Bảng A.4 Giá trị của hệ số động đất K

- Áp lực động đất của nước được hình thành tại phần nước kề bên tường chắn khi động đất xảy ra, gây tác dụng quán tính phụ lên công trình. Giá trị của nó được tính theo biểu thức sau:

q_đ - áp lực động đất của nước (KG/cm²; T/m²);

k_đ - hệ số động đất lấy theo bảng (A-4);

_n - trọng lượng đơn vị thể tích của nước (T/m³);

z - chiều sâu (mét) kể từ mặt nước tính toán đến điểm xét.

Bảng A.6 Giá trị hệ số _đ

Đặc trưng của công trình hoặc cấu kiện của chúng	đ
Công trình hoặc những cấu kiện, không kể những loại nêu ở dưới. Các công trình thủy lợi; tháp nước có áp và tháp điều áp; tường chắn cao; đập bê tông cốt thép, đập bê tông và đá (cao trên 10 m) v.v… (h1 - khoảng cách từ nền công trình đến trọng tâm của bộ phận tính toán. hn - khoảng cách từ nền công trình đến trọng tâm của toàn bộ công trình)	l l + 0,5.

- Chấn động động đất làm thay đổi cường độ áp lực đất tác dụng lên tường, do đó khi tính toán tường chắn đất xây dựng tại vùng có động đất, cần phải xét tới điều đó.

Trường hợp lưng tường thẳng đứng, mặt đất đắp nằm ngang và đất đắp là loại rời, cường độ áp lực chủ động (q_cđ­) và bị động (q_bđ) có xét tới ảnh hưởng của động đất được lần lượt tính theo các công thức sau:

K_đ - hệ số động đất, lấy theo bảng A-4;

 - góc ma sát trong của đất (độ);

q_c, q_b - lần lượt là cường độ áp lực chủ động và bị động của đất không kể đến lực động đất.

A.1.2.5 - Tác động do nhiệt và co ngót của bê tông.

Khi thiết kế tường chắn đất bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, cần kể đến tác động do nhiệt và co ngót của bê tông khi những tác động đó có thể dẫn tới sự làm việc không bình thường của công trình.

Tính toán ứng suất nhiệt, không kể tới tính từ biến của bê tông gồm 2 bước:

1. Tính toán tỏa nhiệt và chọn nhiệt độ tính toán

2. Tính toán tĩnh và xác định ứng lực và ứng suất trong kết cấu sinh ra do nhiệt

Khi tính ứng suất nhiệt có kể tới tính từ biến thì cần bổ sung thêm bước 3 kể tới tính từ biến của bê tông.

Tính tỏa nhiệt nhằm mục đích xác định chế độ nhiệt trong những cấu kiện của công trình, cần thiết để chọn trị số tính toán. Tính toán tỏa nhiệt thuộc lời giải của bài toán truyền nhiệt đối với cấu kiện đã cho ứng với những điều kiện biên và điều kiện ban đầu khác nhau của chế độ nhiệt.

Tính toán tĩnh để xác định ứng suất nhiệt thì cần phải phân biệt hai trường hợp khác nhau;

- Trường hợp tác động của nhiệt để sinh ra trong quá trình hóa cứng bê tông, tức là quá trình tỏa nhiệt của bê tông;

- Trường hợp tác động của nhiệt sinh ra trong môi trường xung quanh

Như đã biết, trong giai đoạn đầu hóa cứng, trong bê tông thoát ra một lượng nhiệt lớn, do đó làm tăng nhiệt độ của khối bê tông. Quá trình tăng nhiệt độ của khối bê tông không kéo dài (thường từ 3 đến 5 ngày đối với những công trình lớn). Lượng nhiệt thoát ra phụ thuộc vào thành phần bê tông và loại xi măng dùng. Ngược lại, sự tỏa nhiệt tích tụ lại xảy ra rất từ từ và kéo dài hàng năm. Vì vậy sự xuất hiện vết nứt trong khối bê tông do tác động của nhiệt có thể trong một khoảng thời gian dài.

Sự làm lạnh hoặc nung nóng khối bê tông thường xảy ra không giống nhau tại các tiết diện khác nhau của công trình, vì vậy sự xuất hiện vết nứt trong trường hợp này cũng có thể xảy ra do ứng suất kéo xuất hiện không đồng đều tại các điểm khác nhau.

Trị số ứng suất pháp do nhiệt gây ra  tại đáy khối bê tông (với tỉ số giữa chiều cao và chiều rộng của khối đó h/b = 0,25) có thể tính theo biểu thức sau (công thức của G.N.MASLOV):

 = 0,727.E..T₀

Trong đó:

E - môduyn đàn hồi của bê tông (T/m²);

 - hệ số nở dài của bê tông;

T₀ - giá trị nhiệt tăng (^oC).

Sau khi nhiệt độ trong công trình hạ thấp có thể xem phần bên trong như vùng có nhiệt độ bình quân năm, còn phần bên ngoài gần mặt biên (trong phạm vi 5m đến 6m kể từ bề mặt) chịu tác dụng của dao động nhiệt độ theo mùa do sự thay đổi của nước và không khí của môi trường xung quanh (giai đoạn sử dụng). Vì vậy nên kiểm tra những độ bền cấu kiện của công trình theo tác động của nhiệt độ môi trường xung quanh giai đoạn sử dụng. Trong trường hợp này, lấy trạng thái ứng suất với chế độ nhiệt độ bình quân năm của không khí và nước làm trạng thái ứng suất ban đầu.

Khi bê tông hóa cứng trong không khí, thể tích của nó giảm, hiện tượng đó gọi là sự co ngót. Sự co ngót của bê tông xảy ra từ ngoài vào trong, do đó ở bên trong khối bê tông thì chịu nén còn ở bên gần bề mặt thì chịu kéo. Trị số ứng suất kéo này thường vượt quá cường độ chống kéo tức thời của bê tông, do đó trong khối bê tông thường xuất hiện những vết nứt.

Phương pháp giải bài toán về co ngót của bê tông cũng tương tự như bài toán về tác động do nhiệt.

A.1.3. Các trường hợp tính toán.

Nói chung việc tính toán ổn định và cường độ của tường chắn thường được thực hiện với các trường hợp thi công, sử dụng và sửa chữa.

Trong trường hợp thi công, cần phải xét hai khả năng có thể xảy ra theo trình tự thực tế làm việc của công trình.

- Một là công trình vừa xây dựng xong và đất cũng được đắp tới cao trình thiết kế nhưng mực nước dưới đất vẫn còn ở cao trình đáy móng tường.

- Hai là công trình đã được xây dựng đến cao trình thiết kế đồng thời mực nước trong đất đắp và ở phía trước tường đạt một cao trình thấp nào đấy do sự ngập nước từ từ vào cao trình. Việc chọn cao trình mực nước ở đây cần phải căn cứ vào tính toán nhằm làm sáng tỏ mức độ an toàn thấp nhất và trạng thái ứng suất bất lợi nhất của công trình.

Trong trường hợp sử dụng, cũng cần xét hai khả năng có thể xảy ra tùy theo điều kiện làm việc của công trình.

- Một là mực nước phía trước tường và trong đất đắp là bình thường.

- Hai là khi mực nước phía trước tường là thấp nhất và mực nước ở phía đất đắp là cao nhất; trường hợp này tuy hiếm nhưng vẫn có thể xảy ra khi sử dụng công trình, do đó cũng cần phải xét tới.

Cần chú ý rằng khi thiết kế tường chắn thuộc kết cấu của buồng âu thuyền, phải xét tới đặc điểm làm việc riêng của loại công trình này. Trong giai đoạn sử dụng công trình, cột nước áp lực tác dụng lên tường thay đổi tùy theo buồng âu thuyền được tháo cạn hay chứa đầy nước; mặt khác sự thay đổi mực nước trong buồng âu thuyền từ cao trình thấp nhất tới cao trình cao nhất hoặc ngược lại, xảy ra nhanh chóng chỉ trong vòng chục phút, trong khi đó sự thay đổi mực nước trong đất đắp xảy ra rất chậm so với trường hợp trên (nhiều giờ, có khi tới hàng ngày đêm). Chính vì những lý do đó mà khi thiết kế tường chắn thuộc buồng âu thuyền, cần phải xét hai trường hợp giới hạn khi sử dụng công trình:

- Trường hợp thứ nhất, khi buồng âu chứa đầy nước, cao trình mực nước phía trước tường là cao nhất, trong khi đó, cao trình mực nước thuộc đường cong bão hòa trong đất đắp sau tường là thấp nhất;

- Trường hợp thứ hai, khi buồng âu được tháo cạn tới cao trình mực nước thấp nhất, trong khi đó cao trình mực nước thuộc đường cong bão hòa trong đất đắp sau tường là cao nhất.

Trong trường hợp sửa chữa, tùy lại công trình cụ thể và yêu cầu sửa chữa, điều kiện làm việc của tường - một bộ phận của công trình - cũng khác nhau. Ví dụ, khi sửa chữa thiết bị hoặc kết cấu của âu thuyền, nước trong buồng âu có thể được tháo cạn hoàn toàn; trong trường hợp này mực nước trong đất đắp sau âu là cao nhất. Mặt khác, cũng có khi phải cho nước vào đầy buồng âu và dỡ một phần đắp đất sau buồng âu để kiểm tra sửa chữa.

Tóm lại, khi chọn các trường hợp tính toán cần phải căn cứ và đặc điểm và điều kiện làm việc cụ thể của công trình để chọn ra các trường hợp tính toán thực tế có thể xảy ra trong các giai đoạn thi công, sử dụng và sửa chữa công trình ứng với tình hình làm việc bất lợi nhất của tường chắn.

A.2. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn.

A.2.1. Tải trọng và tác động. (xem cùng với mục 4.2.2 của tiêu chuẩn này)

Trong tính toán nền và kết cấu công trình nói chung, cần phải xác định được các tải trọng và tác động lên chúng. Tùy theo nguyên nhân và đặc điểm của những tải trọng và tác động đó mà chúng sẽ có ảnh hưởng khác nhau tới sự làm việc của nền và kết cấu công trình, vì vậy trong việc tính toán nền và kết cấu công trình theo trạng thái giới hạn, các tải trọng và tác động được phân loại theo đặc điểm tác dụng của chúng, dựa trên cơ sở đó để tổ hợp chúng theo xác suất nhằm chọn ra điều kiện làm việc bất lợi nhất có thể xảy ra trong thời gian thi công, sử dụng nền và kết cấu công trình.

Khi tính toán kết cấu và nền, những tải trọng và tác động được phân làm hai loại: tải trọng và tác động thường xuyên, tải trọng và tác động tạm thời.

Tải trọng hoặc tác động thường xuyên là loại luôn tồn tại, không thay đổi trong suốt thời gian thi công hoặc sử dụng công trình như: trọng lượng bản thân của kết cấu và đất, những ứng lực sinh ra do ứng suất trước trong kết cấu, trọng lượng dây dẫn trên trục đường dây tải điện v.v…

Tải trọng hoặc tác động tạm thời là loại có thể không tồn tại trong những khoảng thời gian nhất định trong quá trình thi công và sử dụng.

Tùy theo thời gian tác dụng lâu dài khác nhau mà tải trọng và tác động tạm thời lại được phân ra:

+ Tải trọng và tác động tạm thời tác dụng lâu, chúng có thể tồn tại lâu trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình như tải trọng trong buồng kho sách, áp lực của dịch thể và khí trong bể chứa v.v…

+ Tải trọng và tác động tạm thời ngắn hạn, chúng có thể chỉ tồn tại ngắn hạn trong thời gian thi công và sử dụng công trình như tải trọng gió, tác động do áp lực, sóng, v.v…

+ Tải trọng và tác động đặc biệt, chúng chỉ tồn tại trong những trường hợp đặc biệt như tác động do động đất và sự cố v.v…

Việc phân loại tải trọng và tác động nêu trên có tính chung nhất song khi vận dụng vào các loại công trình cụ thể thì tùy theo đặc điểm và điều kiện làm việc của mỗi loại công trình mà có những cụ thể hóa, sửa đổi và bổ sung cần thiết.

Đối với những tường chắn thuộc loại công trình thủy lợi, ngoài những trọng tải và tác động đã xét đến khi tính toán những kết cấu thông thường, còn phải kể đến những tải trọng và tác động có tính chất đặc thù khác như áp lực nước, tải trọng do tàu thuyền "chất đống" và neo buộc gây ra v.v…

Những tải trọng và tác động được nêu trên có thể có những tổ hợp đồng thời tác dụng lên công trình trong quá trình thi công và sử dụng, gây ra trạng thái làm việc bất lợi nhất, do đó trong tính toán nền và kết cấu công trình nói chung cũng phải quy về một số tổ hợp tải trọng và tác động dựa trên cơ sở xác suất xảy ra của chúng, từ đó có thể quy định mức an toàn chung về điều kiện làm việc của kết cấu và công trình ứng với mỗi tổ hợp đó.

Dựa trên những nguyên tắc chung kể trên những căn cứ vào đặc điểm làm việc của từng loại công trình, hiện nay mỗi ngành xây dựng (xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng giao thông cầu đường, xây dựng công trình thủy lợi) có quy định cụ thể riêng về các tổ hợp tải trọng và tác động.

Đối với công trình thủy lợi nói chung và các tường chắn thuộc các công trình thủy lợi nói riêng các tải trọng và tác động chỉ quy về hai tổ hợp: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt ví dụ như đã nêu ở điều A-1 của phần này; ứng với hai tổ hợp này các hệ số an toàn ổn định cho phép cũng được quy định cụ thể đối với các cấp hạng công trình khác nhau (bảng 1 và bảng 2 của tiêu chuẩn này).

Trong tính toán nền và kết cấu công trình theo trạng thái giới hạn, các tải trọng và tác động được phân loại như đã nêu trên, còn cần được chọn sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của đất nền và kết cấu công trình, vì vậy người ta còn phân chúng ra làm tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán.

Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng lớn nhất nhưng không hạn chế hoặc phá hoại điều kiện sử dụng bình thường - và trong những trường hợp có thể - điều kiện kiểm tra khi sử dụng và thi công.

Tải trọng tính toán là tải trọng đã xét tới khả năng có thể khác với giá trị tiêu chuẩn của tải trọng, nhưng thiên về mặt bất lợi (có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị tiêu chuẩn tùy từng trường hợp cụ thể) do tính hay thay đổi của tải trọng hoặc do sự sai khác với điều kiện làm việc bình thường; khả năng sai khác đó được xét tới bởi hệ số vượt tải thường ký hiệu là  vậy trên thực tế tính toán, tải trọng tính toán được lấy bằng tích của tải trọng và tác động tiêu chuẩn. Đặc trưng chủ yếu của tải trọng (tác động) làm giá trị tiêu chuẩn của chúng, được quy định như sau:

- Đối với tải trọng thường xuyên, giá trị tiêu chuẩn của tải trọng được lấy theo giá trị của những thông số hình học và cấu tạo thuộc đồ án thiết kế và lấy theo giá trị tiêu chuẩn (trung bình thống kê) của trọng lượng đơn vị thể tích, có xét tới những số liệu đã có về khối lượng thực của kết cấu do nơi chế tạo cung cấp.

- Đối với tải trọng do quá trình chế tạo và sửa chữa (gây ra bởi thiết bị, vật liệu v.v… cũng như người) giá trị tiêu chuẩn của tải trọng được lấy theo giá trị lớn nhất đối với điều kiện sử dụng bình thường hoặc thi công.

- Đối với tải trọng do khí quyển gây ra (như gió, sóng v.v…) và tác động (như nhiệt, ẩm v.v…), giá trị tiêu chuẩn được lấy theo giá trị trung bình trong những giá trị bất lợi ứng với chu kì trung bình được xác định của sự lặp lại hoặc vượt quá của tải trọng và tác động.

Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán cũng như các tổ hợp của chúng đã nêu trên được đưa vào trong tính toán nền và kết cấu công trình tùy theo đặc điểm làm việc của chúng.

Ví dụ khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng thì nội dung tính toán chủ yếu là vấn đề tính lún. Như đã biết, do đất là vật thể không liên tục, ngoài hạt đất trong lỗ rỗng còn có nước và khí, do đó dưới tác dụng của tải trọng, quá trình lún của đất tùy thuộc vào quá trình thoát nước thừa và khí trong lỗ rỗng của đất cũng như tùy thuộc vào sự trượt lên nhau giữa hạt đất qua màng nước liên kết mặt ngoài hạt, do đó quá trình của nền công trình - đặc biệt đối với đất sét - thường kéo dài hàng chục có khi hàng trăm năm. Trường hợp này, chỉ có tải trọng tồn tại lâu dài thường xuyên trong suốt thời gian thi công và sử dụng công trình mới có ý nghĩa trong việc tính toán.

Nếu như tính toán nền theo khả năng chịu tải thì nội dung tính toán chủ yếu là vấn đề ổn định và cường độ. Trong trường hợp này, không tùy thuộc vào thời gian tác dụng lâu mau của tải trọng miễn là giá trị của tải trọng đủ lớn để dẫn tới mất ổn định về cường độ của nền thì đều phải xét đến trong tính toán.

Do những nguyên nhân kể trên nói chung hiện nay khi tính toán kết cấu và nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng (trạng thái giới hạn thứ hai) thì phải chọn dùng tải trọng tiêu chuẩn với tổ hợp cơ bản của chúng, còn khi tính toán kết cấu và nền theo trạng thái giới hạn về khả năng chịu tải (trạng thái giới hạn thứ nhất) thì phải chọn dùng tải trọng tính toán với tổ hợp cơ bản, tổ hợp phụ hoặc tổ hợp đặc biệt của chúng.

Các hệ số an toàn được dùng trong tính toán nền và kết cấu công trình theo trạng thái giới hạn là hệ số đồng nhất, hệ số điều kiện làm việc, hệ số chính xác và hệ số vượt tải.

Hệ số đồng nhất nói chung - kí hiệu là k - xét tới khả năng thay đổi của cường độ vật liệu và những đặc trưng khác của vật liệu và của đất, thiên về mặt bất lợi so với giá trị tiêu chuẩn của chúng, do thay đổi về tính chất cơ học gây ra.

Trong tính toán nền theo trạng thái giới hạn, các đặc trưng của đất nền cũng được phân làm hai loại là đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán.

Đặc trưng tiêu chuẩn của một loại đất (vật liệu) nào đó lấy bằng trị số trung bình số học của các giá trị đặc trưng đó, xác định được bằng thí nghiệm với số lượng mẫu đất đủ để thống kê.

Nhưng vì đất là một loại sản vật "tự nhiên lịch sử", do đó thường không đồng nhất, mặt khác khi xác định các đặc trưng cảu đất bằng thí nghiệm không tránh khỏi sai sót xảy ra do chế bị mẫu hoặc thao tác, cho nên đặc trưng tiêu chuẩn không phản ánh được mức độ biến đổi của các đặc trưng đó. Ví dụ cho kết quả thí nghiệm một đặc trưng nào đó của hai loại đất - hệ số chống cắt tg₁ - nêu trong bảng A.7.

tg

Vậy trong tính toán nền công trình, nhiều khi cần phải xét tới mức độ biến đổi của các đặc trưng của đất như đã nêu trên, có như vậy mới bảo đảm cho công trình tính toán được an toàn, do đó chỉ dùng đặc trưng tiêu chuẩn chưa đủ mà còn phải dùng đặc trưng tính toán.

(A.23)

 - sai số bình phương trung bình, có giá trị tính theo biểu thức:

(A.24)

A_i - đặc trưng cục bộ của đất;

A^tc - đặc trưng tiêu chuẩn của đất;

n - số mẫu đất thí nghiệm.

Nếu gọi A^tt là đặc trưng tính toán thì sẽ có:

Att = Atck = Atc - ;

(A.25)

Từ biểu thức (A.24) và (A.25) thấy rằng, nếu đất càng đồng nhất,  càng nhỏ (dần tới không), do đó A^tt càng dần tới A^tc.

Kết quả thực tế cho biết rằng, không giống các vật liệu nhân tạo khác như bê tông, thép v.v…, trị số sai số bình phương trung bình của đất lớn, do đó hệ số đồng nhất k nhỏ, tức là mức độ đồng nhất của đất kém.

Hệ số điều kiện làm việc, m quy định tại QCVN 04-05:2012/BNNPTNT