nghiên cứu giải pháp cốt địa kỹ thuật gia cường ổn định đê biển xây dựng trên nền đất yếu, ứng dụng cho đê biển tây cà mau

LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi , Đại học Thủy Lợi cơ sở 2 tại thành phố Hồ Chí Minh, những thầy cô thuộc Bộ môn và một số thầy cô cộng tác viên Bộ môn Địa kỹ thuật, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học theo học. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Minh Thụ đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi, Ban Giám đốc trường Đại học Thủy Lợi – Cơ Sở 2, cùng quý thầy cô trong Khoa Công Trình, Ban Đào Tạo & Quản Lý Sinh Viên đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Tác giả Ngô Văn Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Tác giả Ngô Văn Linh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 3. Nội dung nghiên cứu của đề tài 2 4. Các phương pháp nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐÊ BIỂN 3 1.1. Giới thiệu chung 3 1.1.1. Tổng quan 3 1.1.2. Hiện trạng đê biển Việt Nam 4 1.2. Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính toán thiết kế đê biển 7 1.2.1. Những tác động và ảnh hưởng đối với công trình chắn giữ nước 7 1.2.2. Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước 8 1.2.3. Cơ chế phá hoại của đê biển 11 1.3. Các giải pháp gia cường Địa kỹ thuật với đê biển 13 1.3.1. Tổng quan một số giải pháp gia cường địa kỹ thuật với đê biển 13 1.3.2. Các giải pháp nâng cao ổn định đê trên thế giới 17 1.4. Vấn đề ứng dụng vật liệu đất có cốt để xây dựng đê biển ở Việt Nam và các nước trên thế giới 19 1.4.1. Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng dê biển ở Việt nam 20 1.4.2. Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng đê biển ở một số nước trên thế giới 24 1.5. Kết luận chương 1 28 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29 2.1. Các đặc tính của vật liệu đất có cốt 29 2.1.1. Độ bền kéo của vải địa kỹ thuật 29 2.1.2. Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật 30 2.1.3. Độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật 30 2.2. Nguyên tắc tính toán cốt trong công trình đất 33 2.2.1. Bài toán về lực neo lớn nhất và nguyên tắc bố trí cốt 33 2.2.2. Xác định lực kéo neo T k 36 2.2.3. Nguyên tắc bố trí cốt vải địa kỹ thuật 38 2.3. Cơ chế phá hoại khối đắp có cốt trên nền đất 40 2.3.1. Sự ổn định mái dốc công trình khi có cốt 40 2.3.2. Cơ chế phá hoại của khối đắp có cốt trên nền đất 47 2.3.3. Những nguyên tắc tính toán công trình đất có cốt trên nền đất 48 2.4. Các phương pháp tính ổn định khối đắp có cốt 49 2.4.1. Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc thường dùng khi chưa có cốt49 2.4.2. Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc khi có cốt 56 2.4.3. Những quy định do BS8006:1995 đề xuất 66 2.5. Kết luận chương 2 76 CHƯƠNG 3.MÔ HÌNH HOÁ CÁC TRƯỜNG HỢP ỨNG DỤNG 77 3.1. Phân tích các trường hợp tính toán 77 3.1.1. Mục đích nghiên cứu 77 3.1.2. Mặt cắt nghiên cứu 77 3.1.3. Trường hợp tính ổn định 77 3.1.4. Đặc trưng đất 78 3.1.5. Đặc trưng cốt gia cường 79 3.1.6. Bài toán nghiên cứu 81 3.2. Giới thiệu phần mềm tính toán-ReSSA (3.0) 81 3.3. Tính toán thiết kế-mô phỏng bài toán bằng phần mềm ReSSA 84 3.4. Phân tích kết quả tính toán - Liên hệ với tiêu chuẩn Anh BS-8006-1995 89 3.4.1. Kết quả tính toán 89 3.4.2. Phân tích kết quả tính toán 95 3.5. Kết luận chương 3 106 CHƯƠNG 4.ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI ĐÊ BIỂN TÂY CÀ MAU 107 4.1. Giới thiệu công trình đê biển Tây Cà Mau 107 4.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa mạo 107 4.1.2. Thông số địa chất đất nền 108 4.1.3. Đặc trưng đất đắp 109 4.1.4. Thông số công trình 109 4.2. Các trường hợp tính toán 110 4.2.1. Mặt cắt tính toán 110 4.2.2. Các chỉ tiêu tính toán 110 4.2.3. Trường hợp tính toán 110 4.2.4. Phương pháp tính toán 110 4.3. Kết quả tính toán 111 4.3.1. Kết quả tính theo tra đồ thị 111 4.3.2. Tính kiểm tra bằng phần mềm ReSSA 3.0 111 4.3.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu 112 4.4. Đề xuất giải pháp xử lý đê biển Tây Cà Mau 112 4.4.1. Xác định bước cốt tối ưu ứng với đất đắp có sẵn 113 4.4.2. Lựa chọn loại đất đắp phù hợp và bước cốt hợp lý 114 4.5. Kết luận chương 4 118 CÁC KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 119 1. Các kết quả đạt được của luận văn .119 2. Một số vấn đề tồn tại 119 3. Kiến nghị 120 DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1. Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật (theo Pilarczyk)[21] 10 Bảng 2.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật 32 Bảng 2.2. Trị số góc θ để xác định mặt trượt khả dĩ trong các trường hợp góc mái dốc 36 Bảng 2.3. Xác định trị số K K với các trường hợp góc dốc 37 Bảng 2.4. Các hệ số riêng phần dùng trong thiết kế mái dốc 72 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý đất dùng trong tính toán 78 Bảng 3.2. Các chỉ tiêu cường độ cốt dùng trong tính toán 79 Bảng 3.3. Các cao trình đặt và chiều dài cốt dùng trong tính toán 80 Bảng 3.4. Thông số của đất nền, đất đắp và bước cốt trong bài toán 1 81 Bảng 4.1: Bảng tóm tắt các chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất 108 Bảng 4.2. Các thông số đất đắp 109 Bảng 4.3. Các thông số địa kỹ thuật 109 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kiểm tra ổn định cung trượt khi đắp phản áp 14 Hình 1.2. Kỹ thuật xử lý nền đất bằng cọc cây 16 Hình 1.3. Sơ đồ đặt vải địa kỹ thuật trong thân đê với chức năng làm cốt chịu kéo 20 Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo thân đê với vải địa kỹ thuật làm bao bì và làm cốt chịu kéo21 Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo đê biển dùng vải địa kỹ thuật làm chức năng hỗn hợp 21 Hình 1.6.Sơ đồ cấu tạo thân đê đắp bằng cát tại chỗ có vỏ bọc bằng vải địa kỹ thuật22 Hình 1.7: Túi địa kỹ thuật dạng đơn và xếp chồng 24 Hình 1.8. Gia cố túi vữa 25 Hình 1.9. Đệm chứa cát chống xói mòn mái đê 26 Hình 1.10. Một số ví dụ về dạng của đệm vữa 27 Hình 1.11. Giao diện chương trình GeoCoPS 28 Hình 2.1. Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ 34 Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC theo mô hình tính toán hệ thống neo 34 Hình 2.3. Sơ đồ xác định lực kéo neo T kéo 37 Hình 2.4. Cơ chế gia cường tường và mái dốc bằng cốt 39 Hình 2.5. Tác dụng của cốt đối với đất 41 Hình 2.6. Mái đắp có cốt trên nền đất yếu 43 Hình 2.7. Cơ chế phá hoại khối đất đắp và mái có cốt trên nền đất mềm yếu 47 Hình 2.8. Mái đất rời khô đồng nhất 49 Hình 2.9. Sơ đồ xác định cung trượt theo phương pháp vòng tròn ma sát 50 Hình 2.10. Sơ đồ tính toán theo phương pháp W.Fellenius 53 Hình 2.11. Sơ đồ tính theo phương pháp W.Bishop đơn giản 55 Hình 2.12. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định ngoài 57 Hình 2.13. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định nội bộ 57 Hình 2.14. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định hỗn hợp 58 Hình 2.15. Phương pháp phân mảnh với mặt trượt tròn tính ổn định mái đất có cốt59 Hình 2.16. Phương pháp phân mảnh với mặt trượt tròn của Bishop 63 Hình 2.17. Sơ đồ tính toán khoảng cách thẳng đứng giữa các lớp cốt 67 Hình 2.18. Sơ đồ tính toán kiểm tra đứt cốt 74 Hình 2.19. Sơ đồ tính toán kiểm tra tụt cốt 75 Hình 3.1. Giao diện phần mềm ReSSA (3.0) 82 Hình 3.2. Menu chính của phần mềm ReSSA (3.0) 82 Hình 3.3. Giao diện nhập dữ liệu các lớp đất 83 Hình 3.4. Giao diện nhập thông số của cốt 83 Hình 3.5. Giao diện lựa chọn bán kính tính ổn định mái 84 Hình 3.6. Mặt cắt hình học tuyến đê 84 Hình 3.7. Gán tải trọng ngoài trên mái đê 85 Hình 3.8. Định nghĩa cốt và bước cốt 0,3 m 85 Hình 3.9. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,3m 86 Hình 3.10. Tính toán kết quả khi bước cốt 0,3 m. 86 Hình 3.11. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,6m 87 Hình 3.12. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,9m 87 Hình 3.13. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 1,2m. 88 Hình 3.14. Tính toán kết quả khi bước cốt 1,2m. 88 Hình 3.15. Đường đẳng Fs khi S v = 0,3m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 90 Hình 3.16. Đường đẳng Fs khi S v = 0,3m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 91 Hình 3.17. Đường đẳng Fs khi S v = 0,3m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 91 Hình 3.18. Đường đẳng Fs khi S v = 0,6m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 91 Hình 3.19. Đường đẳng Fs khi S v = 0,6m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 92 Hình 3.20. Đường đẳng Fs khi S v = 0,6m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 . 92 Hình 3.21. Đường đẳng Fs khi S v = 0,9m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 93 Hình 3.22. Đường đẳng Fs khi S v = 0,9m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 93 Hình 3.23. Đường đẳng Fs khi S v = 0,9m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 93 Hình 3.24. Đường đẳng Fs khi S v = 1,2m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 94 Hình 3.25. Đường đẳng Fs khi S v = 1,2m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 94 Hình 3.26. Đường đẳng Fs khi S v = 1,2m, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 94 Hình 3.27. Đường đẳng Fs =1,2 γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 97 Hình 3.28. Đường đẳng Fs =1,2 γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 98 Hình 3.29. Đường đẳng Fs =1,2, γ đắp = 15kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 99 Hình 3.30. Đường đẳng Fs =1,2, γ đắp = 17kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 100 Hình 3.31. Đường đẳng Fs =1,2, γ đắp = 17kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 101 Hình 3.32. Đường đẳng Fs =1,2, γ đắp = 17kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 102 Hình 3.33. Đường đẳng Fs=1,2, γ đắp = 19kN/m 3 , C đắp = 0kN/m 2 103 Hình 3.34. Đường đẳng Fs=1,2, γ đắp = 19kN/m 3 , C đắp = 5kN/m 2 104 Hình 3.35. Đường đẳng Fs=1,2, γ đắp = 19kN/m 3 , C đắp = 10kN/m 2 105 Hình 4.1. Vị trí tuyến đê Tây đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Dừa 107 Hình 4.2. Mặt cắt điển hình đê biển Tây Cà Mau 110 Hình 4.3. Xác định hệ số ổn định tổng thể cho đê biển Tây Cà Mau 111 Hình 4.4. Kết quả tính toán kiểm tra theo phần mềm ReSSA. 112 Hình 4.5. Xác định loại đất đắp và bước cốt 113 Hình 4.6. Xác định loại đất và bước cốt 116 Hình 4.7. Xác định loại đất và bước cốt 117 BẢNG CÁC KÝ HIỆU q : Tải trọng phân bố bề mặt K : Hệ số an toàn ổn định tổng thể Fs : Hệ số an toàn ổn định tổng thể [K] : Hệ số an toàn ổn định cho phép H gh : Chiều cao đắp giới hạn [H gh ] : Chiều cao đắp giới hạn cho phép γ : Trọng lượng riêng của đất γ nền : Trọng lượng riêng của đất nền γ đắp :Trọng lượng riêng của đất đắp C :Lực dính đơn vị C nền : Lực dính đơn vị của đất nền C đắp : Lực dính đơn vị của đất đắp ϕ : Góc ma sát trong ϕ nền : Góc ma sát trong của đất nền ϕ đắp : Góc ma sát trong của đất đắp s : Lực kéo đơn vị của vải địa kỹ thuật F : Tổng lực kéo B : Chiều rộng mẫu kéo T, T i : Lực kéo trong cốt, lực kéo trong cốt thứ i θ : Góc nghiêng của mặt trượt khả dĩ với phương ngang β : Góc nghiêng của mái dốc với phương ngang T max : Lực neo lớn nhất G : Trọng lượng khối trượt R : Phản lực từ nền lên khối trượt T k : Lực kéo neo [...]... vật liệu đất có cốt, đặc biệt trong thiết kế đê biển và những vấn đề liên quan Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật gia cường ổn định cho đê biển bằng vật liệu đất đắp được xây dựng trên nền 2 đất yếu cho là một công nghệ phù hợp với điều kiện của Việt Nam nên sẽ rất cần thiết cho các nhà quản lý và cán bộ kỹ thuật thuỷ lợi, có thể tiếp tục nghiên cứu phát triển cho nhiều... dạng đơn và xếp chồng 1.4.2 Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng đê biển ở một số nước trên thế giới Vải địa kỹ thuật sử dụng trong xây dựng đê biển đã phát triển từ lâu trên thế giới, và đạt được những thành tựu nhất định Ngoài những giải pháp đã nêu ở phần trước, sau đây là một số giải pháp có thể kể đến: 1.4.2.1 Những dạng ứng dụng cốt địa kỹ thuật a Túi địa kỹ thuật chứa vữa và cát Một số... tiến có sự nghiên cứu và chọn lọc phù hợp điều kiện Việt Nam, những giải pháp giải pháp sau đang được nghiên cứu và ứng dụng: • Nhóm giải pháp cơ học: đầm, gia tải trước, gia tải trước kết hợp giếng cát, bấc thấm, • Nhóm giải pháp hóa-lý để cải tạo đất nền: cọc vôi, cọc xi măng đất • Nhóm giải pháp tăng cường cường độ đất nền và thân công trình: vải địa kỹ thuật, cọc cát, neo đất, cọc xi măng đất, cọc... không triệt để, và khi cả đất nền cùng thân đều yếu thì các giải pháp trên tỏ ra chưa có hiệu quả Vì vậy nghiên cứu này hướng đến một công nghệ giải quyết làm tăng chỉ tiêu cơ lý của đất nền và thân đất đắp bằng vật liệu tại chỗ - ứng dụng vải địa kỹ thuật trong gia cố đất 1.4 Vấn đề ứng dụng vật liệu đất có cốt để xây dựng đê biển ở Việt Nam và các nước trên thế giới Thân đê biển là bộ phận quan trọng... Các phương pháp nghiên cứu - Thống kê tài liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu đã có về vật liệu đất có cốt, các ứng dụng tại Việt Nam và trên thế giới - Mô phỏng bằng mô hình toán - Tổng hợp đánh giá kết quả nghiên cứu và các ứng dụng 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐÊ BIỂN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Tổng quan Việt Nam có đường bờ biển chạy dọc chiều dài đất nước... nước biển, sóng và bão gió, vì vậy việc áp dụng có một số đặc thù riêng Hiện nay việc sử dụng cốt địa kỹ thuật gia cố cho đê biển được sử dụng khá phổ biến ở trên thế giới, đặc biệt với sự xuất hiện của vải địa kỹ thuật tổng hợp có 20 tuổi thọ cao trong môi trường nước biển Ở Việt Nam việc áp dụng đã có những nghiên cứu nhất định và thành công ban đầu 1.4.1 Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng. .. dựng dê biển ở Việt nam 1.4.1.1 Vải địa kỹ thuật làm cốt chịu kéo trong thân đê Khi đắp đê bằng những vật liệu đất yếu, mái đê dễ dàng bị sạt, trượt và chiều cao đắp là không lớn, hoặc hế số mái của đê phải rất lớn gây tốn kém lại, vì vậy phương pháp sử dụng cốt vải địa kỹ thuật để gia cường cho thân đê giúp tăng hệ số ổn định tổng thể, tăng chiều cao khối đắp, giảm hệ số mái đê Vải địa kỹ thuật được... đất có cốt Cốt đất đưa vào trong khối đắp có tác dụng ngăn cách các lớp đất tốt với đất yếu, làm tăng khả năng chịu kéo trong đất và tăng khả năng thoát nước cho khối đất Cốt sử dụng là các loại vật liệu như: lưới tre đan, lưới địa kỹ thuật, hoặc lưới sợi thép, và nay vải Địa kỹ thuật tổng hợp đã được dùng để gia cố nền và thân đê b Phương pháp trộn đất Sử dụng biện pháp trộn xen kẹp giữa các lớp đất. .. là kết cấu đất có cốt Những công trình đất có cốt vừa có đột ổn định cao, có khả năng chịu được độ lún lớn của nền đất yếu vừa có thể tận dụng sử dụng những loại đất đắp là đất yếu được lấy tại chỗ khu vực xây dựng Cốt trong đất vừa có tác dụng gia cường cho khối đắp, vừa có tác dụng xử lý nền với những lớp cốt đặt sát nền Do những nguyên nhân như vậy, hiện nay kết cấu đất có cốt được sử dụng tương... tạo thân đê với vải địa kỹ thuật làm bao bì và làm cốt chịu kéo Phần đất giữa thân đê làm việc như tường đất có cốt có mặt tường gần như thẳng ứng, đảm bảo ổn định vững chắc cho mái đê phía biển trên nền mềm yếu Mái đất phía đồng được đắt theo kiểu hút-xả bùn, hoặc kiểu gầu ngoạm với hai mục đích: - Tăng thêm mức độ ổn định cho tường đất có cốt - Chống tràn xói nền của tường chắn đất có cốt khi bão . liệu đất có cốt, đặc biệt trong thiết kế đê biển và những vấn đề liên quan. Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật gia cường ổn định cho đê biển bằng vật liệu đất đắp. gia cường địa kỹ thuật với đê biển 13 1.3.2. Các giải pháp nâng cao ổn định đê trên thế giới 17 1.4. Vấn đề ứng dụng vật liệu đất có cốt để xây dựng đê biển ở Việt Nam và các nước trên thế. 4 .ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI ĐÊ BIỂN TÂY CÀ MAU 107 4.1. Giới thiệu công trình đê biển Tây Cà Mau 107 4.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa mạo 107 4.1.2. Thông số địa chất đất