Nghiên cứu giải pháp tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực để bảo vệ bờ kênh tiêu la khê

LỜI CẢM ƠN Luận văn ”Nghiên cứu giải pháp tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực để bảo vệ bờ kênh tiêu La Khê” hoàn thành trường Đại học Thủy lợi Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Nguyễn Hữu Huế tận tình hướng dẫn tác giả hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn giảng viên Khoa Cơng trình – trường Đại học Thủy Lợi, đồng nghiệp ngành cung cấp tài liệu phục vụ cho luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo, đồng nghiệp Ban Quản lý dự án Trạm bơm tiêu Yên Nghĩa- Sở Nông nghiệp PTNT Hà Nội, người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp khích lệ, ủng hộ, động viên mặt cho tác giả hoàn thành luận văn Do hạn chế mặt thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế nên trình nghiên cứu để hồn thành luận văn, chắn khó tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận nhận xét đóng góp thầy cơ, nhà chuyên môn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Văn Tùng Giang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn sản phẩm nghiên cứu riêng cá nhân Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố trước Tất trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Văn Tùng Giang MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nhiệm vụ đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP THI CÔNG BỜ KÊNH TIÊU ĐÔ THỊ 1.1 Bê tông cốt thép dự ứng lực 1.1.1 Phân loại bê tông cốt thép dự ứng lực 1.1.2 Sự đời lịch sử phát triển BTCT dự ứng lực 1.1.3 Ứng dụng Bê tông cốt thép dự ứng lực Việt Nam 1.2 Một số giải pháp bảo vệ bờ kênh 1.2.1 Kênh đất nạo vét 1.2.2 Kênh gia cố mái hình thang 11 1.2.3 Kênh gia cố mái hình chữ nhật 12 1.2.4 Kênh gia cố mái hỗn hợp 15 1.2.5 Kênh gia cố mái cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực 16 1.3 Tình hình nghiên cứu giải pháp bảo vệ bờ kênh tiêu đô thị 17 1.3.1 Giải pháp kênh đất 17 1.3.2 Giải pháp kênh gia cố mái hình thang 18 1.3.3 Giải pháp kênh gia cố mái hình chữ nhật 18 1.3.4 Giải pháp gia cố mái cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực 21 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ kênh tiêu đô thị 22 1.4.1 Quy hoạch Giải phóng mặt bằng, tái định cư 22 1.4.2 Mỹ quan đô thị vệ sinh môi trường 23 1.4.3 Chi phí xây dựng 23 1.4.4 Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn 23 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực bảo vệ bờ Việt Nam giới 23 1.5.1 Lịch sử ứng dụng sản xuất cừ BTCT DƯL giới 23 1.5.2 Lịch sử ứng dụng sản xuất cừ BTCT DƯL Việt Nam 24 1.6 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ KÊNH TRONG KHU ĐÔ THỊ BẰNG TƯỜNG CỪ BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 26 2.1 Giới thiệu tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 26 2.1.1 Đặc tính kỹ thuật cừ Bê tông cốt thép dự ứng lực 26 2.1.2 Quy trình sản xuất 29 2.1.3 Biện pháp thi cơng đóng cừ BTCT DƯL 35 2.2 Các giải pháp ứng dụng tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 42 2.2.1 Kè bờ sông, kênh 42 2.2.2 Cống thoát nước 43 2.2.3 Đường giao thông 43 2.2.4 Cơng trình cảng 44 2.2.5 Cơng trình thủy lợi 44 2.3 Các phương pháp tính tốn thiết kế tường cừ BTCT Dự ứng lực 45 2.3.1 Phương pháp giải tích [10] 46 2.3.2 Tính tốn theo hướng dẫn thiết kế tường cừ Nhật Bản 62 2.3.3 Phương pháp tính dầm đàn hồi 68 2.3.4 Phương pháp mơ hình hóa hệ kết cấu tường cừ đất thành khối làm việc đồng thời 71 2.3.5 Một số nhận xét phương pháp tính tốn thiết kế tường cừ BTCT Dự ứng lực 72 2.4 Kết luận chương 73 CHƯƠNG ÁP DỤNG TÍNH TỐN GIẢI PHÁP CỪ BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC BẢO VỆ BỜ KÊNH LA KHÊ 75 3.1 Giới thiệu kênh La Khê 75 3.1.1 Vị trí địa lý 75 3.1.2 Nhiệm vụ 75 3.1.3 Hiện trạng kênh La Khê 76 3.1.4 Điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực kênh La Khê qua [4] 77 3.2 Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ kênh La Khê cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 79 3.2.1 Đề xuất giải pháp kết cấu bảo vệ bờ kênh La Khê 79 3.2.2 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu 80 3.3 Ứng dụng phần mềm Plaxis tính tốn kết cấu Cừ bê tơng cốt thép Dự ứng lực gia cố bảo vệ kênh La Khê 84 3.3.1 Thông số đầu vào 84 3.3.2 Lựa chọn khoảng cách hai hàng cừ 87 3.3.3 Lựa chọn chiều dài hai hàng cừ 90 3.3.4 Trình tự kết tính tốn phương án chọn 94 3.3.5 So sánh với kết tính tốn tư vấn thiết kế 106 3.4 Kết luận chương 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.Mặt cắt điển hình kênh đất nạo vét 10 Hình 1.2.Hình ảnh thi cơng kênh đất nạo vét 10 Hình 1.3.Mặt cắt điển hình kênh gia cố mái hình thang 11 Hình 1.4.Hình ảnh thi cơng gia cố kênh mái hình thang 11 Hình 1.5.Sơng Tơ Lịch – Kết cấu mái hình thang lát đá 11 Hình 1.6.Mặt cắt điển hình Kênh gia cố tường sườn chống có đáy 13 Hình 1.7.Kết cấu bờ dạng tường neo không đáy 13 Hình 1.8.Kết cấu tường chắn đá xây 13 Hình 1.9.Kết cấu dạng kênh hộp BTCT 14 Hình 1.10.Phối cảnh kênh gia cố mái hình chữ nhật tường chắn BTCT 14 Hình 1.11.Mặt cắt điển hình mái kênh kiểu hỗn hợp 15 Hình 1.12.Gia cố mái kênh cừ ván BTCT DƯL 16 Hình 1.13.Hình ảnh kênh gia cố bê tông bọc vải địa kỹ thuật 18 Hình 1.14.Mặt cắt điển hình gia cố bờ kênh bê tông bọc vải địa kỹ thuật .18 Hình 1.15.Tường sườn chống truyền thống .19 Hình 1.16.Kênh dạng tường neo .19 Hình 1.17.Gia cố mái kênh tường chắn có cốt 20 Hình 1.18.Gia cố bờ tường chắn có cốt 20 Hình 1.19.Một số ứng dụng cừ ván BTCT Dự ứng lực .21 Hình 1.20.Kè thị trấn Tân Thành – Long An 22 Hình 1.21.Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè - TPHCM 22 Hình 2.1.Kết cấu cừ BTCT DUL tiết diện chữ nhật 26 Hình 2.2.Kết cấu cừ BTCT DUL tiết diện chữ U .26 Hình 2.3.Kết cấu cừ BTCT DUL tiết diện chữ H .26 Hình 2.4.Kết cấu cừ BTCT DUL tiết diện chữ T 26 Hình 2.5.Kết cấu cừ BTCT DUL tiết diện chữ C .26 Hình 2.6.Chi tiết cấu tạo cừ tiết diện chữ C 27 Hình 2.7.Cấu tạo khớp nối liên kết cừ BTCT DƯL 27 Hình 2.8.Khớp nối cao su liên kết cừ BTCT DƯL 27 Hình 2.9.Chuẩn bị khn đúc 33 Hình 2.10.Trạm trộn bê tông .33 Hình 2.11.Gia cơng cốt thép .33 Hình 2.12.Luồn cáp vào khuôn 33 Hình 2.13.Căng cáp dự ứng lực 33 Hình 2.14.Lắp đặt cốt thép 33 Hình 2.15.Lắp đặt khn ngồi 33 Hình 2.16.Đổ bê tơng cừ 33 Hình 2.17.Dưỡng hộ bê tơng .34 Hình 2.18.Tháo dỡ ván khuôn 34 Hình 2.19.Cắt cáp 34 Hình 2.20.Thí nghiệm chịu uốn cừ 34 Hình 2.21.Lưu kho 34 Hình 2.22.Vận chuyển cọc cơng trường .34 Hình 2.23.Sơ đồ thiết bị thi công cừ ván BTCT Dự ứng lực 38 Hình 2.24.Chuẩn bi mặt 39 Hình 2.25.Tập kết thiết bị vào cơng trường 39 Hình 2.26.Định vị tuyến cơng trình 41 Hình 2.27.Lắp đặt khung dẫn hướng .41 Hình 2.28.Gắn ống xói nước cao áp 41 Hình 2.29.Cẩu cọc cần trục 41 Hình 2.30.Kiểm tra áp lực nước trước thi cơng 41 Hình 2.31.Bắt đầu hạ cọc 41 Hình 2.32.Lắp đặt cốt thép mũ 42 Hình 2.33.Đổ bê tơng mũ 42 Hình 2.34.Tường cừ kết hợp mái nghiêng gia cố phía 42 Hình 2.35.Cừ kết hợp mái nghiêng, có 42 Hình 2.36.Cừ kết hợp neo bảo vệ bờ 42 Hình 2.37.Mơ hình cừ làm cống .43 Hình 2.38.Sử dụng cừ BT DƯL làm cống 43 Hình 2.39.Kè mở rộng làm đường 43 Hình 2.40.Giằng cừ để làm đường phía 43 Hình 2.41.Kết cấu Đường Hồng Văn Thái Bà Nà –TP Đà Nẵng .44 Hình 2.42.Mơ hình cừ xây dựng cơng trình cảng .44 Hình 2.43.Sử dụng cừ BT DƯL xây dựng cơng trình cảng 44 Hình 2.44.Mơ hình cừ làm đập ngăn nước .45 Hình 2.45.Đập ngăn nước sử dụng cừ DƯL .45 Hình 2.46.Mơ hình cừ làm đê chắn sóng 45 Hình 2.47.Đê chắn sóng sử dụng cừ DƯL 45 Hình 2.48.Phân bố áp lực ngang tường cừ ngàm đất cát 46 Hình 2.49.Tường cừ ngàm đất cát a) Sơ đồ áp lực tác dụng; b) Biểu đồ mô men 47 Hình 2.50.Tường cừ ngàm đất sét 51 Hình 2.51.Biến đổi biến dạng mô men cho tường cừ neo a) Phương pháp chống đỡ đất tự do; b) Phương pháp chống đỡ đất cố định 54 Hình 2.52.Các dạng phá hoại hệ cừ neo a) Đứt neo; b) Di chuyển đáy cừ ngoài; c) Cừ bị uốn gẫy d) Trượt hệ cừ neo; e) Lún sau lưng cừ 55 Hình 2.53.Tường cừ neo đất cát 56 Hình 2.54.Tường cừ neo xuyên vào lớp đất sét 58 Hình 2.55.Biểu đồ phân bố áp lực ngang theo phương pháp chống đỡ đất cố định 59 Hình 2.56 Quan hệ xác định L L theo Phương pháp chống đỡ đất cố định 59 Hình 2.57.Tấm hay dầm neo .61 Hình 2.58.Gân neo 61 Hình 2.59.Cọc neo thẳng đứng 62 Hình 2.60.Dầm neo cọc xiên .62 Hình 2.61.Áp lực đất tác dụng lên cừ .63 Hình 2.62.Sơ đồ tính tốn mơ men uốn lớn 64 Hình 2.63.Sơ đồ tính tốn chuyển vị đầu cừ .65 Hình 2.64.Sơ đồ tính tốn cừ trường hợp có neo 66 Hình 2.65.Sơ đồ tính tốn mơ men uốn phản lực lên cừ có neo 67 Hình 2.66 Sơ đồ tính tốn dựa vào phương trình vi phân trục võng .69 Hình 2.67 Sơ đồ tính tốn mơ hình hóa phần tử hữu hạn 70 Hình 3.1.Vị trí kênh La Khê 75 Hình 3.2.Hiện trạng thị tuyến kênh qua 76 Hình 3.3.Tình trạng cơng trình lấn chiếm bờ kênh .77 Hình 3.4.Lưu vực tiêu phụ trách hệ thống tiêu khu vực phía tây TP Hà Nội 77 Hình 3.5.Mặt cắt kênh cứng hóa sau hồn thiện 79 Hình 3.6.Kết cấu hàng cừ khơng neo 80 Hình 3.7.Mơ hình neo cừ khối neo 81 Hình 3.8.Mơ hình neo cừ cọc neo 82 Hình 3.9.Mơ hình kết cấu sử dụng hàng cừ 83 Hình 3.10.Mặt cắt tự nhiên kênh (xét cho nửa bên trái) .84 Hình 3.11.Mặt cắt kênh gia cố cừ dự ứng lực dự kiến (xét cho nửa bên trái) 85 Hình 3.12.Mặt cắt đặc trưng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 86 Hình 3.13.Biểu đồ quan hệ khoảng cách cừ chuyển vị ngang hàng cừ thứ 88 Hình 3.15.Biểu đồ quan hệ khoảng cách cừ chuyển vị ngang hàng cừ thứ hai 89 Hình 3.17.Quan hệ việc tăng khoảng cách cừ hiệu giảm chuyển vị ngang cừ 90 Hình 3.19.Quan hệ chiều dài cừ hàng với mô men uốn hàng cừ 92 Hình 3.20.Quan hệ chiều dài cừ hàng với chuyển vị ngang hàng cừ 93 Hình 3.21.Quan hệ chiều dài cừ hàng với mô men uốn hàng cừ 93 Hình 3.22 Mơ kết cấu đất 94 Hình 3.23 Chia lưới phần tử .95 Hình 3.24 Phân bố áp lực nước 95 Hình 3.25 Ứng suất ban đầu đất 95 Hình 3.26 Mơ phase1: Thi cơng đóng cừ 96 Hình 3.27 Mơ phase2: Đắp đất đến đỉnh cừ 96 Hình 3.28 Mô phase 3: Thi công neo hai hàng cừ 97 Hình 3.29 Mơ phase 4: Gia tải phía đỉnh cừ 97 Hình 3.30 Mơ phase 5: Nạo vét đến cao trình đáy kênh thiết kế 98 Hình 3.31 Hướng chuyển vị kết cấu đất sau phase1 98 Hình 3.32 Hướng chuyển vị kết cấu đất sau phase .99 Hình 3.33 Hướng chuyển vị kết cấu đất sau phase .99 Hình 3.34 Phổ chuyển vị kết cấu đất Phase 100 Hình 3.35 Lưới biến dạng kết cấu đất 100 Hình 3.36 Hướng chuyển vị kết cấu đất 101 Hình 3.37 Phổ chuyển vị kết cấu đất 101 Hình 3.38 Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, Ux1 = 3,683cm 102 Hình 3.39 Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 10,571 Tm/m 102 Hình 3.40 Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ 2, U x2 = 3,602cm 103 Hình 3.41 Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,058 Tm/m 104 Hình 3.42 Mô men uốn lớn neo, M n = 22,26 Tm/m 104 Hình 3.43 Biểu đồ mơ men tồn kết cấu 105 Hình 3.44 Cung trượt tổng thể kết cấu đất 105 Hình 3.45 Hệ số ổn định K = 1,923 106 Hình PL.1.16.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ 2, U x2 = 2,443cm Hình PL.1.17.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 13,253Tm/m PL2 Các phương án giữ nguyên chiều khoảng cách cừ L c = 6m, chiều dài hàng cừ L = 12m, thay đổi chiều dài hàng cừ 1 Phương án chiều dài hàng cừ L = 12m Hình PL.2.01.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, U x1 = 4,202cm Hình PL.2.2.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 10,978Tm/m Hình PL.2.3.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 4,155cm Hình PL.2.4.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,153Tm/m Phương án chiều dài hàng cừ L = 13m Hình PL.2.5.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, U x1 = 3,917cm Hình PL.2.6.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 10,792Tm/m Hình PL.2.7.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 3,864cm Hình PL.2.8.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,181Tm/m Phương án chiều dài hàng cừ L = 15m Hình PL.2.9.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, U x1 = 3,552cm Hình PL.2.10.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 10,783Tm/m Hình PL.2.11.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 3,383cm Hình PL.2.12.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,244Tm/m Phương án chiều dài hàng cừ L = 16m Hình PL.2.13.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, U x1 = 3,369cm Hình PL.2.14.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 11,16Tm/m Hình PL.2.15.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 3,082cm Hình PL.2.16.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,668Tm/m Phương án chiều dài hàng cừ L = 17m Hình PL.2.17.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, U x1 = 3,257cm Hình PL.2.18.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 11,356Tm/m Hình PL.2.19.Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 2,891cm Hình PL.2.20.Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ hai, M = 9,717Tm/m PL3 Kết tính tốn theo tư vấn thiết kế [4] Hình PL.3.01 Phổ chuyển vị lớn kết cấu đất Hình PL.3.02 Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ nhất, Ux1 = 3,176cm Hình PL.3.03 Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ nhất, M = 13,47T.m/m Hình PL.3.04 Chuyển vị ngang lớn hàng cừ thứ hai, U x2 = 3,02cm Hình PL.3.05 Mơ men uốn lớn hàng cừ thứ 2, M = 12,885 T.m/m Hình PL.3.06 Biểu đồ mơ men tồn kết cấu Hình PL.3.07 Cung trượt tổng thể kết cấu đất Hình PL.3.08 Hệ số ổn định Kmin = 1,923