Đây là một trong những phương pháp có hiệu quả trong việc tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp tường cọc bản, cọc bê tông dự ứng lực vv… chính gì vậy mà ñề tài “ Nghiên cứu cọc c
Nội dung nghiên cứu
Trong nội dung nghiờn cứu của ủề tài cọc bờ tụng cốt thộp kết hợp với bản bờ tụng cốt thộp nhằm ổn ủịnh mỏi dốc cặp bờ sụng Nhằm nghiờn cứu cỏc vấn ủề sau:
- Phõn tớch tớnh ổn ủịnh của cọc khi thay ủổi tiết diện cọc
- Phõn tớch tớnh ổn ủịnh của cọc khi thay ủổi khoảng cỏch dọc cỏc cọc
- Phõn tớch tớnh ổn ủịnh của cọc khi thay ủổi chiều sõu chụn cọc
- Khả năng chịu tải trọng ngang cực hạng của cọc trong vựng ủất yếu khi khống chế chuyển vị ngang ở ủầu cọc
- So sánh sự khác biệt giữa kết quả tính toán theo lý thuyết và chương trình Plaxis
Tổng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Sử dụng phần mềm Plaxis tính toán sức chịu tải ngang
So sánh kết quả tính toán lý thuyết và chương trình Plaxis
5 TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Trong ủiều kiện phỏt triển kinh tế của nước ta hiện nay, ủang từng bước cụng nghiệp húa hiện ủại húa ủất nước Vấn ủề ỏp dụng tớnh toỏn sao cho ủảm bảo cụng trỡnh nghiờn về an toàn và hiệu quả kinh tế, khụng gõy tốn kộm và thiệt hại tài sản của ủất nước Phự hợp với ủiều kiện phỏt triển của từng vựng và từng khu vực, ủó ủược ỏp dụng nhiều ở khu vực ĐBSCL ủiển hỡnh là cụng trỡnh bờ kố kờnh Xỏng Xà No thị xó Vị Thanh tỉnh Hậu Giang
6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Trong ủề tài này tỏc giả chỉ ủi sõu về lý thuyết tớnh toỏn, phạm vi giới hạn trong bài toán phẳng, thí nghiệm sức chịu tải và chuyển vị của cọc ngoài hiện trường còn hạn chế
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC CHỊU TẢI TRỌNG
NGANG TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
1.1 SƠ LƯỢC VỀ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Trích dẫn trong cuốn Bách khoa toàn thư Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của chõu thổ sụng Mờ Kụng hay cũn gọi là Vựng ủồng bằng Nam Bộ hoặc miền Tây Nam Bộ hoặc theo cách gọi của người dân miền Nam Việt Nam ngắn gọn là Miền Tây, có 12 tỉnh và 1 thành phố gồm: An Giang, Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Thành phố Cần Thơ, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiêng Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long Có diện tích 39734km² Có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là Biển Đụng Vựng ủồng bằng sụng Cửu Long của Việt Nam ủược hỡnh thành từ những trầm tớch phự sa và bồi dần qua những kỷ nguyờn thay ủổi mực nước biển, qua từng giai ủoạn kộo theo sự hỡnh thành những giồng cỏt dọc theo bờ biển Những hoạt ủộng hỗn hợp của sụng và biển ủó hỡnh thành những vạt ủất phự sa phỡ nhiờu dọc theo ủờ ven sụng lẫn dọc theo một số giồng cỏt ven biển và ủất phốn trờn trầm tớch ủầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sụng Hậu và bỏn ủảo Cà Mau
Cỏch ủõy khoảng 8.000 năm, vựng ven biển cũ trải rộng dọc theo triền phự sa cổ thuộc trầm tớch Pleistocen từ Hà Tiờn ủến thềm bỡnh nguyờn Đụng Nam Bộ Sự hạ thấp của mực nước biển một cỏch ủồng thời với việc lộ ra từng phần vựng ủồng bằng vào giai ủoạn cuối của thời kỳ trầm tớch Pleistocen Một mẫu than ở tầng mặt ủất này ủược xỏc ủịnh bằng C 14 cho thấy nú cú tuổi tuyệt ủối là 8.000 năm Sau thời kỳ băng hà cuối cựng, mực mước biển dõng cao tương ủối nhanh chúng vào khoảng 3–4 m trong suốt giai ủoạn khoảng 1.000 năm Gõy ra sự lắng tụ của cỏc vật liệu trầm tớch biển ở những chỗ trũng thấp của chõu thổ, tại ủõy những sinh vật biển như hàu (Ostrea) ủược tỡm thấy và việc xỏc ủịnh tuổi tuyệt ủối của chỳng bằng C 14 cho thấy trầm tớch này ủược hỡnh thành cỏch ủõy khoảng 5.680 năm Dưới những ảnh hưởng của mụi trường biển và nước lợ, thực vật rừng ngập mặn dày ủặc ủó bao phủ toàn vựng này, chủ yếu là những cõy ủước (Rhizophora) và mắm (Avicennia) Những thực vật chịu mặn này ủó tạo thuận lợi cho việc giữ lại cỏc vật liệu lắng tụ, làm giảm sự xúi mũn do nước hoặc giú, và cung cấp sinh khối cho trầm tớch chõu thổ và rồi những ủầm lầy biển ủược hỡnh thành Tại vựng này, cỏch ủõy 5.500 năm trước cụng nguyờn, trầm tớch lắng tụ theo chiều dọc dưới ủiều kiện mực nước biển dõng cao ủó hỡnh thành những cỏnh ủồng rộng lớn mang vật liệu sột Sự lắng tụ kộo dài của cỏc vật liệu trầm tớch bờn dưới những cỏnh rừng Đước dày ủặc ủó tớch lũy dần ủể hỡnh thành một ủịa tầng chứa nhiều vật liệu sinh phèn (pyrit)
Mực nước biển dõng cao, bao phủ cả vựng như thế hầu như hơi khụng ổn ủịnh và bắt ủầu cú sự giảm xuống cỏch ủõy vào khoảng 5.000 năm Sự hạ thấp mực nước biển dẫn ủến việc hỡnh thành một mực nước biển mới, sau mỗi giai ủoạn như thế thỡ cú một bờ biển mới ủược hỡnh thành, và cuối cựng hỡnh thành nờn những vạt cồn cỏt chạy song song với bờ biển hiện tại mà người ta thấy ở vựng ủồng bằng sụng Cửu Long Một cồn cỏt chia cắt vựng Đồng Thỏp Mười và vựng trầm tớch phự sa ủược xỏc ủịnh bằng C 14 cho thấy cú tuổi tuyệt ủối vào khoảng 4.500 năm
Sự hạ dần của mực nước kốm theo những thay ủổi về mụi trường trong vựng ủầm lầy biển, mà ở ủõy những thực vật chịu mặn mọc dày ủặc (Rhizophora, Avicinnia), ủược thay thế bởi những loài thực vật khỏc của mụi trường nước ngọt như tràm (Melaleuca ) và những loài thực thực vật hoang dại khác (Fimbristylis ,Cyperus) Sự ổn ủịnh của mực nước biển dẫn ủến một sự bồi lắng trầm tớch ven biển khỏ nhanh với vật liệu sinh phèn thấp hơn
Sự tham gia của sụng Cửu Long ủúng vai trũ rất quan trọng trong suốt quỏ trỡnh hình thành vùng châu thổ Lượng nước trung bình hàng năm của sông này cung cấp vào khoảng 4.000 tỷ m³ nước và vào khoảng 100 triệu tấn vật liệu phù sa, những mảnh vỡ bị bào mòn từ lưu vực sông, mặc dù một phần có thể dừng lại tạm thời dọc theo hướng chảy, cuối cựng ủược mang ủến cửa sụng và ủược lắng tụ như một chõu thổ Những vật liệu sụng ủược lắng tụ dọc theo sụng ủể hỡnh thành những ủờ tự nhiờn cú chiều cao 3–4 m, và một phần của những vật liệu phù sa phủ lên trên những trầm tích pyrit thời kỳ Holocen với sự biến thiờn khỏ rộng về ủộ dày tầng ủất vựng và khụng gian vựng Cỏc con sụng nằm ủược chia cắt với trầm tớch ủờ phự sa nhưng những vựng rộng lớn mang vật liệu trầm tích biển chứa phèn tiềm tàng vẫn còn lộ ra trong vùng ủầm lầy biển Tuy nhiờn, ủộ chua tiềm tàng khụng xuất hiện trong vựng phụ cận của những nhỏnh sụng gần cửa sụng mà tại ủõy ảnh hưởng rửa bởi thủy triều khỏ mạnh
Ngược lại, vùng châu thổ sông Sài Gòn, nằm kế bên hạ lưu châu thổ sông Mekong, ủược biểu thị bởi một tốc ủộ bồi lắng ven biển khỏ chậm do lượng vật liệu phự du trong nước sông khá thấp và châu thổ này bị chia cắt bởi nhiều nhánh sông thủy triều và do bởi những vành ủai thực vật chịu mặn thỡ rộng lớn hơn vành ủai này ở vựng chõu thổ sông Mekong, và kết quả là trầm tích của chúng chứa nhiều axít tiềm tàng
Hỡnh 1.1 Bản ủồ khu vực Đồng Bằng Sụng Cửu Long
1.1.2 Đặc tớnh kỹ thuật ủất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sụng Cửu Long
Theo kết quả nghiờn cứu Bựi Tấn Mẫn (2003) ủả tổng kết cỏc ủặc tớnh cố kết của ủất ở Đồng bằng sụng Cửu Long là ủồng bằng lớn nhất Việt Nam ủược phủ bởi trầm tớch Holocene do sự lắng ủọng trầm tớch của hệ thống sụng Mekong Với cao ủộ trung bỡnh của bề mặt ủịa hỡnh nhỏ hơn 1m ủồng bằng sụng Cửu Long bị lũ lụt và xõm nhập mặn trong thời gian dài Vào mùa mưa, khoảng hơn 1 triệu hecta thuộc các lưu vực sụng bị ngập lũ Do ủú trầm tớch nguồn gốc sụng của ủồng bằng sụng Cửu Long bị ảnh hưởng của các nhân tố như: lũ, thủy triều, năng lượng của sóng v.v Điều này tạo ra tớnh phức tạp của ủiều kiện ủất nền là một vớ dụ mà ở ủú hệ số quỏ cố kết OCR giảm dần theo ủộ sõu và hầu hết cỏc giỏ trị ủều nhỏ hơn 1 Từ sự thay ủổi hệ số rỗng bằng cỏch nộn lại tới ỏp lực bản thõn ủó chỉ ra rằng toàn bộ cỏc mẫu thớ nghiệm ủều cú chất lượng không tốt Sự phá hoại tính nguyên dạng của mẫu là do dụng cụ lấy mẫu, quá trỡnh bảo quản, vận chuyển và cụng tỏc chuẩn bị mẫu thớ nghiệm Do ủú, cỏc kết quả chưa phản ỏnh ủược tớnh chất cơ học của ủất yếu ủồng bằng sụng Cửu Long
Hỡnh 1.2 Hệ số OCR của ủất yếu ủồng bằng sụng Cửu Long (Bựi Tấn Mẫn 2003)
1.2 NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY SẠT LỞ BỜ SÔNG
1.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảy Ở khu vực thường có dòng nước chảy xiết, như Sông Vàm Đầm tỉnh Cà Mau, Sụng Rành Hào ở Cà Mau- Bạc Liờu, sụng Hậu thường ủổ ra biển Đụng nờn lưu lượng dũng chảy lớn, dẫn ủến khu vực ủất hai bờn bờ sụng bị xối mũn ngày càng nhiều từ ủú dẫn ủến bị sạt lở bờ
1.2.2 Ảnh hưởng do sự khai thác cát trái phép
Trong thời gian gần ủõy, tỡnh trạng khai thỏc cỏt ồ ạt ở cỏc tỉnh Đồng bằng sụng Cửu Long gõy nờn tỡnh trạng sạt lở ủất nghiờm trọng, ủặc biệt là nhiều cồn, bói, cự lao ủứng trước nguy cơ biến mất Điển hỡnh như tỡnh trạng sạt lở nghiờm trọng ở ấp Mỹ Hiệp A, xã Đức Mỹ, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh Cát ở giữa sông ngày càng cạn kiệt Đõy là nguyờn nhõn chớnh gõy nờn cỏc vụ lở ủất ngày càng nhiều
Hình 1.3 Nạn khai thác cát trái phép ở sông Hậu
1.2.3 Ảnh hưỡng do thiên tai
Nguyờn nhõn dẫn ủến sạt lở là do mua làm nước ngấm vào trong ủất, làm phỏ vỡ liờn kết cỏc hạt ủất, làm cho ủất yếu dần ủi gõy ra hiện tượng sạt lở
1.2.4 Ảnh hưỡng do tác nhân bên ngoài ĐBSCL là vựng sụng nước cỏc tuyến ủường về cỏc tỉnh thành ở khu vực thường nằm cạnh bờ sông như tuyến quốc lộ 1A, quốc lộ 61 về Hậu Giang hoặc các tuyến sụng Hậu… Đất nước ta ủang từng bước cụng nghiệp húa hiện ủại húa, trước ủõy ủất nước cũn nghốo phương tiện giao thụng ủường bộ cũn thụ sơ, ủừơng cũn rập rờn xe chạy với vận túc thấp ngày nay ủường trơn lỏng xe chạy nhanh, thắng gấp gõy ảnh hưởng ủến khả năng chịu lực của ủất từ ủú dẫn ủến sạt lở trờn cỏc tuyến ủường Về ủường thủy cỏc phương tiện giao thụng ủường thủy như tàu trở cỏt, tàu dầu, ca nụ…Cỏc loại tàu thuyền khỏc thường hay neo ủậu và chạy túc ủộ nhanh gõy ra những cơn sống dữ dội, tỏc dụng vào 2 bờn bờ một lực lớn làm cho ủất xung quanh khụng chịu ủược ỏp lực dẫn ủến bị phỏ hoại liờn kết giữa cỏc hạt ủất gõy ra hiện tượng sạt lở
Hỡnh 1.4 Tỡnh trạng sạt lở do xe và tàu thuyền neo ủậu
1.3 SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC
Cọc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, cọc ủược ủúng hay thi cụng ủổ tại chỗ vào lũng ủất, ủỏ, ủể truyền tải trọng cụng trỡnh xuống cỏc tầng ủất, ủỏ, sõu hơn nhằm cho cụng trỡnh bờn trờn ủạt cỏc yờu cầu của trạng thái giới hạn
TỔNG QUAN VỀ CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
Sơ lược về khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long
Trích dẫn trong cuốn Bách khoa toàn thư Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của chõu thổ sụng Mờ Kụng hay cũn gọi là Vựng ủồng bằng Nam Bộ hoặc miền Tây Nam Bộ hoặc theo cách gọi của người dân miền Nam Việt Nam ngắn gọn là Miền Tây, có 12 tỉnh và 1 thành phố gồm: An Giang, Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Thành phố Cần Thơ, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiêng Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long Có diện tích 39734km² Có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là Biển Đụng Vựng ủồng bằng sụng Cửu Long của Việt Nam ủược hỡnh thành từ những trầm tớch phự sa và bồi dần qua những kỷ nguyờn thay ủổi mực nước biển, qua từng giai ủoạn kộo theo sự hỡnh thành những giồng cỏt dọc theo bờ biển Những hoạt ủộng hỗn hợp của sụng và biển ủó hỡnh thành những vạt ủất phự sa phỡ nhiờu dọc theo ủờ ven sụng lẫn dọc theo một số giồng cỏt ven biển và ủất phốn trờn trầm tớch ủầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sụng Hậu và bỏn ủảo Cà Mau
Cỏch ủõy khoảng 8.000 năm, vựng ven biển cũ trải rộng dọc theo triền phự sa cổ thuộc trầm tớch Pleistocen từ Hà Tiờn ủến thềm bỡnh nguyờn Đụng Nam Bộ Sự hạ thấp của mực nước biển một cỏch ủồng thời với việc lộ ra từng phần vựng ủồng bằng vào giai ủoạn cuối của thời kỳ trầm tớch Pleistocen Một mẫu than ở tầng mặt ủất này ủược xỏc ủịnh bằng C 14 cho thấy nú cú tuổi tuyệt ủối là 8.000 năm Sau thời kỳ băng hà cuối cựng, mực mước biển dõng cao tương ủối nhanh chúng vào khoảng 3–4 m trong suốt giai ủoạn khoảng 1.000 năm Gõy ra sự lắng tụ của cỏc vật liệu trầm tớch biển ở những chỗ trũng thấp của chõu thổ, tại ủõy những sinh vật biển như hàu (Ostrea) ủược tỡm thấy và việc xỏc ủịnh tuổi tuyệt ủối của chỳng bằng C 14 cho thấy trầm tớch này ủược hỡnh thành cỏch ủõy khoảng 5.680 năm Dưới những ảnh hưởng của mụi trường biển và nước lợ, thực vật rừng ngập mặn dày ủặc ủó bao phủ toàn vựng này, chủ yếu là những cõy ủước (Rhizophora) và mắm (Avicennia) Những thực vật chịu mặn này ủó tạo thuận lợi cho việc giữ lại cỏc vật liệu lắng tụ, làm giảm sự xúi mũn do nước hoặc giú, và cung cấp sinh khối cho trầm tớch chõu thổ và rồi những ủầm lầy biển ủược hỡnh thành Tại vựng này, cỏch ủõy 5.500 năm trước cụng nguyờn, trầm tớch lắng tụ theo chiều dọc dưới ủiều kiện mực nước biển dõng cao ủó hỡnh thành những cỏnh ủồng rộng lớn mang vật liệu sột Sự lắng tụ kộo dài của cỏc vật liệu trầm tớch bờn dưới những cỏnh rừng Đước dày ủặc ủó tớch lũy dần ủể hỡnh thành một ủịa tầng chứa nhiều vật liệu sinh phèn (pyrit)
Mực nước biển dõng cao, bao phủ cả vựng như thế hầu như hơi khụng ổn ủịnh và bắt ủầu cú sự giảm xuống cỏch ủõy vào khoảng 5.000 năm Sự hạ thấp mực nước biển dẫn ủến việc hỡnh thành một mực nước biển mới, sau mỗi giai ủoạn như thế thỡ cú một bờ biển mới ủược hỡnh thành, và cuối cựng hỡnh thành nờn những vạt cồn cỏt chạy song song với bờ biển hiện tại mà người ta thấy ở vựng ủồng bằng sụng Cửu Long Một cồn cỏt chia cắt vựng Đồng Thỏp Mười và vựng trầm tớch phự sa ủược xỏc ủịnh bằng C 14 cho thấy cú tuổi tuyệt ủối vào khoảng 4.500 năm
Sự hạ dần của mực nước kốm theo những thay ủổi về mụi trường trong vựng ủầm lầy biển, mà ở ủõy những thực vật chịu mặn mọc dày ủặc (Rhizophora, Avicinnia), ủược thay thế bởi những loài thực vật khỏc của mụi trường nước ngọt như tràm (Melaleuca ) và những loài thực thực vật hoang dại khác (Fimbristylis ,Cyperus) Sự ổn ủịnh của mực nước biển dẫn ủến một sự bồi lắng trầm tớch ven biển khỏ nhanh với vật liệu sinh phèn thấp hơn
Sự tham gia của sụng Cửu Long ủúng vai trũ rất quan trọng trong suốt quỏ trỡnh hình thành vùng châu thổ Lượng nước trung bình hàng năm của sông này cung cấp vào khoảng 4.000 tỷ m³ nước và vào khoảng 100 triệu tấn vật liệu phù sa, những mảnh vỡ bị bào mòn từ lưu vực sông, mặc dù một phần có thể dừng lại tạm thời dọc theo hướng chảy, cuối cựng ủược mang ủến cửa sụng và ủược lắng tụ như một chõu thổ Những vật liệu sụng ủược lắng tụ dọc theo sụng ủể hỡnh thành những ủờ tự nhiờn cú chiều cao 3–4 m, và một phần của những vật liệu phù sa phủ lên trên những trầm tích pyrit thời kỳ Holocen với sự biến thiờn khỏ rộng về ủộ dày tầng ủất vựng và khụng gian vựng Cỏc con sụng nằm ủược chia cắt với trầm tớch ủờ phự sa nhưng những vựng rộng lớn mang vật liệu trầm tích biển chứa phèn tiềm tàng vẫn còn lộ ra trong vùng ủầm lầy biển Tuy nhiờn, ủộ chua tiềm tàng khụng xuất hiện trong vựng phụ cận của những nhỏnh sụng gần cửa sụng mà tại ủõy ảnh hưởng rửa bởi thủy triều khỏ mạnh
Ngược lại, vùng châu thổ sông Sài Gòn, nằm kế bên hạ lưu châu thổ sông Mekong, ủược biểu thị bởi một tốc ủộ bồi lắng ven biển khỏ chậm do lượng vật liệu phự du trong nước sông khá thấp và châu thổ này bị chia cắt bởi nhiều nhánh sông thủy triều và do bởi những vành ủai thực vật chịu mặn thỡ rộng lớn hơn vành ủai này ở vựng chõu thổ sông Mekong, và kết quả là trầm tích của chúng chứa nhiều axít tiềm tàng
Hỡnh 1.1 Bản ủồ khu vực Đồng Bằng Sụng Cửu Long
1.1.2 Đặc tớnh kỹ thuật ủất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sụng Cửu Long
Theo kết quả nghiờn cứu Bựi Tấn Mẫn (2003) ủả tổng kết cỏc ủặc tớnh cố kết của ủất ở Đồng bằng sụng Cửu Long là ủồng bằng lớn nhất Việt Nam ủược phủ bởi trầm tớch Holocene do sự lắng ủọng trầm tớch của hệ thống sụng Mekong Với cao ủộ trung bỡnh của bề mặt ủịa hỡnh nhỏ hơn 1m ủồng bằng sụng Cửu Long bị lũ lụt và xõm nhập mặn trong thời gian dài Vào mùa mưa, khoảng hơn 1 triệu hecta thuộc các lưu vực sụng bị ngập lũ Do ủú trầm tớch nguồn gốc sụng của ủồng bằng sụng Cửu Long bị ảnh hưởng của các nhân tố như: lũ, thủy triều, năng lượng của sóng v.v Điều này tạo ra tớnh phức tạp của ủiều kiện ủất nền là một vớ dụ mà ở ủú hệ số quỏ cố kết OCR giảm dần theo ủộ sõu và hầu hết cỏc giỏ trị ủều nhỏ hơn 1 Từ sự thay ủổi hệ số rỗng bằng cỏch nộn lại tới ỏp lực bản thõn ủó chỉ ra rằng toàn bộ cỏc mẫu thớ nghiệm ủều cú chất lượng không tốt Sự phá hoại tính nguyên dạng của mẫu là do dụng cụ lấy mẫu, quá trỡnh bảo quản, vận chuyển và cụng tỏc chuẩn bị mẫu thớ nghiệm Do ủú, cỏc kết quả chưa phản ỏnh ủược tớnh chất cơ học của ủất yếu ủồng bằng sụng Cửu Long
Hỡnh 1.2 Hệ số OCR của ủất yếu ủồng bằng sụng Cửu Long (Bựi Tấn Mẫn 2003)
Những nguyên nhân gây sạt lở bờ sông
1.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảy Ở khu vực thường có dòng nước chảy xiết, như Sông Vàm Đầm tỉnh Cà Mau, Sụng Rành Hào ở Cà Mau- Bạc Liờu, sụng Hậu thường ủổ ra biển Đụng nờn lưu lượng dũng chảy lớn, dẫn ủến khu vực ủất hai bờn bờ sụng bị xối mũn ngày càng nhiều từ ủú dẫn ủến bị sạt lở bờ
1.2.2 Ảnh hưởng do sự khai thác cát trái phép
Trong thời gian gần ủõy, tỡnh trạng khai thỏc cỏt ồ ạt ở cỏc tỉnh Đồng bằng sụng Cửu Long gõy nờn tỡnh trạng sạt lở ủất nghiờm trọng, ủặc biệt là nhiều cồn, bói, cự lao ủứng trước nguy cơ biến mất Điển hỡnh như tỡnh trạng sạt lở nghiờm trọng ở ấp Mỹ Hiệp A, xã Đức Mỹ, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh Cát ở giữa sông ngày càng cạn kiệt Đõy là nguyờn nhõn chớnh gõy nờn cỏc vụ lở ủất ngày càng nhiều
Hình 1.3 Nạn khai thác cát trái phép ở sông Hậu
1.2.3 Ảnh hưỡng do thiên tai
Nguyờn nhõn dẫn ủến sạt lở là do mua làm nước ngấm vào trong ủất, làm phỏ vỡ liờn kết cỏc hạt ủất, làm cho ủất yếu dần ủi gõy ra hiện tượng sạt lở
1.2.4 Ảnh hưỡng do tác nhân bên ngoài ĐBSCL là vựng sụng nước cỏc tuyến ủường về cỏc tỉnh thành ở khu vực thường nằm cạnh bờ sông như tuyến quốc lộ 1A, quốc lộ 61 về Hậu Giang hoặc các tuyến sụng Hậu… Đất nước ta ủang từng bước cụng nghiệp húa hiện ủại húa, trước ủõy ủất nước cũn nghốo phương tiện giao thụng ủường bộ cũn thụ sơ, ủừơng cũn rập rờn xe chạy với vận túc thấp ngày nay ủường trơn lỏng xe chạy nhanh, thắng gấp gõy ảnh hưởng ủến khả năng chịu lực của ủất từ ủú dẫn ủến sạt lở trờn cỏc tuyến ủường Về ủường thủy cỏc phương tiện giao thụng ủường thủy như tàu trở cỏt, tàu dầu, ca
Sơ lượt về móng cọc
Hỡnh 1.4 Tỡnh trạng sạt lở do xe và tàu thuyền neo ủậu
1.3 SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC
Cọc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, cọc ủược ủúng hay thi cụng ủổ tại chỗ vào lũng ủất, ủỏ, ủể truyền tải trọng cụng trỡnh xuống cỏc tầng ủất, ủỏ, sõu hơn nhằm cho cụng trỡnh bờn trờn ủạt cỏc yờu cầu của trạng thái giới hạn
Tải cụng trỡnh bao gồm tải trọng ủứng hoặc tải trọng ngang, tải trọng ủứng là tải có phương tác dụng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang Tải trọng ngang có phương tỏc dụng song song với mặt ủất, như tường chắn ủất, bến cảng, mố cầu, trụ cầu, tầng hầm, nhà cao tầng,… Cọc ủược sử dụng gỏnh ủở vừa tải trọng ủứng vừa tải trọng ngang Để gỏnh ủỡ cho tải trọng ngang, người ta thường sử dụng cọc ủúng ủứng hoặc cọc ủúng xiờn, cú neo trờn ủầu học khụng neo Mũi cọc ủược cấm vào lớp ủất chịu lực Để làm giảm sự chuyển vị ngang của cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang ở phía trờn và cỏc ỏp lực ủất gõy ra Đài cọc là kết cấu dựng ủể liờn kết cỏc cọc lại với nhau và phõn bố tải trọng của công trình lên các cọc Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống qua hệ ủài bản chất sinh ra do chuyển vị tại ủiểm liờn kết cọc với hệ ủài Cú thể phõn ra làm ủài tuyệt ủối cứng và ủài mềm trong tớnh toỏn thiết kế hệ cọc Coi ủài múng cứng tuyệt ủối khi chiều cao ủài phải rất cứng Dưới tỏc dụng của tải trọng thỡ chuyển vị tại cỏc ủiểm trờn mặt cắt ngàm cọc là tuyến tớnh (hay là mặt cắt ngàm cọc trước phẳng sau vẫn phẳng) do ủú thụng thường cọc ở vị trớ biờn sẽ cú nội lực lớn
Lực truyền xuống cọc trong trường hợp ủài cọc mềm sẽ ủi theo ủường ngắn nhất nghĩa là các cọc ngay dưới lõi vách, phản lực lớn hơn rất nhiều so với cọc biên (so với cỏch tớnh thụng thường), ủặc biệt ủỳng cho cỏc tổ hợp cú momen lớn Trong khi ủú ở trường hợp ủài cọc tuyệt ủối cứng cỏc cọc biờn sẽ chịu lực lớn nhất
1.3.2 Cỏc dạng cọc trong ủất nền
Theo tài liệu tham khảo [4, 7, 8, 12]
Khi cú tải trọng ngang khụng lớn người ta thường ủúng cọc theo phương ủứng 1 gúc 90 0 so với mặt ủất tự nhiờn
Khi cú tải trọng ngang lớn cọc ủúng ủứng khụng ủủ khả năng chịu lực ta cú thể ủúng cọc xiờn Độ xiờn của cọc giỳp cho cọc tăng khả năng chịu lực, khi tải ngang do lực thắng xe, do ỏp lực nước chảy trong vựng cú ảnh hưởng thủy triều,… cú thể ủúng xiờn khoảng 20 0 hoặc cú thể hơn tựy thiết bị ủúng cọc
Hỡnh 1.5 Cọc ủúng ủứng và ủúng xiờn trong ủất
Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp
C ọ c bê tông c ố t thép ti ế t di ệ n vuông
Cọc bờ tụng cốt thộp tiết diện vuụng 200x200, 250x250, 300x300,…thường ủược sử dụng cọc rỗng hoặc cọc ủặc trong cỏc cụng trỡnh dõn dụng, cầu ủường, cụng trỡnh thủy vv… có tiết diện cọc tùy theo yêu cầu tải trọng công trình
C ọ c bê tông c ố t thép ti ế t di ệ n tròn
Cọc trũn thường ủược sử dụng như cọc bờ tụng dự ứng lực cú ủường kớnh ngoài
Hình 1.7 Cọc rỗng BTCT vuông
Hình 1.8 Cọc BT dự ứng lực
Cọc bản thường cấu tạo bằng thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực có dạng bản, dạng chử Z hoặc hỡnh cỏnh cung nhằm tăng momen khỏng Cọc bản thường ủược sử dụng làm tường chắn cú neo hoặc khụng neo Cọc ủược hạ vào ủất bằng bỳa ủúng hoặc bỳa rung, cọc bản BTCT dự ứng lực ủược hạ bằng xối nước và hổ trợ bằng bỳa rung Cọc bản thộp dễ thi cụng, chịu ủược lực ngang và lực neo lớn, nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường nước
Hình 1.9 Cọc bản bằng thép
Hình 1.10 Cọc bản bằng thép
1.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỌC TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
Hiện nay người ta thường sử dụng cọc ủể ổn ủịnh mỏi dốc như cọc bờ tông cốt thép dự ứng lực, tường cọc bản vv… như kè phường 5 Cà Mau, kè Phước Long tỉnh Bạc Liờu vv… Cỏc ỏp lực ủất, nước ủược truyền trựt tiếp lờn cọc, cọc gỏnh ủỡ tải trọng, và cỏc tải trọng này ủược cọc phõn bố ủiều lờn cỏc lớp ủất xung quanh thõn cọc
Hình 1.11 Kè Phường 5 Cà Mau
Hình 1.12 Kè Phước Long Bạc Liêu
Song song với việc ỏp dụng cỏc phương phỏp trờn thỡ hiện nay ổn ủịnh mỏi dốc bằng cọc bờ tụng cốt thộp kế hợp với bản bờ tụng cốt thộp ủang ủược quan tõm như kố sông Gò Quao tỉnh Kiêng Giang, kè kênh xáng Xà No tỉnh Hậu Giang Bản chắn có nhiệm vụ gỏnh ủở cỏc ỏp lực ủất, nước cỏc ỏp lực này truyền lờn ủài cọc, ủài cọc phõn bố tải trọng ủiều lờn cỏc cọc, cỏc lớp ủất xung quanh thõn cọc
Hình 1.13 Kè kênh xáng xà No tỉnh Hậu Giang
Một số ứng dụng cọc trong việc ổn ủịnh mỏi dốc
2.1 TỔNG QUAN VỀ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT
Trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng ủể tăng cường ủộ ổn ủịnh của cỏc cụng trỡnh chịu tải trọng ngang của ủất như tường cỏc tầng hầm, mố cầu, tường chắn ủất, ủường hầm, bờ kè, bản tường…
Mục ủớch của việc sử dụng tường chắn ủất nhằm:
+ Để giữ cho khối ủất sau lưng tường khụng bị trượt xuống
+ Chống thành hố múng hố ủào sõu
+ Chống sạt lở bờ sông, bờ kè
+ Chống thắm nước cho các công trình thủy lợi
+ Chống sạt lở các công trình sườn dốc
2.2 CÁC DẠNG TẢI TRỌNG VÀ PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG
+ Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tỉnh): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu khụng biến ủổi trị số, hoặc biến ủổi của chỳng so với số bỡnh quõn cú thể bỏ qua khụng tớnh Như trọng lượng bản thõn kết cấu, ỏp lực của ủất vv…
+ Tải trọng khả biến (tải trọng ủộng): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu cú biến ủổi trị số mà số biến ủổi của chỳng so với số bỡnh quõn khụng thể bỏ qua ủược Như tải trọng ủộng mặt sàn, ụ tụ, cầu trục hoặc tải trọng xếp ủống vật thiệu vv…
+ Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu khụng nhất ủịnh xuất hiện, nhưng hể cú xuất hiện thỡ hệ số rất lớn và thời gian duy trỡ tương ủối ngắn Như ủộng ủất, lực phỏt nổ, lực va ủặp vv…
Tường chắn ủất cứng duy trỡ ở vị trớ tĩnh tải bất ủộng (khụng bị dịch chuyển), loại ỏp lực ngang này của ủất ủược gọi là ỏp lực ngang ở trạng thỏi tĩnh, ký hiệu làE kN m 0 ( / ) Áp lực ngang của ủất cú khuynh hướng ủẩy trượt vật chắn và khi vật chắn trượt hay lắng vào khối ủất, khối ủất ủạt trạng thỏi cõn bằng dẻo giới hạn và ỏp
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng
+ Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tỉnh): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu khụng biến ủổi trị số, hoặc biến ủổi của chỳng so với số bỡnh quõn cú thể bỏ qua khụng tớnh Như trọng lượng bản thõn kết cấu, ỏp lực của ủất vv…
+ Tải trọng khả biến (tải trọng ủộng): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu cú biến ủổi trị số mà số biến ủổi của chỳng so với số bỡnh quõn khụng thể bỏ qua ủược Như tải trọng ủộng mặt sàn, ụ tụ, cầu trục hoặc tải trọng xếp ủống vật thiệu vv…
+ Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu khụng nhất ủịnh xuất hiện, nhưng hể cú xuất hiện thỡ hệ số rất lớn và thời gian duy trỡ tương ủối ngắn Như ủộng ủất, lực phỏt nổ, lực va ủặp vv…
Tường chắn ủất cứng duy trỡ ở vị trớ tĩnh tải bất ủộng (khụng bị dịch chuyển), loại ỏp lực ngang này của ủất ủược gọi là ỏp lực ngang ở trạng thỏi tĩnh, ký hiệu làE kN m 0 ( / ) Áp lực ngang của ủất cú khuynh hướng ủẩy trượt vật chắn và khi vật chắn trượt hay lắng vào khối ủất, khối ủất ủạt trạng thỏi cõn bằng dẻo giới hạn và ỏp lực ngang tương ứng của ủất ủạt cực trị ủược gọi là ỏp lực ngang của ủất ở trạng thỏi cân bằng phá hoại dẻo b) Áp l ự c ủấ t
Cú hai loại ỏp lực ngang cực trị gồm ỏp lực ủất chủ ủộng và ỏp lực ủất bị ủộng + Khi ủạt cực tiểu cú tờn là ỏp lực ngang của ủất ở trạng thỏi cõn bằng phỏ hoại dẻo chủ ủộng, ký hiệu là E kN m a ( / )
+ Khi ủạt cực ủại cú tờn là ỏp lực ngang của ủất ở trạng thỏi cõn bằng phỏ hoại dẻo bị ủộng, ký hiệu là E kN m p ( / )
Tường chuyển vị ngang hoặc ngó về phớa sau, khối ủất sau lưng tường bị ộp lại và bị trượt theo một mặt phẳng trong ủất và dọc theo lưng tường ủất ở trạng thỏi bị ủộng E p Tải trọng truyền từ múng qua mụi trường ủất của cụng trỡnh xõy dựng trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng) Tải trọng thi công như: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữa tường cừ vv… Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thỡ phải kể lực ủộng ủất Tải trọng phụ do sự biến ủổi về nhiệt ủộ và co gót của bê tông gây ra Tùy theo loại kết cấu chắn giữ khác nhau Hệ số vượt tải của tải trọng phụ trong giai ủoạn thi cụng ủược lấy như sau:
B ả ng 2.1 Hệ số vượt tải (Ttheo tải liệu tham khảo [11])
TT Tải trọng và tỏc ủộng Hệ số vượt tải
1 Trọng lượng bản thân của kết cấu 1.1 (0.9)
2 Áp lực ngang của ủất ở trạng thỏi tĩnh 1.1 (0.9)
3 Áp lực thờm của ủất lờn tường khi cú vĩa ủất nghiờn 1.1 (0.9)
4 Áp lực ngang của ủất khi ủổ bờ tụng và truyền qua ủất lờn tường sau khi bờ tụng ủụng cứng
5 Áp lực thờm khụng ủều hướng ngang của ủất lờn tường ngầm cú mặt bằng hỡnh trũn khi ủất khụng ủồng nhất 1.1 (0.9)
6 Áp lực thủy tĩnh lờn tường hướng ngang và lờn ủỏy hướng thẵng ủứng
7 Lực ma sỏt giữa tường và ủất khi ủẫy nổi cụng trỡnh 1.1 (0.9)
B ả ng 2.1 Hệ số vượt tải (Ttheo tải liệu tham khảo [11]) (tiếp theo)
+ Để chịu ỏp lực ngang của ủất
+ Để tạo phụ tải chống ủẩy nổi cụng trỡnh
9 Áp lực ủất phụ lờn tường theo hướng ngang do tải trọng trờn mặt ủất hoặc tường bị nghiờng
10 Áp lực chủ ủộng và bị ủộng của ủất 1.1 (0.9)
11 Lực ma sát mặt bên khi hạ tường 1.1 (0.9)
12 Sức chống cắt của ủất khi hạ tường 1.1 (0.9)
13 Sức chống của ủất dưới ủỏy cụng trỡnh (0.9)
Hệ số vượt tải trong dấu ngoặc ủược dựng khi tớnh cụng trỡnh lỳc hạ, ủẩy nổi, ổn ủịnh chống trượt, cũn khi tớnh theo biến dạng thỡ hệ số vượt tải nờn lấy bằng 1 c) T ả i tr ọ ng ngoài
Bao gồm cỏc tải trọng xe, tải trọng sử dụng và tải trọng tàu thuyền khi neo ủậu vv… tải trọng này ủược lấy theo kinh nghiệm q 0 kN/m 2
Tính toán các tải trọng lên kết cấu chắn giữ
Theo tài liệu tham khảo [1, 2, 15, 17, 28]
Khi tính toán kết cấu chắn giữ, các áp lực tác dụng vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ gồm ỏp lực ủất, ỏp lực nước và cỏc tải trọng ngoài, cỏc ỏp lực này làm cho kết cấu chắn giữ chuyển vị a) Áp lực nước
Tải trọng tỏc dụng lờn kết cấu chắn ủất, ngoài ỏp lực ủất cũn cú ỏp lực nước của nước ngầm dưới mặt ủất, ỏp lực nầy gọi là ỏp lực thủy tỉnh E kN m 0 ( / )
Hỡnh 2.1 Biểu ủồ ỏp lực nước b) Áp lực ủất chủ ủộng
Nếu tường chắn ủất dưới tỏc dụng của ỏp lực ủất ủắp mà lưng tường dịch chuyển theo chiều ủất ủắp Khi ủú ỏp lực ủất tỏc dụng vào tường sẽ từ ỏp lực ủất tĩnh mà giảm dần ủi, khi thể ủất ở sau lưng tường ủạt ủến giới hạn cõn bằng, ủồng thời xuất hiện mặt trượt liờn tục làm cho thể ủất trượt xuống, khi ủú ỏp lực ủất giảm ủến trị nhỏ nhất, gọi là ỏp lực ủất chủ ủộng
E kN m a Hỡnh 2.2 Biểu ủồ ỏplực ủất chủ ủộng c) Áp lực ủất bị ủộng
Nếu tường chắn ủất dưới tỏc dụng của ngoại lực di ủộng theo chiều ủất ủỏp, khi ủú ỏp lực ủất tỏc dụng vào tường sẽ từ ỏp lực ủất tĩnh tăng dần lờn, liờn tục cho ủến khi thể ủất ủạt giới hạn cõn bằng, ủồng thời xuất hiện mặt trượt liờn tục, thể ủất ở phớa sau tường bị chốn ủẩy lờn Khi ủú ỏp lực tăng ủến trị số lớn nhất gọi là ỏp lực bị ủộng
Hỡnh 2.3 Biểu ủồ ỏp lực ủất bị ủộng
Phương pháp tính toán áp lực lên kết cấu chắn giữ
Theo tài liệu ham khảo [1, 2, 14,15, 17, 28]
2.4.1 Phương pháp Rankine a) Lý thuyết căn bằng giới hạn của ủất
Khi một ủiểm nào ủú trong ủất ở trạng thỏi phỏ hủy cắt, thỡ trị α của gúc kẹp giữa mặt cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính lớn O 1 là: `
Hỡnh 2.4 Vũng trũn ứng suất cõn bằng ở ủiều kiện giới hạn b) Nguyờn lý cơ bản của lý thuyết ỏp lực ủất Rankine
Nếu trong thể ủất bỏn vụ hạn lấy một mặt cắt thẳng ủứng, ở ủộ sõu z mặt AB lấy một phân tố nhỏ, ứng suất hướng pháp tuyến σ σ x , z vì trên mặt AB không có ứng suất cắt nờn σ σ x , z ủều là ứng suất chớnh Khi thể ủất ở và trạng thỏi cõn bằng ủàn hồi
0 x K z σ = γ và σ z =γ z Vũng trũn ứng suất O 1 ở ủiểm này khụng tiếp xỳc với ủường bao cường ủộ chịu cắt (Hỡnh 2.5b) khi σ z khụng ủổi σ x giảm dần vũng trũn ứng suất
O 2 tiếp xỳc với ủường bao cường ủộ, thể ủất ủạt ủến cõn bằng giới hạn σ σ z , x lần lượt là ứng suất chớnh lớn nhất và nhỏ nhất khi ủú ta cú trạng thỏi chủ ủộng Rankine trong thể ủất hai tổ mặt trượt làm thành gúc kẹp 45 0
2+ϕ với mặt phẳng ngang (Hình 2.5c) Khi σ z khụng ủổi σ x tăng lớn dần Vũng trũn ứng suất O 3 cũng tiếp xỳc với ủường bao cường ủộ, thể ủất ủạt ủến cõn bằng giới hạn Khi ủú σ z là ứng suất chớnh nhỏ nhất cũn σ x là ứng suất chớnh lớn nhất trong thể ủất, hai tổ mặt trượt làm thành gúc
−ϕvới mặt nằm ngang (Hỡnh 2.5c) khi ủú ta cú trạng thỏi bị ủộng Rankine Áp lực tỏc dụng lờn lưng tường AB của tường chắn ủất, tức là trạng thỏi ứng suất trờn mặt AB ứng với phương chiều, ủộ dài lưng tường trong thể ủất bỏn vụ hạn khi ủạt ủến trạng thỏi cõn bằng giới hạn (Hỡnh 2.5d) Lý thuyết Rankine cho rằng cú thể dựng tường chắn ủất ủể thay thế một bộ phận của thể ủất bỏn vụ hạn theo lý thuyết Rankine chỉ cú một ủiều kiện biờn tức là tỡnh trạng bề mặt của thể ủất vụ hạn mà khụng kể ủến ủiều kiện biờn trờn mặt tiếp xỳc lưng tường với thể ủất
Hỡnh 2.5 Trạng thỏi chủ ủộng và bị ủộng của Rankine c) Tớnh ỏp lực chủ ủộng của Rankine
Khi lưng tường thẳng ủứng, mặt ủất ủắp nằm ngang thỡ cũng vận dụng lý thuyết căn bằng giới hạn ủể tớnh ỏp lực ủất chủ ủộng Nếu dưới lưng tường AB dưới tỏc ủộng của ỏp lực ủất làm cho lưng tường tỏch khổi ủất lắp di ủộng ra ngoài tới A’B’ khi ủú thể ủất sau lưng tường ủạt ủến trạng thỏi cõn bằng giới hạn, tức là trạng thỏi cõn bằng chủ ủộng Rankine lấy một phõn tố ủất ở ủộ sõu z chổ lưng tường thỡ ứng suất theo chiều ủứng của nú σ z =γ z là ứng suất chớnh lớn nhất σ 1 ứng suất theo phương ngang σ x là ứng suất chớnh nhỏ nhất σ 3 cũng tức là ỏp lực ủất chủ ủộng cần tớnh toỏn P a
3 P a , 1 z σ = σ γ= thay vào cụng thức ta ủược ỏp lực ủất chủ ủộng Rankine a a 2 a p =γ zK − c K (2-2) tan (45 2 ) a 2
- p a ỏp lực ủất chủ ủộng kN/m 2
- γ trọng lượng riờng của ủất kN/m 3
- z ủộ sõu từ ủiểm tớnh ủến ủiểm ủang xột
- K a hệ số ỏp lực chủ ủộng
- φ gúc ma sỏt trong của ủất
- E a ỏp lực chủ ủộng của ủất (kN/m)
- h 0 cao ủộ vựng chịu kộo
Khi bề mặt ủất ủắp sau lưng tường cú tải trọng phõn bố ủều liờn tục q tỏc ủộng khi tớnh toỏn cú thể cho ứng suất ủứng σ z ở ủộ sõu z tăng thờm một lượng q tức là ỏp lực ủất chủ ủộng ở tại vị trớ cần tớnh là
Hỡnh 2.6 a Áp lực chủ ủộng của ủất cỏt Hỡnh 2.6b Áp lực chủ ủộng của ủất dớnh d) Tớnh ỏp lực ủất bị ủộng của Rankine
Một tường chắn ủất cú lưng tường thẳng ủứng, mặt ủất nằm ngang, nếu tường ủẩy về phớa ủất ủắp, dưới tỏc dụng của ngoại lực, khi ủất phớa sau tường ủạt ủến trạng thỏi cõn bằng giới hạn ta sẽ cú trạng thỏi bị ủộng Rankine Xột một phõn tố ủất ở ủộ sâu z của lưng tường thì ứng suất σ z =γ z là ứng suất chính nhỏ nhất σ 3 ứng suất ngang σ x là ứng suất chính lớn nhất σ 1 , cũng tức là p p Cho σ 1 = p p ,σ z =γ z thay vào ta ủược cụng thức tớnh ỏp lực ủất bị ủộng Rankine: Đất cát:
Từ cụng thức trờn cú thể biết, ỏp lực ủất bị ủộng p p phõn bố thành ủường thẳng theo ủộ sõu z Hợp lực ủất bị ủộng tỏc dụng lờn lưng tường cú thể tỡm thấy bằng diện tích hình phân bố của pp Đất cát:
- P p ỏp lực ủất bị ủộng kN/m 2
- γ trọng lượng riờng của ủất kN/m 3
- z ủộ sõu từ ủiểm tớnh ủến mặt ủiểm ủang xột
- K p hệ số ỏp lực bị ủộng
- φ gúc ma sỏt trong của ủất
- E p ỏp lực bị ủộng của ủất (kN/m)
Gúc kẹp giữa mặt trượt BC xuất hiện trong thể ủất sau lưng tường với mặt phẳng ngang là (45 0 )
−ϕ Nếu ủất ủắp thành từng lớp, trờn mặt ủất ủắp cú siờu tải thỡ phương phỏp tớnh ỏp lực ủất bị ủộng cũng giống như tớnh ỏp lực ủất chủ ủộng núi trờn
2.4.2 Phương pháp Coulomb a) Nguyên lý cơ bản tính toán
Theo lý thuyết Coulomb khi tớnh ỏp lực ủất tỏc dụng lờn tường chắn thỡ
+ Mặt trượt ủược xem là phẳng
+ Lưng tường là mặt trượt thứ 2
+ Lăng trụ trượt ủược xem là khối gắn tuyệt ủối
+ Đất xem như vật thể rời không có lực dính b) Áp lực ủất chủ ủộng
Tường chắn ủất thể hiện như (Hỡnh 2.7) lưng tường AB nghiờng lệch ủi tạo thành gốc kẹpεvới ủường thẳng ủứng, bề mặt ủất ủắp AC là mặt phẳng tạo thành gúc kẹpβvới mặt phẳng ngang Nếu tường chắn dưới tỏc ủộng của ỏp lực ủất ủắp dịch chuyển ra ngoài tỏch rời khỏi ủất ủắp, thể ủất sau tường ủạt ủến trạng thỏi cõn bằng giới hạn (trạng thỏi chủ ủộng ), trong thể ủất sinh ra hai mặt trượt AB và BC thụng qua chân tường B, nếu mặt trượt BC tạo thành góc kẹp α với mặt phẳng ngang, xét một ủơn vị ủộ dài tường chắn, coi nờm ủất trượt ABC ủược tỏch ủộc lập và xột ủến ủiều kiện cõn bằng tĩnh của nú, cỏc lực tỏc ủộng vào nờm ủất trượt ABC cú:
1/ Trọng lượng G của nờm ủất ABC Nếu trị αủó biết thỡ ủộ lớn, phương chiều, và vị trớ ủiểm tỏc ủộng của G ủều ủó biết
2/ Phản lực R của thể ủất tỏc ủộng trờn mặt trượt BC, R là hợp lực ma sỏt T 1 trờn mặt BC bằng gúc ma sỏt trongϕcủa ủất Bởi vỡ nờm ủất trượt ABC tương ứng với thể ủất bờn phải của mặt trượt BC dịch chuyển theo chiều ủi xuống, nờn chiều của lực ma sỏt T 1 là ủi lờn, chiều tỏc dụng của R ủó biết, ủộ lớn chưa biết
3/ Lực tỏc dụng Q của tường chắn ủất vào nờm ủất Gúc kẹp của nú với phỏp tuyến ở lưng tường bằng gúc ma sỏt δ giữa lưng tường với nờm ủất Tương tự, bởi vỡ nờm ủất trượt ABC tương ứng với lưng tường trượt theo chiều ủi xuống, nờn lực ma sỏt T 2 của lưng tường sinh ra ở mặt AB cú chiều ủi lờn Chiều tỏc dụng của Q ủó biết, ủộ lớn chưa biết p a =γ zK a −2 c K a (2-12)
2 2 os ( ) sin( ) sin( ) os os( ) 1 os( ) os( ) a
Hỡnh 2.7 Áp lực chủ ủộng
Nếu mặt ủất ủắp nằm ngang, lưng tường thẳng ủứng, mà lưng tường lại nhẵn thỡ ta sẽ có: tan (45 2 ) a 2
(2-15) c) Áp lực ủất bị ủộng
Nếu dưới tỏc ủộng của ngoại lực mà tường chắn ủất bị ủẩy về phớa ủất ủắp, thỡ thể tớch ủất phớa sau tường ủạt ủến trạng thỏi cõn bằng giới hạn, giả ủịnh mặt trượt là thông qua hai mặt phẳng AB và BC ở chân tường, như thể hiện trong (Hình 2.8) Vì là thể ủất trượt ABC bị ủẩy trồi lờn trờn nờn phương chiều của lực cản ma sỏt T 2 và T 1 trờn mặt trượt AB và AC ngược với ỏp lực ủất chủ ủộng, sẽ ủi xuống Hỡnh tam giỏc lực cõn bằng tĩnh của thể ủất trượt ABC cú ủược sin( ) sin( )
Hỡnh 2.8 Áp lực bị ủộng
Tương tự trị Q sẽ biến ủổi theo gúc nghiờng α của mặt trước BC, nhưng trị ỏp lực ủất bị ủộng phải là trị nhỏ nhất trong cỏc phản lực Q Đú là vỡ khi tường chắn bị ủẩy về phớa ủất ủắp, trị lực chống ủổi Q trờn mặt trượt nguy hiểm nhất là nhỏ nhất Khi tớnh
Q min , cũng tương tự như khi tớnh ỏp lực ủất chủ ủộng, cú thể lấy: dQ 0 d α = (2-17)
Từ ủú cú thể dẩn ra cụng thức tớnh ỏp lực ủất bị ủộng Coulomb E p
- K p là hệ số ỏp lực ủất bị ủộng, trị số của nú lại khỏc với lý thuyết Rankine, mà là:
2 2 os ( ) sin( )sin( ) os os( ) 1 os( ) os( ) p
Cở sở lý thuyết tính toán cọc chịu tải trọng ngang
Theo tài liệu tham khảo [1, 2, 14, 15, 28] Đối với ủất rời c=0
Nếu ủiểm A ở trạng thỏi cõn bằng giới hạn ϕ ϕ = m ax
Phương trỡnh toỏn học diễn tả sự cõn bằng giới hạn của Mohr- Rankine ủối với ủất cỏt Định luật Mohr- Rankine
- Nếu ứ max φ ủiểm A mất ổn ủịnh
Ta có mối quan hệ:
2 2 tg ϕ c tg ϕ σ =σ + + − (2-23) Đối với ủất rời thỡ giỏ trị gúc lệch cực hạn ứ max :
Hỡnh 2.9 Vũng trũn Mohr và phương trỡnh Coulomb ủối với ủất rời
2.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.6.1 Giới thiệu giải pháp
Khi chắn giữ cỏc cụng trỡnh như bờ kố, hố múng, tầng hầm, mỏi dốc sườn ủất vv…người ta thường sử dụng nhiều biện phỏp chắn giữ nhằm ổn ủịnh mỏi ủất khụng bị trượt, như tường cọc bản bê tông cốt thép (BTCT), cọc khoan nhồi, cọc barret, cọc bê tông dự ứng lực, cọc bản thép… Nhưng hiện nay phương pháp cọc BTCT kết hợp với bản BTCT ủang ủược quan tõm nhiều trong việc chắn giữ lớp ủất yếu ven sụng ở khu vực ĐBSCL như ở Cần Thơ, Hậu Giang, Kiờng Giang vv…Trong ủề tài luận văn này tỏc giả ủề cặp ủến giải phỏp cọc BTCT kết hợp với bản chắn BTCT (như hỡnh 2.10a, 2.10b)
Bản chắn cú nhiệm vụ chắn giữ lớp cỏt san lắp phớa trờn ủài và phớa dưới ủỏy ủài, tải trọng của lớp cỏt tỏc dụng lờn bản chắn, ủược bản chắn gỏnh ủỡ và truyền vào ủài cọc, ủài cọc phõn bố tải trọng ủiều lờn cỏc cọc, cỏc tải trọng ủược cọc truyền ủều xuống cỏc lớp ủất xung quanh thõn cọc
Giải pháp cọc BTCT kết hợp với bản BTCT theo phương pháp này nhằm mục ủớch thi cụng nhanh, hiệu quả kinh tế cao mà khụng làm ảnh hưỡng ủến khả năng chịu lực của công trình Để áp dụng giải pháp này có hiệu quả về mặt kinh tế, cũng như không làm ảnh hưỡng ủến khả năng chịu lực của cụng trỡnh thỡ ta ỏp dụng tựy thuộc vào từng vựng, từng khu vực và ủịa hỡnh khụng phức tạp…
Hình 2.10a Mặt bằng bố trí cọc BTCT
2.6.2 Các phương pháp tính toán sức chịu tải ngang của cọc
2.6.2.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 a) Sơ ủồ phõn bố tải trọng lờn ủầu cọc Áp dụng theo tài liệu tham khảo [3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20,
Tải trọng tỏc dụng lờn cọc gồm tải trong thẳng ủứng do trọng lượng bản thõn của ủất ủắp trờn ủài σ z và trọng lượng bản thõn của ủài p1, ỏp lực ngang của ủất là H và momen tại ủỏy ủài M Đối với móng cọc có số cọc lớn hơn hoặc bằng 3 cọc, có momen và lực ngang nằm trong mặt phẳng nằm ngang hai cọc thỡ momen ủả chuyển thành lực dọc trong cọc, cũn lực nằm ngang ở ủỉnh cọc ủược chia ủều cho số lượng cọc (ta xem múng cứng tuyệt ủối) (Hỡnh 2.11)
Xỏc ủịnh momen và chuyển vị ngang của một cọc dọc theo trục thẳng ủứng chịu tỏc ủộng của momen M 0 và lực ngang H 0 tại cao trỡnh mặt ủất Cũng như ổn ủịnh của nền ủất này xung quanh cọc ủược Tarzaghi ủề cặp tới trong cỏc bài bỏo và trong giỏo trình của ông trong những năm
Khi tính toán cọc chịu tải ngang, ủất xung quanh cọc ủược xem như mụi trường ủàn hồi tuyến tớnh ủược mụ phỏng bằng mô hình nền Winkler
Hỡnh 2.11 Sơ ủồ tải trọng tỏc dụng lờn múng cú nhiều cọc
Tính toán nội lực và chuyển vi thân cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang, hiện nay tương ủối phổ biến khi xem cọc là dầm trờn nền ủàn hồi, theo giả thiết hệ số nền Winkler phản lực của ủất ở bất cứ ủiểm nào của thõn cọc cũng ủiều tỉ lệ với ủiểm ấy của thõn cọc Phương phỏp này gọi là phương phỏp dầm trờn nền ủàn hồi.
Cú 3 phương phỏp giải cụ thể một là trực tiếp dựng phương phỏp ủể giải phương trỡnh vi phõn ủường cong ủàn hồi sau khi cọc (tức dầm trờn nền ủàn hồi) chịu lực, tỡm ra nội lực và chuyển vị tại các phần của cọc Phương pháp thứ hai là phương pháp sai phõn hữu hạn, chia cọc thành ủoạn hữu hạn, dựng cụng thức sai phõn ủể thay thế gần ủỳng cho ủạo hàm cỏc cấp trong phương trỡnh vi phõn ủường cụng ủàn hồi của cọc ủể giải Phương phỏp nữa là chia thõn cọc thành cỏc phần tử rời rạc, hữu hạn sau ủú căn cứ vào cỏc ủiều kiện cõn bằng lực và chuyển vị ủể tỡm nội lực và chuyển vị ở cỏc bộ phận của cọc (phương phỏp phần tử hữu hạn) Dưới ủõy chủ yếu giới thiệu phương pháp thứ nhất, tức là phương pháp số
Dưới tỏc ủộng của tải trọng ngang, chuyển vị ngang của cọc càng lớn khi ỏp lực (tức là phản lực ủàn hồi của ủất ) σ càng lớn, mà ủộ lớn của ỏp lực quyết ủịnh bởi, tớnh chất của ủất, ủộ cứng của thõn cọc, hỡnh dạng mặt cắt của cọc, ủộ sõu của cọc vào trong ủất vv…, ủộ lớn của ỏp lực cú thể biểu diễn bằng cụng thức sao ủõy: σ = Cx (2-27)
C là hệ số nền theo chiều nganng của ủất (gọi tắt là hệ số nền), là chỉ tiêu phản ánh tính ủàn hồi của ủất nền, biểu thị cho lực phải tỏc dụng vào ủể sinh ra một ủơn vị biến dạng cho một ủơn vị diện tớch ủất trong giới hạn ủàn hồi, ủộ lớn của nú cú liờn quan với loại ủất nền, tớnh chất cơ lý của ủất nền
Hỡnh 2.12 Quy luật biến ủổi của hệ số nền
Trị C cú ủược nhờ vào cỏc phương phỏp thử nghiệm, như cú thể tớnh ra ủược sau khi thực ủo x và δ của cọc thử ở cỏc loại ủất khỏc nhau và cỏc ủộ sõu khỏc nhau
Nhiều thử nghiệm cho thấy, ủộ lớn của hệ số nền C khụng những cú liờn quan với loại và tớnh chất của ủất mà cũn biến ủổi tựy theo ủộ sõu Hiện nay, mấy loại sơ ủồ khỏc nhau của quy luật phõn bố hệ số nền ủang ỏp dụng như thể hiện trong (Hỡnh2.12)
Hệ số nền tăng tỉ lệ với chiều sâu C Z =Kz
- K – hệ số tỉ lệ, hệ số này cú ủược từ thực ủo theo thớ nghiệm, khi khụng cú số liệu thực ủo, cú thể lựa chọn ủể lấy theo bảng 2.2
B ả ng 2.2 Bảng xỏc ủịnh hệ số nền K
Phõn loại ủất nền K (kN/ m 4 ) Đất sét, á sét dẻo chảy IL=(0.75-1) 650-2500 Đất sét, á sét dẻo mềm IL=(0.5-0.75) Á sét dẻo IL=(0-1)
2000-5000 Đất sét, á sét dẻo và nửa cứng IL=(0-0.5) Á sét cứng IL