Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá khả năng ổn định và biến dạng công trình kè Hòa Bình - Bạc Liêu

Kết quả phân tích của dé tài là kinh nghiệm quýbáu trong tính toán thiết kế loại hình công trình đặc thù và quan trọng nảy.Mục đích của đề tài: Đánh giá khả năng 6n định công trình bờ kè

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINHTRUONG DAI HOC BACH KHOA

TRAN TUAN

PHAN TICH DANH GIA KHA NANG ON DINH VA BIEN

DANG CONG TRINH KE HOA BINH - BAC LIEU

Chuyén nganh: Dia ky thuat xay dungMã số: 605861

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 06 năm 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCMCán bộ hướng dẫn khoa học: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ky)

Cán bộ châm nhận xét Ï: - - 2S S21 S21 1531311551551 151 1511511551151 1 81151 ke nxến

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ky)

e8 aa:a .dqdag

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi và chữ ky)

Luận văn thạc si được bảo vệ tại Trường Dai Học Bach Khoa, DHQG Tp.HCM ngày tháng năm 2014.

Thành phan đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc si)

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRAN TUẦN MSHV: 12860433Ngày, tháng, năm sinh: 17/02/1984 Nơi sinh: BAC LIEUChuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (CT) Mã ngành: 6058611 TEN DE TÀI: PHAN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ON ĐỊNH VA BIEN DANGCONG TRINH KE HOA BINH - BAC LIEU

2 NHIEM VU LUAN VAN:- Tinh toán, phân tích đánh giá 6n định va chon lựa giải pháp công trình kè HòaBình - Bạc Liêu bằng phương pháp giải tích

- M6 phỏng đánh giá khả năng 6n định công trình trong điều kiện làm việc đồngthời của cọc va bản bêtông băng phần mém Plaxis 2D

- _ Kết luận và kiến nghị: từ kết quả tính toán băng giải tích và mô phỏng bằngphần mềm Plaxis 2D rút ra những kết luận của công trình và ghi nhận kinh nghiệmcho các thiết kế khác

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/20144 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/20145 HO VÀ TÊN CAN BO HƯỚNG DAN: TS BÙI TRUONG SƠN

Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2013CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS Bùi Trường Sơn PGS.TS Võ Phán

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠNTôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sac đến người thay đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho tôi lòng đammê nghiên cứu khoa học: TS Bùi Trường Sơn.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thay cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, nhữngngười đã truyền dat cho tôi hiéu được phương pháp tiếp cận và giải quyết van dé mộtcách khoa học, đây là hành trang quý giá mà tôi sẽ luôn gìn giữ sau khi ra trường vàlàm việc.

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gianhọc tập và làm luận văn tốt nghiệp vừa qua

Trân trọng!

Học viên

Trần Tuân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tdi.Các sô liệu, kêt quả nêu trong luận van là trung thực và chưa từng được ai côngbồ trong bat kỳ công trình nào khác

Tác giả

Trần Tuân

TÓM TAT

Phân tích đánh gia khả năng 6n định và biến dạng

công trình kè Hòa Bình - Bạc Liêu

Trong tính toán công trình kè, việc tính toán các câu kiện và 6n định mái dốcthường được thực hiện riêng rẽ Việc mô phỏng và phân tích sự làm việc đồng thờicủa các cầu kiện cho phép làm rõ vai trò của từng câu kiện và đánh giá khả năng Ổnđịnh hợp lý hơn Kết quả phân tích của luận văn cho thấy việc chọn lựa các cau kiệncó thé gây một số bat lợi cho khả năng ổn định tổng thé của công trình Đây cũng làkinh nghiệm can thiết trong tính toán thiết kế các công trình kè ở khu vực có đấtvêu.

Analysing and evaluating stability and deformation

of Hoa Binh jetty in Bac Lieu province

In design of jetty, calculation of detail of construction and slope stabilityusually carries out separately Simulation and analysis of combined operation ofconstruction details allow to determine role of every detail and evaluate stabilitymore reasonable.

Analysis results of the thesis show, that choice of details may causedisadvantage for total stability of construction.

These are the necessary experiences in design jetty in the soft soil area.

MỤC LỤC

MỞ DAUTính cấp thiết của dé tài c cSxSE1 E1 E11 111111 E1 Ha |Muc dich ¡r6 aăãa.:: -:‹t 2Phương pháp nghién CỨU - - c2 220222011021101110 10111121 1 118 1 111188 1n ray 2CHUONG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNHTOÁN ON ĐỊNH MAI DOC KE

1.1 Tổng quan về một số dang công trình bảo vệ bờ kè trên đất yéu 31.2 Các nguyên tắc cơ bản tính toán Ổn định công trình kè - 2555: 8

CHUONG 2 PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN ON ĐỊNH BO KE VEN KENH TRENDAT YEU

2.1 Phuong phap tinh toan ôn định mái dốc căn cứ trên cơ sở trạng thaiCOTO oF 10 02a 2108:7102 —— Q4 162.2 On định của nên đất dap trên dat yếu ven kênh + 2+ +xsx+x+zrersrs2 232.3 Ôn định bản bê tông gia cỗ mái bờ kè và hệ cọc chịu tải trọng ngang 342.4 Nhận xét chương - Q12 2.11 S SH SH n TH TT TT TT k KT khe 47CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KET CẤU CONG TRINH BO KE KENH HÒA BINH -TINH BAC LIEU

3.1 Giới thiệu về sự can thiết xây dựng công trình va điều kiện địa chất công

3.2 Cơ sở thiết kẾ -.- 21 2121211101111 re 503.3 Tính toán và kiểm tra Ôn định của tường chắn + s2scsE +2 szrersre 523.4 Phân tích kết cấu và điều kiện thi công dé chọn lựa phương án cho côngtrình kè Hòa Binh (Bạc LLIÊU) + + c2 227 222221121111 111 11 8 3 111511111111 na 593.5 Mô phỏng, đánh giá công trình bờ kè kênh Hòa Binh (Bạc Liêu) bằng phan mémed ằằăă HH .Ỏ 673.6 Kết luận chương tt SE S2 1211111121111 1101011111 EE 11111 111g 21H ng 83

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - 1S 2 E1 SE SE 1E SE HH tưynTÀI LIỆU THAM KHẢO

Tính cấp thiết của đề tài:

Khu vực công trình kè chống sạt lở hai bên bờ kênh Hòa Bình năm trongtuyến kênh xáng Cà Mau - Bạc Liêu, là kênh cap 3 do Trung ương quản lý Kênh cóchiều rộng trung bình từ 38 + 45m, chiều sâu g1ữa kênh từ -2,0 + -2,5m Day là mộttrong những trục giao thông thủy chính của thị tran Hòa Bình năm trên tuyến kênhchính đi từ Thành phố Ca Mau đến Thanh phố Bạc Liêu và kênh Hòa Bình nối kênhCái Cùng đi ra biển nên số lượng tàu thuyền qua lại trên kênh hàng ngày rất lớn.Dân cư sinh sống dọc tuyến kênh Hòa Bình phía Quốc lộ 1A đông đúc với nhà cửasan sát, lan chiếm ra lòng kênh làm thu hẹp dòng chảy Phân lớn các công trình lànhà tạm, nhà sàn Các công trình nhà cửa đều xây dựng kè tạm băng bê tông, nhấpnhô, nha tạm bên bờ kênh thì được xây dựng trên cir tram, gỗ cây chap nối nghiênglệch, nguy hiểm va gây mat mỹ quan đô thị

Hàng năm, hiện tượng sạt lở bờ thường xuyên xảy ra đe dọa đến an toản tínhmạng của người dân và tuyến đường liên xã, huyện ven kênh Do đó, việc lênphương án, giải pháp tính toán xây dựng bờ kè hai bên bờ kênh Hòa Bình là cần

thiết và quan trọng nhằm ngăn chặn tình trạng sạt lở bờ kênh, đảm bảo sự an toàn,

ồn định các công trình kiến trúc, phòng tránh những thiệt hại vé tai sản, tinh mạngcon người do sạt lở bờ kênh hàng năm gây ra.

Do đoạn kênh Hòa Bình là đoạn kênh tương đối thăng, nguyên nhân sạt lởchính là do co hẹp dòng chảy và tàu thuyén qua lại nên chọn hướng công trình làkhông tác động gi đến dòng chảy chính, chi tăng khả năng 6n định của bờ băng cáchbọc cho bờ một lớp áo che chở cho bờ đất mềm yếu phía trong Giải pháp công trìnhtrong trường hợp này được ưu tiên chọn lựa là kè kết hợp tường chăn đất

Khu vực kênh rạch có địa hình rất thấp nên trong xây dựng cần thiết phải tiễnhành nạo vét, làm sạch đất tạp và san lấp Dưới tác dụng của đất đắp san lấp, quátrình có kết diễn ra trong dat nên có thé gây biến dạng và tác động đến độ 6n địnhtông thể của bản bê tông cốt thép và hệ thống cọc giữ bồ trí ven kênh

Việc đánh giá khả năng ổn định công trình kè kết hợp với tường chắn dat ởkhu vực có lớp dat yếu có bề dày đáng ké như ở khu vực Hòa Bình - Bạc Liêu có ýnghĩa thực tiễn do đây là loại hình công trình có số vốn dau tư cao và công tác xâydựng phức tạp do cấu tạo địa chất Kết quả phân tích của dé tài là kinh nghiệm quýbáu trong tính toán thiết kế loại hình công trình đặc thù và quan trọng nảy.

Mục đích của đề tài:

Đánh giá khả năng 6n định công trình bờ kè ven kênh trên đất yếu trong điềukiện làm việc đồng thời của cọc và bản bê tông cốt thép gia cố mái dốc Việc tínhtoán đánh giá được áp dụng thực tế bên bờ kênh Hòa Bình - Bạc Liêu

Phương pháp nghiên cứu:

- Tính toán thiết kế các câu kiện cơ bản của công trình kè trên hệ cọc kết hợpbản bê tông chịu tác dụng tải trọng san lấp

- Mô phỏng kiểm tra dé đánh giá khả năng 6n định và mức độ biến dang vàbiến dang theo thời gian công trình kè bang phần mém Plaxis

- Phân tích so sánh các kết quả tính toán nhằm rút ra các nhận định vềphương pháp tính hợp lý cũng như tính hợp lý trong chọn lựa các cấu kiện côngtrình.

_3-CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU TÍNH

TOÁN ON ĐỊNH MAI DOC BO KE

1.1 Tổng quan về một số dạng công trình bảo vệ bờ kè trên đất yếuCông trình bờ kè là một trong những phương pháp thường được sử dụng đểbảo vệ các công trình ven kênh phố biến khá nhiều trong nước Trong thực tế, docông trình ở khu vực này năm trên lớp đất yếu có bề day đáng kể, việc san lấp trựctiếp lên nên đất yếu gây độ lún lớn dẫn tới mat 6n định bờ hay chuyền vị trượt quágiới hạn Điều này gây nhiều thiệt hại và việc khắc phục hậu qủa gặp nhiều khókhăn Do đó, trong tính toán công trình bờ kè ven kênh, 6n định mái dốc công trìnhbờ kè là van dé quan trọng hang đâu can phải xét

1.1.1 Các dang mặt cắt ngang công trình bờ kèTrong thực tế xây dựng công trình bờ kè, thường gặp các dạng mặt cắt ngangcủa địa hình như sau (hình 1.1):

> Bờ kè dạng thang đứng (a): khối lượng xây lắp lớn nhưng tiện lợi khi sửdụng đặc biệt ở những nơi có lòng kênh sâu Loại này được sử dụng rộng rãi ởnhững nơi có nhiều tàu thuyén qua lại và chiếm diện tích không đáng kể

> Bờ kè nghiêng (b): đơn giản và rẻ tiền nhưng không thuận tiện cho việckhai bảo vệ thác và sử dụng Loại kè này chủ yếu dùng bờ

> Bờ kè hỗn hợp nửa nghiêng nửa đứng (c) và (d): được sử dụng ở những nơicó mực nước thâp hoặc mực nước cao kéo dai trong năm.

Kk xX XšX

() (0)

Hình 1.1 Các dạng mặt cắt ngang công trình bờ kè1.1.2 Tổng quan về kết cau công trình bờ kè

Cau tạo các bộ phận bờ kè thông thường gồm 3 bộ phận chính, kết cauđỉnh mái, kết cấu mái và kết câu chân khay (hình 1.2)

BINH MAI NỀN BƯỜNG

Hình 1.2 Cấu tạo các bộ phận của kết câu bờ kè

> Kết cấu đỉnh mái:

_5-Đỉnh mái kết hợp với các công trình phụ trợ: bích neo, kết cấu nền đường Vật liệu làm đỉnh mái thường cùng loại vật liệu làm đường phía trong và mái phíangoài Các giải pháp thường dùng là:

- Đá hộc xây với chiều dày lớn hơn hoặc bang chiều day của nên đường phía

+28.8

Tấm BTGT

2.0x2.0x0.25+22.8

Hinh1.4 Bờ kè có đỉnh va mái là các tam BTCT- Khối bê tông hoặc các khối trọng lực khác kết hợp với các công trình phụ trợ

-3.000 <

SOR ROR ROR X ORO

Hình 1.5 Bờ ke có thang lên xuống đặt cạnh các bích neo- Kêt câu cọc hoặc cừ trong các trường hợp có đường ray đặt dọc theo bờ kèhoặc đặt các thiệt bị khác có yêu câu phải gia cô vì nên đât không được tôt phải xửlý theo kêt câu móng sâu Kêt câu loại này thường được sử dụng trong các côngtrình bờ kè cảng.

> Kêt câu mái:

Mai là bộ phận cot lõi của kêt câu bờ kè, kêt cau mái phụ thuộc vào độ dôcmái vừa đề tạo ra thê ôn định tông thê vừa dé duy trì các ôn định cục bộ chong lạimọi tác nhân bên ngoài: tải trọng tàu, dòng chảy, tải trọng của nước ngâm, áp lựcdat và các nguyên nhân khác như các tác nhân xói lở, tao mỹ quan

Yêu câu chung của kêt câu mái không doi hỏi quá kiên cô, thiệt kê thi côngtrên nguyên tac tận dụng triệt đê các vật liệu địa phương, cũng như khả năng thicông tại chỗ Dưới đây là một số kết câu mái phô biến

- Đá hộc lát một lớp hoặc hai lớp phía trong có tầng lọc ngược (hình 1.6).- Mái băng bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước 200x200x25cm hoặc bangcác tâm BTCT đồ tại chỗ (hình 1.7)

Hình 1.6 Cấu tạo mái bờ kè(a) Băng một lớp đá hộc; (b) Băng hai lớp đá hộc; (c) Bằng khối BTCT

10_ 40

GrGr\\

1:1 -> 1:1.5.- Ở những noi hiếm vat liệu xây dựng chân khay được thiết kế bang các loạikết cau trong lực như chuông gỗ, khối chồng BTCT

- Ở những vùng đất yếu chân khay thường làm bằng cừ hoặc cọc BTCT hạxuống đến tang dat tốt

Bản chat việc tính toán ổn định tổng thé là kiểm tra ôn định của nên đất có xétđến ảnh hưởng chống trượt của các cấu kiện mà mặt trượt cắt qua, chống lại các tảitrọng và tác động gây mắt ồn định công trình [7].

Tính toán ổn định tổng thé là xác định hệ số an toàn ôn định của công trìnhlàm việc đồng thời với nền đất Thông qua hệ số an toàn 6n định để đánh giá khảnăng giữ được trạng thái làm việc bình thường của công trình trong mối tương tácvới môi trường xung quanh Hệ số an toan ôn định được mở rộng theo các hướng

Sau:

- Theo tương quan giữa lực chống trượt và lực gây trượt.- Theo các đặc trưng cường độ của nên dat.

Tổng các lực gây trượt và lực chống trượt được xác định tùy thuộc vào phươngpháp tính ôn định Các lực này có thể là mômen, lực, hoặc theo một trạng thái ứngsuất của nên đất.

+ Tổng lực gây trượt: Ri = Ra + RipRia — lực gay trượt do khối đất tao ra

Rip — lực gây trượt do tải trọng ngoài như: hoạt tải (tai trọng hang hoa, thiết bị),

áp lực sóng, áp lực nước, áp lực nước lỗ rỗng gây ra

+ Tổng lực chống trượt Rg = Rea + RecRea — luc chống trượt (lực giữ) do khối dat tạo ra thông qua góc ma sat trong,lực dính và dung trọng đất

Rg, — lực chống trượt (lực giữ) do nên cọc tạo ra khi mặt trượt đi qua nên cọc,hay nói cách khác là lực kháng trượt được tạo ra do kết câu

ˆ* Hệ số an toàn ồn định tính theo các đặc trưng cường độ của nên dat.Biêu thức tính toán hệ sô an toàn ôn định:

ID sa (1.2)

-

10-Trong đó:T - tông ứng suất tiếp thực tế trên mặt trượt.T onTM tong ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt, xác định theo điều kiện cânbằng giới hạn của Coulomb z „ =Øg@+c

Hệ số an toàn 6n định của công trình tính theo hướng này về bản chất là coi hệsố an toàn 6n định của công trình cũng là hệ số an toàn ồn định của phan nên datnăm dưới công trình Công trình ôn định được là nhờ nên, nền 6n định được là nhờsức chống trượt của từng phân tổ đất Công trình được coi là 6n định khi F >|Z,]:trong đó [#¿ | là hệ số an toàn ổn định cho phép, phụ thuôc vào các yếu tố:

- Tầm quan trọng của công trình cụ thể là cấp công trình.- Tải trọng và to hợp tai trọng tính toán

- Điều kiện làm việc của công trình.- Độ tin cậy của các kết quả thí nghiệm khảo sát nên dat và các yếu tố khác.> Phương pháp tính theo lý thuyết cân băng giới hạn

Khi nên dat hay mái dốc dat đưới bờ kè bị mắt 6n định, mọi điểm thuộc vùngtrượt đều nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn Ta có hệ phương trình cơ bản sau:

Xét bài toán phang, điều kiện để một phân tố đất có kích thước dx, dz (hình1.9) ở trang thái cân băng tinh:

Oo, OT,, =>OZ Ox (1.3)Co, OT,

+ =0Ox OZ

Nếu phân tố đất năm trong trạng thái cân băng giới han thi các thành phan ứngsuất chính phải thoả mãn điều kiện cân băng:

sing = 1793 (1.4)

Ơi +Ø; +2.c.cot gọ

-

[Ï-Trong đĩ:ơ, và o, - các thành phan ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhat

c, ø - lực dính và gĩc ma sát trong của dat

0 xX

OzTxz

Tzx+(STzx/dx) dx-Øx Toy dx | Ox+(00x/dx) dx„| |dz —

Txz+(OTxz/dz) dz: Ơz:(ưØz/Ưz)dz

y

Hình 1.9 Thanh phan ứng suất của phân tơ đấtBiểu thức (1.4) cĩ thé viết dưới dạng các thành phần ứng suất o,, o,, tT,trong điều kiện bài tốn phăng như sau:

-12-Phương pháp giải: giải hệ phương trình cơ ban (1.6) bang cách đưa vào cácđiều kiện biên, ta xác định được chính xác về mặt toán học hình dang các mặt trượtvà trạng thái ứng suất của các điểm trên mặt trượt Nhưng trong thực tế việc giảitrực tiếp hệ phương trình cơ bản (1.6) gặp nhiều khó khăn Người ta đã có gắng biếnđổi đưa hệ phương trình nay về các dạng khác nhau dé giải Nhiều khi dé đơn giảntính toán, phải thêm vào một số giả thiết để đưa bài toán về dạng đơn giản, dễ giải

Sau đây là một số phương pháp giải gần đúng hệ phương trình cơ bản trên [7]:- Phương pháp của V.V Socolovsk1:

Giáo sư Socolovski đã biến đổi hệ phương trình (1.6) từ dang phương trình viphân đạo ham riêng về dạng phương trình vi phân thường Sau đó áp dụng phươngpháp sai phân hữu hạn để giải Đây là một trong những lời giải chặt chẽ, tìm ra đượchọ phương trình mặt trượt và tải trọng giới hạn tác dụng lên nên

- Phương pháp của V.G Berezanxev:Giao sư Berezanxev đã áp dụng lời giải của Socolovski cho bài toán khônggian Băng các thí nghiệm nén đất đến tải trọng giới han cho thấy dưới đáy monghình thành nêm dat nén chat Sự hình thành nêm đất này chủ yếu do ma sát giữa datvà đáy móng tạo nên Căn cứ trực tiếp vào kết quả thí nghiệm nén đất, Berezanxevđã kiến nghị hệ thống mặt trượt cho các trường hợp móng băng và móng tròn Từphương trình hệ thông mặt trượt kiến nghị kết hợp với các phương trình cân bằng vàđiều 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 gia thiết nền là môi trườngkhông trọng lượng (z = 0), nhưng sửa đổi kích thước vùng ứng suất chủ động chophù hợp với các kết quả thí nghiệm nén đất Theo đó, trong vùng ứng suất chủ độngđất bị nén chặt và dính kết với móng tạo thành nêm đất có dang tam giác cân vớigóc ở đáy là @ Cac mặt trượt được xác định tương tự như trong phương pháp củaReissner.

- Phuong phap cua P.D.Evdokimov-C.C.Goluskevit:

-

13-Nội dung của phương pháp là xác định đường bao của khối trượt với giả thiếtnên là môi trường không trọng lượng Sau đó dựa vào điều kiện cân băng giới hạncủa từng khối trượt có kế đến trọng lượng bản thân đất để xác định tải trọng gidihạn tác dụng lên nên

- Phương pháp tính theo mặt trượt giả địnhTheo kết quả quan trắc thực tế và kết quả thí nghiệm, các trường hợp mái dốcbị mat 6n định cho thấy nên đất bị day trượt theo những mặt trượt nhất định.Phương pháp dùng mặt trượt giả định không giải quyết van dé tìm hình dạng củamặt trượt mà gan cho mái dốc các mặt trượt khả di (theo kinh nghiệm) có thé xảyra, dé từ đó tìm ra hệ số an toàn ổn định chống trượt Tổng hợp các mặt trượt kha diđó, có thé tìm được mặt trượt bat lợi nhất tương ứng với hệ số an toàn ôn định nhỏnhất (Fs„„) để đánh giá khả năng ổn định của công trình

Trong số các mặt trượt kha di nhất có thé xảy ra khi công trình mat bị 6n địnhlà mặt trượt cung tròn và mặt trượt gãy khúc, trong đó mặt trượt gãy khúc có dạngbat kỳ và có thé coi là dang mặt trượt tong quát Tùy theo cấu trúc địa tang của nênđất mà công trình có thể xảy ra theo một trong hai dạng mặt trượt trên Việc xácđịnh hệ số an toàn 6n định cho mỗi mặt trượt thường được thực hiện theo hai cách

Sau:

- Cách 1: thử đúng dan vòng tròn ma sat dé tìm ra hệ số Fsmin Phương phápnày chỉ được sử dụng trong trường hợp giả thiết mặt trượt là cung tròn và chỉ thíchhop cho nên dat đồng nhất Trong các trường hợp nên đất không đồng nhất và tảitrọng phân bồ phức tạp, việc sử dụng phương pháp này sẽ gap khó khăn do việc xácđịnh tong lực ma sát va luc dính trên mặt trượt phức tạp Mat khác theo phươngpháp nay, với mỗi mặt trượt giả định ta phải thử dan để tìm ra hệ số an toan ổnđịnh, do vậy phương pháp này it được sử dụng.

- Cách 2: phân mảnh khối trượt, đây là thủ thuật được sử dụng chủ yếu để xácđịnh hệ số an toàn 6n định cho các dang mặt trượt khác nhau

Quá trình biến dạng của đất yêu năm dưới đất dap thường xảy ra quá trình biếnđồi thé tích (giảm hệ số rỗng do nước thoát ra) và đa số các trường hợp phù hop lýthuyết cô kết thấm.

> Ôn định hệ tường gia cố bờ kè chịu tải ngangHệ gia cô mái bờ kè có nhiệm vụ duy trì ồn định của khối đất sau tường và hệkết câu gia cỗ mái Tường có thé bị mat ổn định do trượt, do quá trình lún xuốngsau tường tạo ra lực đây ngang vào thân tường Tường tính toán là tường chịu tảitrọng ngang Ôn định hệ tường cọc bản ven kênh được dé cap la mong coc chiu tacdụng của tải trong ngang va áp lực dat lên tường chan dat

> Ôn định của kết câu máiTrong tính toán Ổn định của hệ kết câu mái gia cố mái dốc cân xét đến:- Kha năng trượt của kết câu mái theo mái dốc của khối dat đắp, phương pháptính toán dựa trên ma sat giữa dat và vật liệu kêt câu mai.

> On định của nội lực bản thân kết cấu gia cố mái theo các trạng thái xuấthiện vết nứt (giới hạn 3) và biến dạng (giới hạn 2) theo các phương pháp tính toánkết cầu bê tông cốt thép

1.3 Nhận xét chương

Việc tính toán công trình kè trên đất yếu bao gồm nhiều yếu tố tổng hop: tinhtoán ôn định mái dốc bờ, đánh giá ước lượng độ lún của khối san lấp sau kè, đánhgiá khả năng ổn định của hệ tường chan kè, đánh giá khả năng chịu tải trọng ngangcủa khối dap lên hệ cọc bên dưới tường kè Việc tính toán được thực hiện theo các

Nội dung chính của luận văn định hướng theo các phương pháp đã có và phântích so sánh các kết quả tính toán nhăm rút ra các nhận xét có ích cho giải phápcông trình kè bảo vệ ở khu vực có lớp đất yêu như ở Bạc Liêu.

-16-CHUONG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH BO KE VEN KENH

TREN DAT YEU

Việc tính toán 6n định bờ kè ven kênh bao gdm cac van dé sau: 6n dinh maidốc, ồn định hệ tường chăn, ồn định dat đắp trên đất yếu ven kênh

2.1 Phương pháp tính toán ỗn định mái dốc căn cứ trên cơ sở trạng thái cânbằng giới hạn

2.1.1 Phương pháp cung trượt hình trụ tròn - phương pháp FelleniusFellenius sử dụng mặt trượt dang trụ tròn va phân chia khối đất thànhn mảnh nhỏ để tính toán Theo Fellenius, lực tương tác giữa các mảnh bằng nhau vàngược chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, vì vậy bỏ qua tương tác giữa các mảnh [12]

Sơ đồ lực ban dau của Fellenius chỉ gồm trọng lượng ban thân, phan lực củađất nền lên mảnh phan tổ va sức kháng trượt dọc theo mặt trượt Để có thể xét thêmảnh hưởng của ngoại lực, ta đặt thêm lực Q là tổng tải trọng ngoai trong phạm vimảnh phân to

Xét một cung trượt tròn có tâm bat kỳ như trong hình 2.1 hệ số 6n định F, cóthé xác định như sau:

ct i=l (2 1)

Trong do:r - ban kính cung trượtd - khoảng cách theo phương ngang từ tâm trượt đến tâm mảnh phân tốVol: d=rsina,

a, - góc giữa phương thăng đứng và bán kính đi qua trung điểm cung trượtcủa mảnh phân tô

Hình 2.1 Sơ đồ phân tích ồn định theo Fellenius

Cuối cùng, biểu thức xác định hệ số an toàn ổn định cho một cung trượt theo

Fellenius xác định như sau:

Phương pháp này khác với phương pháp Fellenius ở chỗ Bishop giả thiết rằngcác lực tác động tiếp tuyến với mặt hông của mảnh bằng nhau X;=X;:¡ và lực pháptuyến khác nhau E; # Ej,

Goi F, là hệ sô an toàn, xét cân bang dọc theo day của mảnh, sẽ có:

(W, + O,)sin ø, = =02(W, +0,)sina —“ TC Tết =0S S

> (cl, + N/go)

> F = 2.3Theo điều kiện cân bang phương đứng:

sin ơ,

mặt trượt ta có:

[cb, + W, +O, - ub, tego]

1 Sxsing@F= , 2.4

° > (, +Q,)sina, 2 l2 tga tgz@ (2.4)

FB

-|

|

Hình 2.2 Sơ đô phân tích ôn định theo Bishop

Do hai về đầu có giá tri F; nên để xác định được giá tri F, ta có thé dung

phương pháp “thử va sai” kết hop tính lặp dé tinh đúng dan như sau:- Cho trước giá tri F, ta tính giá trị về phải của biểu thức trên.- Từ gia tri F; tinh được ta lại tiếp tục thế vào để tìm ra gia tri Fs mới.- Sau một số vòng lặp, giá trị F, mới và giá trị F¿ trước đó xấp xỉ bang nhau.Khi đó F; là giá trị cần tìm

2.1.3 Phương pháp SokolovskiKhối dat được xem là môi trường không có trọng lượng, có ma sát va lực dính.Socolovski xét 2 bài toán cơ bản sau [1]:

Xác định sức chịu tải của mái đất, tức làm tìm áp lực pháp tuyến lớn nhất trên

mặt định mái ứng với trạng thái cân bằng giới hạn của một mái đất có hình dang

cho trước.Khi xét hai bai toán nay, Socolovski cho rang su phá hoại cân bang giới hạncủa khối đất theo một mặt trượt lăng thể đất Do đó, trong phạm vi lang thể trượtnày, hình thành ba vùng rõ rệt Trong đó vùng ké mặt đỉnh mái ngay phía dưới tảitrọng phân bố thang đứng (I) là vùng trang thái ứng suất nhỏ nhất (vùng cân bănggiới hạn chủ động), còn vùng giáp mặt mái (III), tại vùng trạng thái ứng suất lớnnhất (vùng cân bang giới hạn bị động) Vùng bao gôm giữa hai vùng đó gọi là vùngtrung gian (II) Lúc nay trong vùng (1) va (III) xuất hiện hai họ mặt trượt song song

- 20

-với nhau, còn trong vùng chuyền tiếp (II) thì hình thành hai họ mặt trượt, trong đómột họ gồm các mặt đồng quy tại O và họ thứ hai gồm các mặt cong đồng tâm (hình2.1.3a), nối liền một trong hai họ mặt trượt thuột vung (1) và (III) Như vậy, ở đây,mọi điểm trong lăng thé trượt đều đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn

Hình 2.3 (a) Phân vùng trượt của mái dốc (b) Mái đốc phẳng

(c) Mái có tải phân bố déu thang đứng q,Từ ý nghĩa vật lý đó, kết hợp với các điều kiện cân băng và các hàm số họđường cong mặt trượt giả định, Socolovski đã tìm ra được lời giải về 6n định củamái đất cho một số trường hợp thuộc hai loại bài toán cơ bản đã nói ở trên

Đối với bài toán cơ bản thứ nhất, ở đây chỉ xét một trường hợp thường gặptrong thực tế là trường hợp mặt mái phẳng (hình 2.3b) Trị số thực của sức chịu tảiđược kí hiệu là dg, và xác định theo công thức sau:

dsh= Ơ,.c+cc.ctgp (2.5)Trong đó:

c - lực dính của đất (KN/m” )

ø - góc ma sát trong của đất (độ)Đại lượng không thứ nguyên x trong bảng 2.1 gắn với trị, số thực của hoảnhđộ x bởi biểu thức:

—C

x=x— (2.6)

Đôi với bai toán cơ bản thứ hai, ở đây cũng chi xét trường hợp khi dat ở mái làđất dính, đồng thời mặt mái có một tiếp tuyến thăng đứng tại đỉnh (hình 2.3c).có một tải trọng phân bố đều thang đứng với cường độ q, tác dung thi mái đất van ở

Trong trường hợp này Socolovski đã chứng minh rằng khi trên mặt đỉnh máitrạng thái cân băng giới hạn Trị số của cường độ q, bằng:

_ 2C.COS@

-_- 22

-Dựa vào phương pháp giải băng số phương trình vi phân cân băng giới hạn, taxác định được trạng thải mặt cong dốc nhất của một mái đất Kết quả cuối cùngđược trình bày dưới dạng đồ thị trên hình 2.4 Trên đồ thị đó, tọa độ điểm trên mặtmái được cho theo trị số không thứ nguyên:

28 40!

323640z

Hình 2.4 Đồ thị xác định mặt cong của mai đấtTrong đó:

x,z - độ dai thực tế của hoành độ va tung độ các điểm.Vậy dùng đồ thị trên hình 2.4 và dựa vào biểu thức (2.8) với các trị số ø, c, 7của đất đã biết, chúng ta có thể xác định được dang cong mặt mái đất ôn định ĐIỚớIhạn.

2.1.4 Phương pháp F,, theo Giáo sư N.N MaslovXét điều kiện cân bằng của một phân tố đất trên mặt nghiêng, Giáo sư N.N.Maslov đã đưa ra biểu thức để xác định mái dốc (taluy) hoặc sườn dốc 6n định nhưsau [9]:

1 Cc

Fp =tgy = 7 se +? (2.9)

_23-Trong đó:Fp - hệ số sức chống cắt của đấty - góc đốc của mái dốc hoặc sườn đốc của lớp đấtF - hệ số an toàn 6n định (1,1 dén 1,5)

q - ap lực thăng đứng tinh từ điểm tinh toán đến đỉnh mái dốcTrong trường hợp mái dốc hoặc sườn dốc có nhiều lớp Mái dốc ồn định theobiểu thức Fp được vẽ từ chân taluy dan lên Cách làm như sau:

- Xác định áp lực gây ra g = Ð_z,”, cho lớp dưới cùng (lớp 6).- Tính trị góc dốc theo ø c của lớp đó (lớp 6)

- Vẽ từ chân mái dốc góc nghiêng y, xuyên qua lớp 6 đụng tới lớp 5.- Từ lớp Š trở lên cách vẽ như ở lớp 6.

Zz YANKS `» ANS \NS

ch ` ` ` ` SS N ` ` ``

ke4,

_24-> Biến dạng theo phương đứng:+ Lun tức thời do biến dang đàn hỏi va lún do biến dạng nén chặt trong giaiđoạn cố kết 1

+ Lun do biến dang từ biến trong giai đoạn cô kết 2.Vì giai đoạn lún do cố kết thâm kéo dài và theo một số tài liệu đến hiện nay thiđộ lún do cô kết thâm của các lớp đất từ độ sâu 15m trở đi vẫn chưa châm dứt hoàntoàn [11].

> Biến dạng theo phương ngang: Do sự di chuyển ngang của nên đất yếu raphía kênh

2.2.1 Tính toán độ lún của nền đất yếu sau tường bờ kè> Xác định chiều sâu vùng nén chặt trong nên đất yếu theo quan hệ ứng suấtnén

Vùng nén chặt trong nên đất yếu là vùng hoạt động vì cố kết thoát nước củagiai đoạn cô kết thứ 1 Ngoài phạm vi này, hiện tượng ép đây nước ra ngoài khôngđáng kể Chiều sâu vùng này được giới hạn theo điều kiện sau:

- Theo chiều sâu đường đồng ứng suất nén, có giá trị o, = 0,1q, với q áp lựcgây lún.

- Theo chiều sâu ứng suất nén do tải trọng ngoài gây ra theo trục đối xứng, có

giá trio, =0.lxơ ‘ với ø', là ứng suất do trọng lượng bản thân đất nền gây ra

Hai điều kiện trên đều dựa theo kinh nghiệm và cho kết quả gần đúng

> Xác định độ lún ồn định do biến dạng nén chặt trong giai đoạn có kết thứnhất theo phương pháp cộng lún lớp phân tổ

Độ lún 6n định trong giai đoạn có kết thứ nhất là độ lún của nền đất được giớihạn bởi 2 mốc thời điểm đầu va thời điểm cudi trong quá trình cố kết như sau: thờiđiểm dau ứng với lúc bat đầu xảy ra hiện tượng biến đồi áp lực nước lỗ rỗng hoặcứng với lúc bắt đầu giảm độ 4m của đất dưới tac dụng của tải trọng ngoài Thờiđiểm cuối ứng với lúc áp lực nước lỗ rỗng không thay đối hoặc độ âm — độ chặt củađất không thay đổi (lúc ngưng quá trình vắt ép nước ra khỏi đât)

a Biểu đổ thí nghiệm b Sơ đồ tính toán \ :

Hình 2.7 So đồ tính toán độ lún ồn định theo phương pháp tong độ lún lớp phân tố.Nội dung cơ bản của phương pháp: Chia nền đất trong vùng nén chặt H, thànhnhiều lớp phân tố nhỏ, sao cho ứng suất nén do tải trọng ngoài gây ra trong phạm vimỗi lớp thay đối không đáng kể Độ lún ồn định của nền dat bằng tổng độ lún củacác lớp phân to:

S= ` (2.10)Trong đó:

S; - độ lún của lớp đất phân t6 thứ i, được tinh theo công thức:

S¡= e,, -h;Với:

h; - chiếu dày lớp dat phân tố thứ ie;¡ - biến dang tương đối của lớp dat phân tố i theo phương đứng z

s-e, 1 |Jøa-mu-ø„)

e = li TT.

Øz— (ou tou & —-€&_

_27-Trong trường hợp bai toán nén ép 1 chiều, không xét hiện tượng nở hông của

đất, nên e,, =e, =0 và on =ơ„ =—“°—ơø„, thì độ lún ồn định S¡ được tính theo

0

biểu thức:

— hl đ,S = 2p (2.13)

Trong do:e, - Hệ số rỗng ứng với áp lực trọng lượng bản thân dat nền p¡; , của lớp nhântố thứ i

e, - Hệ sô rỗng ứng với áp lực trung bình pi do trọng lượng dat nên và tảitrọng ngoài gây ra Biéu thức (2.13) còn được viết đưới dạng khác như sau:

Trong do:

Wv? tA CÁ > ghB, =1-——— ; v, la hệ sô Poisson cua dat.

Ea; - Modun biến dạng của đất, xác định bằng thí ngiệm

Ao - Áp lực do tải trọng ngoài gây ra; a, = J

I+é, đụ,

> Phương pháp lớp tương đương

Phương pháp lớp tương đương cũng như một số phương pháp khác đều dựatrên cơ sở lý thuyết nên biến dạng tuyến tính Nội dung của phương pháp này làthay việc tính toán độ lún của nên dat dưới tac dụng của tải trọng có cùng tri SỐ,nhưng phân bố đều kín khắp trên bề mặt nghĩa là nền bị lún theo điều kiện của bàitoán một chiều điều này cho phép đơn giản hóa việc ước lượng độ lún

Trường hợp nên đồng nhấtThiết lập công thức tính dựa vào cân băng độ lún của hai biểu dé tính lún, cuốicùng ta có công thức tính lún như sau:

S=aạh p (2.17)Trong đó:

¬~.` -=-E I-2v,)ob hoặc h, = Awb, Aq tra bang dựa vào tỷ số 1/b

_ 29

-Theo N.A Txutovits, chiều sâu vùng chịu nén H phụ thuộc vào tri số độ bênkết cầu px, giá tri gradient thủy lực ban dau i, của đất và có thé tính toán theo côngthức tổng quát sau đây:

H=2B|1=——®—— | Pe (2.2.21)

i, + P

2h.7„Trong đó: Dọc= Pp - De

2hs

H=

: :

Hình 2.8 So đồ tính toán độ lún ôn định theo phương pháp lớp tương đương

Trường hợp nên đất không đồng nhấtS=a,,h,p (2.18)Trong do:

dom — hệ số nén tương đối trung bình của các lớp đất nam trong phạm vi nênchịu nén.

> Ước lượng độ lún của nên theo thời gian trong điều kiện bài toán cố kếtthấm một chiêu

Phương trình vi phân cố kết thâm một chiều theo lý thuyết cố kết của Terzaghi

[2]

2= =C, " (2.20)

Ở đây: Cy — hệ số cô kết, phụ thuộc vào đặc tính của đất

Với: k— hệ số thắma — hệ số nén của datYw — trọng lượng riêng cua nước.Giải phương trình này với các điều kiện ban đâu và điều kiện biên thoát nướccủa lớp đất có kết ta sẽ tìm được độ lún theo thời gian của bài toán cố kết thâm mộtchiều

Trường hợp nén chặt lớp đất dưới tải trọng phân bố đều q (hình 2.9), đặt tải tứcthời vào thời điểm t = 0 Mặt biên của lớp dat ở z = 0 và z = h được xem như thâmnước.

t) (2.21)4q S 1 ix Cin

u,,(z,t) =— — sin~—€X -„Œf) Ta ; pC—”5

-31-Đặc điểm của biểu đô áp lực thang dư u, trong nước và ứng suất trong cốt đấtOo” = q—Uy được tính ở các thời điểm khác nhau t¡ hoặc t; tương ứng theo quan hệ(1.2.2) được trình bày trên (hình 2.9).

Hình 2.9 Các biểu đồ áp lực trong nước lễ rỗng (u„) và ứng suất lên cốt đất (0’)

trong lớp đất chịu tải trọng phân bố đềuBiết ứng suất trong cốt dat ở thời điểm bat kỳ t, có thé xác định độ lún của lớpdat S(t) ở thời điểm đó

Mặt phẳng z = h/2 (xem hình 2.9) là mặt phăng đối xứng đối với toàn bộ biểuđồ áp lực thang dư trong nước 16 rỗng và là biên phân cách các dòng nước bị nén épra khỏi lỗ rỗng lên trên hoặc xuống dưới Do đó, mặt phăng này có thể xem nhưkhông thâm và lời giải cho sơ đồ này với nền không thấm (hình 2.10a) bang cáchthay h bang 2h¡, tức là:

% 2,2

“ ' tin ex Cin j (2.22)