CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN ĐẤT 1. Khái niệm tường chắn đất Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái đào khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông (hình 1. Khi làm việc, lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất.
Trong các công trình thủy công, có một số bộ phận của kết cấu công trình không phải là tường chắn đất nhưng có tác dụng tương hỗ với đất và cũng chịu áp lực của đất giống như tường chắn đất. Do đó, khái niệm về tường chắn đất được mở rộng ra cho tất cả những bộ phận của công trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp xúc với chúng và áp lực đất lên tường chắn cũng được hiểu như áp lực tiếp xúc giữa những bộ phận ấy với đất. Tường chắn đất là một loại kết cấu khá phổ biến trong công trình Thủy lợi. Tường chắn thường dùng làm vách ngăn cho các công trình đầu mối trên sông, công trình tưới tiêu, trạm bơm, trạm thủy điện, âu thuyền, bể áp lực và các kênh, máng, các công trình bảo vệ bờ và bến cảng.
Xét về mặt hình thức kết cấu, tường chắn đất có hai loại chính: - Tường chắn đất trọng lực bằng bê tông - Tường chắn đất bằng bê tông cốt thép. Xét về mặt biện pháp thi công, tường chắn đất cũng được chia làm hai loại: - Tường chắn đất toàn khối - Tường chắn đất lắp ghép Xét về biến dạng và chuyển vị của tường cũng được chia làm hai loại: - Tường chắn cứng - Tường chắn mềm 4 Tường bên tràn xả lũ hồ chứa nước Núi Cốc Tường chống sóng đảo Bạch Long Vĩ Tường kiểu lắp ghép trong XD dân dụng Tường kiểu lắp ghép trong XD giao thông Tường kè chống xói lở bờ sông Hồng Tường chống sạt lở mái đồi 5 Tường cừ hố móng công trình Tường lắp ghép Hình 1. 1: Một số hình ảnh về các dạng tường chắn trong công trình 1. Các hình dạng kết cấu của tường chắn Kết cấu hợp lý của tường chắn là kết cấu thoả mãn được hai yêu cầu cơ bản sau đây: - Bảo đảm độ ổn định chung của toàn bộ tường và nền, và bảo đảm đủ cường độ bản thân tường.
- Diện tích mặt cắt tường là nhỏ nhất, tức là khối lượng vật liệu ở mức tối thiểu. Ngoài ra, có thể dựa trên cơ sở cải tiến, lựa chọn ra những kết cấu thích hợp, cũng có thể bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình với khối lượng vật liệu dùng ít nhất. Hiện nay, việc dùng loại tường chắn có cốt đang được phổ biến rộng rãi và là một phương hướng cải tiến mới kết cấu của tường. 1: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn cứng Tên gọi theo Số Vật liệu kết cấu và thứ Sơ đồ tường làm Đặc điểm điều kiện tự tường xây dựng - Sự ổn định của tường chủ yếu nhờ MN max trọng lượng bản thân; MN min - Bê tông - Kích thước mặt cắt Tường khối 1 - Đá hộc tường được xác (liền khối) - Gạch định từ điều kiện ổn định về lật với giả thiết hình thành khê thông suốt tại mặt cắt tính toán - Sự ổn định của tường nhờ trọng lượng khối đất đè MN max lên bản đáy và một MN min phần nhờ trọng Tường bản - Bê tông lượng bản thân 2 góc - Bê tông tường; (liền khối) cốt thép - Kích thước mặt cắt tường được xác định từ điều kiện độ bền chống nứt tại những vùng chịu 7 kéo.
- Sự ổn định của MN max tường nhờ trọng lượng khối đất đè Tường bản - Bê tông lên bản đáy ; 3 MN min góc có chống cốt thép - Bản chống có tác (liền khối) dụng làm tăng độ cứng và tính ổn định của tường. - Sự ổn định của MN tường chủ yếu nhờ Tường ngăn trọng lượng đất, cát - Bê tông 4 kiểu tổ ong đổ vào các ngăn ; cốt thép (lắp ghép) - Các bản đứng lắp ghép làm tăng thêm độ cứng của tường. - Tính ổn định MN Tường mái - Bê tông chống lật lớn, giảm nghiêng cốt thép được áp lực đất tác 5 (tường cánh) - Đá hộc dụng lên tường, (liền khối) - Gạch giảm tiết diện tường. MN - Có đặc điểm như loại tường số 3; Tường bản - Bê tông - Tiết diện cốt thép 6 góc có chống cốt thép giảm bớt khối lượng (lắp ghép) gỗ, tăng nhanh tốc độ thi công.
8 MN Tường bản - Bê tông - Có đặc điểm như góc có chống 7 cốt thép loại tường số 6; liến khối - Bê tông (lắp ghép) Bảng 1. 2: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn mềm Tên gọi Số theo kết Vật liệu Đặc điểm thứ Sơ đồ tường cấu và điều làm tự kiện xây tường dựng - Sự ổn định của tường chủ yếu nhờ Rä ®¸ trọng lượng bản Tường rọ - Đá hộc thân; 1 V¶i ®Þa kü thuËt đá - Kích thước mặt cắt tường được xác định từ điều kiện ổn định về lật - Sự ổn định của - Đất, tường nhờ trọng C¸t cát , vật lượng khối đất và Tường chắn 2 Cèt liệu rời khả năng giữ của có cốt Vải địa lớp vải địa kỹ kỹ thuật thuật; - Kích thước mặt 9 cắt tường được xác định từ điều kiện độ bền chống đứt tại những vùng chịu kéo. - Sự ổn định của tường nhờ trụ đỡ; Trô ®ì TÊm BT l¾p ghÐp sau - Bê - Bản bê tông lắp Tường trụ 3 tông cốt ghép truyền lực tới đỡ thép các trụ và tăng độ cứng và tính ổn định của tường. - Sự ổn định của Viªn bª t«ng l¾p ghÐp H×nh d¹ng tường chủ yếu nhờ mét sè lo¹i Tường lắp - Bê viªn l¾p ghÐp trọng lượng đất, cát ghép bằng tông, bê 4 đổ vào các ngăn ; các viên lắp tông cốt hoặc chính bản ghép thép thân trọng lượng của tường Thép, - Ổn định tường nhựa 5 1 Tường cừ nhờ chính tác dụng tổng của cừ, các neo giữ 2 hợp 3 10 1.
Phân loại tường chắn đất 1. Phân loại theo độ cứng Biến dạng của bản thân tường chắn đất (độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa 1 2 3 lưng tường chắn với khối đất đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên 3 2 1 lưng tường và cũng làm thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao tường.Đubrôva đã chứng tỏ khi tường bị biến dạng do chịu áp lực đất thì biều đồ phân Hình 1. 2: Biểu đồ áp lực đất sau bố áp lực đất có dạng hình cong (hình 1.2), nếu lưng tường phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố áp lực đất càng cong và cường độ áp lực đất ở phần trên tăng lên, nếu chân tường có chuyển vị về phía trước thì ở phần trên tường tăng lên rất nhiều, có khi đến 2.5 lần so với cường độ áp lực ban đầu, còn cường độ áp lực đất ở phần dưới tường thì lại giảm. Theo tiêu chuẩn xây dựng, tường chắn được coi là một kết cấu tuyệt đối cứng (tường cứng) nếu như dưới tác dụng của những lực tính toán được xác định có kể tới độ uốn của bản thân tường và độ biến dạng của nền tường, chuyển vị của lưng tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao của phần tường đang xét kể từ đỉnh móng đến mặt cắt tính toán.
Trong trường hợp đó, trạng thái ứng suất của đất đắp sau tường có thể đạt cân bằng giới hạn chủ động, bị động hoặc cân bằng đàn hồi, tùy theo độ lớn và hướng chuyển vị tương hỗ giữa đất với tường. Tường chắn mềm: Tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất như nêu trên đây gọi là tường mềm hoặc tường mỏng. Tường mềm thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại. Tường cừ cũng được xếp vào loại tường mềm.
Trường hợp tường mềm (thường là tường cừ, tường ngăn bằng gỗ), do biến dạng và chuyển vị của bản thân 11 tường quá lớn, dưới tác dụng của các tải trọng và tác động bên ngoài, trạng thái ứng suất trong khối đất đắp sau tường rất khác với trạng thái ứng suất tương ứng so với tường tuyệt đối cứng. 3: Dạng tường chắn rọ đá trong thực tế tại khu đô thị Bát Tràng 1. Tường chắn cứng: Tường cứng không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị tịnh tiến và xoay. Nếu tường cứng và xoay quanh mép dưới, nghĩa là đỉnh tường có xu hướng tách rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ là biểu đồ phân bố áp lực của đất rời có dạng đường thẳng và có trị số cường độ áp lực đất lớn nhất ở chân tường (hình 1.
12 Đối với đất dính (đất sau tường), theo kết quả thí nghiệm của B.Taraxôp thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi cong và cũng có trị số cường độ áp lực a) b) c) lớn nhất ở chân tường (hình 1. Nếu tường cứng xoay quanh mép trên, nghĩa Hình 1. 4: Biểu đồ áp lực đất sau lưng là chân tường rời khỏi khối đất đắp và tường cứng chuyển vị về phía trước thì theo kết quả thí nghiệm của nhiều tác giả (K.Prôkôfiep…) biểu đồ phân bố áp lực đất (đất rời cũng như đất dính) có dạng cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức độ chuyển vị của tường và ở vào khoảng phần giữa lưng tường (hình 1. Tường cứng thường là những khối bê tông, bê tông đá hộc, gạch đá xây nên còn gọi là tường khối.
Tường chắn bằng bê tông cốt thép có dạng tấm hoặc bản nhưng tạo với các bộ phận khác của công trình thành những khung hoặc hộp cứng cũng được xếp vào loại tường cứng. 5: Dạng tường chắn cứng trong thực tế 13 1. Phân loại theo nguyên tắc làm việc. Tường chắn đất là loại công trình thường xuyên chịu lực đẩy ngang (áp lực đất), do đó tính ổn định chống trượt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định nói chung của tường.
Theo quan điểm này tường chắn được phân làm mấy loại sau đây: - Tường trọng lực (hình 1.a): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng bản thân tường. Các loại tường cứng đều thuộc loại tường trọng lực. - Tường nửa trọng lực (hình 1.b): độ ổn định được đảm bảo không những chỉ do trọng lượng bản thân tường và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất nằm trên bản móng.