Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp sử lý xự cố chuyển vị tường cọc bản kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1

Giải pháp sử dụng hệ neo kết hợp cọc bê tông cốt thép sẽ khắc phục được sự cố và đảm bảo ổn định và biến dạng của tường công trình trong quá trình sử dụng.. Ứng dụng phương pháp giải tíc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG – Tp.HCM, ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5 Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về công trình tường kè ven sông và kênh đào - Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định và biến dạng tường kè - Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố tường cọc bản kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 (Huyện Tân Thành – Bà Rịa-Vũng Tàu)

- Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN XUÂN THỌ

giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho

tôi lòng đam mê nghiên cứu khoa học: TS Trần Xuân Thọ

- Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những người đã truyền cho tôi các kiến thức quý giá trong quá trình học tập tại trường cũng như khi công tác ngoài xã hội

- Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên trong lớp Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa 2011, những người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn

- Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, đã luôn động viên tinh thần tôi trong suốt quá trình theo học thạc sĩ

- Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng!

Học viên

Võ Thanh Huy

CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1 Tóm tắt

Nội dung của đề tài là phân tích nguyên nhân và đề xuất giải pháp khắc phục sự cố phá hoại tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 Ứng dụng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích và so sánh với kết quả quan trắc hiện trường Chuyển vị ngang quá lớn của tường cọc bản làm mất ổn định công trình Giải pháp sử dụng hệ neo kết hợp cọc bê tông cốt thép sẽ khắc phục được sự cố và đảm bảo ổn định và biến dạng của tường công trình trong quá trình sử dụng

ABSTRACT ANALYSING THE REASON AND SUGGESTING THE SOLUTION TO RECONSTRUCT THE BREAKDOWN OF SHEET

PILE WALL IN THE OF PHU MY 1 PLANT Abstract

The thesis is to analyse the reason causing the breakdown and to suggest the solution to reconstruct the damage of sheet pile wall in the canal of Phu My 1 Plant The analytic and Finite Element methods are used to analyse the problems and compared with the site measurements Large horizontal displacement of sheet pile wall is to cause the breakdown of the construction Using the anchors and concrete piles to restrict the sheet pile wall is suggested to overcome problem and this can be ensured the stability and deformation of the construction in operation

- Tôi xin cam đoan: bài luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, thu thập các số liệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế dưới sự hướng dẫn khoa

học của TS.Trần Xuân Thọ

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

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

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Tính cấp thiết của đề tài 3

2 Nội dung nghiên cứu 3

3 Phương pháp nghiên cứu 4

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 4

1.3.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ công trình ven sông, kênh đào 6

1.3.2 Các dạng neo trong tường kè 11

1.4 Các dạng mất ổn định và phá hoại của tường kè 12

1.5 Một số sự cố tường kè 14

1.6 Nhận xét 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG TƯỜNG KÈ 15

2.1 Sự làm việc của tường 15

2.1.1 Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường chắn của Coulumb (lý thuyết cân bằng giới hạn) 15

2.1.2 Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm đàn hồi biến dạng cục bộ theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số nền Winkler) 15

2.1.3 Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn 19

2.2 Một số dạng chuyển vị của cọc không neo và một neo 25

2.3 Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè: 26

2.3.1 Bài toán 1: Tường cọc bản không có neo 26

2.3.2 Bài toán 2: Tường cọc bản đóng trong đất có neo 30

2.4 Kiểm tra ổn định tường kè 36

2.4.1 Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn 36

2.4.2 Kiểm tra ổn định trượt sâu (lật) 36

2.5 Nhận xét 36

CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG

CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1 38

3.1 Đặt vấn đề 38

3.2 Giới thiệu về công trình 38

3.3 Đặc điểm địa chất công trình 42

3.4 Phân tích đánh giá nguyên nhân gây sự cố 45

3.4.1 Mô phỏng FEM: 45

3.4.2 Thông số đầu vào: 46

3.4.3 Mô phỏng tính toán 51

3.4.4 Phân tích kết quả tính toán: 56

3.4.5 So sánh giữa phân tích bằng FEM và quan trắc 56

3.4.6 Kết Luận 57

3.5 Giải pháp xử lý sự cố 57

3.6 Tính giải pháp xử lý sự cố bằng phương pháp giải tích 57

3.7 Tính giải pháp xử lý sự cố bằng phương pháp phần tử hữu hạn 66

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 78

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ ngàn xưa các nền văn minh lớn của nhân loại đều tập trung ở lưu vực các dòng sông như: Sông Nile ở Ai Cập, Sông Ấn ở Ấn Độ, Sông Hoàng Hà ở Trung Quốc… Để mở rộng khu vực sinh sống, phục vụ cho việc tưới tiêu, sinh hoạt, con người đã biết dẫn những nguồn nước thông qua việc đào những con kênh, rạch từ rất sớm

Ngày nay với khoa học kỹ thuật tiến bộ, phương pháp thi công hiện đại Con người đã tạo ra những kênh đào có diện tích lớn với chiều dài hàng trăm km, nhằm phục vụ cho việc rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa như: Kênh đào Suez (Ai Cập) dài 195km nối giữa Địa trung hải với vịnh Suez, một phần của Biển Đỏ; Kênh đào panama (Panama) dài 77km nối Đại tây dương và Thái bình dương

Ở Việt Nam các kênh đào dẫn nước vào khu vực canh tác nông nghiệp, sinh hoạt dân cư đã được thi công nhiều Nhưng hiện tượng sạt tường chắn của kênh đào vẫn xảy ra liên tục do nhiều nguyên nhân từ giải pháp thiết kế, đến biện pháp thi công không phù hợp Để đảm bảo ổn định cho công trình, sự chuyển vị trong giới hạn cho phép, tính hiệu quả về kinh tế và vẻ mỹ quan công trình, đã đặt ra cho những người làm công tác xây dựng nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu lựa chọn loại tường chắn phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn từng khu vực

So sánh với nhiều giải pháp, thì hiện nay tường cọc bản bê tông cốt thép ứng lực trước là một trong những giải pháp khả thi đang được sử dụng nhiều để đáp ứng những yêu cầu trên và có nhiều phương pháp tính toán với độ tin cậy cao đang được sử dụng đối với giải pháp này

Bên cạnh đó, việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý cho toàn bộ công trình cũng như so sánh các phương pháp tính toán để chọn ra kết quả tin cậy là điều hết sức cần thiết

2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu là tìm ra giải pháp khắc phục sự cố chuyển vị tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 Ứng dụng phương pháp giải tích và phân tích phần tử hữu hạn về sự làm việc đồng thời giữa tường cọc bản và hệ neo để tính toán ổn định, biến dạng hệ tường cọc bản trước khi khắc phục sự cố, so sánh với kết quả quan trắc thực tế công trình Sau đó đề ra giải pháp thiết kế phù hợp để khắc phục sự cố trên Nhận xét, đánh giá kết quả thu được nhằm kiến nghị các giải pháp an toàn, kinh tế trong đầu tư Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

Mở đầu Chương 1: Tổng quan về ổn định của công trình tường kè ven sông và

Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn:

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm tính toán như Plaxis để mô phỏng phân tích ổn định và biến dạng cho công trình tường cọc bản bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1, Huyện Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Quan trắc hiện trường:

Quan trắc chuyển vị và biến dạng công trình thực tế để so sánh với kết quả tính toán

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Tìm ra giải pháp khắc phục sự cố chuyển vị tường cọc bản bê tông cốt thép ứng lực trước kênh dẫn nước của công trình Xác định giải pháp có lợi nhất về mặt kinh tế, sự ổn định và vẻ mỹ quan của công trình để bảo vệ kênh đào, góp phần xây dựng các giải pháp xử lý bảo vệ bờ kè, nhằm có thêm nhiều sự lựa chọn, đánh giá, so sánh các giải pháp khác nhau để áp dụng cho nhiều loại công trình như bờ kè ven sông rất phổ biến tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long

5 Hạn chế của đề tài

Kết quả tính toán của giải pháp xử lý sự cố chưa được kiểm tra bằng quan trắc, nên không đánh giá được sự tối ưu của giải pháp trên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH TƯỜNG KÈ

VEN SÔNG VÀ KÊNH ĐÀO 1.1 Đặt vấn đề

Hiện tượng mất ổn định bờ kè bảo vệ kênh đào hay ven sông vẫn xảy ra thường xuyên do nhiều nguyên nhân Đã gây ra thiệt hại lớn về người và của Đặc biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với kênh rạch, sông ngòi chằng chịt, những khu vực giáp với bờ sông thường tập trung lượng dân cư đông, là nơi giao dịch buôn bán, vận chuyển hàng hóa đường thủy đến các vùng

Hình 1.1 Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An Để khắc phục các hiện tượng mất ổn định bờ kè, hiện nay có nhiều giải pháp đã được thực hiện như: tường chắn bê tông cốt thép, tường bê tông trọng lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình … Trong số đó tường cọc bản BTCT dự ứng lực là một trong những phương án được chọn phổ biến để bảo vệ bờ sông, các công trình ven bờ hiện nay Tiêu biểu cho giải pháp này có những công trình sau:

- Bờ kè dọc sông thành phố Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai với cừ ván SW 400-500-600 chiều dài hệ thống 13.200 m

- Bờ kè cảng Holcim – Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu cừ ván SW500; - Bờ kè Nguyễn Công Trứ - Tỉnh Kiên Giang: chiều dài kè 5.600m; - Bờ kè chắn khu lấn biển Hà Tiên-Kiên Giang: chiều dài kè 11.080m Điều đó cho thấy giải pháp sử dụng tường cọc bản BTCT dự ứng lực đã đáp ứng được những nhu cầu đề ra: đảm bảo tính ổn định tức thời và lâu dài,

vẻ mỹ quan của công trình, tuổi thọ của công trình cao, dễ thay thế, chống gỉ, chống ăn mòn, không bị oxy hóa trong môi trường nước mặn cũng như nước phèn

Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền thống, thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa có thể ép cọc là thi công được

1.2 Tổng quan về đất yếu

Đất yếu là loại đất không có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ công trình Hiện nay, không có định nghĩa rõ ràng về đất yếu và phần lớn các nước trên thế giới thống nhất định nghĩa về nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:

- Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N<2 - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N<4 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245:2000, đất yếu được định nghĩa như

sau: “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao

hơn giới hạn chảy hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt nhanh không thoát nước 0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0.35daN/cm2”

đất yếu, đặc biệt là khu vực ven sông Tiền, sông Hậu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy dễ bị xói lở khi có tác động bên ngòai Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm chúng dễ bị cuốn trôi gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên trên

1.3 Các dạng tường kè 1.3.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ công trình ven sông, kênh đào

Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau:

Theo vật liệu có thể chia thành các dạng sau

+ Tường cọc bản nhựa (vinyl sheet piling) + Tường bằng cọc đất trộn xi măng (CDM) + Tường cọc bản thép (steel sheet piling) + Tường cọc bản bêtông cốt thép dự ứng lực (PC sheet piles)

 Tường bản nhựa

Hình 1.2 Tường bản nhựa bờ kè

Cấu tạo: Các tường bản nhựa được nhà thiết kế tạo ra với nhiều kích thước khác

nhau Có những mắt để nối giữa các bản nhựa với nhau Có dầm ốp bằng gỗ trên đỉnh tường Để tránh va đập, người ta đóng gia cường thêm cọc gỗ phía ngoài để chịu va đập của thuyền bè

Hình 1.3 Một loại tường bản nhựa theo tiêu chuẩn ASTM (đơn vị inches)

Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rất đa dạng, có thể sử dụng làm tường kè

chắn kênh đào, sông ngòi, bờ đê chắn giữ sóng ngoài biển, vách ngăn…

Ưu điểm: Có độ bền cao, có thể sử dụng tới 50 năm, giá thành thấp, phù hợp

với môi trường, không bị ảnh hưởng bởi xâm thực, nước biển, thi công đơn giản, các khóa liên kết giữa các tấm tường bản nhựa rất khít do đó sự rò rỉ của nước là không xảy ra

Nhược điểm: Công nghệ mới, chưa được áp dụng rộng rãi

 Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng

Cấu tạo: Các cọc đất trộn xi măng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chống

đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất Cừ vây bằng xi măng được thi công bằng thiết bị khoan có thể phun vữa gồm cát xi măng và nước ra xung quanh thân ống trộn với đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khỏang 0,3 đến 0,45m Có thể cắm lồng thép hoặc thép hình vào khi vữa còn ướt

Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình chữ Z,

chữ I, hình máng, cừ Larsen, thép ống… có chiều dài từ 5  22m Dầm ốp có cấu tạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi công 0,5m Dầm mũ bằng BTCT có tiết diện hình chữ nhật đổ tại chỗ Các thanh neo bằng thép tròn 75, 80 Mũ giữ thanh neo làm dầm BTCT

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu

có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông

Ưu điểm: Tuổi thọ cao, tính công nghiệp lắp ghép cao, thi công nhanh Chịu

được những nơi có tốc độ dòng chảy lớn, bị ngập lũ sâu

Nhược điểm: Giá thành cao do phải nhập cừ thép định hình từ nước ngoài

Thép bị ăn mòn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn Loại này ít dùng ở đồng bằng Sông Cửu Long

Hình 1.5 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép

Hình 1.6 Cừ thép dùng làm tường cọc bản

 Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực

Giới thiệu: Tường cọc bản BTCT dự ứng lực được tập đoàn PS MITSUBISHI

(Nhật Bản) phát minh ra cách đây 50 năm và được áp dụng rộng rãi ở Nhật Cọc bản BTCT DƯL được ứng dụng lần đầu tiên ở Việt Nam năm 1999 – 2001 tại công trình nhiệt điện Phú Mỹ, làm kênh dẫn nước nhiệt điện cho nhà máy turbin khí

Cấu tạo: Cọc bản bằng BTCT DƯL có 3 dạng chính bao gồm: Dạng sóng,

dạng phẳng, dạng mặt phẳng/ lõm Sự dụng bê tông cường độ cao 60MPa, và sử dụng cốt thép dự ứng lực với đường kính 12.7mm, số lượng tao cáp tùy theo chiều dài loại cọc

Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu

có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông

Ưu điểm: Bờ kè bằng BTCT DƯL kết cấu bền vững, tuổi thọ cao Có thể sử

dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.Chế tạo cọc với chiều dài lớn (tối đa 21m), hạn chế mối nối, sau khi thi công xong bảo đảm độ kín, khít Có khả năng chống xói cao, hạn chế nở hông của đất đắp bên trong

Nhược điểm: Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường, thi

công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại, giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện

Hình 1.7 Các dạng mặt cắt tường cọc bản bê tông cốt thép

Hình 1.8 Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực

Theo cách giữ tường ổn định: có thể chia thành 2 loại là tường có neo và tường không neo

TƯỜNG CỌC BẢN

CỌC NEOTƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO

GIẰNG

a Tường không neob Tường có neo

Hình 1.9 Tường cọc bản cĩ neo và khơng neo

1.3.2 Các dạng neo trong tường kè

Các dạng neo sau được sử dụng phổ biến trong tường cọc bản: * Bản neo và dầm neo: Bản neo thường là các tấm bê tơng nối với tường bằng các thanh neo Các thanh neo được chống ăn mịn bằng các lớp sơn hoặc asphalt bảo vệ

* Thanh neo: Cĩ cấu tạo gồm một khối bê tơng đúc tại chỗ trong lịng đất và nối với tường bằng các thanh neo hoặc dây cáp chịu kéo

* Cọc neo thẳng đứng: sử dụng các thanh neo để neo tường vào các cọc đĩng thẳng đứng Dùng cho các trường hợp cĩ lực ngang nhỏ

* Các dầm neo trên các cọc xiên: Sử dụng thanh neo hoặc cáp neo để neo tường vào các cọc xiên chịu nhổ Sử dụng trong các trường hợp cĩ lực ngang lớn

Các dạng neo trong tường kè được thể hiện trong hình 1.10

NHÓM CỌC NEODẦM NEO

BẦU NEO

CỌC NEOCÁP NEO

KHỐI BÊTÔNG NEO

TƯỜNG CỌC BẢNTƯỜNG CỌC BẢNTƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO

GIẰNGGIẰNG

a Neo bằng khối bêtông cố địnhb Neo bằng cọc neo hay tường neo

d Neo bằng dầm có cọc xiên chống đởc Neo đất

Hình 1.10 Các dạng neo trong tường kè

1.4 Các dạng mất ổn định và phá hoại của tường kè

Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau: * Mất ổn định do trượt tổng thể: trượt sâu, mặt trượt đi qua chân cọc (hình 1.11, 1.12)

* Mất ổn định do phá hoại về kết cấu: tường không đủ chịu tải trọng ngang, hệ thống neo không đảm bảo, ăn mòn vật liệu, xói lở … Mặt trượt khi đó sẽ đi qua thân cọc (hình 1.13, 1.14)

* Mất ổn định do thiên tai

Hình 1.11 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu

Hình 1.12 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm không đủ

(phá hoại xoay)

1.5 Một số sự cố tường kè

* Sự cố tường kè ở Phong Điền (Cần Thơ): Sự cố xảy ra vào đầu năm

2007 làm khoảng 146 căn nhà bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân được xác định là do tư vấn thiết kế đã tính toán không đầy đủ các yếu tố địa chất và các yếu tố khác ảnh hưởng đến công trình như: tác động của tải do xe, tải do việc thu hẹp lòng sông …

Hình 1.15 Bờ kè Phong Điền (Cần Thơ) bị sạt lở

* Sự cố tường kè ở Sông Tiền (Vĩnh Long): Bờ kè sông Tiền tại thị xã

Vĩnh Long bị nghiêng ra sông, khối đất sau lưng tường bị lún sụp Nguyên nhân được xác định là do các trận lũ lớn năm 1995 và 1996 làm xói lở bờ sông ở phía dưới các tấm đan bê tông cốt thép giữa các cọc Các cọc BTCT làm bờ kè và cọc neo đều bị nghiêng ra phía sông

1.6 Nhận xét

Để đảm bảo công trình được ổn định liên tục và lâu dài, sự chuyển vị trong giới hạn cho phép thì việc lựa chọn phương án xây dựng bảo vệ bờ kè ven sông và kênh đào là rất cần thiết Với những giải pháp lựa chọn phải phù hợp với từng khu vực, địa tầng, địa chất, chứng minh được là giải pháp tối ưu, hiệu quả về kinh tế khi sử dụng

Bên cạnh đó, người thiết kế cũng phải lường trước địa tầng ở những khu vực không khoan khảo sát địa chất, tính toán đầy đủ những tải trọng phía sau lưng tường, khả năng chịu uốn của tường, thanh neo, biện pháp thi công hợp lý và đúng trình tự thi công So sánh kết quả của những công trình bờ kè đã thi công thực tế để có kết quả đáng tin cậy hơn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG

TƯỜNG KÈ 2.1 Sự làm việc của tường

Tường cọc bản làm việc thơng qua sự cân bằng giữa áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động của khối đất trước và sau tường Cho nên bài tốn về tường cọc bản chủ yếu là giải quyết bài tốn về áp lực đất

Hiện nay, cĩ nhiều cách giải quyết cho bài tốn này mà ta cĩ thể phân chia thành 3 phương pháp chính:

2.1.1 Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường chắn (lý thuyết cân bằng giới hạn)

Khơng xét đến độ cứng của tường, giả thiết tường là tuyệt đối cứng và chỉ xét áp lực đất ở trạng thái cân bằng giới hạn Ưu điểm của cách tính tốn này là thực hiện đơn giản, cĩ độ an tồn đạt yêu cầu Nhược điểm ở đây là khơng xác định mức độ chuyển vị và biến dạng của tường, chưa xét đến độ cứng của tường

Hình 2.1 Biểu đồ áp lực đất theo lý thuyết căn bằng giới hạn 2.1.2 Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm đàn hồi biến dạng cục bộ theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số nền Winkler)

Cách tính của phương pháp này là phương pháp giải tích (xây dựng phương trình vi phân trục uốn của dầm kết hợp với quan hệ giữa ứng suất và biến dạng để tìm được chuyển vị cọc và nội lực phát sinh trong cọc) hoặc mơ hình theo phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng mơ hình gối lị xo) Phương pháp này xác định được độ chuyển vị của tường cọc bản, nội lực trong tường Tuy nhiên, chỉ xét đến các lị xo nằm trong phạm vi phân bố tải trọng mới bị biến dạng, khơng xét đến ảnh hưởng của tải trọng bên đến chuyển vị của điểm đang xét Việc tính tốn là phức tạp do việc xác định hệ số nền theo chiều sâu

MẶT NẠO VÉT

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNG

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNG

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNGÁPLỰC BỊ ĐỘNG

ÁPLỰC BỊ ĐỘNG

O

a ) Chuyển vịb ) Áp lực đất thực c ) Chuyển đổi đơn giản

là phức tạp và lý thuyết áp lực đất lên tường mềm chưa được nghiên cứu đầy đủ như tường cứng Phương pháp này chỉ xét đến độ lún (chính là chuyển vị của tường) ở nơi đặt lực, khơng xét đến biến dạng ở ngồi diện gia tải

Mơ hình nền Winkler được thể hiện bằng một hệ thống lị xo làm việc độc lập với nhau

Neo

Lò xo đàn hồi

Hình 2.2 Mơ hình tính tốn tường cọc bản với nền biến dạng cục bộ Ta xem tường cọc bản cắm vào đất là dầm đặt trên nền đàn hồi cục bộ xoay 90o

Mối quan hệ giữa cường độ áp lực đất tác dụng lên tường và chuyển vị của tường (hay chuyển vị ngang của đất):

trong đĩ: k – hệ số nền Tùy theo quan điểm tính tốn của mỗi nhà bác học, hệ số nền k được xem như phụ thuộc vào loại đất nền, chiều sâu, kích thước mĩng, vật liệu mĩng

Theo tiến sỹ E.Rausch và nhà bác học O.A.Xavinơv, hệ số nền k phụ thuộc vào modul biến dạng của nền, diện tích đáy mĩng và tỷ số các cạnh đáy mĩng

Theo quy phạm của Liên Xơ cũ: hệ số nền tăng tuyến tính theo chiều sâu:

165,0

FFss

IE

BEEk

1(65,0

FFss

IE

BEB

Ek





trong đó: Es – modul đàn hồi của đất nền B – chiều rộng móng

EF - modul đàn hồi của vật liệu móng IF – modul quán tính của tiết diện ngang móng  - hệ số Poisson

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

)1( 2



BE

trong đó: E – modul đàn hồi của đất nền B – chiều rộng móng

 - hệ số Poisson Phương trình vi phân cơ bản để xác định chuyển vị và nội lực trong tường cọc bản:

0)( )(

44

mzyzdz

zyd

trong đó: m.z = k – hệ số nền thay đổi bậc nhất theo chiều sâu z (theo phương pháp tính toán của Zavriev)

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

)(13

0)

(12

0)

(10)10

)

EJHC

EJMB

Ayzy









y0, 0: chuyển vị ngang và góc xoay của tường tại mặt đất

)(1

1010

5)

(

1611

6)

(

!17.13.8.3!12.8.3!7.3!2

1712

72

)(

!18.14.9.4!13.9.4!8.4!3

1813

83

)(

0)

(22

0)

(20)(20

2)

DEJHC

EJMB

Ayz





(2.12)

)(33

0)

(32

0)

(30)(302

)

DEJHC

EJMB

AyEJ

zM





)(43

0)

(42

0)

(40)(403

)

EJHC

EJMB

AyEJ

zQ





trong đó:

zddAA

znz

n

)()

znz

n

)()

znz

n

)()

znz

n

)()

(

000

00

00000

MH

MH

y

mmmh

hmhh













trong đó:

2.1.3 Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn

a) Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số, nó cho phép tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trên từng miền con Ve (phần tử) thuộc miền xác định V

Trong phương pháp phần tử hữu hạn, miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con, gọi là phần tử Các phần tử này được nối kết với nhau tại các điểm định trước trên biên phần tử gọi là nút Trong phạm vi mỗi phần tử, đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng một hàm đơn giản được gọi là các hàm xấp xỉ Và các hàm xấp xỉ này được biểu diễn qua các giá trị của hàm (và có khi cả các giá trị đạo hàm của nó) tại các điểm nút trên phần tử Các giá trị này được gọi là các bậc tự do của phần tử và được xem là ẩn số cần tìm của bài toán

Người ta có thể phân tích bài toán theo 3 mô hình sau:

* Mô hình 1: Mô hình tương thích

Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước và hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý thế năng toàn phần dừng hay nguyên lý biến phân Lagrange

* Mô hình 2: Mô hình cân bằng

Hàm xấp xỉ biểu diễn dạng gần đúng dạng phân bố của ứng suất hay nội lực trong phần tử Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý năng lượng toàn phần dừng hay nguyên lý biến phân về ứng suất (nguyên lý Castigliano)

* Mô hình 3: Mô hình hỗn hợp

Coi các đại lượng chuyển vị và ứng suất là 2 đại lượng độc lập Các hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị lẫn ứng suất trong phần tử Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner

Sau khi tìm được các ẩn số bằng việc giải hệ phương trình đại số vừa nhận được thì cũng có nghĩa là ta tìm được các xấp xỉ biểu diễn đại lượng cần tìm trong tất cả các phần tử, và từ đó cũng tìm được các đại lượng còn lại

b) Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn

Bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn gồm 6 bước sau:

 Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát (tạo lưới phần tử)

Miền khảo sát V được chia thành các miền con Ve (phần tử) có dạng hình học thích hợp Các phần tử liên kết với nhau tại điểm nút, các nút này xác định bằng tọa độ của chúng

Các phần tử thường có dạng hình học đơn giản

1 - D2 - D3 - D

Hình 2.3 Dạng hình học đơn giản của các phần tử Với các bài toán cụ thể, số phần tử, hình dạng hình học của phần tử cũng như kích thước các phần tử phải được xác định rõ Số điểm nút của mỗi phần tử không được lấy một cách tùy tiện mà tùy thuộc vào hàm xấp xỉ định chọn

 Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp

Vì đại lượng cần tìm là chưa biết nên ta giả thiết hàm xấp xỉ của nó sao cho đơn giản đối với tính toán bằng máy tính nhưng phải thỏa mãn các tiêu chuẩn hội tụ Hàm xấp xỉ thường được chọn ở dạng đa thức Sau đó biểu diễn hàm xấp xỉ theo tập hợp giá trị và có thể cả các đạo hàm của nó tại các nút của phần tử {qe}

Các tiêu chuẩn hội tụ của hàm xấp xỉ: - Liên tục trong phần tử (Ve) Điều này hiển nhiên thỏa mãn khi xấp xỉ là đa thức

- Bảo đảm tồn tại trong phần tử trạng thái đơn vị (hằng số) và các đạo hàm riêng của nó đến bậc cao nhất mà phiếm hàm I(u) đòi hỏi

- Trên biên phần tử, u và các đạo hàm của nó đến cấp (r-1) là liên tục

Các đa thức xấp xỉ được chọn sao cho không làm mất tính đẳng hướng hình học Muốn vậy, đối với bài toán 2 chiều, hàm xấp xỉ được chọn từ tam giác Pascal, bài toán 3 chiều, đa thức xấp xỉ được chọn từ tháp Pascal

 Bước 3: Xây dựng phương trình phần tử, hay thiết lập ma trận độ

cứng phần tử [K]e và véctơ tải phần tử {P}e Có nhiều cách thiết lập: trực tiếp, hoặc sử dụng nguyên lý biến phân, hoặc các phương pháp biến phân

Kết quả nhận được có thể biểu diễn một cách hình thức như một phương trình phần tử: [K]e {q}e={P}e

 Bước 4: Ghép nối các phần tử trên cơ sở mô hình tương thích mà

 q  : Véctơ tập hợp các giá trị, đại lượng cần tìm tại các nút (còn gọi là véctơ chuyển vị nút tổng thế)

 P  : Véctơ các số hạng tự do tổng thể (hay véctơ tải tổng thể) Rồi sau đó sử dụng điều kiện biên của bài toán, mà kết quả nhận được hệ phương trình sau: [K*]   q*  P* 

Đây chính là phương trình hệ thống hay còn gọi là hệ phương trình để giải

 Bước 5: Giải hệ phương trình đại số: [K*]   q*  P*

Kết quả là tìm được các chuyển vị của các nút - Đối với bài toán tuyến tính, việc giải hệ phương trình trên là đơn giản - Đối với bài toán phi tuyến thì nghiệm chỉ đạt được sau một chuỗi các bước lặp mà sau mỗi bước ma trận độ cứng [K] thay đổi (đối với bài toán phi tuyến vật lý) hay véc tơ lực nút  P  thay đổi (trong bài toán phi tuyến hình học)

 Bước 6: Hoàn thiện

Từ kết quả trên, tiếp tục tìm ứng suất, chuyển vị hay biến dạng của tất cả các phần tử

c) Các thông số của các mô hình đất trong PTHH

Trong phạm vi đề tài, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis để giải quyết bài toán với mô hình Mohr- Coulomb cho đất đắp và mô hình Hardening soil cho đất nền để phân tích ổn định và biến dạng của tường cọc bản

Khái niệm cơ bản hình thành mô hình dựa trên quan hệ giữa 1 và độ lệch ứng suất q từ thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ thóat nước do Konder đề xuất Ứng với một giá trị 3, độ cứng của đất sẽ giảm tương ứng với biến dạng dẻo phát triển

Do việc xác định Ei khó khăn hơn nên đề nghị chọn thông số E50 để thay cho Ei (hình 2.3)

f



qaqf

1Eur1

E

50

1E

Đường tới hạn trượtĐường tiệm cận

 

f

qq

R

Module biến dạng khi nén lại – nở:

Đối với đường ứng suất nén lại và nở, module biến dạng phụ thuốc vào ứng suất theo quan hệ sau:

33

cotcot

mref

Các thông số cơ bản của mô hình Mohr Coulomb

Các thông số cơ bản của mô hình Hardening-Soil

ur : Hệ số Poisson trong trường hợp chất tải / dở tải (mặc định  = 0.2) pref : Ứng suất cho trước (mặc định pref = 100 đơn vị ứng suất)

K0nc : Giá trị K0 trong điều kiện cố kết bình thường (K0 = 1 –sin) Để kiểm tra sự phù hợp của việc chọn lựa mô hình tính tóan, ta kết hợp quan trắc chuyển vị của tường để làm cơ sở so sánh Sử dụng các kết quả quan trắc thực tế về ổn định và biến dạng của tường, so sánh với số liệu tính toán để kiểm tra, lựa chọn phương pháp tính toán, mô phỏng phù hợp nhất đối với công trình

Thực hiện quan trắc theo thời gian, bố trí các điểm quan trắc trên thân tường và đầu tường cũng như các mốc chuẩn để kiểm tra chuyển vị của tường trong quá trình thi công và quá trình khai thác sử dụng sau này Công tác quan

trắc thực hiện trong quá trình thi công để kiểm tra và điều chỉnh thiết kế cho phù hợp với điều kiện thi công thực tế Trong quá trình khai thác sử dụng, chuyển vị của tường tương đối nhỏ do chuyển vị ngang của công trình chủ yếu diễn ra trong quá trình thi công, việc quan trắc để kiểm tra, so sánh với các sơ đồ tính tóan, lựa chọn mô hình tính tóan phù hợp với thực tế

Khó khăn của việc quan trắc công trình bờ kè là phần thân tường chủ yếu nằm trong nứơc, việc bố trí các mốc quan trắc sẽ gặp khó khăn, không thể kiểm tra phần cọc bản nằm trong đất mà chủ yếu chỉ kiểm tra phần đầu tường

Tổng hợp các nét chính của 2 mô hình Mohr-Coulomb và Hardening Soil

(Hardening Soil Model)

Mô hình đàn dẻo (Mohr Coulomb) Loại mô hình Đàn hồi dẻo, tăng bền đẳng hướng

Độ cứng phụ thuộc vào ứng suất theo phương trình mũ

Đàn hồi dẻo lý tưởng Độ cứng trung bình, tuy nhiên có thể tùy chọn độ cứng phụ thuộc ứng suất theo phương trình ứng suất

Các đặc tính cơ bản

Biến dạng dẻo xảy ra do độ lệch ứng suất Biến dạng dẻo xảy ra do ứng suất nén sơ cấp

Có xét đến dỡ tải thông qua modul đàn hồi dỡ tải

Quan hệ ứng suất biến dạng xấp xỉ hyperbol

Có xét đến giãn nở của đất cát chặt, sét quá cố kết

Có xét đến giãn nở của đất cát chặt, sét quá cố

kết

Tiêu chí phá hoại

Trạng thái

Thông số c’, ’, , E50ref, Eurref, Eoedref, m, K0nc, ur c’,’,,E,

Phạm vi áp

2.2 Một số dạng chuyển vị của cọc không neo và 1 neo

Biến dạng của cọc BTCT ứng lực trước phụ thuộc vào yếu tố chủ yếu sau: Áp lực đất tác dụng lên tường, độ cắm sâu của cọc trong đất nền, độ cứng EI của cọc, tường có neo hoặc không Các trường hợp biến dạng có thể có của cọc không neo và có 1 neo chịu lực ngang, như sau:

Đối với cọc không neo :

a) b) c) d) Hình 2.6 Các sơ đồ biến dạng của cọc bản, không neo, đóng ven sông

*Trường hợp a: Cọc có độ cứng tương đối lớn, độ sâu chôn cọc vừa đủ, áp

lực đất lớn, đầu cọc chuyển vị ra phía sông, xoay quanh điểm O nằm sâu trong

đất

* Trường hợp b: Cọc có độ cứng tương đối lớn, độ sâu chôn cọc nông, áp lực

đất tương đối lớn, đầu cọc và chân cọc đều chuyển vị ra phía sông

* Trường hợp c: Cọc có độ cứng nhỏ hơn, độ sâu chôn cọc vừa đủ, áp lực đất

lớn, cọc bị biến dạng uốn cong và chôn cọc chuyển vị xoay quanh điểm O nằm

sâu trong đất

* Trường hợp d: Cọc có độ cứng nhỏ hơn, độ sâu chôn cọc lớn, áp lực đất

lớn, cọc bị biến dạng uốn cong, đoạn chân cọc uốn cong

Đối với cọc có 1 neo: * Trường hợp e: Cọc có độ cứng lớn, điểm neo B cố định, áp lực đất lớn, độ

sâu chôn cọc nông, chân cọc bị chuyển vị ra phía sông

* Trường hợp f: Cọc có độ cứng nhỏ hơn trường hợp e, điểm neo B cố định,

áp lực đất lớn, chiều sâu chôn cừ vừa đủ, cọc bị biến dạng uốn cong

* Trường hợp g: Cọc có độ cứng tương đối (tương đương độ cứng trường

hợp f), điểm neo B cố định, chiều sâu chôn cọc tương đối lớn, áp lực đất lớn, cọc bị biến dạng uốn cong và chân cọc chuyển vị xoay quanh điểm D nằm sâu

trong đất

* Trường hợp h: Cọc có độ cứng tương đối (tương đương độ cứng trường

hợp g), điểm neo B cố định, chiều sâu chôn cọc lớn, áp lực đất lớn, cọc bị biến dạng uốn cong, đoạn chân cọc được ngàm chặt trong đất không bị biến dạng

Hình 2.7 Các sơ đồ biến dạng của cọc bản 1 neo, đóng ven sông

 Nhận xét:

Qua các sơ đồ trên, ta thấy biến dạng của cọc phụ thuộc rất lớn vào: áp lực đất, độ sâu chôn cọc và độ cứng của cọc

Trong 3 yếu tố trên thì độ sâu chôn cọc là quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn

đến biến dạng của cọc hay bờ kè Có thể thay đổi dễ dàng hơn trong giai đoạn thiết kế và thi công để làm tăng ổn định của công trình bờ kè

2.3 Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè:

Ta xem xét 02 bài toán tường cọc bản có neo và không có neo cho trường hợp cọc đóng vào đất bùn sét tương tự điều kiện địa chất công trình trên cơ sở giả thiết:

Mặt đất đắp trước và sau lưng tường nằm ngang Lưng tường nhẵn và thẳng đứng

công xong mới nạo vét phía trước tường

2.3.1 Bài toán 1: Tường cọc bản không có neo

Phương án tường cọc bản không có neo thường được sử dụng trong trường hợp phần chênh lệch mặt đất trước và sau tường  6 m

Khi đĩng vào đất cát khơng neo, tường cọc bản sẽ tự ổn định nhờ sự khác nhau của áp lực bị động và áp lực chủ động của đất tác dụng lên tường Ẩn số

của bài tốn là chiều sâu D cắm vào nền

Do sự chênh lệch cao độ mặt đất tác động lên sau và trước tường và với giả thiết tường tuyệt đối cứng, phần áp lực đất sau lưng tường trên mặt nạo vét sẽ làm xoay tường xung quanh điểm O

Để thuận lợi cho việc thiết lập các cơng thức tính tốn, ta xem sự phân bố áp lực đất lên tường là đường thẳng

Sơ đồ tính tốn tường cọc bản trong đất được thể hiện như hình vẽ

a ) Biểu đồ áp lực đất

PMẶT NẠO VÉT

A

C

DEF

BF'L 5

L 4D

L 1

L 2

L 3L

z

z'z

(Kp - Ka).

b ) Biểu đồ moment

M max

Mực nước

Hình 2.8 Sơ đồ tính tường cọc bản đĩng vào lớp đất cát

(a) Sự biến thiên biểu đồ áp đất (b) Sự biến thiên moment

- Cường độ áp lực đất chủ động tại điểm C:

p1 = .L1.ka (2.21)

- L1: Chiều sâu của mực nước ngầm

2

oa

: hệ số áp lực chủ động Rankine Tương tự, áp lực đất chủ động tại độ sâu Z= L1 + L2 (tại D)

p2 = (.L1 + ’.L2) ka (2.22)

Với ’ = sat - w : Trọng lượng riêng của đất, cĩ kể đến đẩy nổi - Để xác định áp lực rịng ở đoạn dưới mặt nạo vét và trên điểm xoay O (Đoạn DO) Trong đoạn này áp lực cĩ thay đổi chiều, áp lực bị động cĩ hướng

từ phải qua trái, riêng áp lực thủy tĩnh tác dụng từ 2 phía tường được cân bằng có thể bỏ qua

- Áp lực chủ động tác dụng ở độ sâu Z (bên phải) là: pa = [.L1 + ’.L2 + ’.(Z - L1 - L2)].ka (2.23)

- Áp lực bị động tác dụng ở độ sâu Z (bên trái) là:

245(

212

1

4354

21)3)(2

1()

4354

43

435

2

pp

PLpL

 (2.32)

- Từ các phương trình (2.31), (2.32), (2.33) ta lập được phương trình để

tìm L4:

0

4432423414

Trong đó:

)(

'

51

a

kpa



)(

'8

2

a

kPa



22

53

)(

'

])(

'2[6

ap

ap

kk

pkkzPa





(2.39)

22

54

)(

'

)46



- Tìm L4bằng phương pháp thử và sai, sau khi có L4 ta xác định được L5

từ phương trình (2.34) và tìm được D = L4 + L3 Chọn chiều sâu chôn cọc lớn hơn tính toán 20% ÷ 30%

* Tính moment uốn lớn nhất Mmax :

Sau khi xác định được chiều sâu chôn cọc, ta cần xác định nội lực trong cọc để tìm cấu tạo thích hợp

Theo biểu đồ trên, moment cực đại sẽ ở trong đoạn EF’ ứng với lực cắt bằng O Chọn trục z’ như hình vẽ

Tại điểm có lực cắt bằng 0, ta có:

')(

)'(2

')(

2'



a

kPz



Moment cực đại sẽ là:

2m a x

a

kzz

z

2.3.2 Bài tốn 2: Tường cọc bản đĩng trong đất cĩ neo

Khi phần chênh lệch mặt trước và sau tường > 6m, phương án tường cĩ neo sẽ kinh tế hơn

Cĩ 02 cách tính tốn tường cọc bản đĩng trong đất cĩ neo dựa trên 02 giả thiết khác nhau:

Chân tường dịch chuyển tự do Chân tường ngàm trong đất

(a)Mực

Mặt nạo vétĐộ võng

(b)Neo

Hình 2.9 Biểu đồ tường độ võng và moment của tường cọc bản cĩ neo

(a) Chân tường, dịch chuyển tự do; (b) Chân tường ngàm trong đất

a Trường hợp tường cọc bản cĩ một neo đầu tự do, đĩng vào lớp đất cát:

Sơ đồ tính như hình vẽ

Biểu đồ áp lực đất

PMẶT NẠO VÉT

A

C

DE

L 4D

L 1

L 2

L 3L

NEO

l 2

Đầu tự doMực nước

Trong đĩ: ’= sat-w – trọng lượng riêng đẩy nổi của lớp đất 2

Trên điểm xoay O, bên trái là áp lực bị động, bên phải là áp lực chủ động Tại độ sâu z, tính từ mặt đất sau tường, áp lực chủ động là:

CÁT

'21

LkkP

Nếu không gia tăng độ sâu chôn cọc thì khi tính toán áp lực bị động, nên giảm hệ số áp lực bị động theo biểu thức:

kp(thiết kế) = kp/FS

với FS là hệ số an toàn cho áp lực bị động do ta sử dụng mặt trượt phẳng thay thế cho mặt trượt cong

Moment cực đại trong cọc bản sẽ xảy ra tại vị trí lực cắt triệt tiêu, vị trí

này nằm từ độ sâu z = L1 đến độ sâu z = L1 +L2 :

0)('21)(2

11

11

Giải phương trình trên ta được độ sâu z mà tại đó lực cắt triệt tiêu, moment đạt giá trị cực đại Từ đó ta tính được Mmax như cách đã trình bày trong bài toán 1

b Trường hợp tường cọc bản có một neo đầu tự do, đóng vào lớp đất sét:

Sơ đồ tính như hình vẽ Ở độ sâu L1, Áp lực chủ động tại C là:

BD

PNEO

l 2

Hình 2.11 Sơ đồ tính tường cọc bản trong đất có neo cấm vào lớp đất sét

(=0)

Lực neo F:

Từ điều kiện lấy tổng lực ngang bằng 0 ta có:

P1 – F – p6.D = 0  F= P1 - p6.D

Giải phương trình bậc 2 trên ta tìm được z và suy ra Mmax

Tìm tiết diện cọc bản: theo điều kiện W= d2.1/6 (m3)

c Trường hợp tường cọc bản có một neo, đầu ngàm đóng vào lớp đất cát:

Khi sử dụng phương pháp chống đỡ ngàm trong đất người ta thừa nhận

rằng chân cọc bị ngàm không xoay được Biểu đồ áp lực đất được trình bày như hình vẽ:

BHL 4

P'

GL 3I

H'

Hình 2.12 Sơ đồ tính tường cọc bản có một neo, đầu ngàm vào đất cát