Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp cọc bê tông cốt thép để tính toán ổn định bờ kè

Chương 3 : Phân tích một số giải pháp kỹ thuật dé 6n định tường bờ kè BTCT dự ứng lựccho các công trình giao thông, thủy lợi và xây dựng Chương 4 : Ung dụng tính toán công trình bờ kè sô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀO CHÍ HỎNG

UNG DỤNG TƯỜNG COC VAN BE TONG COT THÉPDU UNG LUC KET HOP COC BE TONG COT THEP

DE TINH TOAN ON DINH BO KE SONG TIEN

Chuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAM

Mã sé : 60.58.02.04

TP HO CHI MINH, 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA -DHQG -HCM

(Ghi rõ họ, tên, hoc ham, học vi va chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQGTp HCM ngày 05 thang 01 nam 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận vănthạc sĩ)

1 PGS.TS Lê Bá Vinh2 TS Đỗ Thanh Hải3 TS Nguyễn Danh Thắng4 TS Lê Văn Pha

5 TS Trương Quang Thành

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG

PGS.TS Lê Bá Vinh PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VAN THAC SĨHọ tên học viên: ĐÀO CHÍ HỎNG MSHV: 13091284Ngày, tháng, năm sinh: 25-03-1986 Nơi sinh: Bến TreChuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngam Mã ngành: 60580204I TÊN ĐỀ TÀI:

UNG DỤNG TƯỜNG CỌC VAN BE TONG COT THÉP DỰ UNG LUC KET HỢPCỌC BE TONG COT THÉP DE TÍNH TOÁN ON ĐỊNH BO KE SONG TIEN.II NHIEM VU VA NOI DUNG:

Mé dauChương 1 : Tổng quan về các nguyên nhân và giải pháp chống sat lở cho công trình vensông hiện nay.

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán tường kè trên cọc bê tông cốt thép chịu tải trọngngang.

Chương 3 : Phân tích một số giải pháp kỹ thuật dé 6n định tường bờ kè BTCT dự ứng lựccho các công trình giao thông, thủy lợi và xây dựng

Chương 4 : Ung dụng tính toán công trình bờ kè sông Tiền đoạn phường 1- Tp.Mỹ Tho.Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảoHI NGÀY GIAO NHIỆM VU : 22/05/2016IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016V CAN BO HƯỚNG DAN : PGS.TS VÕ PHÁN

Tp HCM, ngày 04 thang 12 năm 2016

CAN BỘ HƯỚNG DẪN | CHỦ NHIỆM BO MON | TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT

XÂY DỰNG

PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYEN MINH TÂM

LỜI CẢM ƠNTôi xin được bay tỏ sâu sắc lòng biết ơn của mình đến người Thay đã tận tâm hướngdẫn giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn, giúp đưa ra hướng nghiêncứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu kiến thức quý báu cho tôi : PGS.TS Võ Phán.

Tôi cũng gửi tấm lòng biết ơn đến quý Thầy Cô Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng, đãgiảng dạy và truyền đạt những kiến thức làm hành trang quý giá mà tôi sẽ luôn giữ gìn saukhi ra trường và làm việc.

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã hé trợ động viên giúp đỡ trong thờigian học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp trong thời gian qua

Trân trọng !

Học Viên

Đào Chí Hồng

TÓM TẮTTên đề tải :

« UNG DỤNG TƯỜNG COC VAN BE TONG COT THÉP DU UNG LUC KET HỢPCOC BE TONG COT THÉP DE TÍNH TOÁN ON ĐỊNH BO KE SONG TIEN »Tom tat :

Đông bằng sông Cửu Long phan lớn là đất yếu có nhiều sông ngòi chang chit va bixói lở thường xuyên, là nguyên nhân gây ra các vấn đề quan trọng về sự mất ôn định vàbiến dạng của các cấu trúc ven sông Dé đảm bảo 6n định cho các cấu trúc ven sông, giảipháp tường cừ cọc ván BTCT dự ứng lực kết hợp với cọc neo BTCT là giải pháp thích hợpvà hiệu quả Luận văn tập trung nghiên cứu và phân tích ôn định tường kè với điều kiện tựnhiên và địa chất thực tế trong điều kiện làm việc đồng thời của tường kè và cọc neo đểtính toán ổn định mái dốc cập bờ sông Trong luận văn này, đánh giá tính 6n định và sựchuyến vị của tường kè, so sánh kết quả giữa phương pháp tính toán bằng giải tích với kếtquá phân tích phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis Từ đó phân tích và đánh giákết quả đạt được nhằm kiến nghị các giải pháp an toàn, kinh tế trong việc đầu tư xây dựng

ABSTRACTThesis :

« APPLICATION OF PRESTRESSED CONCRETE SHEET PILE WALL COMBINEDANCHOR REINFORCEMENT CONCRETE PILE TO PREVENT EROSION IN THEBANKS OF A PART BASAC RIVER, MY THO CITY, TIEN GIANG PROVINCE »Summary :

The Mekong Delta has mostly soft soil with a lot of rivers and channels interlacing,and it is frequently eroded, which causes significant issues to the stability and deformation

of the riverside structures, affecting people’s life and property Up to now, the construction

material, quays, and stone embankment are made of difference materials To ensure high

safety, simple work implementations and can create the urban beauty, the use of

prestressed concrete sheet pile wall has proved the most suitable and effective method.This thesis research and analyze the stability of the prestressed concrete sheet pile wallcombined concrete anchor pile in the natural and geographical conditions in real work to

calculate the stability of the steepness along the river banks In this thesis, to eveluate the

stability and the deformation of the embankment walls, compare the results with theanalytical method and finite element analysis, that we can analyze and evaluate the resultsobtained to propose the most safety solution and economic in investment.

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan : Luận văn tốt nghiệp nay là dé tài nghiên cứu thực sự của cá nhân, đượcthực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, hướng dẫn khoa học của PGS.TS Võ Phán, tất cảcác số liệu, kết quả phân tích tính toán trong đề tài là hoàn toàn trung thực

Học Viên

Đào Chí Hồng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU| Thực tiễn và tính cần thiết của để tài 6-5 tt St t Extxverrrrkerrrred |2 ) 8401/158i1⁄40119: CUU 00115 — 2

3 Phurong phap nghien 0600 2

4 Tính khoa hoc va thực tiễn của dé tai ccccccccccscsccceccessssescecssscscesceccaecsesccaceaceuseesacens 25 Hạn chế của dé tai c.ccccccccccccccscecseccscescsccscescessecssccacsessessesesecsaceacsasaccacsucausaesucaacaneaees 2CHUONG 1 : TONG QUAN VE CAC NGUYEN NHAN VA GIAI PHAP CHONG

SAT LO CHO CONG TRINH VEN SONG HIEN NAY.

1.1 Téng quan về đất yẾu -c- «cv E9 9E HH cư TT cưng re 31.2 Nguyên nhân dẫn đến sat lỡ ở khu vực ĐBSCL hiện nay - csscscxescxd 31.2.1 Do địa chất -c cv ng ng TT ng gen 41.2.2 Do thay ¿nh 51.2.3 Do ảnh hưởng của mua bão, lũ và hạn han kéo dat . - 5-5555 s<s s53 51.2.4 Do anh hưởng của việc khai thác trai phÉp -ccscseeieeierrrrerre 51.2.5 Tinh trạng xây quá nhiêu đập thủy điện -. -cccneieiererrrrrrrr 51.2.6 Thiêu hụt tram tích và xói lở bờ biỆn - 5S 2c S135 515 15511seree 61.2.7 Do ảnh hưởng của tác động bên ngoài «cành 71.2.8 Một sô hình ảnh vé sat lở bờ SONG ST QQS n3 x32 81.3 Cac giải pháp chống sat lở ở ĐBSCL hiện nay - - + sex vs receexvecxe 91.3.1 Gilat pháp dùng £0 Ởã HT nọ khe 9

1.3.2 Cir vain thép Larsen 2.0 10

1.3.3 Cừ ván bê tông dự ứng lực tees «chip 11

1.3.4 Tường kè cọc van bê tông côt thép DUL két hợp coc neo BTCT 12

1.4 Nha xét to — 13CHUONG 2 CƠ SỞ LY THUYET TINH TOÁN TƯỜNG VA CỌC BE TONG COTTHEP CHIU TAI TRONG NGANG

2.1 Cac dạng tai trong va phân loại tải trọng - - - 0000000001111 111111 1111111111113 152.1.1 Cac dang tải trỌng HH 0 0x kh 152.1.2 Phan 10a ho an 152.2 Các tải trọng cơ bản đối với tường chắn 5-5 << keEsEEsEeEeEereeersreeeed 162.2.1 Ap TLC THƯỚC eseseseseseseesessnctcnenstenenenceceeeeeeseeesesesenecenecenseseeeeceeeeeeeeeseesnenseees 162.2.2 Áp lực dat chủ động chen 16“XXNN.\0 vi 172.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn ¿2-2 < + ke S£k£s£s+EsEeEzeescxz 202.3.1 Phuong pháp giải tích Rankine (lý thuyết cân bang giới hạn) 20

2.3.2 Phuong pháp giải tích Coulomb - - c5 1113013111111 183 8535535511511 1 srr 23

2.3.3 Áp lực đất ở trạng thái nghỉ - 6 chưng re 242.4 Cac phương pháp tính toán tải trọng ngang - -ss cv x5 262.4.1 Tường chiu tải trọng ngang csccc sọ HH 1 1xx 262.4.2 Tính cọc chịu tải trọng ngang theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10304 :2014 272.4.3 Phương pháp tính toán cọc va nên làm việc đồng thời dựa trên quan hệ taitrong-bién dang (Mô hình Winkle) eteeeteeeteneseeesaeeeaeaeaeeaeseeeeneaeeeess 32

2.4.4 Ôn định nền quanh cọc — 34

2.4.5 Phuong pháp phan tử hữu hạn tuyến tính (LEFEM) và phương pháp phan tử

hiru han phi tuyén ƒ ai s00 35

2.5 Tinh toán 6n định cho tường chắn : - 5-5-6 ESEEEEsEEEeEeEeEerreersrrered 382.5.1 Kiem tra én định trượt phẳng của tường Chan ccscseeetseseseeeseeees 382.5.2 _ Kiêm tra ôn định trượt sâu (Lat) - 5-5 S S5 S S11 1153135551555 555 392.6 Các dạng hư hỏng và mat ôn định của tường kè trên nền cọc -. - 2< - 39

“XIN 4]

CHUONG 3 PHAN TICH MOT SO GIAI PHAP KY THUAT DE ON DINH

TUONG BO KE BTCT DU UNG LUC CHO CAC CONG TRINH GIAO

THONG-THỦY LỢI VÀ XÂY DỰNG ¬ 42

3.1 Gidi thiệu Tường Cừ Ván BTCT Dự ứng lực - SẰĂẰSẰS+Seesseeses 423.2 Tinh toán thiết kế tường cir van BTCT dự ứng lực + << +c+£+£zeeeseeseed 433.3 _ Trình tự tính toán thiết kế tường cừ bản BTCT dự ứng lực - - 5< <=+ 58a _ Bố trí kết cau công trình và sơ đồ lực tác dụng «xxx cv crereed 58b Tinh toán xác định L cir, M max theo các phương pháp nêu trong mục 3.2 58C Thiết kế lựa chọn sơ bộ loại cừ bản BTCT dự Ứng ÌỰC cccĂSĂĂSSs 58` 60CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BỜ KÈ SÔNG TIÊN ĐOẠN

PHUONG 1-TP MY THO 2 61

4.1 Gidi thiệu công trình và điều kiện địa chất ¿<< se keEsEEekeEeEereeersreeeed 614.1.1 Giới thiệu về công trÌnh ¿<< kẻ Ek*k*E9E5E4 13131113 111 1171117115133 1x 1e, 614.1.2 Điêu kiện địa hình-thủy văn -ccceehererrerrrierireriiirrrirrree 644.1.3 Dac điêm địa chat công trÌnh -cc S5 S511 11x Y1 1 11 111181 x2 664.2 Cau tạo công trình kè sông Tiền thành phố Mỹ Tho .- 5-5-5 2 £+£+s£sc<£ 724.3 Ung dụng các phương pháp tính toán tường kè BTCT dự ứng lực 734.3.1 Phuong pháp Nhật Bản ch 734.3.2 Phương pháp mô phỏng đánh giá kha năng ôn định trong điêu kiện làm việcdong thoi ctla tong K€ Va COC 0n e 78AA, Kết luận Chong occ ccccscccssecssescsescscscscsscsescscesscssssescssesseseecssaeecseeessescssecaeeees 86

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊKÉT LUẬN

KIÊN NGHỊHƯỚNG NGHIÊN CỨUTÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LUC HÌNH ANHHình 1.2.1Đồng bằng sông cửu Long với sông Tiền (Mekong) và sông Hậu (Bassae) 4Hình 1.3.1Mẫu cấu tạo rọ GA ccccccceseccceccecessecccceccsceccecsccscscscsacsesacsceacsucaeseseescssessaseaseseaeeseseeecseeses 9Hình 1.3.2Mau cừ ván thép và ứng dung làm tường chăn ¿2 5-2-2 + ++ESEEEkeEeEeEEEeEEkesred 10Hình 1.3.3 Mau cir bê tông dự ứng lực va ứng dung làm tường chắn - 2 2 2 +s+E+Ez£zxezzd I1Hình 1.3.4C4u tạo điển hình của kè trên nền cọc ván DUL kết hợp cọc BTCT .- - 13Hình 2.1.1 Quan hệ của chuyên vị và áp lực đất -¿-¿- - sex TS 5151511111 15152111311 xe 16Hình 2.2.2.2.1 Các biểu đồ áp lực sóng lên tường cản sóng thành đứng + sscsxsxsxxsed 17Hình 2.3.1Ap lực đất chủ động và bị động theo phương ngang của tường nhẫn .-.- - 20Hình 2.3.2Giới hạn ứng suất chủ động và bị động theo phương ngang .-. ccscsssssssea 21Hình 2.3.3 Hệ số áp lực đất chủ động và bi động cho tường nghiêng 2 2 s sex ssrd 22Hình 2.3.4 Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho đất có mái đốc nghiêng 23Hình 2.4.1Sơ đồ tải i/)4158r103010101501;0x 0177 27Hình 2.4.2Sơ dé tác động của tải trọng ngang và mô men lên cọc + 2 2 2 +c+x+£+£+xzxzxzs4 30Hình 2.4.3Biéu đồ mô men của cọc chịu tải trọng ngang + << s+sSs+SEEEEkeEsEsEEESEeEekerkd 31Hình 2.4.4Biéu đồ lực cắt của cọc chịu tai TONG NYANG eee eeeeeseseseesessesssesssseseseecseeseecseeeeeeseees 31Hình 2.4.5Biéu dé áp lực ngang của cọc chịu tải trọng ngang -. 2 + + xe kE+E+EvEeEsEskerxd 32Hình 2.4.6Mô hình nền WinkÏer 5-5 E+E+E9EEEEEEEk*kEE# kề ềE5E3E511EE E115 5151511111 Ek 32Hình 2.4.7Ứng xử của cọc chịu tải trọng ngang - - + se se ksS SE EE SE E1 E Tre grki 33Hình 2.4.8Phuong pháp dam tựa trên nên đàn hồi (WINKLER) - +52 2 2222 cs£<+Ererrzrxe 36Hình 2.4.9Mối quan hệ tuyến tinh ứng suất-biến đạng + S4 S3S8 E8 SE kếESESEEESEEkerka 37Hình 2.4.10Mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến đạng 2S s3 SSE SE EkeESESEEESEEkesrrd 38

Hình 2.6 I Dạng phá hoại 1 do coc không đủ khả năng chi lực 5s ssssssss+s+ssssss*ssss 39

Hình 2.6.2Dạng hu hỏng 2 đo nền không đủ khả năng chịu lực - + 2 2 s52 s+s+<+£+ezezc+z 40Hình 2.6.3Dang hư hỏng 3 do mắt ôn định tổng thể À 5-2 <6 E<+3S3EEEEEEEEkeESESEEESEEkrsred 40Hình 2.6.4Dang hư hỏng 4 do chuyên vị vượt cho phép - 656 5+ * 533 ve eEeEeEsEsssvesred 40

Hình 3.1 Các trường hợp phá hoại của tường COC VắT - SH KH ng gà 43

Hình 3.2 So dé tính toán tường cir ván không ñneo - 2-2 s + S8 ks+sS4E3SE E8 SE kế SEEESEeErkered 45Hình 3.3 a) Sự thay đổi biểu đồ áp lực ròng: b) Sự thay đổi biểu đồ mômen - - 5: 45Hình 3.4 Tường cir van không neo đóng vào đất sét - + 5+2 SE S332 1311311 1112k 48Hình 3.5 Tường cir ván có đầu neo đóng vào đất cát ¿- sẻ se kskS118Ex SE ke E111 1xx, 50Hình 3.6 Tường cir ván có đầu neo đóng vào đất sét - kẻ ket S118 SE K11 5213 1xx 51

Hình 3.7 So dé giải cir tự do bằng phương pháp đồ giải - 6 6-55 SE ve eEeEEEsEsksvered 52Hình 3.8 So dé giải cừ một neo bằng phương pháp đồ giải - 5-5-5 + S8 se EsEeEvEsEsEsveseed 53Hình 3.9 Ap lực đất tác đụng lên tường cừ ¿sẻ s ke E23 TT HE 1E 11111 rree 54Hình 3.10 So dé tính toán moomen lớn nhất trong tường cỪ 5-2-5 2s 2 E8 keE+E+EEE+EsEske xa 55Hình 3.11 Sơ đồ tính toán chuyển vị đầu Cừ - - - CS TS c1 51319 91T ng reo 56Hình 3.12 Sơ đồ tính toán tường cừ trường hợp có NEO - s6 sex Ss S8 SE EvvsEsEEEsEsEsvserd 57Hình 3.13 So dé lực tác dụng lên tường cừ C6 ñI€O - - 5-5-5 SE SSE3S8 E8 SE kế EESEErkerei 58Hình 3.14 Sơ đồ tính chiều dài thanh nneo - 6 St +£S*‡E2xEEx£EEEEEEEEEkEEkEEkEkrkrkerkie 60Hình 4.1.1 Mặt bằng tuyến kè l - - SE E1 ST TT k SĐT TT Tà TT Tà TT Tnhh, 62Hình 4.1.2Mặt bang tuyến ké 2 - - StSH1 S13 TT TT 0 100111311107 1511 7k 62Hình 4.1.3Hình ảnh thực tẾ kè 1 - 5: c6 62t SE2xEEk9E3E11112111111112112111111111111 111 63Hình 4.1.4 Hình ảnh thực tẾ kè 2 - 2 5% S++Sx+E#++EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE1211 11 rrrd 63Hình 4.1.5 Hình ảnh thực tẾ kè 3 - - ¿5 St tt SEE2xEEk2E32111112111111112112111111111111 11 1c 63Hình 4.1.6 Trắc đọc tuyến địa chất 0130581010 67Hình 4.1.7 Trắc dọc tuyến địa chất công trình 1b - ¿22 +s+++k+E+EeEeEEEezsrerkrsred 68Hình 4.1.8 Trắc dọc tuyến địa chất công trình Ìc - + xe xxx £eecerxcxe 69Hình 4.2.1Cấu tạo điển hình kè BTCT dự Ứng lực CÓ COC TI€O - 5Q BS ren 72Hình 4.2.2Hình thực tế kè BTCT dự Ug LUC vo vào 73Hình 4.3.1 Sơ đồ lực tác dung lên tường cừ CO II€O - - - - St S118 9E ve HE gEkrvsred 73Hình 4.3.2 Sơ đồ tính toán mô men uốn lướn nhất trên cừ - 2 2+ E*E#E+k+E£EEkEskex+Exe r4 75Hình 4.3.3 Sơ đồ tính toán mô men uốn và phan lực tường cừ 5-5 5s se ke vsEsEeEsEseeeeesed 77

MỘT SO KÝ HIỆU DUNG TRONG LUẬN VAN

STT Ký hiệu Đơn vị Tên gọi| Su kPa Sức kháng cắt không thoát nước2 N Bua/30cm | Trị sô xuyên tiêu chuân SPT3 Độ Góc ma sát trong

4 ° Độ Góc ma sát trong trong điều kiện thoát nước5 C kPa Luc dinh

6 C’ kPa Luc dính thoát nước7 de kPa sức chống mũi xuyên tinh8 Ka Hệ số áp lực chủ động9 Kp Hệ số áp lực bị động

10 a cm2/kg Hệ số nén11 ao cm2/kg Hệ số nén tương đổi12 Ce Chi sô nén

13 Cs Chỉ sô nở14 Cy m2/s Hệ số cô kết theo phương đứng15 Ch m2/s Hệ số cô kết theo phương ngang16 €0 Hệ sé rong tự nhiên của đât17 Eo kPa Module biến dang của dat18 G kPa Module biên dang cat của đất19 Ho m Chiêu dai ban dau lớp sét yêu20 Ip Chỉ sô dẻo

21 IL D6 sét22 Kv m/s Hệ số thắm theo phương đứng23 Kn m/s Hệ số thấm theo phương ngang24 my m2/kN Hệ số nén thé tích

25 n Độ rong của dat26 OCR Hệ số qua cô kết27 De kPa Áp lực tiên cô kết

28 du kPa Sức chịu nén đơn29 So m Độ lún ban đầu30 Sc m Độ lún cô kết31 S m Độ lún ôn định cuối cùng32 Sr % Độ bão hòa ban đâu33 u kPa Áp lực nước lỗ rỗng34 Uo kPa Ap lực nước lỗ réng ban dau35 U % Mức độ cô kết

36 Uy % Mức độ cô kết theo phương thang đứng37 Un % Mức độ cô kết theo phương ngang38 Wo % Độ âm tự nhiên

39 Ovz kPa Ứng suất do trong lượng ban thân dat40 Oz kPa Ung suat do tải ngoài gây ra

41 Vv Hệ số poisson của dat42 € Bién dang cua dat

MO DAU

1 Thực tiễn va tinh cần thiết của dé tàiHiện tượng xói lở bờ sông đã và đang khá phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long(ĐBSCL), đặc biệt đối với các tinh vùng đầu nguồn như Đồng Tháp, An Giang và các tỉnhvùng cửa sông như Tiền Giang, Bến Tre Đến nay đã có nhiều vị trí sat lở làm hư hạinghiêm trọng những bờ kè hay những công trình bảo vệ ven sông Xói lở bờ sông Tiềnhiện nay đang là vấn đề rất bức xúc, gây thiệt hại lớn cho xã hội và đặc biệt là tính mạngngười dân, trong đó phần lớn là ở những vùng đông dân cư nên ảnh hưởng trực tiếp đếnđời sống nhân dân và phát triển kinh tế xã hội

Hiện nay, với sự phát triển về kinh tế, yêu cầu phát triển hạ tầng kỹ thuật là rất lớn,trong đó việc xây dựng các công trình ven sông tại các khu vực đông dân cư, tại các khu đôthị, chợ ven sông dé thuận lợi cho việc phát triển dân sinh đòi hỏi phải đảm bảo được tínhôn định và bền vững Với đặc thù hạ lưu vùng ĐBSCL là vùng có sông ngòi chang chit,nên đất khu vực nhìn chung là đất yếu, việc tính toán xây dựng các công trình ven sông cầnđược tính toán đảm bảo 6n định lâu dài là một đòi hỏi rất thiết thực

Với tình hình chung như vậy, việc tìm ra giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất khuvực, đảm bảo ồn định, kinh tế và mỹ quan là yêu cầu đặt ra Trong nhiều giải pháp xử lý débảo vệ bờ sông thì “Giải pháp ứng dụng tường kè bang cọc ván bê tông cốt thép DULkết hợp cọc neo BTCT” là một trong những giải pháp đang được sử dụng để thỏa mãnnhững yêu cầu đặt ra ở trên Ứng với giải pháp này có nhiều phương pháp tính toán, việcnghiên cứu dé lựa chọn giải pháp hợp lý cho tường cũng như so sánh các phương pháp tínhtoán để chọn ra kết quả tin cậy là điều hết sức cần thiết

Đoạn sông Tiền chảy qua rạch Bình Đức thuộc phường 6 đến phường 1, thành phố MỹTho có chế độ thủy văn, dòng chảy rất phức tạp, lòng sông và cao độ đáy sông biến đổikhông đều do việc hình thành các cù lao làm cho hình thái lòng sông biến déi rất mạnh vakhó lường Những thay đổi lòng dẫn sông Tiền trong khu vực nay đã gây nguy cơ mat énđịnh bờ sông thuộc khu vực chạy dai từ rạch Binh Đức thuộc phường 6 đến phường 1,thành phố Mỹ Tho trong thời gian vừa qua Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọcbê tông kết hợp tường kè là dé tai cần thiết dé bao đảm 6n định, mỹ quan và góp phan pháttriển hiệu quả kinh tế khu vực

2 Nội dung nghiên cứuNội dung nghiên cứu là phân tích én định, chuyển vi của tường kè trên nên coc trongđiều kiện làm việc đồng thời của tường kè và cọc Mục tiêu nghiên cứu các vẫn đề sau :

- _ Đánh giá kha năng Ổn định của tường kè.- _ Nghiên cứu chuyền vị và nội lực tường khi thay đổi chiều cao tường cir va cọc neo.- Phan tích, so sánh kết qua tính toán

3 Phương pháp nghiên cứu

- _ Nghiên cứu về lý thuyết: Téng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về chuyên vịvà nội lực của tường kẻ theo phương pháp giải tích.

- Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phan tử hữu hạn: Sử dụng phương phápphân tử hữu hạn thông qua phần mềm tính toán Plaxis với mô hình Mohr-Coulombdé mô phỏng phân tích 6n định và biến dạng cho công trình tường cọc ván BTCT dựứng lực kết hợp với neo

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Dé tài nghiên cứu, tính toán tìm ra giải pháp tường kè thích hợp với địa chất khuvực, bao đảm ổn định chống sạt lở và tạo cảnh quan đẹp cho bờ sông

- - Giải quyét van đê ôn định tại vi trí công trình và các vùng lân cận bang giải pháphợp lý đảm bảo an toàn, mang lại hiệu quả kinh tế cao

- Dé tai làm rõ ưu nhược điểm của kết cấu kè sử dụng, đưa ra giải pháp kè phù hợplàm cơ sở ứng dụng hiện tai và tương lai.

5 Hạn chế của đề tàiDo thời gian hạn chế nên chi tập trung phân tích ôn định cho một công trình cụ thé,chưa mở rộng ra các khu vực khác.

Không thé đánh giá én định theo sự thay đổi đột ngột về thủy van, xói lở do tốc độdong chảy, hướng dòng chảy,

CHUONG 1: TONG QUAN VE CAC NGUYEN NHAN VA GIAI PHAP CHONGSAT LO CHO CONG TRINH VEN SONG HIEN NAY.

1.1 Tổng quan về đất yếuĐất yếu là loại đất không có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ công trình Hiệnnay, không có định nghĩa rõ ràng về đất yếu, phần lớn định nghĩa theo sức kháng cắt khôngthoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau :

- _ Đất rat yếu : Su < 12.5 kPa (1.25 daN/cm?) hoặc N<2

- Dat yếu : S„< 25 kPa (2.5 daN/cm?) hoặc N<4Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9355:2012, đất yếu được định nghĩa như sau : « Đấtyếu là đất phải xử lí, gia cố mới có thé dùng làm nên cho móng công trình Các loại đất yếuthường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão Những loại đấtnày thường có độ sệt lớn (In > 1), có hệ số rỗng lớn (e > 1), có góc ma sát trong nhỏ (@ <10°), có lực dính theo kết qua cắt nhanh không thoát nước C < 15 kPa, có lực dính theo kếtqua cắt cánh tại hiện trường Cụ < 35 kPa, có sức chống mũi xuyên tĩnh qe < 0,1 MPa, cóchỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5 »

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đấtyếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tínhchất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây làmột van dé hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinhnghiệm thực tế dé giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xâydựng trên nền đất yếu

Địa chất ở khu vực hạ lưu ĐBSCL hầu hết là đất yếu, đặc biệt là khu vực ven sôngTiên, sông Hậu.

1.2 Nguyên nhân dẫn đến sat lỡ ở khu vực ĐBSCL hiện nayĐồng bằng sông Cửu Long là đồng bang lớn thứ ba trên thế giới với dân cư đông đúc,được bao bọc đáng ké bởi các công trình kỹ thuật và đê bao dé bảo vệ người dan và cơ sởhạ tầng trước các trận bão, lũ và các trại nuôi tôm khỏi nước mặn xâm nhập Áp lực pháttriên kinh tê ở Việt Nam và các nước thượng nguôn đã dân đên việc xây dựng một sô đập

thủy điện ở Trung Quốc và khai thác vật liệu đáy sông mạnh mẽ Những hoạt động pháttriển này đã ảnh hưởng đến động lực đồng bằng theo nhiều cách khác nhau.[13]

Những biến đổi này được coi là đóng góp tích cực vào xói lở tràn lan bờ sông và bờbiển ở đồng bằng sông Cửu Long Các hoạt động khác làm biến đổi hình thái lòng sôngbao gồm các tuyến đê, kè trên đồng bằng Vai trò của các đập thủy điện hiện có ảnh hưởngđến hình thái đáy sông vẫn chưa rõ do không có dit liệu đáng tin cậy về tải lượng trầm tíchsông Mê Kông Phát triển đập thủy điện qui mô lớn trên dòng chính sông Mê Kông sẽ cónhững tác động tích lũy cùng với khai thác vật liệu làm gia tăng biến đổi hình thái, sẽ tiếptục anh hưởng đến các vùng đồng bằng, đặc biệt là sự thiếu hut trầm tích và xói lở bờ biến

MB s1:10 "IỨ‹:: PE -1409:-10

mỊs‹:-Distnibilion SPO SA

Hình 1.2.1Déng bằng sông cứu Long với sông Tién (Mekong) và sông Hậu (Bassac)

Hiện tượng sạt lở bờ sông ở khu vực ĐBSCL là do tác động của cả nguyên nhân tựnhiên và con người, nhìn chung có các nguyên nhân chính sau đây.

1.2.1 Do địa chấtDia chat các lớp đất bờ sông đa phan là đất yếu, gồm dat bùn sét, á sét trạng thai day.Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, dé bị xói lở

dưới tác động của ngoại lực và các yêu tô tác động khác.

1.2.2 Do thủy triềuChê độ nhật triêu với hai lân lên xuông trong ngày với biên độ triêu tương đôi lớn.Dưới tác động của dòng thâm khi mực nước dâng và rút, các hạt bun cat min sẽ bi cuôn trôi

ra ngoài dễ làm sạt lỡ các khối đất bên trên

1.2.3 Do ảnh hưởng của mưa bão, lũ và hạn hán kéo dài.Do hiện tượng mưa bão lớn làm nước ngắm vào trong đất, làm giảm khả năng liên kếtgiữa cát hạt đất, đất trở nên yếu gây ra hiện tượng sạt lở

Lũ cũng là những nguyên nhân chính gây xói lở, dưới tác động của dòng chảy các hạtbùn cát bờ sông bị cuốn trôi gây hiện tượng xói lở

1.2.4 Do ảnh hưởng của việc khai thác trai phépTình trạng khai thác trái phép 6 ạt ở các tỉnh ĐBSCL làm ảnh hưởng nghiêm trọng đếnhướng dong chảy của dong sông, lượng phù sa dần mất đi là một trong những nguyên nhângây ra sạt lở bờ sông.

1.2.5 Tình trạng xây quá nhiều đập thủy điệnViệc xây quá nhiều đập thủy điện chặn dòng trên sông Mekong không những ảnhhưởng đến môi trường, hệ sinh thái tự nhiên Lượng phù sa, cát sỏi từ thượng nguồn bịngăn lại, giảm đi khi về hạ lưu, không đủ bởi đắp cho lòng sông Khi sóng biển đánh vàonhờ có lớp bùn phù sa này sẽ hạ sóng rất nhanh Khi sóng đến bờ năng lượng sẽ còn khôngđáng kể Tuy nhiên khi mất lớp phù sa trên thì sat lở bờ sông sẽ trở nên nghiêm trọng

Hình 1.2.2 Bản đồ gom 5 trong 6 quốc gia thuộc lưu vực sông Mê Kông

với hệ thong đập thủy điện hiện có.

1.2.6 Thiếu hụt trầm tích và xói lở bờ biển.Sự sụt giảm liên tục gần đây của mật độ trầm tích lơ lửng ở ngoài khơi vùng đồngbằng được cho chủ yếu do sự giữ lại trầm tích của đập, và cũng xác nhận cho các kết luậncủa một nghiên cứu, lượng trầm tích đáng ké bị giữ lại bởi các đập trên toàn lưu vực sôngMê Kông Mặc dù có một sự đồng thuận, tuy nhiên, về tác động tiêu cực của các đập hiệncó và các đập dự kiến xây dựng đến lượng trầm tích sông Mê Kông bồi đắp cho vùng đồngbăng

Tuy nhiên, các đập thủy điện lại không phải là nguyên nhân duy nhất dẫn đến sự suygiảm lượng trầm tích cung cấp cho vùng bờ Việc khai thác cát quy mô lớn ở lòng sông MêKông cũng dẫn đến việc giảm đáng kể nguồn cung cấp trầm tích đáy đến vùng bờ, và điềunày cần được xem như là một mối quan ngại lớn đến sự ôn định của đường bờ đồng bằng,đặc biệt ở đoạn bờ cửa sông đồng băng Mê Kông, nơi có nhiều trầm tích lắng đọng lạinhất

Lượng trảm tích

đây sông 1996-2006thêm (triều mĩ]

© 1%:11.801

12:5]9:2]

Mat (trea oe)[-2:9[

GO [5:2[

© ([-10:-S[

C3 t+s:-ø0†C) [-20 : 181

South China See

người trong thời gian gan đây.

1.2.7 Do ảnh hưởng của tác động bên ngoàiĐBSCL có hệ thống giao thông thủy với mật độ dày đặc, phương tiện giao thông thủyngày càng tăng tỷ lệ thuận với tải trọng tàu Dưới tác động của sóng tàu, lớp đất yếu bờsông sẽ bị xói lở, sóng tàu càng lớn thì mức độ xói lở càng cao đặc biệt đối với các tàu vậntải lớn.

Bên cạnh đó thì hoạt động của con người, mật độ xây dựng công trình trên sông dàyđặc làm thu hẹp mặt cắt ướt của dòng chảy cũng ảnh hưởng đáng ké đến mức độ xói lở củabờ sông.

1.2.8 Một số hình ảnh về sạt lở bờ sông.

Hình 1.2.6 Nhà sụt lún do sạt lở bở sông

1.3 Cac giải pháp chống sat 16 ở ĐBSCL hiện nay

1.3.1 Giải pháp dùng ro đá.Ro đá: ro đựng đá, được dan bằng dây thép mạ kẽm hoặc dây thép mạ kẽm bọc nhựaPVC, dùng đê xử lí những nơi có dòng chảy mạnh, bảo vệ bờ biên, bờ sông và suôi, sạt lởdat nui.

- ~ SP OA PLRS FS ais oe

~ - tal << : — cơ es ta

Seer TY zrctz eect ~~.Re A1 (2422721922 2z cu sốt— = raw ol =¬>—«z px“)

se: SN 2< boa Dải

không đều khá lớn mà không bị gay đứt.- _ Độ bên cao: Kết cấu ro đá có thé chịu được các áp lực do đất và sóng tác động.- Tinh thấm nước: Do thoát nước dé nên cột nước phía sau tường chắn chế tạo từ rọ

đá không thể lớn được

- Tính bền vững: Rọ đá là một kết câu trọng lực do chính khối lượng các viên đá tạora và được bao bọc bởi lớp lưới thép bền, dai có khả năng chịu được lực day của dat,khả năng chăn giữ đất càng ngày càng tăng do bùn, đất, rễ cây cỏ dại mọc nhét kíncác lỗ rỗng.

- Kha năng chịu tác động của môi trường: Ro đá có sức chống chịu trong môi trườngsinh hoa, tia tử ngoại, dung dich kiềm và môi trường chua, mặn

= Nhược điểm:- Do bên trong là đá liên kết rời rac nên khi bị phá hoại thì phá hoại rất nhanh và khi

đó cau kiện dễ bị sóng cuốn trôi.- Chi thích hợp cho bờ kè có mái đốc thoải, không thích hợp cho kè dốc đứng với

lòng sông có nhiêu vũng xoáy chảy xiét.

1.3.2 Cừ ván thép Larsen.Coc ván thép không chi được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có théđược xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng vớimột số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng

= Uudiém:- Kha năng chịu ứng suất động khá cao (ca trong quá trình thi công lẫn trong qua

trình sử dụng).- Kha năng chiu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé.- Coc ván thép có thé nối dé dang bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều

đài.- Coc ván thép có thé sử dụng nhiều lần, đo đó có hiệu quả về mặt kinh tế.= Nhược điểm:

- Nhugc điểm của coc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sửdụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu) Tuy nhiên nhược điểm này hiệnnay hoàn toàn có thé khắc phục bằng các phương pháp bao vệ như sơn phủ chống ănmòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thé sử dụng loại cọc ván thép đượcchế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao.

1.3.3 Cừ ván bê tông dự ứng lực.Cọc ván BTCT dự ứng lực xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tínhriêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng

Công nghệ ctr bản BTCT dự ứng lực là tiến bộ kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trênthế giới và nước ta trong vài năm gan đây Công nghệ thi công bằng ép rung kết hợp bơmnước thủy lực xói nền làm giảm ảnh hưởng chấn động phá hoại các công trình lân cân.Ngoài ra các ứng dụng cừ bản BTCT dự ứng lực cho phép giảm tiết diện cừ thiết kế, tiếtkiệm vật liệu (bê tông + sắt) do vậy giảm chi phí đầu tư so với các công nghệ cit BTCTtruyền thống

EVERNEW

80s SWS0ORR l5NDIDP 24 012993 NDTDP.17 0 ¡ 2013

giản rẻ tiền và nhanh.- Coc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc chịu nén

của bê tông và chịu kéo của thép, tiết điện chịu lực ma sát tăng từ 1.5 + 3 lần so vớiloại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất nềntăng).

- Kha năng chịu lực tang: mô men chông uôn, xoắn cao hơn cọc vuông bê tôngthường, do đó chịu được mômen lớn hơn.

- Sw dụng vật liệu cường độ cao(bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu Cường độchịu lực cao nên khi thi công ít bi vỡ đầu cọc, mối nối Tuổi thọ cao

- C6 thé ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.- _ Chế tao trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹ

quan đẹp khi sử dung ở kết cấu nỗi trên mặt đất.- _ Chế tạo được cọc đài hơn (có thê đến 24m/cọc) nên hạn chế mối nối.- Sau khi thi công sẽ tạo thành 1 bức tường bê tông kín nên khả năng chống xói cao,

hạn chế nở hông của đất đắp bên trong.= Nhược điểm

- Gan khu vực nhà dân không dùng đóng ngoài ra nếu thi công phải tránh chan động.- _ Trong khu vực xây chen phải khoan mỗi rồi mới ép được cọc, nên tiến độ thi công

tương đối chậm.- _ Công nghệ chế tạo phức tap hơn cọc đóng thông thường.- Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ

lực, máy cắt nước áp luc ).- Gia thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện.- Ma sat âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bat lợi khi dùng cọc ván chịu lực như

cọc ma sát trong vùng đất yếu.- _ Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chỉ tiết nối phức tạp làm hạn chế độ

sâu hạ cọc.

1.3.4 Tường kè cọc ván bê tông cốt thép DUL kết hợp cọc neo BTCT

Cấu tạo của tường kè coc ván bê tông cốt thép DUL kết hợp cọc neo BTCT

Hình 1.3.4Cấu tao điển hình của kè trên nền coc van DUL kết hợp cọc BTCT

Tường chắn đất là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạttrượt Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thuỷlợi Khi làm việc tường chắn đất tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áplực đất

Mục đích :- Để giữ đất sau lưng tường được cân bằng, khỏi bị trượt, tụt xuống.- _ Chống sat lỡ công trình mới xây dựng bên công trình cũ

- _ Chống thành hố móng, hồ đào sâu.- Chong sat lở bờ sông, bờ kè.- Chong thấm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu công trình thủy công

Coc là kết cấu có chiều dài lớn so với bé rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi côngtại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống Các tang đất, đá, sâu hơnnhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định(TCXD10304 :2014) Cọc BTCT dự ứng lực là loại cọc đúc sẵn được đưa xuống lòng đất dé chịulực đứng hay lực ngang.

Đây là giải pháp có hiệu quả va dé thực hiện trong phạm vi rộng không cần nhữngthiết bị thi công quá hiện đại, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng so với các giải pháp khác.Tuy nhiên còn phụ thuộc nhiều vào chiều cao mái đốc và điều kiện địa chất của khu vựcđất nền mà quyết định chọn lựa giải pháp cho phù hợp

1.4 Nhận xét chươngDo cấu tạo địa chất khu vực ĐBSCL mà đặc biệt là các tỉnh vùng cửa sông Tiền nhưTiền Giang, Bến Tre có lớp đất yếu có bề day đáng ké gần bề mặt (>10m) nên giải pháp

móng cọc thường được lựa chọn cho các công trình Việc lựa chọn phương án xây dựng

van chưa có sự nghiên cứu, so sánh để tìm giải pháp tối ưu mà thường dựa trên cảm tínhcủa người thiết kế, trong khi điều này đòi hỏi phải đánh giá về chiều sâu lớp đất yếu, tảitrọng công trình bên trên, chênh lệch chiều sâu giữa đất trước và sau lưng tường Việcnghiên cứu giải pháp dé đảm bảo 6n định cho các công trình ven bờ tại ĐBSCL là hết sứccần thiết trong điều kiện đất yếu tại khu vực này

Tổng quan về các giải pháp chống sạt lở thường được sử dụng Với những ưu điểmvượt trội so với cọc BTCT truyền thống : khả năng chiu nén và chịu kéo, moomen chốnguốn, xoắn, tudi thọ cao, giá thành phù hợp, thi công dé dàng và chính xác, v.v

Qua phân tích đánh giá ưu khuyết điểm, thông qua các hình thức so sánh về tính ổnđịnh, kỹ thuật thi công, mỹ quan công trình, thời gian thi công, khả năng kết nối với cáccông trình khác Giải pháp “?Tường Kè cọc ván BTCT dự ứng lực kết hợp cọc neoBTCT? là giải pháp hiệu quả để giải quyết tình trạng sat lở và tạo mỹ quan cho khu vựcbờ kè đoạn sông Tiền chảy qua thành phố Mỹ Tho

CHUONG 2 CO SO LY THUYET TINH TOAN TUONG VA COC BE TONG COTTHEP CHIU TAI TRONG NGANG

2.1 Cac dang tải trọng va phan loại tải trọng

2.1.1 Cac dang tai trongTai trọng vĩnh cửu (tải trong tĩnh) : Tải trong mà trong thời gian sử dung kết cấukhông biến đổi trị số, hoặc biến số của chúng so với số bình quân có thé bỏ qua không tínhnhư trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực dat,

Tải trong khả biến (tải trọng động) : Tai trọng mà trong thời gian sử dung kết cau cóbiến đổi trị số mà biến số của chúng so với số bình quân không thé bỏ qua được như tảitrọng động mặt san, 6 tô, cầu trục hoặc tải trọng xếp đồng vật liéu,

Tai trọng ngẫu nhiên : Tải trọng mà thời gian xây dung và sử dụng kết cấu không nhấtđịnh xuất hiện, nhưng hé có xuất hiện thì hệ số rất lớn và thời gian duy trì trong đối ngắnnhư động đất, lực phát nỗ, lực va đập

2.1.2 Phân loại tải trọngÁp lực ngang của đất có khuynh hướng đây trượt vật chắn và khi vật chắn trượt ra khỏihay lẫn vào khối đất, khối đất đạt trạng thái cân bằng dẻo giới han và áp lực ngang tươngỨng của đất đạt cực trị được gọi là ap lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo.Có hai loại ap lực ngang cực trị:

Khi đạt cực tiểu có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân băng phá hoại đẻo chủđộng (active earth pressure), ký hiệu là Ea

Khi đạt cực đại có tên là áp luc ngang ở trạng thai can bằng phá hoại dẻo bị động(passive earth pressure), ký hiệu là Ep.

Xét 1 tường chắn ỡ trạng thái ôn định, ta có:- Ap lực tĩnh Eo: Khi tường hoàn toàn không có chuyền vị, khối đất sau lưng tường ởtrang thái cân bang tĩnh

- Ap lực chủ động Ea: tường chuyến vị về phía trước hoặc quay quanh một góc rấtnhỏ quanh mép trước của chân tường (tường chuyển vị cùng chiều với chiều của áp lựcđất)

- Áp lực bị động Ep: Tường chuyển vị ngang hoặc ngã về phía sau (chuyến vị tườngngược chiều với áp lực đất), khối đất sau lưng tường bị ép lại và bị trượt theo một mặtphăng trong đất và dọc theo lưng tường.

Hình 2.1.1Quan hệ của chuyển vị và áp lực đất

- Tải trọng thi công như: 6 tô, cần câu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữatường cừ, Tải trọng phụ do sự biến đôi về nhiệt độ và sự co ngót của bê tông gây ra Tùytheo loại kết cau chắn giữ khác nhau

- Tải trọng ngoài: Bao gồm các tải trọng xe thi công, tải trọng sử dụng và tải trọngneo đậu tàu thuyén

2.2 Cac tải trọng cơ bản đôi với tường chanKhi tính toán kết câu chăn giữ, các áp lực tác dụng vào bê mặt tiếp xúc của kêt cauchăn giữu gôm áp lực dat, áp luc nước và tải trọng ngoài, các áp lực này làm cho kêt câuchăn giữ chuyên vi.

2.2.1 Áp lực nướcAp lực nước ngầm dưới mặt đất, áp lực này gọi là áp lực thủy tĩnh p (kN/m)2.2.2 Áp lực đất chủ động

Nếu tường chắn dưới tác dụng của áp lực đất đắp mà lưng tường dịch chuyển theochiều đất dap, khi đó áp lực đất tac dụng vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà giảm dan đi,khi thé đất phía sau tường đạt đến cân bang giới hạn, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tụclàm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trị nhỏ nhất gọi là áp lực chủ độngEa (kN/m).

2.2.3 Áp lực sóng- Đối với sóng cán (sóng xô) : Áp lực sóng được xác định theo trường hợp tường cản

sóng xa bờ.

Giá trị lớn nhất của hình chiếu theo phương ngang P; (KN/m) và hình chiếu theo

phương đứng Pz (KN/m) của hợp lực tải trọng do sóng vỡ tác động lên tường cản sóng

thành đứng (khi không có đất lấp ở phía bờ) phải xác định các biểu đồ áp lực sóng theophương ngang và theo phương đứng (hình 2.2.1) trong số các giá trị p (KPa) và rịc (m) phảixác định tuy thuộc vào vị trí công trình:

a) Khi công trình nằm ở độ sâu mà tại đó sóng bị đồ lần cuối cùng (Hình 2.2.1a) thì

dùng công thức:

D =Pu = EgH sp( 0,033 Ls/h +0,75) (2.1)

dD;

ogb) Khi công trình nằm ở vùng mép nước (Hình 2.2.1b) thi đùng các công thức:

Nc - Độ cao lưng sóng so với mặt nước tính toán tại vi trí trong chắn sóng, m;

Hsp - Chiều cao sóng tại vi tri sóng đồ lần cuối, m;au - Khoảng cách từ vị trí sóng đô lần cuối đến mép nước, m;

Khoảng cách từ vi trí sóng đô lân cudi đên công trình, m;

ai

-ai - Khoảng cách từ mép nước đên công trình, m;

ar - Khoảng cách từ mép nước đên ranh giới leo bờ của sóng vỡ

(khi không có công trình) xác định theo công thức:

ar = Rsi%cotgo (2.7)

Nếu độ cao từ đỉnh công trình đến mực nước tính toán Z¡ >-0,3 Hs thì trị số áp lựcsóng xác định theo công thức (2.1), (2.3), (2.5) phải nhân với hệ số kza lay theo bảng.

Bang 2.2.1 Hệ số kzaĐộ cao từ đỉnh công trình đến mực

- 0,3Hs 0,0 +0,3Hs +0,65Hsnước tính toán Zi, m

Hệ số kza 0,95 0,85 0,8 0,5

- Đối với sóng âm (sóng rút) :Giá trị lớn nhất của hình chiếu theo phương ngang Pz (KN/m) và hình chiếu theophương thắng đứng Pz (KN/m) của tải trọng do sóng vỡ tác động lên tường chắn sóngthang đứng (có đất lấp ở phía bờ) khi sóng rút, được tính toán qua các biéu đồ áp lực sóngtheo phương ngang và theo phương thang đứng (Hình 2.2.2) trong đó giá trị p: (KPa) xácđịnh theo công thức:

pr= Š 8(Azi - 0,75Hsp) (2.8)

Trong đó:Azi- Độ hạ thấp của mặt nước so với mực nước tính toán ở phía trước tường thangđứng khi sóng rút (m) Tuy vào khoảng cách aj từ mép nước đến công trình ma Az¡ đượclay như sau:

Zr = 0 Khi ai = 3Hsp (2.9)Zr = 0,25 Hsp Khi ai < 3H sp (2.10)

Hình 2.2.2 Các biểu đô áp lực sóng lên tường chắn sóng thang đứng khi sóng rút

2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn

2.3.1 Phương pháp giải tích Rankine (lý thuyết cân bằng giới hạn)Áp lực đất chủ động và bị động theo phương ngang được xét bằng ứng suất giới hạntheo phương ngang trong khối đất Xét một tường nhẫn (ma sát tường bằng 0), chan dat cómái dốc nằm ngang như hình 2.3.1 theo điều kiện Rankine Phần tử đất có ứng suất có hiệutheo phương đứng o’, (hình 2.3.2) Khi tường có chuyên vi, phan tử đất có thé bị phá hoạitheo 2 cách khác nhau Ứng suất theo phương ngang của đất có thể tăng đến khi phần tửđất bị phá hoại tại B (hình 2.3.2), khi đó ứng suất đạt giá trị lớn nhất Ønnax) Điều này xảyra khi tường chuyển vị làm tăng ứng suất của đất phía trước ở chân tường (hình 2.3.1).Tương tự như vậy, ứng suất ngang trong đất có thé giảm đến ứng suất phá hoại tại điểm A,khi đó ứng suất đạt giá trị nhỏ nhất o’ nmin) Điều này xảy ra khi tường dịch chuyên và làmgiảm ứng suất của đất ở sau tường (hình 2.3.1) Theo quan hệ hình học ở hình 2.3.2, có 2công thức (2.1) và (2.2) theo điều kiện Rankine xét cho đất rời (lực đính c=0) Với Ka là hệsố áp lực đất chủ động và Kp là hệ số áp lực đất bị động

+ Q2

Hình 2.3.1Ap luc đất chủ động và bi động theo phương ngang của tường nhấn.

Với đất dính, được định nghĩa bằng các thông số cường độ có hiệu ' và c°, hệ số áplực đất chủ động và bị động tính theo công thức (2.3) và (2.4).

K, =tan°(45—#)—^“ tan(45— #2) (2.3)

2° Ơ, 22c'

Nị Ị

° xã W | ` o

\ ey’ />À /|\O v ZZ ie

or ` os \ 2 4 / rei

h(min) » " ww / h(max)

> = \ er ⁄

“RS a ⁄ZBay : bi

Giam ứng Tang ung

suât phương suât phươngngang ngang

Hình 2.3.2Giới han ứng suất chủ động va bị động theo phương ngang.

Trường hợp không thoát nước với = 0 và c = Su, hệ số áp lực chủ động và bị độngtong tinh theo công thức (2.5) và (2.6)

Hình 2.3.3 Hệ số áp lực đất chủ động và bị động cho tường nghiêng

Hình 2.3.4 Hệ số ap lực đất chủ động và bị động cho đất có mái dốc nghiêng.

2.3.2 Phương pháp giải tích CoulombLý thuyết cân bằng giới hạn của Coulomb trình bày phương pháp xác định tổng áp lựcngang tác dụng vào tường chắn với góc nghiêng của tường (œ), góc ma sát tường (6) vagóc nghiêng của mái đất sau tường (B < @) Lý thuyết Coulomb dựa vào giả thiết sức khángcắt của đất phát triển đọc theo tường và mặt phá hoại Hệ số áp lực đất chủ động trongtrường hợp tông áp lực đất tác dụng vào tường có góc nghiêng 5 theo công thức 2.7

K,- cos”(@— ø) (2.7)

oo} etary 1+ mer ene

Hệ số áp lực dat bị động tinh theo phương pháp của Coulomb không chính xác vì giảthiết mặt trượt là mặt phẳng

Công thức 2.8 và 2.9 tính hệ số áp lực đất chủ động và bị động trong trường hợp tổngáp lực đất tác dụng vào tường nằm ngang và tường thăng đứng (œ=0)

K,= cos’ (2.8)

cosổl1+ {sin(p + 6)} {sin(ø — 8)}

{cos ö} {cos 8}

2K,= £08 P (2.9)

wos 2 ` [ee +)}{sin(-— Ø)} |

{cosd} {cos Ø}

Khi tường chan thang đứng, mái dốc dat được chan giữ nằm ngang, góc ma sat tườngbang 0 (@ , B va 5 = 0), các công thức tính hệ số áp lực đất chủ động và bi động theo lýthuyết Coulomb trùng với các công thức theo lý thuyết Rankine

Dé thoả mãn điều kiện cân bang thì tường ma sát phải có mặt trượt là mặt cong Vì thé,các công thức theo lý thuyết Coulomb chỉ cho kết quả gần đúng do giả thiết mặt trượt làmặt phẳng Độ chính xác khi tính áp lực đất theo lý thuyết Coulomb càng giảm khi chiềusâu đất chắn giữ càng lớn Với áp lực đất bị động, các công thức của Coulomb cho kết quảkhông chính xác khi góc nghiêng của mái đât được chăn giữ và góc ma sát của tường lớn.

2.3.3 Áp lực đất ở trạng thái nghỉĐất sét và cát có kết thường trong điều kiện tự nhiên, không có chuyền vị ngang (chỉnén theo phương đứng) và chịu tác dụng của tải trọng tăng dần theo phương đứng, đượcxem xét tính toán theo trạng thái ứng suất nghỉ Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ, Ko, đượctính theo công thức thực nghiệm (2.10).

_ On —_Xạ=——=l-snø' (2.10)

0,

Hoặc có thé lấy theo bảng sau:Tên dat Cát Á sét nhẹ A sét SétHệ số K0 0.43+0.54 0.54+0.67 0.67+0.82 0.82+0.10

Ap lực đất ở trạng thái nghỉ thường không được sử dung khi thiết kế hệ thống tườngmềm Chỉ sử dụng áp lực đất ở trạng thái nghỉ khi tường không có chuyên vị ngang Điềunày gần đúng cho trường hợp hệ thống tường cứng

2.3.4 Xét sự cân bằng của một điểm ( Định luật Mohr-Rankine )Áp lực đất ở trạng thái cân bằng chủ động (Áp lực chủ động) :Nếu điểm A ở trạng thái cân bằng giới hạn @ = @max

Ta có môi quan hệ :

+ Đối với đất dính : o, = ø/g?(45° + 5) + 2cte(45° =5) (2.12)

+ Đối với đất cát : ơ; = ơ/g?(45 =5) (2.13)Đặt hệ số áp lực đất chủ động K, =1g7(45° =5)

Khi đó :

+ Đối với đất dính : ơ; =0,K,+2cJ/K, (2.14)

+ Đối với dat cát: ơ; = ơ,K, (2.15)

- Ap lực đất ở trạng thái cân bằng bị động (Ap lực bị động) :Ta có môi quan hệ :

+ Déi với đất đính : ơ, = ơ/g?(45° + 5) + 2cte(45° + 5) (2.16)

+ Déi với đất cát : o, = ơ/g?(45° + 5) (2.17)

Đặt hệ số áp lực đất bị động K, = tg?(45° +)

Khi đó :

+ Đối với đất dính : ơ; = 0,K, + 2c,/K, (2.18)+ Đối với đất cát: 0, =0,K, (2.19)

2.4 Cac phương pháp tính toán tải trọng ngang

2.4.1 Tường chịu tải trọng ngang- Cuong độ áp lực đất chủ động tại mặt đất tự nhiên có tải q phân bố đều : p, = 4K,- Cuong độ áp lực đất chủ động tại độ sâu z = L1, ngang mực nước ngâm :

P=4+7L)K,, (2.20)

Trong đó K,„ =tg?(45° — S) -hệ số áp lực đất chủ động.

- Cuong độ áp lực đất chủ động tại độ sâu z = L1, ngay dưới mực nước ngầm :

D, =(qt+7'L)K,, —2¢,/K,, (2.21)- Tuong tự, tại độ sâu z=L1+L2, cường độ ap luc đất chủ động, bị động và cường độ

áp lực đất ngang :

Pra = (q+ 7Ì h)KuU + Y's L,K,, — 2c, K,, (2.23)

Pr» = 2Œ; [K,, (2.24)

Pr = (Qty Ly) Kg t ¥'3LyKyq — 2Cy[Kyq —2C,[Ky, (2.25)

Trong đó 7'= 7,„„ —7„ : trọng lượng riêng đây nỗi