Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích ổn định và biến dạng kè tường góc trên nền cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ sông Cần Thơ

Mô phỏng tính tóan bằng phương pháp phân tử hữu hạn:Sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn thông qua các phần mềm tính toánnhư Plaxis dé mô phỏng phân tích ổn định và biến dang cho công trì

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

HUYNH CONG THANH

PHAN TÍCH ON ĐỊNH VA BIEN DANG

KE TUONG GOC TREN NEN COC BE TONG COT THEP

BAO VE BO SONG CAN THO

Chuyên ngành: Dia kỹ thuật xây dựng(CT)Mã số: 605861

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 06 năm 2014

Cán bộ châm nhận xét 1: PGS.TS Tô Văn LanCán bộ chấm nhận xét 2: TS Bùi Trường SơnLuận văn thạc si được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngày 03 tháng 9 năm 2014.

Thành phan đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, hoc ham, học vi của Hội đồng châm bảo vệ luận văn thạc Si)1 PGS.TS Võ Phan ( Chủ tịch hội đồng )

2 TS Lê Bá Vinh ( Thư ký hội đông )3 PGS.TS Tô Van Lan ( Ủy viên hội đồng )4 TS Bùi Trường Sơn ( Ủy viên hội ding )5 TS Đỗ Thanh Hải ( Ủy viên hội đồng )Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Võ Phán TS Nguyễn Minh Tâm

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: HUỲNH CÔNG THÀNH MSHV: 11864455

Ngày, tháng, năm sinh: 24/07/1987 Nơi sinh: HẬU GIANG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (CT) Mã ngành: 6058611 TÊN DE TÀI: PHAN TÍCH ON ĐỊNH VÀ BIEN DANG KE TƯỜNG GOC TRENNEN COC BE TONG COT THEP BAO VE BO SONG CAN THO

2 NHIEM VU LUAN VAN:

- Tinh toán, đánh giá 6n định công trình kè chống sat lở bờ sông Can Thơ bangphương pháp giải tích.

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

- _ Kết luận và kiến nghị: từ kết quả tính toán băng giải tích và mô phỏng bằngphan mềm Plaxis 2D đưa ra đánh giá cho phương án thiết kế

3 NGÀY GIAO NHIEM VU: 10/02/20144 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/20145 HO VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN: TS ĐỎ THANH HAI

Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

Tôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thay TS Đỗ Thanh Hải, người đã tận tìnhhướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng nhưtruyền cho tôi những kiến thức vô cùng quý giá và lòng đam mê nghiên cứu khoa họcdé tôi thực hiện tốt dé tài của mình.

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

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

Huỳnh Công Thành

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả

Huỳnh Công Thành

MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của để tải - c c s S111 E111 11111111111 1 1E E11 HH tường |2 Nội dung nghiÊn CỨU cc c2 c2 2202111111101 1212 012 1 111 1 1n nh nh reg |3 Phương pháp nghiên CUU 275cc 25222222 S222 ssssea 24 Tính khoa học thực tiễn đỀ tài : 5: 5: 2 22 222121122121121121121122 2111.111 ree 25 Han ché cta dé 0888 T aA .gadldada 2

CHUONG 1 TONG QUAN VE ON DINH CUA CONG TRINH TUONG KEVEN SONG

VoD Dat VAN na 31.1.1 Do địa chất vùng bờ i5 S1 1 1E1EEE 1 1511111111181 1E HE HH HH trêu 31.1.2 Do thủy triỂu 5 S1 S1 111111111111 181111111111 51101115 tri 41.1.3 Do ảnh hưởng bởi lũ -c c2 0111111111221 1111111115211 111k ket 41.1.4 Do hoạt động của tàu thuyền 5c E1 SE 11121111121 1E 11t HrrrHưyg 41.1.5 Do hoạt động khác của con người - - S22 S+ +33 Stsssrkere 51.2 Các dạng tường kè -cc ác cọ 2n nh nh nh n TH nen nhe Hee 61.3 Phân loại kè tường góc bê tông cốt thép - ¿St t SE E211 Errrye 121.4 Các dạng mat 6n định của kè tường góc ¿5c St EEEEEEreye 131.5 Một số sự 66 tường kè . + ScS cv 11T 11111111111 1111151011111 12 8H11 ng 14

CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH VÀ BIEN DẠNG KE

TƯỜNG GOC TREN NEN COC BE TONG COT THÉP

2.1 Phương pháp giải tich cc cà 2c 1 2n vn nhe 162.1.1 Tường chăn ccececececesecececcensvecsvevecvcusevsvevevevsvesivecveeseviveceveveseres l62.1.1.1 Sơ lượt về tường chăn 5S S11 E11 121111112111 8E tH ng ge HHg l62.1.1.2 Các loại áp IWC ccccc c0 110 11v cee nh nh nhe re 18

2.1.1.3.Phương pháp tính toán đối với tường chắn - 5c seeg 19

2.1.2.1 Sơ lượt về móng COC -LSc cv S11E1 E11 1511111121118 He Hưyi 262.1.2.2 Tính toán coc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 _ 2: 282.1.3 Kiểm tra Or định kè eeseeseesesseesessecuesuesuesuestesusensseeeneseeseeseeees 332.2 Phương pháp phan tử hữu hạn - L2 + S232 SEEEEEEEEESEEEEEEEEEErkekrrred 34

CHUONG 3 PHAN TÍCH ON ĐỊNH VA BIEN DANG KE TƯỜNG GÓC

TREN NEN COC BE TONG COT THÉP BAO VE BO SONG CAN THƠ3.1 Đặt vẫn để LH HH HH HH HH HH HH HH trai 383.2 Giới thiệu về công trình : ¿ c1 111111 E121 511111111111 E1 11H gui 383.3 Đặc điểm địa hình — địa chất công trình ¿22v SE EEEEkrrerrrekd 383.3.1 Điều kiện địa hình - thủy văn - + 2c n1 1211 E1 kg hen 383.3.2 Điều kiện địa chất - S11 111 1511101111181 01 2110 tt HH HH Hi 393.4 Phân tích ồn định và biến dạng tường kè bằng phương pháp giải tích 403.4.1 Cau tạo công trình kè bảo vệ bờ sông Cần tho :sscsc+xcxssre2 403.4.2 Các trường hop tính toán áp lực ngang - c 22c cSss ca 433.4.3 Các tải trong Ứng . cccc c0 eens eens TY HH HH nh nhe 483.4.4 Kiểm tra ổn định lật tường chăn - ¿2k tt xEEEEEEEEEEEEEsErrrrkrerskd 493.4.5 Kiểm tra ổn định nền - AC Sa S1 S12 531131531531 55 1151121111151 51s x tru 523.4.5.1 Tính toán ứng suất nỀn - ¿+ E211 SE SE K1 211111111181 1 11x tp Hi 523.4.5.2 Kiểm tra cường độ đất nền đưới ban đáy tường - ¿255cc sxcxsscs2 563.4.6 Chuyển vị công trình -:©¿ c1 1 1 11x 5E 1111111111181 1121 tp Hưyg 563.4.7 Kiểm tra 6n định dat nền quanh CỌC c2 1122113 xss 583.5 Phân tích ồn định và biến dạng tường kè bằng phương pháp PTHH 653.5.1 Các thông số đất nền theo mô hình Hardening-Soil + 5- sccsssscs2 65

3.5.3 Kết quả tính toán ¿- Sc SE SE 31111 E1115111111111 1181111111121 110111 11g Huyi 70

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊVK nh e.<.- 782 Kiến nghị c1 T11 11T E1 1011111111 15H 0H11 11H te Hi 783 Hướng nghiên cứu tiếp theo - - ST 113111515211 515111111111 E81 1E greHrg 79TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Can Tho có vị trí địa lý năm ở trung tâm của vùng Đông bangsông Cửu Long, là cửa ngõ giao lưu chính của vùng Tây Nam sông Hậu với vùngTứ giác Long Xuyên, vùng Bac sông Tiền và vùng trọng điểm kinh tế phía Nam.Đặc biệt, với những tuyến giao thông huyết mạch như: quốc lộ 1A; quốc lộ 91; cầuCần Thơ; cảng Cần Thơ; cảng Cái Cui; sân bay Trà Nóc; ngoài ra Cần Thơ còn làđầu môi hệ thống giao thông thủy quan trọng của khu vực Đông băng sông CửuLong va cả nước Nên hiện tượng sat lở bờ sông diễn ra phổ biến làm ảnh hưởngkhông nhỏ đến an toan cho các công trình ven bờ nếu không có biện pháp bảo vệhợp lý.

Việc tìm ra giải pháp phù hợp với điều kiện dia chất khu vực, đảm bảo ổnđịnh, kinh tế và mỹ quan là những yêu cau đặt ra đối với những người làm công tácxây dựng Kè tường góc trên nền cọc bê tông cốt thép là một trong những giải phápdang được sử dụng phô biến ở ĐBSCL để giải quyết những van dé trên Hiện nay cónhiều công trình được thiết kế và thi công nhưng chưa phân tích tính toán kỹ lưỡng,vì vậy việc kiểm tra 6n định của công trình dé đưa ra kiến nghị trước khi thi công vàđưa vào sử dụng là vân đê cap thiệt hiện nay.

2 Nội dung nghiên cứuNội dung nghiên cứu là phân tích ổn định tường kè bảo vệ công trình vensông với điều kiện tự nhiên và địa chất thực tế Ứng dụng phương pháp giải tích vàphương pháp phân tử hữu hạn để phân tích tính toán Đối với phương pháp giải tíchhệ kè được chia ra thành tường chắn và cọc để tính toán Đối với phương pháp phầntử hữu hạn hệ kè và đất nền được mô phỏng đồng thời trên mô hình Hardening-Soiltrong phần mềm Plaxis 2D để phân tích tính toán ôn định và biển dạng Từ kết quatính toán trên đưa ra đánh giá phương án thiết kế.nhăm kiến nghị các giải pháp antoàn, kinh tế trong dau tư Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

Mở đầuChương 1: Tổng quan về ôn định của công trình tường kè ven sông

Chương 3: Phân tích 6n định và biến dạng kè tường góc trên nền cọc bê tông cốtthép bảo vệ bờ sông Can Thơ.

Kết luận và kiến nghị

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về lý thuyết:Nghiên cứu các phương pháp phân tích 6n định của kè theo các tiêu chuẩntrong nước và tính toán theo sơ đồ giải tích

Mô phỏng tính tóan bằng phương pháp phân tử hữu hạn:Sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn thông qua các phần mềm tính toánnhư Plaxis dé mô phỏng phân tích ổn định và biến dang cho công trình kè bảo vệbờ sông Cần Thơ

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tàiXác định giải pháp có lợi nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật để bảo vệ bờ sông,góp phần xây dựng các giải pháp xử lý bảo vệ các công trình ven sông trên nên đấtyếu tại Thành phố Can Tho nói riêng và Đông bang sông Cửu Long nói chung, đặcbiệt là các công trình trong khu đô thị đòi hỏi cao về mỹ quan Tạo điều kiện thuậnlợi để khai thác giao thông thủy tại khu vực, phát triển các khu công nghiệp vensông, thúc đây sự phát triển kinh tế

5 Hạn chế của đề tàiViệc phân tích ôn định cho một phân đoạn từ K:.¡:; đến Ko 4.963 của côngtrình bờ kè trái thuộc dự án kè sông Cần Thơ chưa cho thay được ồn định tổng thécủa toàn tuyến kè Do đó, những đánh giá đưa ra chỉ áp dụng cho đoạn kè trên

Hiện tượng sạt lở trên là do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra trong đó cónguyên nhân do tự nhiên và các nguyên nhân do con người gây ra Một số nguyênnhân chủ yếu như sau:

1.1.1 Do địa chất vùng bờDia chat bờ sông là một trong những yếu tố quyết định đến sự xói lở bờ Kếtquả khảo chat cho thay dia chat các lớp đất bờ sông chủ yếu là bùn hữu cơ, bùn sétvới trạng thái chảy, dẻo chảy và dẻo mềm Với cấu tạo địa chất như trên thì bờ sông

rat dé bị xói lở đưới tác động của ngoại lực và các yếu tố tác động khác

Khu vực đồng băng sông Cửu Long cách biển Tây khoảng 70km bởi vậysông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều khá rõ rệt Chế độ thuỷ triều ở đây là nhật triềuvới 2 lần lên xuống trong ngày Dưới tác động của dòng thâm (khi nước dâng varut), các hạt bùn, đất bờ sông sẽ bị cuốn ra ngoài và được dong nước mang đi gâyhiện tượng xói lở.

1.1.3 Do ảnh hưởng bởi lũLũ cũng là một trong nhưng nguyên nhân gây xói lở, dưới tác động của dòngchảy lũ các hạt bùn, đất tại bờ sông sẽ bị cuốn trôi gây hiện tượng xói lở Dòng chảylũ tại các sông miền Tây Nam không quá lớn và xảy ra với tần suất hiễm nhưngdưới tác động kết hợp của dòng chảy lũ và sóng tàu thì tốc độ sạt lở bờ sẽ xảy ra vớimức độ rất lớn

1.1.4 Do hoạt động của tàu thuyềnĐồng bang sông Cửu Long có hệ thông giao thông thuỷ rat phát triển với độighe vận tải có quy mô lớn, mật độ tàu thuyền lưu thông trên sông luôn dày đặc vớicác tàu vận chuyên hang hoá tải trọng lớn Dưới tác động của sóng tàu, lớp đất yếutại bờ sông sẽ bi xói lở, mức độ sat lở tuỳ thuộc vào độ mạnh yếu của sóng, sóng tàucàng lớn thì mức độ xói lở càng lớn đặc biệt đối với sóng của các tàu vận tải lớnchạy sát bờ sông.

Hình 1.2 Tàu thuyền lưu thông trên sông rat đông, trọng tải tàu lớn

1.1.5 Do hoạt động khác của con người

Hoạt động của con người cũng có ảnh hưởng nhất định đến sự xói lở bờ khuvực này Sự khai thác hệ sinh vật trên sông, lấn chiếm bờ sông, lòng sông làm thuhẹp mặt cắt ướt của dòng chảy Ngoài ra tình trạng xây dựng đê bao tràn lan trêncác sông thượng nguôn làm thay đổi các chế độ thuỷ động lực học của dòng chảycũng là nguyên nhân gây ra sự xói lở này.

Mỗi nguyên nhân ít nhiều đều có vai trò trong sự xói lở bờ sông, đối vớituyến sông trên đồng bang sông Cửu Long qua điều tra tại khu dân cư ven sông thayrang hiện tượng xói lở xảy ra mạnh mẽ nhất trong mùa mưa lũ bởi vậy có thé khangđịnh nguyên nhân chính gây ra sự xói lở bờ sông là do sóng và dòng chảy lũ kết hợpđịa chất khá yếu tại khu vực đồng băng sông Cửu Long

Dé khắc phục hiện tượng sat lở, có nhiều giải pháp tường chắn đã được thựchiện như: tường cọc bản thép, tường cọc bản bê tông cốt thép, tường bêtông trọng

lực, bờ kè bằng ro da Đặc biệt kè tường góc trên nên cọc bê tông cốt thép là

phương án được chọn dé bảo vệ bờ sông, các công trình ven bờ ở khu vực TP CanThơ và ĐBSCL, hiện nay đang được ứng dụng tại một số công trình tương đối quantrọng Nhu câu về thiết kế công trình tường kè phù hợp với điều kiện địa chất khu

1.2 Cac dạng tường kèa) Ro đá

Cấu tao: to đá (Gabion) hay thảm da (Revet Mattresses hay Renomattresses) như một cai hộp hình khối ma ở đó chúng ta có thé bỏ đá vào dé sửdụng gia cố cho các công trình Chúng là các hệ thống hình lưới có liên kết thànhcác khối hình học và phía trong là đá xếp, rất đơn giản

Dây đan lướiVách ngăn

Lịch sử cho thay từ rat lâu đời, người ta đã sử dụng các ro đá dé tạo nên cáckhối liên kết làm các đường ngầm qua sông.

Ngày nay, ro đá và thảm đá chủ yếu được làm băng thép có mạ kẽm hoặcnhôm kẽm, Phân 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 mòn

đặc biệt, rọ đá và thảm đá được làm hoàn toàn bằng hợp chất polymer vì chúng có

đặc tính trơ vượt trội dưới tác động ăn mòn so với các vật liệu khác.Pham vi sử dung: ro đá được dùng chủ yếu cho các công trình sau :

- _ Tường chắn đất, mồ cầu- Chong xói bờ sông, biển- Lat mái và đáy kênh- Bao vệ mai dé, kè

Đập tràn, bac nước, dốc nướcƯu điểm: Giá thành thấp, dé thi công, dé gia cố sửa chữa, thay thế.Nhược điểm: Tuôi thọ không cao, dễ bị hư hỏng hoàn toàn khi bi xói lởvà ngập lũ.

b) Tường cọc bản gỗ

nối lại với nhau Tường chăn dat là các tam gỗ day 6 + 8cm xếp chong lên nhau Códam ốp bang gỗ trên đỉnh tường Phan trên đỉnh tường là mái nghiêng băng da hdc cótang lọc ngược, độ dốc m = 1:1,5 Dé tránh va đập, người ta đóng gia cường thêm cọc26 phía ngoài dé chịu va đập của thuyén bè.

Pham vi sử dung: Thường được sử dụng ở vùng nông thôn, làm bến đò nhỏ,bến bốc dở hàng hóa nhẹ, các bến cảng có chiều sâu nhỏ Xây dựng ở những nhánhsông rạch có tốc độ dong chảy nhỏ, không bị ảnh hưởng lớn của ngập lũ

Ưu điểm: Giá thành thấp do tận dụng cây gỗ có tại địa phương (như: tràm,đước, mam, bach đàn, dừa ), dé thi công, dé gia cố sửa chữa, thay thế

Nhược điểm: Tuôi thọ không cao, gỗ dé bị mục khi do thủy triều lên xuống

Dễ bị hư hỏng hoàn toàn khi bị xói lở và ngập lũ

c) Tường cọc bản bằng dat trộn ximăngCấu tao: Các cọc đất trộn ximăng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chốngđỡ các vách hồ đảo hoặc chịu áp lực đất Cừ vây băng ximăng được thi công băng thiếtbị khoan có thể phun vữa gồm cát ximăng và nước ra xung quanh thân ống trộn vớiđất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khỏang 0,3 đến 0,45m Có thể căm lồng théphoặc thép hình vào khi vữa còn ướt.

Pham vi sử dung: Sử dụng trong việc chống vách hồ dao cho tang hâm cáccông trình

Ưu điểm: Có thé thi công trong nhiều lọai đất khác nhauNhược điểm: Khả năng kín nước kém vì có thể có những khỏang hở giữa haicừ Khả năng chịu áp lực ngang không lớn như tường băng bêtông cốt thép nên tùychiều sâu và loai đất mà phải thi công nhiều lớp ctr

d) Tường cir ban bang thépCau tao: Tường cir chan đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình chữZ, chữ I, hình mang, cir Larsen, thép ống có chiều dai từ 5 + 22m Dam ốp có cầutạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi công 0,5m Dâm mũ bằng BTCT

có tiết diện hình chữ nhật đồ tại chỗ Các thanh neo bằng thép tròn $75, 80 Mũ giữthanh neo làm dầm BTCT.

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho taucó trọng tải lớn, bốc đở hàng hóa nặng Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dâncư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông.

Ưu điểm: Tuôi thọ cao, tính công nghiệp lắp ghép cao, thi công nhanh Chịuđược những nơi có tốc độ dòng chảy lớn, bị ngập lũ sâu

Nhược điểm: Giá thành cao Thép bị ăn mòn ở những vùng có nước nhiễmphèn, nhiễm mặn Loại này ít dùng ở đồng băng Sông Cửu Long

Hình 1.7 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản băng thép

-

]Ị-e) Tường cir bản bêtông cốt thépCấu tao: Coc bản bang BTCT, có nhiều dạng tiết điện, cọc bản tiếp nhậntrực tiếp áp lực của lớp dat dap dat Dam mũ băng BTCT đồ tại chỗ, liên kết các đầu

cọc bản, tiếp nhận lực của cọc bản truyền vào, sau đó dầm mũ truyền lực qua cọc

vây và dầm neo Dam neo băng BTCT đúc sẵn, hoặc thép hình có tăng do

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho taucó trọng tải lớn, bốc đở hàng hóa nặng Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dâncư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông.

Ưu điểm: Bờ kè bang BTCT kết câu bên vững, tuổi tho cao, dé thi công Tậndụng được vật liệu có sẵn, giá thành thấp hơn so với thép định hình Được dùngrộng rãi ở ĐBSCL, ở những nơi ngập lũ sâu, tốc độ dòng chảy lớn, xói lở bờ mạnh

Nhược điểm: Khi thi công các cọc bản ghép lại với nhau, các mối nối khókhít nhau khi đóng cọc bản vào đất

f) Kè tường góc bêtông cốt thépCau tao: bằng BTCT, kè tiếp nhận trực tiếp áp lực của lớp đất dap dat.

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô vừa và lớn, làm bến tàu khách haydân dụng, bốc do hàng hóa Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệcác công trình quan trọng ven sông.

Ưu điểm: kè tường góc băng BTCT kết cấu bên vững, tuổi tho cao, dé thi

công Tận dụng được vật liệu có sẵn, giá thành thập hơn so với thép định hình

Được dùng rộng rãi ở ĐBSCL.

13 Phân loại kè tường góc bê tông cốt thép

- Phan loại theo hình dang

(a) (b)Hình 1.13 Kè tường góc (a) không có bản sườn (b) có bản sườn

Phân loại theo nền kè

-

13-—

|Đấttự nhiên

Các dạng mất 6n định của kè tường góc được chia thành 3 loại chính sau:

Mat 6n định do trượt phẳng: mặt trượt di qua chân kè (hình 1.9)Mat 6n định do lật (trượt sâu): mặt trượt đi qua chân kè (hình 1.10)Mat ổn định do phá hoại về kết cấu : kè không đủ chịu tải trọngngang, hệ thống kè không đảm bảo, ăn mòn vật liệu, xói lở Mặttrượt khi đó sẽ đi qua thân kè (hình 1.11)

Mat 6n định do thiên tai

Hình 1.15 Kè bi mat 6n định (a) do bị trượt phang; (b) do lật ( trượt sâu)

Hình 1.16 Kè mat 6n định do phá hoại kết cau1.5 Một số sự cố tường kè

Trong thời gian gan đây, có một số sự cố của tường kè như tường kè ở cầuTrà Nién (Can Thơ) vào đầu năm 2010 làm 2 người thiệt mang, toàn bộ phần đườngdẫn lên cầu va 8 nha dân trôi xuống song Can thơ mà nguyên nhân được xác định làdo tư vấn thiết kế đã tính toán không day đủ các yếu tố địa chất và các yếu tố khácảnh hưởng đến công trình như: tác động của tải do xe, tải do việc thu hẹp lòng sông

Vào đầu năm 2007 kè ở Phong Điền (Can Tho) bị sat lở làm khoảng 146 cănnhà bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân được xác định là do tư vấn thiết kế đã tínhtoán không day đủ các yếu tố địa chất và các yếu tố khác ảnh hưởng đến công trìnhnhư: tác động của tải do xe, tải do việc thu hẹp lòng sông Công trình bờ ke

-15-huyện Phong Điền dai gần 800m, được đầu tư xây dựng gân 13 ty đồng hoàn thànhvào đầu năm 2007, chưa nghiệm thu đã bị sat lở và trôi xuống sông hang trăm mét,thiệt hại hơn 5 tỷ đồng Kinh phí khắc phục (gồm: giải tỏa, di đời 146 hộ dân; xâydựng khu tái định cư; gia cỗ bờ kè; xây dựng công viên bờ sông) lên đến 58 tỷđồng

Ngoài ra, bờ kè sông Tiền tại thị xã Vinh Long cũng bị nghiêng ra sông, khốiđất sau lưng tường bị lún sụp Nguyên nhân được xác định là do các trận lũ lớn năm1995 và 1996 làm xói lở bờ sông ở phía dưới các tâm đan bêtông cốt thép giữa cáccọc Các cọc BTCT làm bờ kè và cọc neo đều bị nghiêng ra phía sông

1.6 Nhận xét

Dat yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý phức tạp, đòi hỏiphải khảo sát, phân tích và tính toán một cách kỹ lưỡng Nên khi lựa chọn phươngán xây dựng kè tường góc trên nên cọc bê tông cốt thép vẫn chưa có sự nghiên cứu,so sánh để tìm giải pháp tối ưu mà thường dựa trên cảm tính của người thiết kế,trong khi điều này đòi hỏi phải đánh giá về chiều sâu lớp đất yếu, tải trọng côngtrình bên trên, chênh lệch chiều sâu giữa đất trước và sau lưng tường Vì vậyviệc nghiên cứu giải pháp tường kè nay dé đảm bảo 6n định cho các công trình venbờ tại Đồng bang sông Cửu Long là hết sức can thiết trong điều kiện dat yếu tại khuVỰC này.

CHƯƠNG 2CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNHVÀ BIEN DẠNG KE TƯỜNG GOC TREN NEN

COC BE TONG COT THEP

Kè tường góc trên nên coc BTCT làm việc thông qua su cân băng giữa áp lựcdat chủ động và áp lực đất bị động của khối đất trước va sau tường Cho nên baitoán chủ yếu là giải quyết bài toán về áp lực đất

Hiện nay, có nhiều cách giải quyết cho bài toán này mà ta có thể phân chiathành 2 phương pháp chính: phương pháp giải tích và phương pháp phan tử hữuhạn.

2.1 Phương pháp giải tích.

Đề đơn giản quá trình tính toán ta phân tích kè tường góc trên nên cọc BTCTra thành 2 phân là tường chăn và móng cọc BTCT

2.1.1 Tường chan.2.1.1.1 So lược về tường chắn.a./ Khái niệm về tường chắn đất

Tường chăn là công trình giữ cho mái đất dap hoặc mái hố đào khỏi bi sat

trượt Xây dựng kết cau tường chắn dat dé tăng cường ổn định của công trình chịucác áp lực ngang của đât Các bộ phận của công trình chịu các loại áp lực ngang củađất như: tường các tang ham, mồ cau, tường chắn dat, tường chan cống thoát nước,đường ham, bờ kè là bản tường

Tường chắn được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông vàcông trình thủy lợi.

Mục dích:- Để giữ đất sau lưng tường được cân băng, khỏi bị trượt, tụt xuống.- Chống sạt lở công trình mới xây dựng bên cạnh công trình cũ

-

17 Chống thành hố móng hồ đảo sâu.- Chống sạt lở bờ sông, bờ kè.- Chống thắm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy công.b./ Cau tạo về tường kè

Tường kè sử dụng ở đây giống như Tường bản góc hay còn gọi là tường chữL có cau tạo như sau:

Tường đứng (bản tường): chiều cao tường 230cm chiều day 40cm.Tường bản đáy: bề rộng 1,8 m, chiều day 40cm

Chiều dài cọc L=20m

Hình 2.1 Tường kè va coc bê tông cốt thép

2.1.1.2 Các loại áp lực.

Khi tính toán kết câu chan giữ, các áp lực tác dụng vào bê mặt tiếp xúc củakêt câu chăn giữ gôm áp lực đât, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực nàylàm cho kêt câu chăn giữ chuyên vỊ.

Áp lực nướcTải trọng tác dụng lên kết câu chăn đất, ngoài áp lực đất còn có áp lực nướccủa nước ngầm dưới mặt dat, áp lực này gọi là áp lực thủy tỉnh Es(kN/m)

HUGNG SONG _

24L

Es[14L )Ps

Hình 2.2 Biểu đồ áp lực nướcÁp lực đất chủ động

Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của áp lực đất đắp mà lưng tường dịchchuyên theo chiều dat đắp Khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sé từ áp lực đấttĩnh mà giảm dân đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân băng, đồng thời

a) Phương pháp Rankinei) Lý thuyết căn bằng giới hạn

Khi một điểm nào đó trong dat ở trạng thái phá hủy cat, thì œ của góc kẹpø1ữa mat cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính O1 là:

20 =90 + => 0a =45° + 0/2 (2-1)

GO3 O2

Ơi

Ap lực tác dụng lên lưng tường AB của tường chan đất, tức là trạng thái ứngsuất trên mặt AB ứng với phương chiêu, độ dai lưng tường trong thé dat bán vô hankhi đạt đến trạng thái cân băng giới hạn Lý thuyết Rankine cho răng có thể dùngtường chăn đất để thay thế một bộ phận của thể đất bán vô hạn theo lý thuyết

Trong đó:P„ - áp lực đất chủ động kN/m'”+ - trọng lượng riêng của đất kN/mỶz - độ sâu từ điểm tính đến điểm đang xétK, - hệ số áp lực chủ động

c - lực dính kP,0 - góc ma sát trong của datEa - áp lực chủ động của đấthọ - cao độ vùng chịu kéoKhi bề mặt đất đắp sau lưng tường có tải trọng phân bố đều liên tục qtác động khi tính toán có thé cho ứng suất đứng o, ở độ sâu z tăng thêm một lượng qtức là áp lực đất chủ động ở tại vi trí cần tinh là:

P, =(yz+q)K¿~ 2c/K, (2-6)Trong đó: q tải trọng ngoài.

-_23-iv) Tinh áp lực bị động của RankineMột tường chắn đất có lưng tường thắng đứng, mặt đất nằm ngang, nếutường day về phía đất đắp, dưới tác dụng của ngoại lực, khi đất phía sau tường đạtđến trạng thái cân băng 2101 han ta sẽ có trạng thái bị động Rankine Xét mộtphân tố đất ở độ sâu z của lưng tường thì ứng suất ø„= yz là ứng suất chính nhỏ nhất03 ứng suất ngang o, là ứng suất chính lớn nhất oj, cũng tức là Pp- Cho o,=Pp, Øøz= yz thay vào sẽ được công thức tinh ap lực dat bị động Rankine

Đất cát:

E; = 1⁄2 yz’K, (kN/m) (2-10)Dat sét:

Ep= 1/2 yzK,+ 2cZ/[K, (2-11)b) Phuong phap Coulomb

i) Nguyên ly cơ bản tính toán

Theo lý thuyết Coulomb khi tính áp lực đất tác dụng lên tường chăn thì+ Tường cứng

+ Mặt trượt được xem là phẳng

+ Lưng tường là mặt trượt thứ 2

+ Lăng trụ trượt được xem là khối gắn tuyệt đối+ Dat xem như vật thé rời không có lực dínhii) Áp lực đất chủ động

P, = yzK,—2c A|K,

EA = Qua 1/2 yz’K, (kN/m)

K cos”(@—£)cos’ øcos(ổ +£)| 1+

5 sin(ổ + ~)sin(g — na

cos(ð + €)cos(é + B)

Hình 2.7 Ap lực dat chủ động

(2-12)(2-13)

(2-14)

Nếu mặt dat lắp năm ngang, lưng tường thang đứng, mà lưng tường lại nhẫnthì ta sẽ có

K,= tan’(45° - 0/2)iii) Xét sự căn bằng của một điểm

Đối với đất rờiNếu điểm A ở trạng thai cân băng giới hạn @ = max

(2-15)

iv) Định luật Mohr — Rankine:

- - Nếu Omax < @ điểm A ổn định- _ Nếu Omax = 9 điểm A ở trạng thái cân băng- _ Nếu Omax > diém A mat 6n định

Sf à‹

( “với sư 1^ Ỹ

ol i —

| Ƒ "®| ỹ Œ(kN m' )

4 (7

Hình 2.8 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời

2.1.2 Móng cọc2.1.2.1 Sơ lượt về móng cọc

a./ Câu tạo về móng cọc bê tông cốt thépCoc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bé rộng tiết diệnngang, cọc được đóng hay thi công đồ tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyén tải trọngcông trình xuống các tầng dat, đá, sâu hơn nhăm cho công trình bên trên đạt các yêucâu của trạng thái giới hạn.

Đài cọc là kết câu dùng dé liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của

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

qua hệ đài ban chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ dai Có théphân ra làm dai tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc Coi daimóng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất cứng Dưới tác dụng của tải trọng thìchuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hay là mặt cắt ngàm cọctrước phẳng sau vẫn phang) do đó thông thường coc ở vị trí biên sẽ có nội lực lớn

b./ Các dạng cọc trong đất nềnCoc dong đứng: khi có tai trọng ngang công trình không lớn người ta thườngđóng cọc theo phương đứng 1 góc 90° so với mặt đất tự nhiên

Coc đóng xiên: khì có tải trọng ngang lớn cọc đóng đứng không đủ khả nangchịu lực ta có thé đóng cọc xiên Độ xiên của cọc giúp cho cọc tăng khả năng chịulực, khi tải ngang do lực thăng xe, do áp lực nước chảy trong vùng có ảnh hưởngthủy triều, có thé đóng xiên khoảng 20° hoặc có thé hơn tùy thiết bị đóng cọc

c./ Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gap

+ Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông: 200x200, 250x250,300x300, thường được sử dụng cọc rỗng hoặc cọc đặc trong các công trình dân

dụng, cầu đường, công trình thủy vv có tiết điện cọc tùy theo yêu cau tải trọngcông trình.

Hình 2.9 Coc bê tông cốt thép tiến điện vuông

+ Cọc bê tông cốt thép tiết diện tròn: thường được sử dụng như cọc bê tôngly tâm dự ứng lực có đường kính ngoài 300, 350, 400, 450, 500

2.1.2.2 Tính toán cọc chịu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998a) Sơ đồ phân bố tải trọng lên đầu cọc

Tải trọng tac dụng lên cọc gém các tải trọng thăng đứng do trọng lượng banthân của dat đắp trên đài o, và trọng lượng ban thân của dai py, áp lực ngang của datlà H và momen tại đáy đài là M.

Đối với móng cọc có số cọc lớn hơn hoặc bang 3 coc, hoac coc nhung

momen và lực ngang nằm trong mặt phẳng 2 coc thi momen đã chuyền thành lựcđọc trong cọc, còn lực nam ngang ở đỉnh coc được chia đều cho số lượng cọc (taxem móng cứng tuyệt đối)

ụ

n

Hy = (2-19)b) Mô hình nền Winkler

Xác định momen và chuyển vị ngang của một cột dọc theo trục thăng đứngchịu tác động của momen Mo và lực ngang Ho tại cao trình mặt đất Cũng như

ôn định của nên đất này xung quanh cọc được Tarzaghi dé cặp đến trong các baibáo và trong giáo trình của ông trong những năm 1950.

Khi tính toán cọc chịu tải ngang, đất xung quanh cọc được xem nhưmôi trường đàn hồi tuyến tính được mô phỏng băng mô hình Winkler

— h+ơ, „M.*,

n »y;Tính toán nội lực và chuyển vị thân cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang,

P" (2-20)

hiện nay tương đôi phô biên khi xem cọc là dâm trên nên đàn hôi, theo giả thuyét hệsô nên Winkler phản lực cua dat ở bat cứ diém nao của thân cọc cũng déu tỷ lệ vớiđiểm ấy của thân cọc Phương pháp này gọi là phương pháp dâm trên nên đàn hôi

Dưới tác động của tải trọng ngang, chuyển vị ngang của cọc cảng lớn khi áplực (tức là phản lực đàn hôi của đất) ø càng lớn, ma độ lớn của áp lực quyết định

_ M1x

Bảng 2.1 Xác định hệ số nền KPhân loại đất nền K &N/m')Dat sét, á sét đẻo chảy IL = (0.75 — 1) 650 — 2500Dat sét, a sét déo mém IL = (0.5 — 0.75)

A sét déo IL = (0-1)

2000 — 5000Cat bui e = (0.6 — 0.8)

Dat sét, 4 sét dẻo va nửa cứng IL = (0 — 0.5)A sét cứng IL <0

5000 — 8000Cat nho e = (0.6 — 0.75)

Cat hat trung e = (0.55 — 0.7)Dat sét, 4 sét cứng IL < 0 (0.75 — 1)

8000 — 13000Cát hạt thô e = (0.55 — 0.7)

Từ lời giải của phương trình trên ta suy ra các đại lượng cân thiết: áp lực tính

toán o, (KN/m^), Moment uốn M,((kN.m), lực cắt Q,(kKN) trong các tiết diện của

QO, = 0, Ely) A, — @), E,W By + @4yM oC, + AyD, (2-25)

Z„ — Chiêu sâu tính đổi, Z, = a,,Z

Hình 2.12 Sơ đô tác động của Moment và tải trọng ngang lên cọcCác chuyên vị ổ„„,ð;zr,ổmm„,Ổ;„„ của cọc ở cao trình mặt dat do các ứng lựcđơn vi gây ra tai cao trình này:

1

Onn = OE 7 40 (2-27)

bab

Syn) = yy) =—=——B (2-28)uN Cg Eyl

|

Moment uốn và lực cắt của cọc tại cao trình mat dat

Hạ=H (2-30)Mạ=M+HIạ (2-31)Chuyển vị ngang va góc xoay của cọc tại cao trình mặt đất yo và y,

Vp = Ho Ou + MaÖjm, (2-32)Wo = Hgổm, +My Oyar (2-33)Chuyén vi của cọc ở cao trình đặt lực hoặc day dai

Zz Zz 4 '

Trong đó:- ơ, ứng suất hữu hiệu theo phương thang đứng tại độ sâu z- y, trọng lượng riêng cua đất

- Cy, 0¡ lực dính và góc ma sát trong cua đất- š hệ số lấy 0.3 (coc vuông )

- 1, hệ số băng 0,7 cho mọi công trình chan đất