PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5 CẦU RẠCH LÁ – CẦN GIỜ Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan về những vấn đề ổn định trụ cầu trong đất yếu. Chương 3: Cơ sở lý thuyết phân tích và tính toán ổn định và biến dạng trụ cầu bê tông cốt thép. Chương 4: Phân tích và tính toán ổn định, biến dạng và các giải pháp xử lý trụ T5 – cầu Rạch Lá. Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5 CẦU RẠCH LÁ – CẦN GIỜ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THỌ Cán hướng dẫn khoa học: TS TRẦN XUÂN Cán chấm nhận xét ……………………………………………………………………………… 1: Cán chấm nhận xét ……………………………………………………………………………… 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……….tháng……….năm 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tự Do - Hạnh Phúc CỘNG HÒA XÃ HỘI Độc Lập Tp.HCM ngày……….tháng……….năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đinh Hoài Luân Ngày, tháng, năm sinh: 16/02/1979 Long Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU Phái: Nam Nơi sinh: Vónh MSHV: 00904251 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5 CẦU RẠCH LÁ – CẦN GIỜ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Phân tích ổn đònh, biến dạng giải pháp xử lý trụ T5 cầu Rạch Lá – Cần Giờ Nội dung: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan vấn đề ổn đònh trụ cầu đất yếu Chương 3: Cơ sở lý thuyết phân tích tính toán ổn đònh biến dạng trụ cầu bê tông cốt thép Chương 4: Phân tích tính toán ổn đònh, biến dạng giải pháp xử lý trụ T5 – cầu Rạch Lá Chương 5: Kết luận kiến nghò III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/07/2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/03/2007 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN XUÂN THỌ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHUYÊN NGÀNH TS TRẦN XUÂN THỌ PHÁN BỘ MÔN QUẢN LÝ TS VÕ Nội dung đề cương Luận văn Thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày……….tháng……….năm 2006 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn Luận văn thạc só hoàn thành nhờ vào kiến thức mà thầy cô truyền đạt cho em suốt trình theo học lớp cao học “Công trình đất yếu” Em xin chân thành cảm ơn tất q thầy cô giảng dạy bảo cho em kiến thức bổ ích hành trang phục vụ cho công tác em sau Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Trần Xuân Thọ, giảng viên tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp cho em tài liệu q báo giúp em hoàn thành luận văn thạc só Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn TP Hồ Chú Minh tháng 03 năm 2007 Học viên Đinh Hoài Luân Tóm tắt luận văn Hiện nay, xây dựng công trình đất yếu thường hay xảy cố không mong muốn liên quan đến vấn đề ổn đònh biến dạng công trình Việc khắc phục cố gặp nhiều khó khăn, tốn làm ảnh hưởng đến tiến độ thi công công trình Sự cố xảy cầu Rạch Lá, huyện Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh cố thường gặp xây dựng cầu đất yếu (nền bò ổn đònh cấu kiện công trình bò chuyển vò vượt giới hạn) Đề tài “Phân tích ổn đònh, biến dạng giải pháp xử lý trụ T5 cầu Rạch Lá – Cần Giờ” phần giải vấn đề tồn cố nêu Abstract Nowadays, construction of structures on soft soils often faces with unexpected stability and deformation problems Remedial works for those problems are often very difficult, costly and slow down project’s schedule Failure of Rach La bridge, Can Gio district, Ho Chi Minh city is one typical incident happened in construction of bridge (instability of foundation and large deformation of bridge’s structural elements) The thesis “Stability and deformation analysis and remedial solutions for pier T5 of Rach La bridge, Can Gio” shall solved in some extent the existing problems of those failures MUÏC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.2 YÙ nghóa khoa học đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Haïn chế đề tài CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRỤ CẦU TRONG ĐẤT YẾU 2.1 Tổng quan mố trụ cầu đất yếu 2.2 Mất ổn đònh trụ cầu đất yếu .5 2.2.1 Mất ổn đònh trượt 2.2.2 Mất ổn đònh biến dạng .5 2.3 Một số cố gặp phải xây dựng cầu đất yếu 2.3.1 Sự cố cầu hầm chui Văn Thánh 2.3.2 Sự cố nghiêng gẫy cọc thi công móng trụ cầu 2.3.3 Sự cố cầu Rạch Lá – Cần Giờ 10 2.4 Nguyên nhân giải pháp khắc phục .14 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRỤ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 3.1 Tổng quan 15 3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp giải tích 16 3.2.1 Lý thuyết tính toán sức chòu tải cọc BTCT 16 3.2.1.1 Sức chòu tải dọc trục cọc theo vật liệu 16 3.2.1.2 Sức chòu tải dọc trục cọc theo đất 17 3.2.2 Kiểm tra ổn đònh móng cọc BTCT 21 3.2.2.1 Sức chòu tải móng cọc BTCT 21 3.2.2.2 Ổn đònh móng cọc BTCT 22 3.2.2.3 Ổn đònh trượt điều kiện tự nhiên 25 3.2.3 Biến dạng cọc móng cọc BTCT 30 3.2.3.1 Lún cọc riêng lẻ .30 3.2.3.2 Chuyển vò ngang cọc 32 3.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 34 3.3.1 Giới thiệu 34 3.3.2 Các thông số mô hình đất 35 3.3.3 Mô hình Mohr – Coulomb 36 3.3.3.1 Ứng xử đàn dẻo túy 37 3.3.3.2 Công thức tính toán mô hình Mohr – Coulomb .38 3.3.3.3 Các thông số mô hình Mohr – Coulomb 40 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5 – CẦU RẠCH LÁ 4.1 Toång quan 43 4.2 Mô tả công trình .43 4.2.1 Mô tả chung 43 4.2.2 Sự cố trụ T5 .45 4.2.3 Đòa chất công trình trụ T5 .46 4.3 Tính toán ổn đònh biến dạng trụ T5 phương pháp giải tích 49 4.3.1 Tính toán sức chòu tải cọc 49 4.3.1.1 Theo vật liệu làm cọc 49 4.3.1.2 Sức chòu tải cực hạn cọc theo đất 50 4.3.2 Biến dạng đất mũi cọc – độ lún cọc riêng lẻ .52 4.3.3 Ổn đònh mái dốc lòng sông 54 4.3.3.1 Giới thieäu .54 4.3.3.2 Mô hình toán cho mái dốc tự nhiên .55 4.4 Mô toán phần mềm Plaxis 3D Tunnel version 1.2 59 4.4.1 Các thông số đầu vào mô hình Mohr – Coulomb 59 4.4.2 Mô hình bước tính toán 61 4.4.3 Ba toán theo giai đoạn thi công .62 4.4.3.1 Thi công cọc đóng + tải trọng phụ + hạ mực nước thủy triều 62 4.4.3.2 Khắc phục cọc đóng 71 4.4.3.3 Khắc phục cọc khoan nhồi 75 4.4.3.4 Chuyển vò cọc theo bước thi công 78 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Một số kết luận giải toán phần mềm Plaxis 79 5.2 Đề xuất phương án xử lý 80 5.3 Kiến nghò phương hướng nghiên cứu 80 Tài liệu tham khảo .81 Tóm tắt lý lòch học viên 93 Hình 4.20 Chuyển vò ngang cọc sau đóng Hình 4.21 Chuyển vò ngang cọc mực nước sông hạ xuống theo thủy triều a) b) c) 94 Hình 4.22 a) Chuyển vò ngang mặt phẳng cắt qua vò trí đóng cọc bổ sung hạ mực nước sông (chưa đóng cọc bổ sung) b) Chuyển vò ngang cọc bổ sung sau đóng c) Chuyển vò ngang cọc bổ sung chất tải hoàn toàn Hình 4.23 Chuyển vò ngang hệ mực nước sông hạ xuống theo thủy triều sau chất tải toàn Nhận xét: Chuyển vò ngang lớn cọc sau đóng 0.305m tăng đột ngột lên 1.16m mực nước sông hạ xuống Tương tự trường hợp khắc phục cọc khoan nhồi, chuyển vò ngang cọc bổ sung tăng thêm 0.01m sau đóng sau gữ nguyên không đổi Như khắc phục cọc đóng hệ ổn đònh đủ khả chòu tải 95 Chuyển vò trường hợp khắc phục cọc đóng nhỏ so với trường hợp khắc phục cọc khoan nhồi điều chỉnh khoảng cách cọc giảm Từ ta rút kết luận: mật độ cọc lớn (khoảng cách cọc hẹp) chuyển vò hệ (bao gồm đất nền) tăng chuyển vò riêng lẻ cọc lại giảm 96 4.4.3.2 Khắc phục cọc khoan nhồi (trường hợp nguy hiểm nhất): XỬLÝTRỤT5 CẦU RẠCH LÁ- PHƯƠNG ÁN II (BỔSUNG CỌC KHOAN NHỒIÞ120cm, L=50M) 97 Hình 4.18 Chuyển vò hệ chuyển vò ngang cọc khoan nhồi Nhận xét: chuyển vò toàn hệ không thay đổi có nghóa mái dốc sau bò trượt chuyển sang trạng thái cân giới hạn ổn đònh Hình bên cạnh mô tả chuyển vò ngang cọc khoan nhồi chuyển vò ngang mặt phẳng cắt (cross section) qua tâm cọc khoan nhồi 98 99 Hình 4.19 Chuyển vò hệ chuyển vò ngang cọc khoan nhồi chất tải hoàn toàn Nhận xét: sau khắc phục cọc khoan nhồi chất tải hoàn toàn lên móng trụ cầu chuyển vò toàn hệ có tăng thêm nhỏ (0.01m), chuyển vò ngang cọc khoan nhồi tăng thêm 0.03m, khắc phục cọc khoan nhồi hệ ổn đònh đủ khả chòu tải 100 4.4.3.4 Chuyển vò cọc theo bước thi công: Chart Step 30 Point D 25 20 15 10 0 0.5 1.5 2.5 Ux [m] Hình 4.24 Chuyển vò ngang đầu cọc số theo trình tự thi công Nhận xét: Giai đoạn 1: đặt hệ số tải trọng, từ bước đến bước 9, chuyển vò ngang cọc giai đoạn toán ta đặt hai hệ số -Mweight = -MloadB = 20 chưa kích hoạt lực chưa đóng cọc nên không ảnh hưởng đến chuyển vò ngang đầu cọc Giai đoạn 2: thi công cọc đóng, từ bước đến bước 11, chuyển vò cọc tăng đột ngột lên 0.233m sau tăng nhẹ lên 0.276m, điều chứng tỏ sau cọc bò chuyển vò đột ngột tải trọng cọc ổn đònh lại (lúc mực nước sông cao có tác dụng bệ phản áp) Giai đoạn 3: hạ mực nước sông, từ bước 11 đến bước 23, bò ổn đònh trượt gây áp lực làm cọc 101 bò chuyển vò lớn, đến cuối giai đoạn (bước 23) chuyển vò cọc lên đến 2.136m Giai đoạn 4, 5, 6, 7: khắc phục cố xây dựng trụ, từ bước 23 đến bước 25, chuyển sang trạng thái cân giới hạn chuyển vò ngang cọc nhỏ dần sau không tăng 102 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Một số kết luận giải toán phần mềm Plaxis Geo – Slope: Chuyển vò ngang lớn cọc sau đóng 0.304m, chuyển vò thực đo 0.4m Chuyển vò ngang lớn cọc mực nước sông hạ xuống thấp 2.14m, chuyển vò thực đo (2.30 – 4.21)m Moment lớn xuất cọc 1.14×10 3×0.45 = 513kNm khả chòu moment lớn cọc vào khoảng 337kNm Hệ số an toàn mái dốc lòng sông trạng thái tự nhiên trường hợp mực nước sông cao F = 2.516 (phương pháp Fellnius) Hệ số an toàn mái dốc lòng sông trạng thái tự nhiên trường hợp mực nước sông thấp F =1.109 (phương pháp Fellnius) Hệ số an toàn mái dốc lòng sông phải chòu thêm áp lực tải trọng phụ gây trường hợp mực nước sông cao F = 2.536 (phương pháp Fellnius) Hệ số an toàn mái dốc lòng sông phải chòu thêm áp lực tải trọng phụ gây trường hợp mực nước sông thấp F = 0.909 (phương pháp Fellnius) Từ kết thu giải phần mềm Plaxis tính toán phương pháp giải tích 103 xem xét ổn đònh mái dốc, ta kết luận: nguyên nhân dẫn đến cố trụ T5 mái dốc lòng sông bò ổn đònh khối trượt gây áp lực làm cho cọc bò chuyển vò, cọc có chuyển vò lớn cá biệt bò gãy phải chòu moment vượt khả cho phép Những kết luận hoàn toàn dựa vào sở tính toán phần mềm Plaxis Geo – Slope mà thông số đầu vào mang nhiều tính ước lượng (do thiếu kết thí nghiệm), sai biệt kết tính toán thực tế không lớn Bài toán mô tả trường hợp mực nước sông cao thấp nhất, thực tế mực nước thủy triều lại thay đổi liên tục, để toán áp dụng vào thực tế cần có nhiều nghiên cứu thực nghiệm 5.2 Đề xuất phương án xử lý: - Sau giải toán, kết tính toán thu hai phương pháp khắc phục cọc đóng cọc khoan nhồi, ta thấy kết chuyển vò đầu cọc tương đương Do xét điều kiện biến dạng (chuyển vò ngang đầu cọc) độ tin cậy hai phương án cọc đóng cọc khoan nhồi gần Nếu khống chế rủi ro nối đóng cọc, biện pháp cọc đóng mang tính hiệu kinh tế cao phương án cọc khoan nhồi - Khi mực nước sông rút đột ngột trường hợp nguy hiểm nhất, gây chuyển vò ngang đầu cọc lớn cho hai phương án cọc đóng cọc khoan nhồi 104 Cần phải có biện pháp che chắn bao bọc cọc trình thi công để ngăn chặn chuyển vò ngang cọc nước thủy triều rút đột ngột Có thể dùng cừ larssen đóng bao bọc toàn chu vi cọc - Một số phương pháp để giảm áp lực ngang tác dụng lên cọc tránh cho bò ổn đònh: không gây tải trọng lên đất xung quanh trụ, san lấp chỗ trũng đáy sông có điều kiện lấp chặn dòng sông 5.3 Kiến nghò phương hướng nghiên cứu tiếp theo: Xem xét ảnh hưởng dòng thấm tác dụng lên chuyển vò hệ cọc hạ mực nước sông hay mực nước ngầm 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Braja M Das Principles of Foundation Engineering PWS Publishing [2] Châu Ngọc Ẩn Cơ học đất Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [3] Châu Ngọc Ẩn Nền móng Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2002 [4] CRI Clayton, Milititsky Earth pressure and earth-retaining structures Survey University Press, Glassrow and London [5] Dr K.R Aroka Soil mechanics and Foundation Engineering A K Jain [6] GSTS Nguyễn Văn Quảng, KS Nguyễn Hữu Kháng, KS Uông Đình Chất Nền móng công trình dân dụng – công nghiệp Nhà xuất Xây dựng [7] Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải Những phương pháp xây dựng công trình đất yếu Nhà xuất xây dựng 1997 [8] Hội nghò khoa học toàn quốc lần thứ cố công trình nguyên nhân [9] Huỳnh Ngọc Vân Luận văn thạc sỹ ĐHBK tháng 12 naêm 2005 [10] Joseph E Bowles Foundation analysis and design The McGraw-Hill Companies [11] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lợi Công trình Trên Đất Yếu điều kiện Việt Nam Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM 106 [12] Lê Q An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân Tính toán móng công trình theo trạng thái giới hạn Nhà xuất Xây dựng [13] Lê Quý An tác giả Cơ học đất Nhà xuất Giáo dục, 1995 [14] Nguyễn Văn Thơ tác giả Sử dụng đất chỗ để đắp đập Tây Nguyên, Nam Trung Bộ Đông Nam Bộ Nhà xuất Nông nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, 2001 [15] Phan Trường Phiệt Áp lực đất tường chắn đất Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2001 [16] Plaxis 3D Tunnel manual, version 1.2 [17] R Whitlow Cơ học đất Nhà xuất Giáo Dục, 1996 [18] Slope/W for slope stability, version 5, User’s Guide [19] Trần Xuân Thọ Bài giảng môn học Thí nghiệm Cơ học đất [20] Trần Xuân Thọ Bài giảng môn học Tính toán tự dộng toán đòa kỹ thuật [21] Trung tâm nghiên cứu công nghệ thiết bò công nghiệp Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Báo cáo khảo sát đòa chất, công trình: Trụ T5 cầu Rạch Lá, đường Rừng Sác – Huyện Cần Giờ TP Hồ Chí Minh Tháng 02 năm 2006 [22] Ts Lê Đình Hồng – ĐHBK Hướng dẫn thực tập sử dụng chương trình Slope tính toán ổn đònh mái dốc [23] US Army Corps of Engineers Engineering and design, Design of Pile Foundations EM 1110-2-2906 15 January 1991 TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên học viên: ĐINH HOÀI LUÂN Ngày, tháng, năm sinh: 16/02/1979 Nơi sinh: Vónh Long Đòa liên lạc: 174/5 Phạm Hùng, Phường 9, Thò xã Vónh Long Tỉnh Vónh Long Điện thoại: 0903344219 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1996 – 2001: học Đại học Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Từ năm 2004 – 2007: Học ngành Công trình đất yếu, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 2001 đến 2003: công tác Chi nhánh phía Nam Tổng công ty Xây dựng công trình giao thông Từ năm 2003 đến nay: công tác Trường Cao Đẳng Xây Dựng Miền Tây ... incident happened in construction of bridge (instability of foundation and large deformation of bridge’s structural elements) The thesis “Stability and deformation analysis and remedial solutions... việc phải chòu tải trọng từ kết cấu nhòp truyền xu ng phải làm nhiệm vụ tường chắn đất (mố cầu), thường xuyên chòu tác động bò ảnh hưởng biến động lên xu ng mực nước thuỷ triều (trụ cầu) Mố phận... Nowadays, construction of structures on soft soils often faces with unexpected stability and deformation problems Remedial works for those problems are often very difficult, costly and slow down