Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống sạt lở bờ kè quận Cái Răng - sông Cần Thơ

— _ Chương 1: Tổng quan về các nguyên nhân và giải pháp chong sat lở công trình ven sông hiện nay — Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường kè và cọc Bêtông cốt thép chịu tải trọng.. M

Đại Học Quốc Gia Tp Hỗ Chí MinhTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

hy

TRAN ĐỨC TRUNG

NGHIEN CUU UNG DUNG GIAI PHAP CHONG SAT LO

BO KE QUAN CAI RANG — SONG CAN THƠ

Chuyén nganh : DIA KY THUAT XAY DUNGMã số ngành : 60.58.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, thang 06 năm 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCMCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ châm nhận xét Ï: TS SE S211 53 1153111151131 151 1115115551511 155 811151 ến

Cán bộ châm nhận xét 2: - TS SE S21 153153111151 11 1111111511155 151115181115 nến

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai HỘI DONG CHAM BẢO VỆ LUẬN VĂN THAC SĨ

TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUOC GIA TPHCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆTNAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

_—-0oÖO0 -Họ và tên học viên: TRAN ĐỨC TRUNG MSHV: 11860350Ngày, tháng, năm sinh: 17-09-1985 Nơi sinh: Sóc TrăngChuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.61

1.TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CHÓNG SẠT LỞ

BO KE QUAN CAI RANG — SÔNG CAN THƠ

2 NHIEM VU VA NOI DUNG:— Mở đầu

— _ Chương 1: Tổng quan về các nguyên nhân và giải pháp chong sat lở công trình ven

sông hiện nay

— Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường kè và cọc Bêtông cốt thép chịu tải trọng

NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VỤ: 23-23-2013

5 HO VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS.TS VO PHÁN

MỤC LỤC

1 Tính cấp thiết của dé tai cece cccccccecccecesesceseseseececsescesevveseseesevsereeeevevens |

2 Mục đích nghiên cứu của dé tải - - TT S311 E1 E111 HH He in |3 Nội dung nghiên cứu - - - 2 2112212111111 11111111 1111111111111 1111 vu |4 Phương pháp nghiÊn CỨU - - 2c 22 2222221212232 111 1111115111511 111 11111 xkE 25, Giá trị thực tiễn đề tài eee 2 22122121121111111111211212112121101.1 re 2

CHUONG 1: TONG QUAN VE CAC NGUYEN NHAN VA GIAI PHAPCHONG SAT LO CHO CAC CÔNG TRINH VEN SONG HIỆN NAY 311 Đặtvấn đỀ Q2 cette 022 H2 nh nh hs cac 31.2 Nguyên nhân dẫn đến sat lở ở Khu Vực ĐBSCL hiện nay Ó1.3 Các giải pháp chống sat lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay 8

1.4 Nhận xét chương Ï 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYET TINH TOÁN TƯỜNG KE VA COC BETONG COT THÉP CHIU TAI TRONG NGANG 172.1 Cac loại tai trọng va phân loại tải trọng 172.2 Tinh toán đối với tường chắn 2Ô2.3 Phương Pháp tính toán áp lực lên tường chắn 202.4 Theo dự báo sức chịu tải của Broms(1964) 202.5 On định của hệ cọc chịu tải trọng ngang - - ees 22

Nhận xét chương 2 DOCHƯƠNG 3: PHAN TÍCH VA UNG DUNG CHUONG TRÌNH PLASXISDETINH COC CHIU TAI TRONG NGANG 373.1 Lithuyét bién dang 00 cee cee ceecee eee cà nhe c7

3.2 Li thuyết cố kẾT c cành 4]

3.3 Nhận xét QQ Qn TQ HH nh nh kh ng kh ke ket ke ke re sec

CHƯƠNG 4: UNG DUNG VÀ TÍNH TOÁN CHO CONG TRINH BO KE QUANCAI RANG SONG CAN THƠ tettttitetttitettieeee 514.1 — VỊ trí công trình Ad4.2 — Sơ lược về công trình c cà cà cành sec ST4.3 Áp dung tính toán theo TCVN ccẶẶ cà cà sec 584.4 Tính toán ôn định theo Geoslope 8Ì4.5 Ung dụng tính toán cho phần mém Plaxis - 814.6 Kết luận chương 4 cee cee 222 nh nh kh ky các các có LÑ 7KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 88TÀI LIEU THAM KHẢÁO 89

LOI CÁM ON

Sau thời gian hai năm học tập và nghiên cứu đến nay Luận Văn Thạc Si của em đãhoàn thành đúng thời hạn Tuy thời gian học tập trên giảng đường có giới hạn nhưng nhờsự hướng dẫn tận tinh của các Thay Cô Bộ môn Địa Cơ Nên Móng đã giúp em rat nhiềutrong quá trình nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tiễn vào công trình thực tế

Em xin gởi lời cám ơn đến BGH Trường DH Bách Khoa TPHCM, Ban Chủ NhiệmKhoa Kỹ Thuật Xây Dựng , Quý Thay Cô Bộ môn Địa Cơ Nền Móng, Phòng Đào Tạo sauĐại Học đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Em xin gởi lời cám ơn chân thành đến Thây PGS.TS Võ Phán trong thời gian quaThay đã nhiệt tình chi bảo, hướng dan để em có thé định hướng và hoàn thiện Luận VanThạc Si của minh.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮTThành phố Cân Thơ là một trong năm thành phố lớn trực thuộc Trung ương, có vị tríthuận tiện, chang hạn như: Nam ở Trung tâm đồng bằng sông Cửu Long, trên trục đườngchính của vùng Tứ Giác Long Xuyên, bán đảo Cà Mau và thành phố Hồ Chí Minh Do đó,sự can thiết cho việc mở rộng diện tích xây dựng, cơ sở hạ tầng và đường giao thông kết nóinhiều noi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong việc thúc day kinh tế của thành phố

Bên cạnh đó, tình trạng sạt lở hàng năm ven sông xuất hiện ngày càng nhiều và gâythiệt hại tài sản của người dân và Nhà nước Có rất nhiều giải pháp được đặt ra dé chống satlở sông như: tường cọc bản, cọc bê tông dự ứng lực Tuy nhiên, hầu hết các giải phápthường tốn kém và khó thực hiện Vì vậy trong luận văn nàytác giả nghiên cứu, ứng dụngmột giải pháp “Tường ke và coc bê tông cốt thép" trong việc 6n định mái dốc.Bản tường bêtông cốt thép có nhiệm vụ giữ lớp đất mặt không trượt, bản tường được liên kết với cọc quadai cọc Đây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong một phạm vi rộng, tiết kiệm chiphí dau tư Do vậy mà dé tài "Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống sạt lở bờ kè Quận CáiRăng, sông Cần Thơ " là một trong những giải pháp cân thiết và thích hợp trong công tácphòng chống sạt lở đất tại các khu vực quan trọng như Quận Cái Răng, thành phố Cần Thơ

Can Tho City is one of five cities directly under the Central Government, with a convenientlocation, such as: Located in the center of the Mekong Delta, on the main road of the LongXuyen quadrangle, CaMau Peninsula and Ho Chi Minh city Therefore, the need for theexpansion of the area of construction, infrastructure and roads connecting many places isone of the key tasks in the promotion of the city's economy.

In addition, the annual avalanche conditions along the river to appear more and more anddamage to people ah their property There are many methods to prevent erosion as: wallpiles, prestressed concrete piles However, most solutions are often costly and difficult toimplement So the author of this thesis research and apply a method "retaining wall andreinforced concrete piles" in stabilizing roof Wall of reinforced concrete with tasks keeptopsoil from moving, its with piles through piles station This solution is effective and easyto implement in a wide range of investment cost Thus the project "Research and applicationmeasures against erosion of retaining wall with reinforced piles in Cai Rang District, CanTho River" is a necessary and appropriate solutions present of landslides preventation inareas important Cai Rang District, Can Tho City

LỜI CAM ĐOAN

- Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự củacá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, thu thập các sốliệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế đưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.VõPhán.

- Các số liệu, mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực đượcxuất pháp từ kinh nghiệm và thực tiễn, các số liệu thực tế được chỉ rõ nguồn trích dẫn trongdanh mục tài liệu tham khảo.

Một lần nữa tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên

MỞ BẦU

1.TÍNH CAP THIẾT CUA DE TÀI:

Trong những năm gần đây, việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sé hạ tang làvấn dé cấp thiết phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệtđối với Thành phố Cần Thợ, là nơi có nền kinh tế dang phát triển Thành phố CầnThơ có dạng địa hình đồng bằng châu thổ, với đặc điểm chung là thấp và bằngphẳng Độ cao trung bình khoảng Im so với nực nước biển Khu vực này có rấtnhiều kênh rạch tự nhiên và nhân tạo, cấu tạo địa chất phức tạp bao gồm các lớpđất yếu bão hòa nước có bề dày khá lớn Việc thiết kế và xây dựng các công trìnhven kênh rạch gặp nhiều khó khăn do nền đất yếu có khả năng chịu tải thấp và

độ biến dạng lớn Giải pháp công trình bảo vệ bờ các kênh rạch thường được

chọn lựa là bờ kè Một trong những giải pháp hợp lý cho công trình xây dựng bờ

kè ven sông là việc sử dụng bản bê tông cốt thép bảo vệ mái ta luy liên kết với

hệ cọc nhằm hạn chế sự dịch chuyển ngang của đất nền ven sông

Khu vực ven kênh rạch có địa hình rất thấp nên trong xây dựng cần thiết

phải tiến hành nạo vét, làm sạch đất có tạp chất và san lấp tôn cao các công trình

cơ sở hạ tang ven kênh như đường xá, công viên Dưới tác dụng của đất đắp sanlap, quá trình cố kết diễn ra trong đất nên có thé gây biến dạng và tác động đếnđộ 6n định tổng thể của bản bêtông cốt thép và hệ thống cọc giữ bố trí ven kênh.Vấn dé này đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong tính toán thiết kế các côngtrình cơ sở hạ tầng các đô thị mới trên đất yếu của khu vực

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:

Nhiệm vụ của luận văn là tính toán áp dụng cho công trình bờ kè Quận Cái

Răng - sông Can Thơ Các vấn dé được dé cập nghiên cứu 6 đây chủ yếu bao

gom:

a Chuyén vi ngang An và góc xoay W ở đầu cọc cần thoa man điêu kiện

sau:

An< S$gh

Ys Po,b Tinh toán ổn định của đất nền xung quanh cọc

Cc Tính toán moment va lực cắt trong coc dưới tác dung của ngoại lực.

d — Tính toán sức chịu tải ngang của cọc theo phương pháp Broms

3 NOI DUNG NGHIÊN CỨU:

Trong nội dung nghiên cứu của đề tài cọc BTCT kết hợp với bản BTCT nhằmổn định mái dốc cặp bờ sông.Nghiên cứu các vấn đề sau:

- Phân tích nội lực của cọc khi thay đổi khoảng cách đặt cọc.- Phân tích nội lực của cọc khi thay đổi tiết diện cọc

- Phân tích nội lực của cọc khi thay đổi chiều sâu chôn cọc

- Khả năng chịu tải trọng ngang cực hạn của cọc trong vùng đất yếu khi

khống chế chuyển vị ngang ở đầu cọc

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

-Tổng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang

theo phương pháp giải tích.

-Sử dụng phần mềm Plaxis tính toán sức chịu tải ngang

-So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả mô phỏng công trình bằng

phần mềm Plaxis

5 GIA TRI THỰC TIEN DE TÀI

Giải quyết vấn dé ổn định tại vi trí công trình va vùng lân cận đang diễn rangày càng nhiều va phức tạp trong những năm gần nay bằng giải pháp hợp lí

mang lại hiệu quả kinh tế cao và thân thiện môi trường.

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Trong dé tài này tác giả chỉ đi sâu về lý thuyết tính toán, phạm vi giới hạntrong bài toán phẳng, thí nghiệm sức chịu tải và chuyển vị của cọc ngoài hiện

trường còn hạn chế.

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP

CHỐNG SẠT LỠ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY1.1 DAT VAN DE:

Thời gian gần đây, nan sat lở bờ sông (SLBS) ở Đồng Bang Sông Cửu Long(ĐBSCL) xảy ra liên tục Theo dự báo, tình trạng nảy sẽ tiếp tục diễn ra ở mức độdữ dội hơn Điều đáng lo, trong lúc thiên tai đang ở mức báo động thì việc phòng,chống SLBS vẫn còn ở vạch xuất phát

Hiện tượng sạt lở bờ sông ở các tỉnh ĐBSCL đã diễn ra từ rất lâu gây nênnhững thiệt hại to lớn đe dọa đến tính mạng, tài sản của Nhà nước và nhân dântrong vùng Diéu nay đặt ra một nhiệm vụ cho các cấp chính quyền phải đảm bảoồn định về chỗ ở cho nhân dân tạo điều kiện phát triển về kinh tế xã hội Bên cạnhđó, việc khai thác cát gan bờ sông vân liên tục dién ra.

Đề khắc phục hiện tượng sat lở, có nhiều giải pháp tường chắn đã được thựchiện như: tường chăn bêtông cốt thép, tường bêtông trọng lực, bờ kè băng rọ đá, bờkè bằng thép hình Tường cọc bản cũng là một phương án được chon để bảo vệbờ sông, các công trình ven bờ, hiện nay đang được ứng dụng tại một số công trình

quả của bờ kè trong việc chống sạt lở tại những khu vực có khả năng sạt lở cao ở

khu vực Thành phố Cần Thơ cần phải nghiên cứu bổ sung, bởi vì một số côngtrình đã và đang thi công xây dựng đã bị sự cố gây thiệt hại rất lớn về người vàtài sản Trong tính toán công trình bờ kè ven sông, ổn định mái dốc công trình bờ

kè là vấn đề quan trọng hàng đầu cần phải xét.

Hình 1.2a Tinh trang sat lở thường xấy ra tại bờ sông tại Quận Cái Răng- TPCT

1.2 Nguyên nhân dẫn đến sat lở ở khu vực ĐBSCL hiện nay:

1.2.1 Nguyên nhân chủ quan:

1.2.1.1 Ảnh hưởng do khai thác cát trái phép:

Trong thời gian gần đây các vu sat lở xdy ra ngày càng nhiều là do tìnhtrạng khai thác các 6 ạt ở các tỉnh ĐBSCL gây nên tình trạng sat lỡ đất nghiêmtrọng, một số Cồn, Bãi, Cù Lao đứng trước nguy cơ biến mất Đặc biệt nhất làtình trang sat 16 bờ nghiêm trong 6 khu vực Sông Cần Thơ

1.2.1.2 Ảnh hưởng do tác nhân bên ngoài:Dat nước ta đang từng bước phát triển, các tuyến đường giao thông ngàycàng nhiều, lưu lượng phương tiện giao thông ngảy càng tăng với vận tốc ngày càngnhanh, thang gap gây ảnh hưởng đến kha năng chịu lực của đất từ đó dẫn đến sat lởtrên các tuyến đường Một số công trình dân dụng được cấp phép và nhiều côngtrình dân sinh lấn chiếm ở ven bờ cũng là nguyên nhân gây sạt lở chủ yếu Vềđường thủy các phương tiện giao thông đường thủy như tàu chở cát, tàu dâu, ca nô các loại tàu thuyén khác thường hay neo đậu và chạy với tốc độ nhanh gây nênnhững cơn sóng lớn tác dụng vào hai bên bờ một lực lớn làm cho đất xung quanh

_8-không chịu được áp lực dẫn đến sự phá hoại liên kết giữa các hạt đất gây ra hiện

tượng sạt lở Điền hình như sông Can Thơ.1.2.2 Nguyên nhân khách quan

1.2.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảyNhững khu vực thường có dòng nước chảy xiết cuốn theo hat dat dẫn đếnkhu vực đất hai bên bờ sông bị xói mòn hay những dòng chảy với vận tốc lớn đâmthăng vào Côn hoặc Cù lao tạo ra lực phá hủy liên kết giữa các hạt đất từ đó dẫn đếnsat lỡ ngày càng nhiêu

1.2.2.2 Ảnh hưởng do thiên taiDo hiện tượng mưa bão lớn làm nước ngâm vào trong đât, làm giảm khảnăng liên kêt giữa các hat dat, dat trở nên yêu dân (sức chịu tai của dat giản xuông)gây ra hiện tượng sạt lở bờ sông.

1.3 Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay:1.3.1 Giải pháp dùng Rọ Đá:

1.3.1.1 Lịch sử hình thành:Ro đá hay thảm đá là một cái hộp hình khối mà ở đó chúng ta có thé bỏ đávào dé sử dụng gia cố cho các công trình Chúng là các hệ thống hình lưới có liênkết thành các khối hình học và phía trong là đá xếp, rất đơn giản

Lịch sử cho thây từ rất lâu đời, người ta đã sử dụng các rọ đá để tạo nên cáckhói liên kết làm các đường ngâm qua sông, chúng còn được sử dụng kè cho cáckhu vực trọng yếu của dòng sông mang tinh chất chỉnh trị của con người Ban dauchúng được làm băng tre vì tre có đặc tính rất bền khi ngâm dưới nước.Ngày nay, ro đá và thảm đá chủ yếu được làm băng thép có mạ kém hoặcnhôm kẽm Phần lớn được tráng phủ một lớp nhựa bên ngoài để giảm các tác độngxâm thực ăn mòn của môi trường với lõi thép bên trong Một số công trình ăn mònđặc biệt, ro đá và thảm đá được làm hoan toàn băng hop chất polymer vì chúng cóđặc tính trơ vượt trội dưới tác động ăn mòn so với các vật liệu khác.

1.3.1.2 Pham vi ứng dung:- Tường chan dat, mồ cau- Chống xói bờ sông, biển- Lát mái và đáy kênh- Dap tràn, bậc nước, doc nước

-

10-*CHải pháp sử dụng thảm ro da thép mạ kẽm bọc PVC kích thước L x Bx h(5.0x2.0x0.3m) thả trong nước trên lớp vải địa kỹ thuật ở phía trước chân kè để bảovệ chống xói mòn được sử dụng tại bờ kè Quận Cái Rang — Sông Can Thơ

- Kha năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quatrình sử dụng).

¢ Kha năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng kha bé.¢ Coc ván thép có thể nối dé dàng băng mối nối han hoặc bulông nham gia tăngchiêu dai

¢ Coc ván thép có thé sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế.1.3.2.2 Pham vi ứng dung:

-

[Ï-Cừ ván thép đã được sử dụng cho mọi kết cau công trình tạm (làm xong nhồlên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ) Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cừ ván thépđược sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè,cầu tàu, giếng kín, đê kè chăn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình câu,đường ham đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tang ham nhà nhiềutầng, nhà công nghiệp, ngăn chống cho các hố đảo nên móng, xử lý nước thải, cácđường vượt, ham ngâm Coc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trìnhtạm thời mà còn có thể được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặctính riêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xâydựng.

Hình 1.6 Steel Sheet Pile loại III (400 x 125 x 13.0) (60kg/m)

Chiều dài: 6000 - 18000mm1.3.3 Cừ ván Bêtông dự ứng lực

1.3.3.1 Lịch sử hình thànhCách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Ban) đã phat minhra loại “cọc ván BTCT dự ứng lực” với kiểu đáng hình học dạng sóng của mặt cattiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rat có hiệu quả ở Nhật trong nhiều năm

qua.

Cọc ván PC được ứng dụng vào Việt Nam năm 1999-2001 tại cụm côngtrình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu (lớn nhất Việt Nam) - với sự giupđỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự hướng dẫn trực tiếp công nghệ thicông lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván bê tông ứng lực trước - Tiến sĩITOSHIMA, Công ty C&T đã thi công hoàn hảo hệ thống các kênh dẫn chính và

- Coc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc chịunén của bê tông và chịu kéo của thép, tiết điện chịu lực ma sát tăng từ 1.5 + 3 lần sovới loại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đấtnên tăng).

- Khả năng chịu lực tăng: mô men chống uốn, xoắn cao hơn cọc vuông bê tôngthường, do đó chịu được mômen lớn hơn.

- Su dụng vật liệu cường độ cao (bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu Cườngđộ chịu lực cao nên khi thi công it bị vỡ dau cọc, mỗi nối Tudi thọ cao.

- Có thé ứng dụng trong nhiêu điều kiện dia chất khác nhau.- Chế tạo trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹquan đẹp khi sử dụng ở kết cầu nỗi trên mặt dat.

- Chế tạo được cọc đài hơn (có thé 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 xóicao, hạn chế nở hông của đất đắp bên trong

- Kết cầu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít Với bề rộng cọc lớn sẽ pháthuy tác dụng chăn các loại vật liệu, ngăn nước Phù hợp với các công trình có chênhlệch áp lực trước và sau khi đóng cọc như ở mồ cau và đường dẫn

-

13-Nhược điểm:1.

C2

chGan khu vực nhà dân không dùng đóng ngoài ra nếu thi công phải tránh chanđộng

Trong khu vực xây chen phải khoan môi rồi mới ép được cọc, nên tiến độ thicông tương đối chậm

Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường.Thị công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung,búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực )

Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện.Ma sát âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bat lợi khi dùng cọc ván chịulực như cọc ma sát trong vùng đất yếu

Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chỉ tiết nối phức tạp làm hạnchế độ sâu hạ cọc

1.3.4 Tường kè và cọc Bêtông cốt thépĐây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong phạm vi rộng không cầnnhững thiết bị thi công quá hiện đại, phức tạp trong việc phòng chống sạt lỡ côngtrình ven sông, tiết kiệm nhiều chi phí dau tư xây dựng so với các giải phápkhác Tuy nhiên còn phụ thuộc vào chiều cao mái đốc và điều kiện địa chất của khuvực xây dựng mà quyết định chọn lựa giải pháp cho phù hợp

1.3.4.1 Sơ lược về tường chắn đất:a Khái niệm

Tường chắn dé tăng cường sự ồn định khi công trình chịu áp lực ngang của đất Cóthé thay tường chăn ở các công trình và bộ phận của công trình như tầng ham đườngngầm, bờ kè

Mục đích:

Đề giữ đất sau lưng tường được cân băng, khỏi bị trượt, tụt xuống.Chống sạt lở công trình mới xây bên công trình cũ

Chống thành hé móng, hồ đào sâu.Chống sạt lở bờ sông, bờ kè.Chống thắm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy côngb Cau tạo vệ tường kè

Kết cau kè dang tường góc bằng BTCT M250 da 1x2 có sườn chống gia cường kếthop dam chân khay trên nền cọc vuông BTCT tiết điện bxh=30x30cm

- Tường mặt cao 2.05m, dày 20+30cm, đỉnh tường cấu tao dang dam tiết diệnbxh=30x35cm để liên kết lan can Dưới day dầm bé trí các 16 thoát nước bangống nhựa PVC đường kính D=40mm khoảng cách a=2.5+3.0m để thoát nướcmặt kè Trên đỉnh kè được lắp đặt lan can bằng inox có tác dụng bảo đảm antoàn cho người đi bộ, du khách va tạo thâm mỹ cho công trình.

- Sườn gia cường dày 20cm, khoảng cách giữa các sườn a =2.5+3.0m Tại daumỗi đoạn kè được bồ trí tường cánh kích thước 1.2x1.70m, dày 20cm

1.3.4.2 Sơ lược về móng cọca Cau tạo về móng cọc Bêtông cốt thép:Coc bêtông cốt thép là kết cấu có chiêu dài lớn hon so với bé rộng tiết diệnngang, cọc được đóng hay thi công đồ tại chỗ vào lòng dat dé truyền tải trong côngtrình xuống các tầng đất đá sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu vềtrạng thái giới hạn.

_15-Đài coc là kết cau dùng dé liên kết các cọc lại với nhau va phan bố tải trọng

của công trình lên các cọc Nội lực của cọc do tải trọng kết câu phần trên truyền

xuống qua hệ đài bản chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ đài Cóthé phân ra làm đài tuyệt đối cứng va đài mềm trong tính toán thiết kế móng cọc.Coi đài móng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất cứng Dưới tác dụng của tảitrọng thì chuyển vị của các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hay là mặt catngam coc trước phăng sau vẫn phang) do đó thông thường cọc ở vị trí biên sẽ có nộilực lớn.

b Các dạng cọc trong đất nềnCọc đóng đứng: Khi công trình có tải trọng ngang không lớn người ta thườngđóng cọc theo phương đứng góc 90” so với mặt đất tự nhiên

Cọc đóng xiên: Khi công trình có tải trọng ngang lớn, cọc đóng đứng khôngđủ khả năng chịu lực ta có thể đóng cọc xiên Độ xiên của cọc giúp cọc tăng khảnăng chịu lực, khi tải ngang do lực thắng xe, do áp lực nước chảy trong vùng có ảnh

hưởng thủy triều, có thé đóng xiên 20° hoặc có thé hon tùy thiết bị đóng cọc

-16-Nhận xét:Qua tìm hiểu một số giải pháp vừa nêu trên tác giả nhận thấy để giải quyết tìnhtrạng sạt lở xảy ra nhiều nơi với mức độ khác nhau như hiện nay đồng thời vẫn tiếtkiệm được ngân sách nhà nước và đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế lẫn kỹ thuật, tácgiả đi sâu tìm hiểu về tường kè va cọc bê tông cốt thép trong việc chống sat lở chocông trình ven sông, đặc biệt là khu vực Quận Cái Răng, Thành Phố Can Thơ

Ví dụ:Trọng lượng của các lớp hoàn thiện (trát,lát ) cùng trọng lượng của banthân kết câu sàn bê tông cốt thép, là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu sàn bê tông cốtthép.

+Tải trọng khả biến (Tải trọng động)Là lực gây ra do các vật thể bên ngoài kết câu tác động vào kết câu côngtrình trong khi chúng đang chuyển động có hướng vào kết cau công trình Và gâyra gia tốc chuyển vị cho các phan tử của kết cấu

Thí dụ:Người di chuyền trên công trình kiến trúc sẽ là tải trọng động

+Tải trọng ngẫu nhiên

Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết câu không nhất định xuấthiện, nhưng hé xuất hiện thì hệ số rat lớn về thời gian duy trì tương đối ngăn Như

động dat, lực phá thổ, lực va đập

2.1.2 Phân loại tải trọng

* Áp lực nước

hoại dẻo chủ động, kí hiệu là Ea(KN/m)

+Khi đạt cực đại có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá

hoại dẻo bị động, kí hiệu là Ep(KN/m)

Tải trọng thi công như : ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neogiữa tường cừ tải trọng phụ do sự biến đối về nhiệt độ và sự co ngót của bê

tông gây ra Hệ số vượt tải của tải trọng phụ thuộc vào giai đoạn thi công đượclấy như sau:

Bảng 2.1: Hệ số vượt tảiSTT | Tải trọng và tác động Hệ số

vượt tải

| Trọng lượng bản thân của kết cấu 1.1 (0.9)

2 Áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh 1.1 (0.9)

3 Áp lực thêm của đất lên tường khi có vĩa đất nghiên 1.1 (0.9)

4 Áp lực ngang của đất khi đổ bê tông và truyền qua đất | 1.1 (0.9)

lên tường sau khi bê tông đông cứng5 Áp lực thêm không đều hướng ngang của đất lên tường | 1.1 (0.9)

- J0

-ngầm có mặt bằng hình tròn khi đất không đồng nhất

6 Ap lực thủy tinh lên tường hướng ngang và lên đáy | 1.1 (0.9)

hướng thẳng đứng7 Lực ma sát giữa tường và đất khi đẩy nổi công trình 1.1 (0.9)

8 Luc căng của neo: 1.1 (0.9)

+Dé chịu áp lực ngang của dat+Dé tạo phụ tải chống đẩy nổi công trình

Tải ngắn hạn 1.1 (0.9)

9 Ap lực đất phụ lên tường theo hướng ngang do tải trong | 1.1 (0.9)

trên mặt đất hoặc tường bị nghiên

10 Áp lực chủ động và bị động của đất 1.1 (0.9)

II Lực ma sát mặt bên khi hạ tường 1.1 (0.9)

12 Sức chống cắt của đất khi hạ tường 1.1 (0.9)13 Sức chống cắt của đất dưới đáy công trình (0.9)

Hệ số vượt tải trong ngoặc được dùng khi tính công trình lúc hạ, đẩy nổi và ổn

định chống trượt, khi tính theo biến dạng thì hệ số vượt tải nên lấy bằng 1.

*Tải trọng ngoài

Bao gồm tải trọng xe thi công, tdi trọng sử dụng và tải trọng tau thuyén,vv taitrọng này lấy bằng I5KN/m”

- 20

-2.2 Tính toán đối với tường chắn

Khi tính toán kết cấu chắn giữ, các áp lực tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của kếtcấu chắn giữ gồm áp lực đất, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực nàylàm cho kết cấu chắn giữ chuyển vị

2.2.1 Áp lực nước

Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn đất còn có áp lực nước của nước ngầm dưới

mặt đất, áp lực này gọi là áp lực thủy nh Eo(KN/m)

2.2.2 Áp lực đất chủ động

Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của áp lực đất đắp mà lưng tường dịch chuyểntheo chiều đất đắp Khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực đất tinh màgiảm dần đi, khi thế đất ở sau tường đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện

mặt trượt liên tục làm cho thế đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trị nhỏnhất, gọi là áp lực đất chủ động E,(KN/m)

2.2.3 Áp lực đất bị động

Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực mà di động theo chiều đất đắp.Khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực đất tinh mà tăng dan lên liêntục đến khi thế đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tụclàm cho thế đất ở sau tường bị chèn đẩy lên, khi đó áp lực đất tăng đến trị lớn

nhất, gọi là áp lực đất bị động E,(KN/m)

2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn

2.3.1 Phương pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn

Khi nền đất hay mái dốc đất dưới bờ kè bị mất ổn định, mọi điểm thuộc vùngtrượt đều nằmở trạng thái cân bằng giới hạn Ta có hệ phương trình cơ bản sau:

-

21-Xét bài toán phẳng, điều kiện để một phân tố đất có kích thước dx, dz (hình 2.1)

& trạng thái cân bằng tinh:

| Tzx+(OTzx/dx)dx+X | |dz mm.

+ dx Ox+(d0x/dx)dx

Txz+(OTxz/dz)dz7 Oz+(d6z/dz)dz

Ỷ

Hình 2.1: Thành phan ứng suất của phân tố đấtBiểu thức (2.1) có thể viết dưới dang các thành phần ứng suất o,, ơ,, tT,trong điều kiện bài toán phẳng như sau:

(ơ,—ø,)2+4.r,„ˆ=(ø,+ø,+ 2.c.cotg¢@ )2.sin2 9 (2.3)

Theo định luật đối xứng của ứng suất tiếp, ta c6: 7, =7,,

trên [7]:

- Phương pháp của V.V Socolovski:

Giáo sư Socolovski đã biến đổi hệ phương trình (2.4) từ dạng phương trình viphân đạo hàm riêng về dạng phương trình vi phân thường Sau đó áp dụngphương pháp sai phân hữu han để giải Đây là một trong những lời giải chặt chẽ,tìm ra được họ phương trình mặt trượt và tải trọng giới hạn tác dụng lên nền

- Phương pháp của V.G Berezanxev:Giáo sư Berezanxev đã áp dụng lời giải của Socolovski cho bài toán không

gian Bằng các thí nghiệm nén đất đến tải trọng giới hạn cho thấy dưới đáy mónghình thành nêm đất nén chặt Sự hình thành nêm đất này chủ yếu do ma sát giữa

_23-đất và đáy móng tạo nên Căn cứ trực tiếp vào kết quả thí nghiệm nén _23-đất,Berezanxev đã kiến nghị hệ thống mặt trượt cho các trường hợp móng băng vàmóng tròn Từ phương trình hệ thống mặt trượt kiến nghị kết hợp với các phương

trình cân bằng và điều kiện cân bằng giới hạn, Berezanxev đã tìm được lời giải

- Phương pháp của K Terzaghi:

K Terzaghi cũng dựng các mặt trượt dựa trên giả thiết nền là môi trườngkhông trọng lượng (+ =0), nhưng sửa đổi kích thước vùng ứng suất chủ động cho

phù hợp với các kết quả thí nghiệm nén đất Theo đó, trong vùng ứng suất chủđộng đất bị nén chặt và dính kết với móng tạo thành nêm đất có dạng tam giác

cân với góc ở đáy là ¿ Các mặt trượt được xác định tương tự như trong phươngpháp của Reissner.

- Phương pháp của P.D.Evdokimov-C.C.Goluskevit:

Nội dung của phương pháp là xác định đường bao của khối trượt với giả thiết

nền là môi trường không trọng lượng Sau đó dựa vào điều kiện cân bằng giới hạncủa từng khối trượt có kể đến trọng lượng bản thân đất để xác định tải trọng giớihạn tác dụng lên nền

2.3.2 Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm dan hồi biến dạng cục bộ

theo phương ngang (lý thuyết tinh dam đàn hồi theo hệ số nền Winkler)Cách tính của phương pháp này là phương pháp giải tích (xây dựng phươngtrình vi phân trục uốn của dầm kết hợp với quan hệ giữa ứng suất và bién dạng détìm được chuyền vi cọc và nội lực phat sinh trong cọc) hoặc mô hình theo phươngpháp phân tử hữu hạn (sử dụng mô hình gối lò xo) Phương pháp này xác định đượcđộ chuyển vị của tường coc bản, nội lực trong tường Tuy nhiên, chỉ xét đến các lòxo nằm trong phạm vi phân bố tải trọng mới bị biến dang, không xét đến ảnh hưởngcủa tải trọng bên đến chuyển vị của điểm đang xét Việc tính toán là phức tạp doviệc xác định hệ số nên theo chiều sâu là phức tạp và lý thuyết áp lực đất lên tườngmém chưa được nghiên cứu day đủ như tường cứng Phương pháp này chỉ xét đến

PRIS KKX/ VY Lò xo dan hồi

Hình 2.2 Mô hình tính toán tường cọc bản với nên biến dang cục bộTa xem tường cọc bản căm vào đất là đầm đặt trên nền đàn hồi cục bộ xoay 90°.Mối quan hệ giữa cường độ áp lực đất tác dụng lên tường và chuyển vị củatường (hay chuyền vị ngang của dat):

p(Z) = k-y(z) (2.5)

trong do: k — hệ sô nên Tuy theo quan diém tính toán cua môi nhà bác học, hệsô nên k được xem như phụ thuộc vào loại đât nên, chiêu sâu, kích thước móng, vậtliệu móng.

Theo tiên sỹ E.Rausch và nhà bác học O.A.Xavinôv, hệ sô nên k phụ thuộc vàomodul biên dạng của nên, diện tích day móng và tỷ sô các cạnh day mong.

Theo quy phạm của Liên Xô cũ: hệ số nên tăng tuyến tính theo chiêu sâu:

_25-k=mz (2.6)

m: hệ sô tỉ lệ của hệ sô nên, được xác định từ thí nghiệm đôi với mỗi loại đất

z: độ sâu kê từ cao trình nên.Theo Versic, hệ sô nên k được tính theo công thức:

Trong thực tế hệ số nền thường được tính theo công thức:

EJ — độ cứng của tường cọc bản Urban đã tìm ra lời giải dưới dạng sau:

Yo Qo: chuyển vị ngang va góc xoay của tường tại mặt dat

4A, B®, C2, D,“): là các hàm ảnh hưởng phụ thuộc toa độ z = a.z

ổ„,`: chuyển vị ngang do Hy = 1 gây raổ,„: chuyển vị ngang do My = 1 gây raổ„„`: chuyển vị xoay do Hy = 1 gây ra6,,°: chuyển vị xoay do My = 1 gây ra

_28-Sau khi tìm được chuyển vị ngang của tường y(z) ta xác định được áp lực ngangcủa dat tác dụng lên tường theo phương trình p(z) = k.y(z)

2.3.3 Phương pháp 3: Phương pháp phan tử hữu han

Hiện nay chỉ có một số rat hạn chế các bài toán theo mô hình này được giảibang giải tích do tính phức tạp của nó va thường chỉ được các nha toán học quantâm Trong khi đó các lời giải theo phương pháp số, đặc biệt là phương pháp phântử hữu hạn với sự trợ giup cua máy tính điện tử, đã phat triển rất mạnh và được sửdụng ngày càng rộng rãi Do tính chính xác, nhanh chóng và đa năng nên tất cả cáckỹ sư thiết kế déu quan tâm đến phương pháp này

Phương pháp này xét đến độ cứng của tường cọc bản, xem tường có độ cứnghữu hạn Dat và tường được mô hình hoá thành một khối, khối nay được phân thànhcác phần tử riêng rẽ và sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn để giải Trong đó,tường được chia nhỏ thành các thanh chịu uốn, nên đất trước và sau lưng tườngđược phân chia thành các phan tử tam giác hoặc tứ giác phăng, tương tác giữa datvà tường được mô hình băng các phân tử tiếp xúc để bài toán được liên tục

Ngoài việc xác định áp lực đất tác dụng lên tường còn xác định được cảchuyển vi của tường, chuyển vi thắng Việc tính toán theo hướng này cho kết quagan với thực tế hơn

Trong phương pháp phan tử hữu hạn, miền cần khảo sát sẽ được chia thànhmột số hữu han các miễn con, gọi là các phan tử Các phan tử này liên kết với nhautại các điểm định trước trên biên gol là các nút Các ham xấp xỉ được lựa chọn biểudiễn qua giá trị của hàm tại các điểm nút trên phan tử Các giá trị này được gọi làbậc tự do của phần tử và chính là ân cần tìm của bài toán Trình tự phân tích đượcthực hiện như sau:

- Bước 1: Rời rac hóa miễn khảo sát- Bước 2: Chon ham xấp xỉ thích hop- Bước 3: Thiết lập ma trận độ cứng phân tử và vecto tải phan tử- Bước 4: Ghép nối ma trận độ cứng được kết quả là hệ phương trình

Khái niệm cơ bản hình thành mô hình dựa trên quan hệ giữa £¡ va độ lệchứng suất q từ thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ thóat nước do Konder đẻ xuất Ứngvới một giá trị o; , độ cứng của dat sẽ giảm tương ứng với biến dang dẻo phát triển.

Do việc xác định E¡ khó khăn hơn nên đề nghị chọn thông số Es) dé thay cho

Độ lệch ứng suất pha hoai : qd; = Osiny (p +ccot gp) (2.16)

3—sinø

q, = (2.20)

R,

trong đó p'= = — _® (2.21)Module biến dang E50:

Ey, = Em! O35 Or 5? (2.22)

o;° +ccot gp

Module bién dang khi nén lai — no:Đôi với đường ứng suât nén lại và nở, module biên dạng phụ thuôc vào ứngsuất theo quan hệ sau:

— pre | 0; +CCOt g0 "E,, = Em | — (2.23)

o, +ccotg@

- 30

-2.4 Theo dự báo sức chịu tải của Broms (1964)

Lời giải của Broms: từ nhiều thực nghiệm Broms đưa ra tóm tắt ứng xử cọc chịu tảitrọng ngang gôm loại đầu cọc ngàm vào đải cứng và dau cọc tự do Quan hệ giữa áplực ngang của đất lên cọc và chuyển vị ngang của cọc là quan hệ tuyến tính.

Trong trường hợp cọc rat ngan — dau coc ngam có moment uốn cực dai tai đầu cọcgây thớ căng trong thân cọc phía áp lực đât bị động

Trong trường hợp cọc ngắn và dài — đầu cọc ngàm có moment về hai hướng gầntương đương.

Các trường hợp cọc chịu tải ngang đóng trên nến cát có đặc điểm moment gầngiông nên sét, nhưng áp lực đã lên cọc thay đôi theo chiêu sâu.tât cả các thựcnghiệm đêu cho thay tat cả các cọc dài chịu tai ngang, có khớp dẻo, moment uôntrong cọc sau khi đạt cực đại có khuynh hướng giảm theo chiêu sâu.

*Các bước tính toán:Bước 1: Tính hệ số nền K¡¡=(n¡: nạ *80*qu)/BTrong đó : q, : Sức kháng nén đơn một trục của dat

B: cạnh hoặc đường kính cọcGia trị nạ, nạ tra trong bảng 5.3[7]Bước 2:

Hiệu chỉnh hệ số K,=(0.17 đến 0.33)K¡¡Bước 3:

Xác định moment cực han mà vật liệu cọc có thé chịu đựng đượcMy=R›;*W

W: moment chống uốn của tiết điện cọcBước 4

Xác định xem cọc ngắn hay cọc đài trong đất đính

ÍK, * D

ñ,=Ñ ° AEI

-31-B,L 33 Cọc đài8„L<2: Cọc ngắn2S BL SS Coc trung binh

Bước 5Sử dụng giản đồ đê tìm sức chịu tải của coc

Med°y'K,

h | ye A /|/ Ay \/

01248168 32 % Jd

Hình 2.3 So đồ tim QO, của cọc ngắn trong đất dính

Bước 6Sức chịu tải ngang cho phép tối đa:

_9.

Qa = F

Bước 7Sức chịu tải ngang cho phép Q, cho phép tinh theo chuyển vị ngang yạ;