TRIỂN LÃM XÂY DỰNG VIỆT NAM 2006
Thiết kế Tường Chắn bằng các giải pháp Cừ ván thép
Trung tâm Hội Chợ
v
à
Tri
ể
n L
ã
m Tp.H
ồ
Chí Minh
05/07/2006




CHỦ ĐỀ

 Giới thiệu chung về cừ ván thép
 Cừ ván thép – Các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng
 Quy trình sản xuất cừ ván thép
 Các đặc trưng và tính chất cơ học đất tổng quát
 Áp lực ngang của đất tổng quát
 Các tham số thiết kế
 Các chỉ tiêu thiết kế
 Các phương pháp thiết kế
 Các dạng kết cấu cừ ván thép
 Lựa chọn loại cừ ván thép – Tiêu chí Độ bền
 Thiết kế tường cừ ván thép dùng phần mềm Prosheet 2.2

2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỪ VÁN THÉP
Cừ ván thép
đ
ược gia công uốn nguội từ thép tấm theo hình dạng có lợi cho việc chịu các tải trọng
ngang. Cừ ván thép có các dạng tiết diện chữ U, Z khác nhau và liên kết với nhau bằng các gờ nối ở
hai biên tạo thành một chuỗi kết cấu liên tục thành một bức tường chắc chắn chịu áp lực đất và nước.
L
ợi ích của tường chắn cừ ván thép: là dạng
kết cấu dễ xếp dỡ, vận chuyển, lắp đặt và tiết
kiệm chi phí
Những lợi ích này khiến cho cừ ván thép được
ứng dụng rộng rãi cho các kết cấu chắn nước,
bãi đỗ xe ngầm, các hố đào, mố cầu, tường
chắn, nhà máy điện, trạm bơm vv
Cừ ván thép không những có khả năng chịu tải
trọng ngang và còn chịu tốt tải trọng đứng
thông qua sức chống mũi cừ và ma sát bên
thân cừ như những dạng cọc đứng khác.



3


CỪ VÁN THÉP – CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CHẤT LƯỢNG
Tiêu chuẩn kỹ thuật:
EN 10249 – Phần 1: Các điều kiện kỹ thuật sản phẩm

EN 10249 – Phần 2: Các sai số hình dạng và kích thước
Định nghĩa: Sản phẩm được định hình nguội bằng các máy uốn trục lăn; hình
dạng của sản phẩm được thiết kế sao cho khi nối liên tiếp hoặc nối chồng lên
nhau; thì chúng tạo thành một kết cấu tổng thể liên hoàn dạng tường chắn.
Công nghệ hiện đại uốn
tấm phẳng thành tấm
định hình chính xác.




4

CỪ VÁN THÉP – CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CHẤT LƯỢNG
Tiêu chuẩn kỹ thuật:
EN 10249 – Phần 1: Các điều kiện kỹ thuật sản phẩm
EN 10249 – Phần 2: Các sai số hình dạng và kích thước
Kích thước tiết diện ngang
Độ thẳng
Độ phẳng
Các khuyết tật bề mặt
iv) Xoắn
i) Không thẳng
ii) Vồng


iii) Oằn v) Loe đầu


iii) Oằn v) Loe đầu







5 5
QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỪ VÁN THÉP
Tổng quát
Lựa chọn sản phẩm
Thiết kế phương án uốn
Phân tích ứn
g
suất (PP.PTHH)





Gia công uốn sản phẩm

6

QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỪ VÁN THÉP
Phân tích ứng suất (PP.PTHH) mô phỏng quá trình cán uốn




7


CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Đất có khả năng chịu nén tốt
Phân bố ứng suất nén trong đất

8

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Đất rất yếu hay không có khả năng
chịu kéo – vì thế ứng suất kéo cần
phải được truyền đến & chịu bởi
các kết cấu chịu lực – cừ ván thép.

Vùng có giới hạn an toàn
thấp sẽ trượt đổ nếu
không kết cấu giữ đất

Đất có độ ổn
định chống
trượt thấp

9

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Đất rất yếu hay không có khả năng chịu kéo – vì thế ứng suất kéo cần phải được truyền
đến & chịu bởi các kết cấu chịu lực – cừ ván thép.






10

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Cơ sở lý thuyết về sự mất khả năng chịu lực của đất được diễn giải như sau:
Cường độ chống cắt :
Mặt trượt khi đất chịu
ứng suất nén chính σ

τ = c + σ tan φ
Theo Coulomb
Điều kiện về ứng suất phá hoại theo Mohr và Coulomb


11
CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Định nghĩa về cường độ đất
τ = c + σ tan φ



Góc nghiêng mái dốc
chính là góc φ
Stand steeper
with cohesion
Trường hợp đất
sa tích có thành
phần hạt mịn
Trường hợp đất
cát rời hoàn toàn

Góc nghiêng mái dốc phụ thuộc vào cường độ đất
C =
φ =
Góc kháng cắt
Lực dính
Góc nghỉ
Góc ma sát trong
12
CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Phân loại đất
Đất rời (đất cát)
Đất dính (đất sét)
Đất sa tích (á cát + á sét)
Đất mịn Đất cát Đất sỏi Đá cuội
Sét Mịn Vừa Thô Mịn Vừa Thô Mịn Vừa Thô
Phân loại đất theo thành phần hạt, mm – Theo tiêu chuẩn Anh (BS)



13

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Tính toán cường độ đất
τ = c + σ tan φ
Khảo sát đất - BS 5930 “Quy phạm Thực hành Khảo sát Đất”
Thí nghiệm trong phòng
Thí nghiệm hiện trường
- Xác định các đặc trưng cơ học (phân
tích thành phần hạt, các chỉ số cơ học
- TN. Xuyên tiêu chuẩn SPT

- Thí nghiệm Cắt cánh
- Thí nghiệm nén 3 trục, Nén chặt
không thoát nước CIU, nén rời không
thoát nước UU, nén nở hông UC.
- TN. Xuyên động
- Thí nghiệm bàn nén
- Thí nghiệm cắt trong phòng



14

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm
Sổ tay Công tác đất – Bộ Công Chánh Malaysia
Trường hợp đất dính (đất sét)
Cường độ nén nở
hông (kPa)
Chỉ số xuyên động
(PP.Mackintosh)
Chỉ số SPT Trạng thái đất
0-2 Rất mềm 0-25 0-10
2-4 Mềm 25-50 10-20
4-8 Ít chặt (vừa) 50-100 20-40
8-15 Chặt 100-200 40-70
15-30 Rất chặt 200-400 70-100
> 30 Cứng > 400 > 100

15


CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm
Sổ tay Công tác đất – Bộ Công Chánh Malaysia
Trường hợp đất rời (đất cát)
Cường độ nén nở
hông (kPa)
Chỉ số xuyên tĩnh
Chỉ số SPT Trạng thái đất
0-4 Rất rời - 0-10
4-10 Rời 0-80 10-30
10-30 Vừa 80-280 30-80
30-50 Chặt 280-470 80-110
> 50 Rất chặt > 470 > 100


16

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm
BS 8004: 1986 – Quy phạm Thực hành Móng Công trình
Trường hợp đất dính (đất sét)
Cường độ chịu cắt
không thoát nước
(Su), kPa
Chỉ số SPT Trạng thái đất
0-2 Rất mềm < 20
2-4 Mềm 20-40
4-8 Ít chặt (vừa) 40-75
8-15 Chặt 75-150
15-30 Rất chặt > 150



17

CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm

TESPA – Hiệp hội Kỹ thuật Cừ ván Châu Âu

Trường hợp đất rời (đất cát)
Chỉ số SPT Trạng thái đất

Góc ma sát trong
0-4 Rất rời 25°
27.5
0

4-10 Rời
30
0

10-30 Vừa
35
0

30-50 Chặt
> 50 Rất chặt 40°


18


CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT TỔNG QUÁT
Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm
Sổ tay thi công cừ ván – Hãng Arcelor, 01-2005
Trường hợp đất dính (đất sét)
Chỉ số dẻo Góc ma sát trong
15 30
30 25
50 20
80 15


19

ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT TỔNG QUÁT
Áp lực chủ động
(
L
ự
c
p
há ho
ạ
i
)
Môment
hướng ra
KacKaHaPa **2** −=
γ


γ = dung trọng riêng của đất
Tường chắn để chịu
áp lực phá hoại
C= lực dính của đất (cường độ)
φ
φ
sin1
sin1
+
−
=Ka

Áp lực thụ động
(
L
ự
c khán
g

g
iữ
)
KpcKpHpPp **2** −=
γ
Áp lực
chủ động

Pp
Áp lực
thụ động

γ = dung trọng riêng của đất
C= lực dính của đất (cường độ)
φ
φ
sin1
sin1
+
−
=Kp


20

CÁC THAM SỐ THIẾT KẾT
Các yếu tố xem xét thiết kế:
• Loại đất – sức chịu tải
• Chiều cao chắn giữ
• Chiều sâu ngàm giữ
• Tải trọng bề mặt
• Mực nước ngầm/mặt
• Các giải pháp
ngàm/chống bổ sung


21

CÁC THAM SỐ THIẾT KẾT
Loại đất – Sức chịu tải
Khi đất chắn yếu hơn thì áp lực lên tường chắn sẽ lớn hơn



KacKaHaPa **2** −=
γ

Đất tốt, Đất yếu,
Áp lực chủ
động ở độ
cao 3m là
Pa=6,5 kPa
Áp lực chủ
động ở độ
cao 3m là
Pa=36 kPa
với: với:
γ = 18 kN/m3 γ = 17 kN/m3
3m 3m
C = 10 kPa C = 0 kPa
φ = 30
o

φ = 10
o


22
CÁC THAM SỐ THIẾT KẾT
Loại đất – Sức chịu tải
Khi đất ngàm tốt hơn thì áp lực thụ động cao hơn, nên cần chiều dài ngàm giữ ngắn hơn
khi chịu cùng một áp lực đất chủ động
Áp lực thụ

động ở độ sâu
ngàm 3m là
Pa=72 kPa
Áp lực thụ
động ở độ sâu
ngàm 3m là
Pa=197 kPa
Đất tốt,
Đất yếu,
với:
với:
γ = 18 kN/m3
γ = 17 kN/m3
C = 10 kPa
C = 0 kPa
φ = 30
o

φ = 10
o



KpcKpHpPp **2** −=
γ


23



CÁC THAM SỐ THIẾT KẾT
Chiều cao chắn đất, Ha
KacKaHaPa **2** −=
γ

Khi Ha tăng:
Pa cũng lớn hơn, lực phá hoại tác dụng vào
tường chắn sẽ lớn hơn




24


CÁC THAM SỐ THIẾT KẾT
Chiều cao ngàm giữ, Hp


KpcKpHpPp **2** −=
γ

Khi Hp tăng:
Pp cũng lớn hơn, lực kháng giữ tác dụng lên
tường chắn sẽ lớn hơn


25