R_n của nội lực trong thanh neo (cho 1m dài công trình), giá trị của nội lực này nhân được qua tính toán tĩnh học.

b) Thành phần nằm ngang Q₁ của lực kháng trượt trong các cọc neo hoặc các cấu kiện khác của công trình được phép lấy bằng Q_hc, đại lượng này được tính theo các chỉ dẫn ở Phụ lục L.

C.3  Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt sâu

C.3.1  Các phương pháp tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt sâu

- Phương pháp mặt trượt gãy khúc, với giả thiết một sơ đồ mất ổn định do chuyển vị dịch tịnh tiến của khối đất trượt cùng với công trình.

- Phương pháp mặt trượt cung tròn với giả thiết một sơ đồ mất ổn định do chuyển vị dịch quay của khối đất trượt cùng với công trình.

Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt gãy khúc được thực hiện theo chỉ dẫn ở các Mục C.3.2 dưới đây, còn bằng phương pháp mặt trượt cung tròn - theo chỉ dẫn ở các Mục C.3.3

C3.2  Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt gãy khúc

C.3.2.1  Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt gãy khúc được tiến hành như sau:

a) dự kiến một số mặt trượt khả dĩ có xét đến cấu tạo địa chất của nền, kết cấu công trình và dạng tải trọng theo chỉ dẫn ở Mục C.3.2.2 dưới đây;

b) tiến hành đánh giá độ ổn định của khối đất trượt cùng với công trình theo một trong các mặt trượt khả dĩ đã dự kiến, xuất phát từ điều kiện (1) với m_d = 1,1, còn các giá trị của N_p và R được xác định theo các chỉ dẫn ở Mục C.3.2.4 dưới đây. Nếu điều kiện (1) không thỏa mãn thì ngừng tính toán và để đảm bảo ổn định cần phải thay đổi các kích thước gabari của công trình, giảm tải trọng, hoặc dùng các giải pháp kết cấu khác;

c) tương tự như vậy sẽ tiến hành đánh giá độ ổn định của công trình theo các mặt trượt dự kiến khác, số lượng và vị trí các mặt trượt sẽ được điều chỉnh lại trong quá trình tính toán nhằm mục đích cuối cùng là tìm được mặt trượt nguy hiểm nhất, tương ứng với giá trị nhỏ nhất của đại lượng ; ở đây cần lưu ý rằng việc tìm mặt trượt nguy hiểm nhất thường là bài toán biến phân đa cực trị, đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn, bởi vậy nên thực hiện bài toán này trên các máy vi tính.

C.3.2.2  Khi tính toán, ổn định công trình cần xem xét các mặt trượt sau đây:

- đối với bến tường cừ: các mặt trượt đi qua chân tường cừ và chân gối neo (Hình C.7.a);

- đối với bến trọng lực: các mặt trượt vẽ qua mặt sau của đáy công trình, còn nếu có lớp đệm: qua giao điểm đáy lớp đệm với đường thẳng đứng đóng xuống từ mép sau của đáy công trình (Hình C.8.a);

- khi tải trọng có dạng đống hàng rời đổ trên mặt bến hoặc khi nền là đất yếu: các mặt trượt nằm thấp hơn đáy công trình, chân cọc cừ hoặc gối neo (Hình C.7.b và C.8.b);

- khi ở nền công trình có lớp kẹp hoặc lớp đất loại sét: mặt trượt có một phần hoặc toàn bộ vẽ qua lớp kẹp hoặc qua mặt tiếp giáp giữa các lớp đất (Hình C.7.c và C.8.c), đồng thời chúng có thể cắt ngang các bộ phận kết cấu (cọc cừ, thanh neo, cọc v.v...);

- khi hố móng có bề mặt đi qua lớp đất loại sét và có góc nghiêng mái dốc lớn hơn góc ma sát trong của loại đất đó: mặt trượt sẽ có một phần hay toàn bộ vẽ qua bề mặt hố móng (Hình C.7.d và C.8.d).

Khi dự kiến các mặt trượt khả dĩ cho phép làm như sau:

a) Nếu không có các lớp kẹp hoặc các lớp đất loại sét thì các đoạn mặt trượt phía trước công trình và phía sau gối neo được xem là các đoạn thẳng (Hình C.7, C.8), còn giữa công trình và gối neo thì mặt trượt gồm hai mặt phẳng (Hình C.7.a, C.7.b);

b) nếu các lớp đất nằm ngang và trên mặt đất là tải trọng phân bố đều q thì vị trí các loại mặt trượt phẳng nguy hiểm nhất phía trước công trình, phía sau gối neo (hoặc phía sau các công trình không có neo ngoài) được xác định tương ứng theo các đồ thị ở Hình C.9;

c) trong đống hàng rời được xem như đất thì vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất được xác định theo chỉ dẫn ở Mục C.1.4.g.

a) Cho mọi trường hợp tính toán

Hình C.7 - Sơ đồ các mặt trượt khả dĩ đối với kết cấu bến tường cừ (tiếp theo)

b) Khi có đống hàng rời đổ trên mặt bến hoặc khi nền là đất yếu

c) Khi có các lớp kẹp hoặc các lớp đất loại sét

d) Khi bề mặt hố móng cắt qua lớp đất loại sét;

CHÚ DẪN

1 đống hàng rời được xem như đất

2 mặt trượt khả dĩ

Hình C.7 - Sơ đồ các mặt trượt khả dĩ đối với kết cấu bến tường cừ (kết thúc)

a) Cho mọi trường hợp tính toán

b) Khi có đống hàng rời đổ trên mặt bến hoặc khi nền là đất yếu

c) Khi có các lớp kẹp hoặc các lớp đất loại sét

CHÚ DẪN

Hình C.8 - Sơ đồ các mặt trượt khả dĩ đối với kết cấu bến trọng lực (kết thúc)

Trong đó

C_ltb, γ_ltb, φ_ltb là các giá trị bình quân gia quyền của C_l, γ_l, φ_l trong phạm vi chiều cao h

Hình C.9 - Đồ thị để xác định góc nghiêng φ_gh của các đoạn thuộc mặt trượt nguy hiểm nhất

C.3.2.3. Các giá trị của N_p và R cho 1m dài công trình được xác định theo các công thức:

Trong đó

E_t.n, E_g.n tương ứng là tổng các thành phần ngang của lực gây trượt và lực giữ (chống trượt) của áp lực đất, xác định theo chỉ dẫn Mục C.3.2.4 dưới đây;

T_n tổng các thành phần ngang của các tải trọng tạm thời tác động kéo dài (trừ áp lực hông của đất) và một trong số các tải trọng tạm thời tác động nhanh, đặc trực tiếp trên công trình;

Q_i thành phần nằm ngang của lực kháng trượt của cấu kiện công trình (cọc, cọc cừ v.v...) được xét đến khi mặt trượt cắt qua các cấu kiện này; giá trị Q_i đối với cọc, cọc cừ và các cấu kiện công trình khác được phép lấy bằng giá trị Q_hc xác định theo mục L.1 của Phụ lục L.

k số lượng các cấu kiện bị mặt trượt cắt qua;

C.3.2.4  Các giá trị của E_t.n và E_g.n được xác định theo công thức:

Trong đó  và  là các thành phần nằm ngang ΔE_n.i mang dấu dương và mang dấu âm, được xác định theo các công thức:

Để xác định đại lượng ΔE_n.i cần chia khối đất nằm trong mặt trượt khả dĩ ra thành một số phần từ riêng rẽ bằng các mặt phẳng thẳng đứng (Hình C.10) sao cho đáy của mỗi phần tử đều có đất đồng nhất và có thể coi là đáy phẳng. Khi đó công trình phải được xem là một phần tử mà đặt phân cách là mặt phẳng đi qua mép trước và mép sau của đáy công trình. Cọc cừ và bản neo không coi là phần tử riêng rẽ nhưng các mặt phân cách được vẽ qua mép trước của chúng. Sau đó đối với từng phần tử sẽ tính toán thành phần nằm ngang ΔE_n.i của áp lực đất theo công thức (C.13),

Trong đó:

G_i trọng lượng của phần tử i có xét các thành phần thẳng đứng của tải trọng trên mặt phần tử;

α_i góc giữa đường thẳng đứng với bề mặt của đáy phần tử, tính theo chiều kim đồng hồ và được lấy không lớn hơn (173^o - α_Ii - β_i).

φ_l.i, c_l.i góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất ở đáy phần tử;

b_i bề rộng của phần tử;

β_i góc nghiêng của áp lực đất ΔE_i so với đường trực giao của mặt phẳng phân cách, lấy theo chỉ dẫn của Bảng C.1 đối với bến tường cừ hoặc Bảng C.2 đối với bến trọng lực.

Khi tính ΔE_n.l, ngoài các chỉ dẫn ở Mục C.1.4 (b-g) cần lưu ý các điểm sau:

a) Trong trường hợp công trình được tách riêng ra thành một phần tử thì giá trị ΔE_n, đối với phần tử này phải xác định sau cùng, đồng thời đưa các đại lượng T_d và Σ ΔE_d.i vào giá trị trọng lượng của phần tử này.

T_d tổng các thành phần thẳng đứng của các tải trọng tạm thời tác động kéo dài và một trong các tải trọng tác động nhanh (trừ áp lực hông của đất) đặt trực tiếp lên công trình:

ΔE_d.I thành phần thẳng đứng của áp lực đất, được xác định theo công thức:

b) Trong trường hợp công trình được tách riêng ra thành một phần tử và mặt trượt ở đáy phần tử này cắt qua các lớp đất có đặc trưng khác nhau thì khi tính ΔE_n,i phải lấy giá trị bình quân gia quyền của các đặc trưng đất ở đáy phần tử này, xác định theo các khuyến nghị ở Điều 10.1.4 của Tiêu chuẩn này;

c) Mực nước trước công trình phải lấy ở cao độ tính toán thấp nhất nếu không có áp lực nước thấm hoặc nếu sau công trình không có các phần tử có (α_i + φ_h) > 90⁰ làm bên trên mặt trượt nguy hiểm nhất; nếu có áp lực nước thấm (do chênh lệch mực nước phía trước và phía sau công trình) thì vị trí của mực nước thường phải xác định bằng tính toán chọn nghiệm để tìm giá trị bất lợi nhất;

a) Sơ đồ xác định các giá trị E_n.i và E_d.i trong bến tường cừ

Hình C.10 - Sơ đồ tính toán ổn định công trình theo phương pháp mặt trượt gãy khúc (tiếp theo)

a) Sơ đồ xác định các giá trị E_n.i và E_d.i trong bến trọng lực;

CHÚ DẪN

Hình C.10 - Sơ đồ tính toán ổn định công trình theo phương pháp mặt trượt gãy khúc (kết thúc)

Bảng C.1 - Trị số β_i đối với bến tường cừ

Bảng C.2 - Trị số β_i đối với bến trọng lực

d) Trong các phần tử có (α_i + φ_li) ≤ 90^o cần phải:

- xét đến hoạt tải trên bề mặt phần tử;

- lấy hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 1,1 đối với trọng lượng đất, và n = 1,3 đối với trọng lượng của hàng rời đổ đống.

e) Trong các phần tử có (α_i +φ_li) > 90^o cần phải:

- không xét đến hoạt tải trên bề mặt phần tử, trừ tải trọng của đống hàng rời;

- lấy hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 0,9 đối với trọng lượng đất, và n = 1,0 đối với trọng lượng của hàng rời đổ đống.

f) Nếu mặt trượt trùng với bề mặt hố móng (hoặc mặt đáy tự nhiên) thì phải lấy φ_li = φ_nl và c_li = c_nl (trong đó φ_nl và c_nl - góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất trên bề mặt hố móng, xác định theo Điều 7.8 của Tiêu chuẩn này, có xét đến các khuyến nghị ở Mục C.1.4.d trên đây).

CHÚ THÍCH Đối với các phần tử nằm trước công trình (khi mặt trượt ở đoạn này là phẳng) thì cho phép không phải tính các trị số ΔE_nl, mà lấy tổng của chúng bằng ΔE_n.n, nhưng đồng thời trong công thức (1) phải lấy m_d =1 (trong đó ΔE_n.n - thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động trước công trình).

Đối với các phần tử nằm sau bàn neo hoặc nằm sau các công trình không có neo ngoài thì cũng cho phép không phải tính các trị số ΔE_n.i, mà lấy tổng của chúng bằng E_a.n (trong đó E_a.n - thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động trên mặt phẳng thẳng đứng vẽ qua mép sau của trụ neo hoặc mép sau của đáy công trình không có neo ngoài).

C.3.3  Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt cung tròn

C.3.3.1  Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt cung tròn được tiến hành như sau:

a) dự kiến các tâm của các cung trượt khả dĩ có xét đến cấu tạo địa chất của nền, kết cấu công trình và dạng tải trọng theo Mục C.3.3.2 dưới đây;

b) từ một trong các tâm trượt ta vẽ một cung, xem đó là một cung trượt khả dĩ, với cung trượt này sẽ tiến hành đánh giá độ ổn định của khối đất và công trình theo điều kiện (1), trong đó lấy m_d = 1, còn các giá trị N_p và R được xác định theo Mục C.3.3.3 dưới đây [nếu điều kiện (1) không thỏa mãn thì ngừng tính toán, và để đảm bảo ổn định công trình cần phải thay đổi các kích thước gabari của công trình, giảm tải trọng, hoặc dùng các giải pháp kết cấu khác];

c) theo cách làm tương tự để tiến hành đánh giá ổn định công trình cho cung trượt khả dĩ khác; số lượng và vị trí các cung trượt điều chỉnh dần trong quá trình tính toán nhằm tìm được cung trượt nguy hiểm nhất ứng với giá trị nhỏ nhất của đại lượng

Cần nhớ rằng việc xác định cung trượt nguy hiểm nhất thường là bài toán biến phân đa cực trị.

C.3.3.2  Khi tính toán ổn định công trình cần xem xét các cung trượt sau đây:

- đối với bến tường cừ: các cung trượt đi qua chân tường cừ;

- đối với bến trọng lực: các cung trượt đi qua mép sau của đáy công trình, còn nếu có lớp đệm: đi qua mép sau của lớp đệm;

- đối với bến kiểu bệ cọc: các cung trượt vẽ qua chân cọc của hàng trước và chân cọc của hàng trong cùng;

- khi tải trọng có dạng đống hàng rời đổ trên bến hoặc khi nền là đất yếu (E < 5 MPa, tức E < 50 kG/cm²): các cung trượt nằm thấp hơn đáy công trình, chân cọc cừ (hoặc hàng cọc) hoặc gối neo;

- khi nền công trình có các lớp kẹp hoặc các lớp đất loại sét: các cung trượt đi qua các lớp kẹp hoặc qua mặt tiếp giáp giữa các lớp; đồng thời các cung trượt này có thể cắt qua các cấu kiện công trình (cọc cừ, thanh neo, cọc v.v...).

C.3.3.3  Khi xác định N_p và R thì dùng các mặt phẳng thẳng đứng để chia khối đất nằm bên trong cung trượt (Hình C.11) ra thành n phần tử có bề rộng như nhau (thường bề rộng phần tử bằng 0,1 r hoặc 1-2 m).

Các trị số N_p và R cho 1m dài công trình được tính theo công thức:

Trong đó:

M_t tổng các mô men lực gây trượt công trình, tính đối với tâm cung trượt đã chọn;

M_g tổng các mô men lực giữ cho công trình khỏi trượt, tính đối với tâm cung trượt đã chọn;

G_i trọng lượng của phần tử i có tính cả các thành phần đứng của tải trọng trên bề mặt phần tử;

α₁ góc giữa đường thẳng đứng và bán kính r vẽ đến điểm giữa của phần tử i, bằng:

S_i khoảng cách theo chiều nằm ngang từ tâm cung trượt đến điểm giữa của phần tử i (lấy với dấu trừ cho các phần tử nằm bên trái đường thẳng đứng đi qua tâm trượt);

ΣΔM_t tổng các mô men do các thành phần thẳng đứng và nằm ngang của các tải trọng tạm thời tác động kéo dài (T_n,kd và T_d,kd) và một trong các tải trọng tạm thời tác động nhanh (T_n,nh và T_d,nh) đặt trực tiếp vào công trình và làm cho công trình quay quanh tâm cung trượt đã chọn;

φ_I,i, c_II,i góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở nền của phần tử i;

l_i chiều dài cung ở nền của phần tử i;

Q_i lực kháng trượt của cấu kiện công trình (thanh neo, cọc, cọc cừ v.v....), vuông góc với bán kính r, được xét đến khi cung trượt cắt qua cấu kiện và tính toán theo chỉ dẫn ở Mục C.3.3.4 dưới đây;

k số các cấu kiện bị cung trượt cắt qua.

Khi xác định N_p và R phải lưu ý những điểm sau đây:

a) các hệ số đảm bảo của tải trọng, của đất và của vật liệu đều lấy bằng 1;

b) khi không có áp lực nước thấm thì mực nước trước công trình lấy ở cao độ tính toán thấp nhất; khi có áp lực nước thấm (do chênh lệch mực nước trước bến và mực nước ngầm sau bến) thì phải tính toán để chọn vị trí bất lợi nhất của mực nước trước bến;

c) hoạt tải phân bố đều ở vùng mép bến được đặt cách đường mép bến một đoạn bằng:

Trong đó

α góc giữa đường thẳng đứng và bán kính r vẽ đến nền của phần tử i mà với nó α = φ_II.i;

a khoảng cách từ tâm cung trượt đến mặt trước công trình.

d) nếu cung trượt cắt qua lớp mặt của đất loại sét ở móng (hoặc mặt đáy tự nhiên) thì trong phạm vi 0,25 m của lớp này sẽ lấy φ_II.i = φ_n.II.c_II.i = c_n.II (trong đó φ_n.II và c_n.II - góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở bề mặt hố móng, có xét đến các khuyến nghị ở Mục C.1.4.d trên đây;

e) trong phạm vi một phần tử nếu cung trượt cắt qua lớp đất có các đặc trưng khác nhau thì trong tính toán sẽ lấy giá trị bình quân gia quyền của các đặc trưng ở đáy phần tử

g) nếu tâm cung trượt nằm thấp hơn mặt đất thì đoạn mặt trượt hình cung nằm cao hơn tấm được thay bằng mặt phẳng thẳng đứng.

CHÚ DẪN

Hình C. 11 - Sơ đồ tính toán ổn định công trình bằng phương pháp mặt trượt cung tròn

C.19. Lực kháng trượt của các thanh neo, cọc neo, cọc cừ hoặc các cấu kiện khác khi bị cung trượt cắt qua được xác định như sau:

a) lực kháng trượt Q_i của cọc neo, cọc cừ và các cấu kiện khác được phép lấy bằng Q_hc tính theo chỉ dẫn ở Phụ lục L;

b) lực kháng trượt Q_i của thanh neo được phép lấy bằng Q_n, xác định theo công thức:

Trong đó

Q_d lực kháng trượt của khối đất nằm giữa gối neo và mặt trượt (cho 1m dài công trình), lấy không lớn hơn R_n;

R_n thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo (cho 1m dài công trình) lấy từ kết quả tính toán tĩnh học;

α_II.n góc ma sát trong của đất tại vị trí mặt trượt cắt qua thanh neo;

ε góc nghiêng của thanh neo so với đường nằm ngang;

ζ góc lệch của thanh neo so với đường kính vẽ tới giao điểm giữa mặt trượt với thanh neo, lấy với dấu “trừ” khi thanh neo lệch theo chiều kim đồng hồ (Hình C.12).

Khi dùng bản neo thẳng đứng và  (Hình C.12) thì được phép xác định Q_d theo công thức:

Trong đó

h_bn, b_bn chiều cao và chiều rộng bản neo;

t_bn độ chôn sâu của chân bản neo so với mặt đất;

k’_n, k’_a các hệ số dùng để xét sự làm việc không gian của đất trong lăng thể ép trôi và trong lăng thể sụt tại gối neo; giá trị của các hệ số này được phép xác định theo các công thức (H.58) và (H.59) của Phụ lục H khi y = 0,5h đối với k'_n và khi y = 0,5t_bn đối với k'_a;

φ_II.bn góc ma sát trong của đất trước bản neo trong phạm vi chiều cao h;

E_n.n thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động nằm giữa bản neo và cung trượt trong phạm vi chiều cao h; giá trị E_n.n được xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục H, trong đó lấy δ = 0 và xem lớp đất nằm bên trên trong khoảng chiều cao (t_bn - h) là tải trọng thẳng đứng phân bố đều;

E_a.n thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động trên bản neo trong phạm vi chiều cao t_bn, xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục H có xét đến tải trọng sau bản neo, lấy δ = (2/3)φ_II trong phạm vi h_bn và δ = φ_II trong phạm vi (t_bn - h_bn);

I_n khoảng cách (tim đến tim) giữa các thanh neo.

CHÚ DẪN

1 Cọc cừ

2 Thanh neo

3 Gối neo

4 Cung trượt khả dĩ

Hình C.12 - Sơ đồ xác định lực kháng trượt của khối đất nằm giữa bản neo và cung trượt

Phụ lục D

(Tham khảo)

Tính toán và thiết kế kết cấu neo

D.1  Tính toán kết cấu neo bao gồm:

- tính toán gối neo;

- tính toán độ bền thanh neo;

- tính toán các nút liên kết và nối thanh neo.

Trong Phụ lục này trình bày các chỉ dẫn về tính toán các bản neo thẳng đứng (các mục D.2), các thanh neo (các Mục D.3), các nút kiểu khớp để liên kết và nối thanh neo (các mục D.4), và các yêu cầu về cấu tạo đối với kết cấu neo (các Mục D.5).

D.2  Tính toán các bản neo thẳng đứng

D.2.1  Tính toán các bản neo thẳng đứng bao gồm:

- tính toán ổn định;

- tính toán về biến dạng;

- tính toán độ bền;

- tính toán các bản neo bê tông cốt thép về mở rộng vết nứt.

Các tính toán về ổn định và về độ bền, cũng như các tính toán về biến dạng của các bản neo trong kết cấu bến tường cừ, phải tiến hành theo nhóm các trạng thái giới hạn thứ nhất. Các tính toán khác được thực hiện theo nhóm các trạng thái giới hạn thứ hai.

D.2.2  Tính toán ổn định

D.2.2.1  Tính toán ổn định các bản neo thẳng đứng khi góc nghiêng của thanh neo ≤ 15^o so với đường nằm ngang được tiến hành xuất phát từ điều kiện:

Trong đó

n_c, m, k_n như trong công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này;

T_n.b thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo truyền sang bản neo; trị số T_n.b cho phép xác định theo công thức:

R_n phản lực ngang tại điểm thanh neo liên kết với cấu kiện tường mặt (cho 1m dài công trình), xác định theo chỉ dẫn tính toán từng loại công trình bến;

l_n khoảng cách giữa các thanh neo;

γ_Idl trọng lượng riêng của đất lấp nằm cao hơn các thanh neo, được xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 0,9;

h_tb chiều dày trung bình của lớp đất bên trên thanh neo;

L chiều dài thanh neo, xác định theo chỉ dẫn tính toán từng loại công trình bến;

d đường kính hoặc bề dày thanh neo có xét cả lớp chống gỉ;

p hệ số, lấy theo đồ thị trên Hình D.1;

E_a,n thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động, xác định theo chỉ dẫn ở Mục D.2.2.2 dưới đây;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, lấy bằng 1;

E_n.n thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động, xác định theo chỉ dẫn ở Mục D.2.2.3 dưới đây.

Các giá trị R_n, E_a.n và E_n.n được tính toán với mực nước cao nhất trước bến.

Hình D.1 - Đồ thị để xác định hệ số ρ

D.2.2.2  Áp lực đất chủ động E_a.n được xác định cho bề mặt tính toán AB (Hình D.2) trong phạm vi độ chôn sâu t_b,n của bản neo; trong đó hoạt tải trên mặt bến được đặt từ mặt phẳng tính toán trở vào.

CHÚ DẪN

1 bản neo

2 đống hàng rời đổ trên bến

Hình D.2 - Sơ đồ tính toán ổn định bản neo thẳng đứng

Khi mặt bến là mặt nằm ngang, với hoạt tải phân bố đều q đặt từ bản neo trở vào và khoảng hở giữa các bản neo ≤ 0,2 l_n thì thành phần nằm ngang E_a.n của áp lực chủ động của đất đồng nhất trên bản neo được tính theo công thức:

Trong đó

γ_Idl trọng lượng riêng của đất lấp sau bản neo, được xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 1,1;

t độ chôn sâu của đỉnh bản neo tính từ mặt đất lấp;

h_bn chiều cao bản neo;

λ_a.n1, λ_a.n2 các hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động, xác định theo Bảng H.1 của Phụ lục H

khi ε = 0 và tương ứng δ = φ_Idl và δ = 2/3φ_Idl

φ_Idl góc ma sát trong của đất lấp sau bản neo.

Trong các trường hợp khác, thành phần nằm ngang E_a.n của áp lực đất chủ động trên bản neo được xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục H, khi đó cần lưu ý các điểm sau:

a) nếu bản neo nằm dưới đống hàng rời đổ trên bến thì trị số E_a.n phải xác định theo công thức (H.30) của Phụ lục H, khi đó phải đặt đống hàng ở phía sau mặt phẳng tính toán AB và lấy mặt sụt nguy hiểm theo đường gãy khúc (Hình D.3). Góc nghiêng của mặt sụt nguy hiểm nhất sau bản neo cho đoạn nằm dưới đất (α_bn) và cho đoạn nằm trong đống hàng (α_dh) được phép xác định theo các đồ thị trên Hình D.4 theo các quy định ghi trên hình;

b) khi khoảng hở giữa các bản neo ≤ 0,2 l_n thì trị số E_a.n phải xác định cho chiều dài l_n;

c) Khi khoảng hở giữa các bản neo > 0,2 l_n thì trị số E_a.n phải xác định như đối với trụ riêng rẽ theo chỉ dẫn ở Mục H.2.1.8 của Phụ lục H

CHÚ DẪN

1 Thanh neo

2 Bản neo

3 Đống hàng rời đổ trên bến

4 Mặt sụt nguy hiểm nhất

5 Mặt hố móng

Hình D.3 - Sơ đồ xác định áp lực đất chủ động lên bản neo khi bản neo nằm dưới đống hàng rời đổ trên bến

Hình D.4 - Đồ thị để xác định các góc nghiêng α_bn và α_dh của mặt sụt nguy hiểm nhất sau bản neo

D.2.2.3  Áp lực đất bị động E_n.n được xác định cho mặt phẳng tính toán AB (hình D.2) trong phạm vi độ chôn sâu t_bn của bản neo, khi đó không xét đến hoạt tải trên mặt bến.

Khi mặt bến là mặt nằm ngang, và khoảng hở giữa các bản neo ≤ 0,2 l_n thì thành phần nằm ngang của áp lực bị động của đất đồng nhất E_n.n trên một bản neo được tính theo công thức:

Trong đó

γ_Idl trọng lượng riêng của đất lấp trước bản neo, xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 0,9;

λ_n.n hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động, xác định theo Bảng H.2 của Phụ lục H khi ε = 0 và δ = φ_Idl.

φ_Idl góc ma sát trong của đất lấp trước bản neo.

Trong các trường hợp khác, thành phần nằm ngang E_n.n của áp lực đất bị động được xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục H, khi đó cần lưu ý các điểm sau:

a) khi khoảng hở giữa các bản neo ≤ 0,2 l_n thì trị số E_n.n phải xác định theo chiều dài l_n;

b) khi khoảng hở giữa các bản neo > 0,2 l_n thì trị số E_n.n phải xác định như đối với các trụ riêng rẽ theo chỉ dẫn ở Mục H.2.2.3 của Phụ lục H.

D.2.3  Tính toán về biến dạng

Tính toán biến dạng các bản neo được tiến hành từ điều kiện:

Trong đó

U trị số vị dịch ngang của bản neo, xác định theo công thức:

T_n.b thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo, xác định theo công thức (D.2);

ρ hệ số, lấy theo đồ thị trên Hình D.1;

E_a,n thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động, xác định theo chỉ dẫn ở Mục D.2.2.2 trên đây;

h_bn, b_bn chiều cao và bề rộng bản neo;

k_m hệ số mềm của đất trước bản neo, phụ thuộc vào loại đất, độ chặt của đất, độ chôn sâu của bản neo v.v...; đối với đất cát có độ chặt trung bình khi  nên lấy k_m = 8MN / m³ (800 T/m³);

t_bn độ chôn sâu của chân bản neo tính từ mặt đất lấp;

U_gh trị số giới hạn của độ vị dịch ngang của bản neo, lấy bằng trị số giới hạn của độ vị dịch ngang của tường cừ ở cao độ gắn thanh neo, xác định theo Bảng 11 của Tiêu chuẩn này.

Các trị số E_a.n và T_n.b trong tính toán các bản neo trong bến tường cừ được xác định với hệ số vượt tải của tải trọng và của đất theo nhóm các trạng thái giới hạn thứ nhất, còn đối với các bản neo khác thì lấy hệ số vượt tải của tải trọng và của đất bằng 1.

Chiều cao bản neo phải lấy .

D.2.4  Tính toán độ bền

D.2.4.1  Tính toán độ bền của các bản neo bằng bê tông cốt thép phải thực hiện theo các quy định của TCVN 4116-85 “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế”. Tính toán độ bền của các bản neo bằng cọc ván thép - theo các quy định của TCVN 5575:2012 “Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế”. Khi đó hệ số phụ điều kiện được lấy bằng 1.

D.2.4.2  Tính toán độ bền của các bản neo được tiến hành với các nội lực sinh ra do tác động của phản áp lực đất trước bản neo (Hình D.5). Cường độ của phản áp lực đất ở cao độ đáy và đỉnh bản neo được xác định theo công thức:

Trong đó

T_n.b thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo, tính theo công thức (D.2) với mực nước thấp nhất trước bến;

b_bn, h_bn bề rộng và chiều cao của bản neo;

e khoảng cách từ giữa chiều cao bản neo đến điểm liên kết thanh neo.

Khi chiều cao của bản neo < 1,5 m, cũng như trong những trường hợp khi σ_max < 1,5 σ_min thì cường độ của phản áp lực đất được phép lấy phân bố đều theo chiều cao và chiều rộng bản bằng cách tính theo công thức.

D.2.4.3  Nội lực trong bản neo theo phương thẳng đứng được xác định bằng cách tính toán bản như một dầm có hai côngxon với điểm gối tại vị trí liên kết thanh neo (Hình D.5.a).

Khi trị số  thì mô men uốn lớn nhất M_max (cho bề rộng b_bn) được phép xác định theo công thức:

Trong đó: e, T_n.b, h_bn, b_bn như trong công thức (D.7).

Trong các bản neo có mặt cắt chữ nhật mô men uốn lớn nhất (cho bề rộng b_bn) phải giảm đi một lượng là 0,1 T_n.bh_dt nhằm xét ảnh hưởng của tấm đệm thép dùng để truyền nội lực T_n,b sang bản neo (trong đó h_dt - chiều cao tấm đệm thép).

CHÚ DẪN

Hình D.5 - Sơ đồ xác định nội lực trong bản neo

D.2.4.4  Trong các bản neo có mặt cắt chữ T hoặc bản có sườn thì nội lực theo phương ngang được xác định tại điểm tiếp giáp giữa cánh và sườn bằng cách xem cánh như một công xôn, còn bản giữa hai sườn thì xem như một dầm có ngàm ở hai đầu (Hình D.5.b).

Trong các bản neo có mặt cắt chữ nhật thì nội lực theo hướng ngang được xác định bằng cách tính toán bản như một dầm có hai công xôn với điểm gối tại vị trí liên kết thanh neo (xem Hình D.5.b), khi đó mô men uốn lớn nhất (cho chiều cao h_bn) phải giảm đi một lượng bằng 0,1. T_n.bb_dt để xét ảnh hưởng của tấm đệm thép dùng để truyền nội lực T_n.b sang bản neo (trong đó b_dt - bề rộng tấm đệm thép).

Cường độ σ của phản lực đất trên đoạn tính toán được phép lấy bình quân và xem là phân bố đều.

D.2.5  Tính toán các bản neo bằng bê tông cốt thép theo độ mở rộng vết nứt.

D.2.5.1  Tính toán các bản neo bê tông cốt thép theo độ mở rộng vết nứt phải được thực hiện các quy định của TCVN 4116-85.

D.2.5.2. Khi tính toán về mở rộng vết nứt thì dùng các nội lực đã được xác định như khi tính toán độ bền (xem các Mục D.2.4.2 - D.2.4.4 trên đây), nhưng trị số T_n.b được tính với hệ số vượt tải của tải trọng và của đất n = 1.

D.3  Tính toán độ bền của thanh neo

D.3.1  Nếu thực hiện đúng các yêu cầu cấu tạo nêu trong Phụ lục này (ví dụ, có độ vồng thi công v.v...) và nếu đảm bảo được độ chặt của đất lấp bên dưới thanh neo theo đúng yêu cầu thì các thanh neo thép có hai đầu liên kết khớp được tính toán chịu kéo theo điều kiện:

Trong đó

n_c, m, k_n như trong công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này;

T_n lực kéo lớn nhất trong thanh neo, xác định theo công thức:

R_n phản lực ngang lớn nhất tại vị trí thanh neo liên kết vào cấu kiện tường mặt (cho một đơn vị chiều dài công trình), xác định theo chỉ dẫn tính toán từng loại công trình bến;

l_n khoảng cách giữa các thanh neo;

α góc nghiêng của thanh neo so với đường nằm ngang;

F_nt diện tích thực của thanh neo;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc,

m_d = 0,38 đối với các loại thép CT38;

m_d = 0,75 đối với các loại thép khác.

R_v cường độ tính toán của vật liệu làm thanh neo, lấy theo Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép đối với thép BCT 38 có bề dày > 40 mm phải lấy R_y = 195 Mpa (1950 kG/cm²).

D.3.2  Tính toán độ bền của các thanh neo bằng bê tông cốt thép và tính toán về hình thành và mở rộng vết nứt được thực hiện theo các quy định của TCVN 4116-85;

D.4  Tính toán độ bền của các nút liên kết và nối thanh neo

D.4.1  Tính toán độ bền của các nút liên kết khớp giữa thanh neo với cấu kiện tường mặt (thường là cấu kiện bê tông cốt thép) có cấu tạo như trên Hình D.6 bao gồm việc tính toán độ bền của tai thanh neo và tấm má. Đường kính d_dc của đinh chốt để liên kết tại thanh neo với tấm má phải lấy như sau:

d_dc ≥ d - đối với thanh neo tròn;

 - đối với thanh neo có tiết diện khác trong đó d, F_nt - đường kính và diện tích tiết diện thực của thanh neo.

Tại thanh neo (Hình D.6.c,d,e) được tính chịu ép dập và chịu kéo xuất phát từ các điều kiện sau:

- chịu ép dập:

- chịu kéo:

Trong đó

n_c, m, k_n như ở công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này;

T_n như ở công thức (D.11);

δ_tn, b_tn chiều dày và chiều cao tai thanh neo;

d_tn đường kính tai thanh neo, lấy bằng d_dc;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, lấy bằng 0,7;

R_p cường độ tính toán của tai thanh neo đối với ép dập bề mặt, lấy theo Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép;

R_y như ở công thức (D.10).

Chiều dài tai thanh neo l_tn (Hình D.6):

Trong đó

b_tn bề rộng (tối thiểu) của tai thanh neo, tính theo điều kiện (13) với dấu bằng (=) trong biểu thức.

e) Tai có mặt cắt ghép

CHÚ DẪN

1 cấu kiện tường mặt

2 tấm má

3 đinh chốt

4 tai

5 tấm nẹp

6 mối hàn

Hình D.6 - Sơ đồ tính toán nút liên kết khớp giữa thanh neo với cấu kiện tường mặt

CHÚ DẪN

Hình D.7 - Sơ đồ tính toán nút liên kết khớp giữa thanh neo với cọc ván thép

Khi tai thanh neo có mặt cắt ghép thì chiều dài của tấm nẹp để tăng cường tiết diện được xác định bằng chiều dài mối hàn. Khi dùng hai tấm nẹp (4 mối hàn) thì chiều dài mỗi mối hàn được tính toán chịu một nội lực là T_n/4 (Hình D.6.e).

Tấm má của nút liên kết khớp (Hình D.6.b) được tính toán chịu kéo theo điều kiện

Trong đó

T_tm lực kéo trong tấm má, tính theo công thức:

k_s hệ số, lấy bằng:

δ_tn bề dày tai thanh neo;

a khoảng hở giữa hai tấm má;

T_n như trong công thức (D.11);

δ_tm bề dày tấm má, xác định theo công thức:

δ_tn bề dày tối thiểu của tai neo tính theo điều kiện (D.12) với dấu bằng (=);

b_tm chiều cao tấm má;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, bằng 0,7;

R_y như trong biểu thức (D.10).

Chiều dài tấm má I_tm (Hình D.6.b) phải lấy bằng:

Trong đó b_tm chiều cao (tối thiểu) của tấm má, tính theo điều kiện (D.15) với dấu bằng (=).

Trong mọi trường hợp diện tích tiết diện tấm má theo hướng tác động của lực không được nhỏ hơn

Khi tăng cường tiết diện tai thanh neo bằng các tấm nẹp thì bề dày δ_tn trong các công thức (D.12) và (D.13) gồm cả bề dày các tấm nẹp.

D.4.2  Tính toán độ bền của nút liên kết giữa thanh neo với cọc ván thép theo cấu tạo vẽ trên Hình D.7 bao gồm việc tính độ bền các tấm đệm thép đặt dưới ê cu.

Các tấm đệm thép dạng phẳng dưới êcu (Hình D.7) được tính toán chịu uốn theo điều kiện:

Trong đó

n_c, m, k_n như trong công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này;

M mô men uốn trong tấm đệm; khi có đai phân bố thì trị số M được xác định bằng cách tính toán tấm đệm như một rầm trên hai gối theo công thức:

T_n như trong công thức (D.11);

l_t chiều dài nhịp tính toán, lấy bằng (1 + δ);

l khoảng cách giữa hai thanh I của đai liên kết, tính bằng cm theo công thức:

h, δ chiều cao và chiều dày bản bụng thanh I của đai liên kết, tính bằng cm;

α góc nghiêng của thanh neo so với đường nằm ngang;

Δ khoảng hở cấu tạo, lấy ≥ 3cm;

d đường kính chốt của thanh neo, cm;

D đường kính lỗ trong tấm đệm, cm, lấy bằng:

P_l nội lực truyền sang diện tích gối dưới ê cu, xác định theo công thức:

F_dg diện tích gối dưới ê cu, tính theo công thức:

r₁ bán kính ngoài của diện tích gối dưới ê cu, được phép lấy bằng:

ψ góc, lấy bằng:

W_d mô men kháng của tiết diện tấm đệm, tính theo công thức:

δ_td, δ_cv bề dày tấm đệm (ở đoạn giữa) và bề dày thành cọc ván;

b chiều rộng tính toán của tấm đệm, lấy bằng 2D;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, bằng 0,85;

R_y như ở công thức (D.10).

Chiều dài l_td của tấm đệm, cm, phải lấy ≥ (1 + δ + 7), còn bề rộng b_td ≥ 3D.

Chiều dày phần giữa và đường kính của các tấm đệm hình cầu (Hình D.7) phải được lấy như đối với các tấm đệm phẳng.

D.4.3  Tính toán độ bền của nút liên kết giữa thanh neo với bản neo bê tông cốt thép có cấu tạo như trên Hình D.8.a bao gồm việc tính tấm đệm thép dùng làm điểm tựa cho thanh chốt. Đường kính thanh chốt phải lấy theo chỉ dẫn ở Mục D.4.1 trên đây.

Kích thước trong mặt bằng của tấm đệm được xác định bằng tính toán chịu nén cục bộ (ép dập) và tính toán chịu ép cục bộ của bê tông dưới tấm đệm do tác động của lực T_nb theo các quy định của Tiêu chuẩn thiết kế bê tông và bê tông cốt thép, trong đó T_n.b - như trong công thức (D.2) trên đây.

Hình D.8 - Sơ đồ tính toán nút liên kết khớp giữa thanh neo với bản neo hoặc bản đáy

Tấm đệm được tính toán chịu uốn theo hai phương thẳng đứng và nằm ngang từ điều kiện sau:

Trong đó:

n_c, m, k_n như trong công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này;

M mô men uốn ở giữa tấm đệm, xác định bằng cách tính toán tấm đệm như một dầm trên nền cứng theo các công thức sau:

+ theo hướng thẳng đứng:

+ theo hướng nằm ngang:

T_n.b như trong công thức (D.7);

H_td, b_td chiều cao và chiều rộng tấm đệm thép;

W_td mô men kháng của mặt cắt thực của tấm đệm;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, bằng 0,85;

R_y như trong công thức (D.10).

D.4.4  Tính toán độ bền của nút liên kết giữa thanh neo trong các bến tường góc với chị tiết cho ở bản đáy (Hình D.8.b) bao gồm việc tính toán mối hàn góc về chịu cắt xuất phát từ các điều kiện sau:

- đối với thép của mối hàn:        

- đối với thép ở biên bị nóng chảy:

Trong đó:

n_c, m, k_n như trong công thức (C.1) của Tiêu chuẩn này

T_n như trong công thức (D.10) trên đây;

β_f hệ số, lấy bằng 0,7;

β_z hệ số, lấy bằng 1,0;

k_f cạnh góc vuông của mối hàn;

l_mh chiều dài tính toán của mối hàn, lấy bé hơn chiều dài hàn thực tế một đoạn bằng 10 mm;

m_d hệ số phụ điều kiện làm việc, bằng 0,7;

R_mh,f, R_mh,z lực kháng cắt (quy ước) ở mối hàn góc của vật liệu mối hàn và vật liệu ở biên nóng chảy, lấy theo Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép.

D.4.5  Tính toán độ bền của các nút nối khớp để nối các đoạn thanh neo với nhau cũng được làm như đối với các nút liên kết ở hai đầu thanh neo (xem các Mục D.4.1- D.4.4).

D.5  Các yêu cầu cấu tạo

D.5.1  Các gối neo trong bến tường cừ thường nên làm theo dạng bản bê tông cốt thép thẳng đứng.

Bản neo bê tông cốt thép nên làm với tiết diện chữ nhật.

Khoảng hở giữa các bản neo bê tông cốt thép không được < 5 cm

Khi bản neo được lắp đặt dưới nước thì mặt đất phải được san bằng sơ bộ.

D.5.2  Thanh neo nên làm bằng thép tiết diện tròn hoặc chữ nhật. Trong một vài trường hợp nếu có cơ sở sản xuất thì nên dùng thanh neo bê tông cốt thép với cốt thép cường độ cao ứng suất trước.

D.5.3  Các thanh neo và các chi tiết của nút liên kết và nút nối thanh neo nên làm bằng thép mác CT38 (theo TCVN 1651 - 85) hoặc các loại thép có tính năng tương tự.

D.5.4  Thanh neo bằng thép tròn nên dùng khi neo vào các gối đứng riêng (tường neo, bản neo v.v...)

Tùy thuộc vào chiều dài thanh neo, điều kiện vận chuyển và lắp đặt mà các thanh neo được làm từ các đoạn có chiều dài ≤ 12 m, được nối vào nhau bằng các khớp nối. Các khớp nối phải đặt cao hơn mực nước thi công.

D.5.5  Các thanh neo thép tiết diện chữ nhật nên dùng trong các công trình bến kiểu trọng lực khi neo vào bản đáy, vào khối khổng lồ hoặc vào các cấu kiện khác của công trình. Thanh neo loại này thường được chế tạo nguyên cả đoạn.

Tiết diện chữ nhật hợp lý của thanh neo là tiết diện có tỷ số giữa bề rộng (bề dày) trên chiều cao 1:5 đến 1:10. Khi đó bề dày thanh neo phải lấy ≥ 12 mm.

Hàn nối các đoạn thanh neo vào với nhau phải dùng cách hàn tiếp xúc đối đầu, hàn mảng tự động bằng que hàn dẹt và các cách hàn khác đảm bảo được độ bền yêu cầu.

D.5.6  Các nút liên kết thanh neo thường phải làm theo kiểu khớp. Kết cấu nối khớp phải đảm bảo cho thanh neo không bị ngâm vào nút (xem các Hình D.6-D.8).

Liên kết thanh neo tiết diện chữ nhật vào các cấu kiện bê tông cốt thép của bến trọng lực nên thực hiện theo kiểu khớp bằng thanh chốt (Hình D.6) ở một đầu thanh neo, còn đầu kia của thanh neo thì hàn vào chi tiết chờ. Kết cấu của nút liên kết hàn phải đảm bảo cho thanh neo có thể quay trong mặt phẳng thẳng đứng ở nút liên kết nhờ độ cứng bé của chi tiết chờ (khớp dẻo). Yêu cầu này được thỏa mãn khi dùng kết cấu nút liên kết vẽ ở Hình D.8. Việc bố trí các nút liên kết kiểu khớp và kiểu hàn phụ thuộc vào điều kiện thi công khi xây dựng bến.

D.5.7  Các thanh neo trong bến tường cừ nên lắp đặt với độ vồng thi công.

Đối với các thanh neo bằng thép tròn thì độ vồng thi công được lấy ≤ 0,01 L (trong đó L - chiều dài thanh neo). Trong trường hợp này các thanh neo nên được căng trước với một lực căng đến 30 kN (3 tấn).

Đối với các thanh neo bê tông cốt thép thì độ vồng xây dựng được xác định bằng tính toán.

D.5.8  Khi tạo độ vồng thi công cho thanh neo bằng cách đóng các cọc đỡ dưới thanh neo thì phải đảm bảo sau khi lấp đất dưới thanh neo mũi cọc nằm ở độ sâu ≤ 2 m.

Không được tạo độ vồng thi công bằng cách buộc thanh neo vào các cọc không có khả năng lún xuống.

D.5.9  Các thanh neo thép phải được bảo vệ chống gỉ. Để bảo vệ chống gỉ có thể dùng nhựa bitum, nhựa epoxexit, nhựa than đá - epocxit, vật liệu bọc kín và vật liệu dạng băng cuộn (bằng policlovinyl, butyl - cao su và các loại băng dính khác).

Nhựa bitum - cao su được quét thành hai lớp với tổng chiều dày ≥ 3 mm, bằng policlovinyl được cuộn vòng nọ chồng lên vòng kia một đoạn ≥ 3 cm và bọc thành hai lớp, còn băng brizol chỉ bọc một lớp với các vòng cuộn không chồng lên nhau.

Trước khi làm lớp bảo vệ chống gỉ, bề mặt thanh neo phải được làm sạch và sơn lót. Chiều dày lớp sơn lót phải bằng 0,1 - 0,2 mm.

Phải rót nhựa bitum - cao su vào các nút liên kết và nút nối thanh neo.

Phục lục E

(Tham khảo)

Xác định nội lực trong các cấu kiện công trình bến do lực va của tàu khi cập bến

E.1  Phụ lục này trình bày các khuyến nghị về xác định nội lực trong dầm mũ, trong các cấu kiện tường mặt bằng bê tông cốt thép lắp ghép tiết diện chữ I hoặc chữ nhật của bến tường cừ, bến tường góc, của các kết cấu tầng trên v.v...do chịu lực va của tàu khi cập bến.

E.2  Mô men uốn trong mặt cắt ngang của cấu kiện tường mặt được tính toán cho hai trường hợp:

- Khi tàu va vào dầm mũ;

- Khi tàu va vào cấu kiện tường mặt ở cao độ neo (đối với các cấu kiện có neo) hoặc ở cao độ thành tàu của tàu tính toán với mực nước chạy tàu thấp nhất (đối với tường cừ không neo).

Ngoài ra, trong các cấu kiện tường mặt có tiết diện chữ T còn tính cả mô men uốn theo hướng dọc tại giao điểm giữa bản cánh và bản bụng.

E.3  Được phép không xét đến mô men uốn trong mặt cắt ngang các cấu kiện, tường mặt có neo trong những trường hợp sau:

a) Khi tàu va vào dầm mũ:

- đối với bến tường góc có chiều cao H_b ≥ 12 m;

- đối với bến tường cừ có H_b ≥ 6 m với thiết bị đệm bằng lốp ô tô đường kính 1 m;

- đối với bến tường cừ có H_b ≥ 9 m khi không có thiết bị đệm;

b) Khi tàu va vào cấu kiện tường mặt:

- đối với bến có H_b bất kỳ với thiết bị đệm là hai lớp lốp ô tô đường kính 1 m khi tàu tính toán có lượng rẽ nước D_t ≥ 2000 t;

- đối với bến có H_b ≥ 9 m với chiều cao đoạn hẫng h_c ≥ 0,3 H_b (hoặc h_c ≥ 3 m) và thiết bị đệm bằng lốp ô tô đường kính 1m khi tàu tính toán có lượng rẽ nước D_t ≤ 2000 t;

- đối với bến có H_b ≥ 9 m với chiều cao đoạn hẫng h_c ≥ 0,3 H_b (hoặc h_c ≥ 3 m) và thiết bị đệm là hai lớp ô tô đường kính 1 m khi tàu tính toán có lượng rẽ nước D_t ≤ 6000 t;

- đối với bến có H_b bất kỳ khi thỏa mãn điều kiện:

Trong đó

H_x tải trọng nằm ngang vuông góc với mép bến do tàu va khi cập bến, xác định theo Phụ lục I;

R_n thành phần nằm ngang của nội lực lớn nhất trong thanh neo, xác định theo chỉ dẫn về tính toán cho từng loại công trình bến;

b_bm bề rộng cấu kiện tường mặt, lấy ≤ 3 m.

E.4  Giá trị lớn nhất của mô men uốn trong dầm mũ M_rm (khi mặt trước hoặc mặt sau chịu kéo) do lực tàu va khi cập bến được xác định theo công thức:

Trong đó:

H_x tải trọng nằm ngang vuông góc với mép bến do tàu va khi cập bến, xác định theo Phụ lục K;

X_rm khoảng cách từ tải trọng H_x đến mặt cắt cần xác định M_rm, lấy bằng 3 m.

E.5  Tung độ của biểu đồ mô men uốn trong mặt cắt ngang của cấu kiện tường mặt có bề rộng b_bm do lực va tàu được tính theo công thức:

- Khi tàu va vào dầm mũ:

- Khi tàu va vào cấu kiện tường mặt ở cao độ neo:

Trong đó

 tung độ biểu đồ đơn vị của mô men uốn, lấy theo Hình E.1 tùy thuộc tỷ số y/H_b;

 tung độ biểu đồ đơn vị của mô men uốn, lấy theo các Hình E.2, E.3 hoặc E.4 tùy thuộc loại thiết bị đệm và các trị số h_c và y/H_b;

h_c chiều cao đoạn hẫng từ điểm neo đến đỉnh công trình;

y khoảng cách từ đỉnh công trình đến mặt cắt cần tính M₁ hoặc M₂;

H_b chiều cao tường bến từ cao độ đáy thiết kế đến đỉnh công trình;

H_x như ở công thức (E.2);

R_n như ở công thức (E.1);

CHÚ THÍCH Khi M₁ và M₂ mang dấu trừ thì có nghĩa là trong mặt cắt này thớ chịu kéo nằm ở mặt trước của cấu kiện.

E.6  Trong các cấu kiện tường mặt tiết diện chữ T rộng 1,5 ÷ 1,6m mô men uốn lớn nhất trong mặt cắt dọc tính cho 1m tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng M_c1 và M_c2 (kNm/m) được xác định theo các công thức sau (Hình 5):

Trong đó

M_c1 mômen uốn lớn nhất ở độ sâu y kể từ đỉnh công trình làm cho mặt trước của bản cánh bị (khi đặt tải trọng H_x vào dầm mũ hoặc vào bản bụng của cấu kiện);

M_c2 mômen uốn lớn nhất ở độ sâu y_H kể từ đỉnh công trình làm cho mặt trước của bản cánh bị kéo (khi đặt tải trọng H_x vào bản cánh của cấu kiện);

y_H khoảng cách từ đỉnh bến đến điểm đặt của tải trọng H_x;

b_c bề rộng bản cánh;

σ_p.n1 và σ_p.n2 thành phần nằm ngang của phản lực đất ở độ sâu y và y_H xác định theo các công thức sau:

+ đối với tường không neo:

+ đối với tường có neo:

* khi y ≤ h_c:

nhưng không lớn hơn  và không được nhỏ hơn 0;

nhưng không lớn hơn  và không được nhỏ hơn 0;

* khi y > h_c:

nhưng không nhỏ hơn 0;

H_x như ở công thức (E.2);

 thành phần nằm ngang của phản áp lực đất ở độ sâu y do tải trọng đơn vị, xác định theo Hình 6 tùy thuộc vào H_b và y_H;

H_b chiều cao tường bến từ cao độ đáy đến đỉnh công trình;

y_H khoảng cách từ đỉnh công trình đến điểm đặt của lực H_x;

σ_a.n1 thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động ở độ sâu y, được tính khi hoạt tải trên mặt bến đặt sát mép bến đến mức tối đa có thể được;

σ_a.n2 thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động ở độ sâu y_H, được tính khi không có hoạt tải trên mặt bến và với các hệ số đảm bảo của tải trọng và của đất là n = 1; cho phép lấy σ_a.n2 = 0,5 σ_a.n1;

R_n1 thành phần nằm ngang của nội lực lớn nhất trong thanh neo trong một đơn vị chiều dài công trình, xác định bằng tính toán tĩnh học;

Hình E.1 - Biểu đồ đơn vị của mô men uốn trong các cấu kiện tường mặt khi tàu va trên dầm mũ

Hình E.2 - Biểu đồ đơn vị của mô men uốn  trong các cấu kiện tường mặt khi tàu va ở cao độ neo và không có thiết bị đệm tàu

Hình E.3 - Biểu đồ đơn vị của mô men  trong các cấu kiện tường mặt khi tàu va ở cao độ neo và thiết bị đệm tàu là các ống thép nhồi bê tông

Hình E.4 - Biểu đồ đơn vị của mô men M₂ trong các cấu kiện tường mặt khi tàu va ở cao độ neo và thiết bị đệm tàu là các lốp ô tô đường kính 1 m

Hình E.5 - Sơ đồ xác định mô men uốn lớn nhất M_c1 và M_c2 tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng do lực va tàu khi cập bến

Hình E.6 - Biểu đồ đơn vị của thành phần nằm ngang của phản áp lực đất

CHÚ THÍCH  Trị số  đối với các giá trị khác của H_b được xác định theo nội suy.

R_n2  thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo, xác định bằng tính toán tĩnh học khi không có hoạt tải trên mặt bến và với các hệ số đảm bảo của tải trọng và của đất là n < 1.

cho phép lấy R_n2 = 0,5 R_n1;

d₁, d₂ chiều rộng và chiều cao của thiết bị đệm tàu, khi không có thiết bị đệm thì lấy d₁ = d₂ = 0,2 m;

σ_t,n thành phần nằm ngang của áp lực nước thấm ở độ sâu y.

CHÚ THÍCH  Đối với các cấu kiện với tiết diện gồm hai sườn (tiết diện chữ T kép rộng 3 ÷ 3,2 m) các giá trị σ_a.n1 và σ_a.n2 tính theo các công thức (E.7) ÷ (E.12) phải giảm đi một nửa.

Phụ lục F

(Tham khảo)

Tính toán khối gắn bích neo

F.1  Nội dung tính toán khối gắn bích neo phụ thuộc vào kết cấu của khối. Các giải pháp kết cấu có tính nguyên tắc của khối gắn bích neo phải phù hợp với các quy định của Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ và các quy tắc an toàn kỹ thuật.

F.2  Đối với các khối gắn bích neo có cấu tạo như trên Hình F.1 thì tiến hành tính toán các cấu kiện và các nút liên kết sau đây:

- tường hậu (với khối gắn bích neo nhiều tầng);

- thanh neo;

- gối neo;

- các nút liên kết thanh neo với khối bích neo và gối neo.

Các tường bên (với khối gắn bích neo nhiều tầng) được phép không phải tính toán về độ bền, mà làm tương tự như tường hậu. Kích thước và bố trí cốt thép cho sàn khối gắn bích neo phải lấy theo cấu tạo, phù hợp với các thiết kế điển hình hiện có.

F.3  Tường hậu của khối gắn bích neo được tính toán về độ bền và độ mở rộng vết nứt.

Việc xác định nội lực do các tải trọng khai thác được thực hiện bằng cách tính toán tường hậu như một bản có cạnh trên ngàm vào dầm mũ hoặc ngàm vào sàn trên của khối gắn bích neo, còn ba cạnh kia là cạnh tựa tự do.

Khi xác định nội lực phải đưa vào tổ hợp cơ bản các tải trọng sau:

- áp lực đất chủ động có xét đến các tải trọng thực tế của các phương tiện nâng cẩu - vận chuyển, xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục G;

- áp lực nước thấm;

- tải trọng do lực kéo của các dây neo;

Khi không có áp lực nước thấm thì mực nước trước bến phải lấy ở cao trình tính toán thấp nhất, còn khi có áp lực nước thấm thì phải tính toán để chọn mực nước trên bến bất lợi nhất.

Tính toán độ bền được thực hiện theo chỉ dẫn ở Điều 10.3 của Tiêu chuẩn này.

Tính toán độ mở rộng vết nứt được thực hiện theo chỉ dẫn ở các Điều 10.5 của Tiêu chuẩn này, trong đó các nội lực được phép xác định bằng cách nhân các giá trị nội lực tìm được từ tính toán độ bền, cho hệ số điều kiện làm việc m = 0,8.

F.4  Thanh neo của khối gắn bích neo được tính toán về độ bền.

Cho phép chỉ tính toán các thanh neo trên của các khối gắn bích neo vẽ ở Hình F.1, còn kích cỡ của thanh neo dưới và của các nút liên kết nên lấy giống như kết cấu neo của các cấu kiện tường mặt của công trình bến.

Tính toán độ bền của thanh neo và của các nút liên kết thanh neo với khối gắn bích neo và các gối neo phải thực hiện theo các chỉ dẫn ở Phụ lục D. Khi đó phản lực nằm ngang lớn nhất R_n, tại điểm liên kết giữa thanh neo với khối gắn bích neo được xác định như sau (xem Hình F.1):

a) đối với Sơ đồ 1: R_n = N_neo (trong đó N_neo - thành phần nằm ngang của lực kéo của các dây neo).

b) đối với các Sơ đồ 2, 3 và 4 trị số R được xác định bằng cách tính toán khối gắn bích neo như một dầm trên hai gối tại các điểm liên kết thanh neo (hoặc tại điểm tựa của mép dưới của tường hậu);

a) Sơ đồ kết cấu khối gắn bích neo b) Sơ đồ tính toán để xác định các trị số R_A và R_B

CHÚ DẪN

1 sàn trên 2 sàn giữa 3 sàn dưới 4 tường hậu 5 tường bến 6 thanh neo trên

7 biểu đồ thành phần nằm ngang σ_a.n của cường độ áp lực đất chủ động

Hình F.1 - Sơ đồ tính toán khối gắn bích neo

Đối với thanh neo trên: R_n = R_A, trong đó: R_A - phản lực gối.

Khi xác định các trị số R_A và R_B phải đưa vào tổ hợp cơ bản các tải trọng sau:

- áp lực đất chủ động có xét đến các hoạt tải thực tế trên mặt bến, xác định theo Phụ lục H;

- áp lực nước thấm;

- tải trọng do lực kéo của các dây neo.

Mực nước trên bến phải lấy ở cao trình mà với nó R_A có giá trị lớn nhất.

F.5  Tính toán gối neo phải bao gồm các tính toán về ổn định, về độ bền, tính toán về biến dạng và độ mở rộng vết nứt (đối với các gối neo bằng bê tông cốt thép).

Cho phép chỉ tính toán các gối neo dùng cho thanh neo tầng trên của các khối gắn bích neo vẽ ở Hình F.1, còn kích thước và độ chôn sâu của các gối neo dùng cho thanh neo tầng dưới thì nên lấy tương tự như các gối neo dùng cho các neo của cấu kiện tường mặt của công trình bến.

Tính toán ổn định của các bản neo thẳng đứng được thực hiện theo chỉ dẫn ở các Mục D.2 của Phụ lục D, trong đó thành phần nằm ngang R_n, tại điểm liên kết giữa thanh neo với cọc cừ được xác định bằng các tính toán tĩnh học khối gắn bích neo theo chỉ dẫn ở Mục D trên đáy. Trong tính toán này mực nước trước bến được phép lấy ở cao trình tính toán cao nhất nếu như không có áp lực nước thấm; còn khi có áp lực nước thấm thì phải tính toán để chọn vị trí bất lợi nhất của mực nước trước bến.

Khoảng cách L_n từ bản neo đến mặt sau của khối gắn bích neo được xác định như sau:

a) đối với Sơ đồ 1 (Hình F.1) cho phép lấy L_n = 1,7t_bn (trong đó t_bn - độ chôn sâu của chân bản neo kể từ mặt bến, xác định từ tính toán ổn định bản neo);

b) đối với các bản neo tầng trên trong các sơ đồ 2 và 4 (Hình F.1) trị số bé nhất của L_n được xác định từ điều kiện:

Trong đó

R_B phản lực gối, xác định từ tính toán tĩnh học khối gắn bích neo theo chỉ dẫn ở Mục F.4 trên đây;

E_a.n thành phần nằm ngang của áp lực chủ động trong phạm vi từ điểm B lên đến đỉnh khối gắn bích neo, xác định theo chỉ dẫn ở Mục H.2.1.5 của Phụ lục H với mặt trượt nguy hiểm nhất đi qua chân bản neo.

Tính toán độ bền các bản neo và tính toán biến dạng được tiến hành theo các chỉ dẫn ở Phụ lục D, trong đó R_n cũng có giá trị như khi tính toán độ bền các thanh neo (xem Mục F.4 trên đây).

Tính toán độ mở rộng vết nứt của các bản neo bê tông cốt thép được thực hiện theo chỉ dẫn ở các Điều 10.5, khi đó cho phép xác định nội lực bằng cách nhân các giá trị nội lực tìm được khi tính toán độ bền với hệ số điều kiện làm việc m = 0,8.

Phụ lục G

(Tham khảo)

Các đặc trưng của đất

Bảng G.1 - Giá trị tính toán và giá trị tiêu chuẩn của lực dính đơn vị và góc ma sát trong của cát (không phụ thuộc vào nguồn gốc, tuổi địa chất và độ ẩm)

Bảng G.2 - Giá trị tính toán và giá trị tiêu chuẩn của lực dính đơn vị, (Mpa) (1 MPa = 10 kG/cm²) và góc ma sát trong (độ) của đất loại sét.