Nghiên cứu kết cấu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực

BẢN CAM KẾT Tôi xin cam kết tất nghiên cứu luận văn kết nghiên cứu thân tơi thực khố học cao học Trường Đại học Thuỷ lợi hướng dẫn nghiên cứu khoa học PGS.TS Phạm Văn Quốc PGS TS Vũ Hồng Hưng Tơi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn lời cam kết Hà Nội ngày 15 tháng 03 năm 2018 Lê Thái Sơn i LỜI CÁM ƠN Trong thời gian thực Luận văn, học viên nhận trợ giúp quý báu nhiều tổ chức cá nhân Học viên muốn bày tỏ lòng cám ơn chân thành tới Phòng, Ban tập thể Quý thầy cô trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt thầy cô sở I trang bị kiến thức khoa học kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Đặc biệt, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Phó Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc thầy giáo Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hoàng Hưng - người trực tiếp hướng dẫn cho kiến thức khoa học suốt thời gian thực hiên Luận văn Một lần xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công sống tới Q thầy trường Đại học Thủy lợi, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hoàng Hưng TÁC GIẢ i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KÈ BTDƯL 1.1 Thành tựu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng nước ta .5 1.1.1 Một số cơng trình kè bảo vệ bờ sơng điển hình .5 1.1.2 Sự phát triển ứng dụng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 1.2 Tình hình xói lở biện pháp bảo vệ bờ sông nước ta .11 1.2.1 Tình hình chung áp dụng thành tựu KHKT bảo vệ bờ sông 11 1.2.2 Một số cơng trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu 12 1.2.3 Sử dụng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để làm tường kè sông 14 1.3 Các phương án cơng trình chống xói lở bờ tả đoạn sông .15 1.3.1 Hệ thống mỏ hàn: 15 1.3.2 Kè mái dốc 17 1.3.3 Tường kè bê tông cốt thép (tường trọng lực, tường góc) .18 1.3.4 Tường kè dùng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 19 1.4 Các hình thức kết cấu neo tường cọc .20 1.4.1 Mố neo khối bê tông cốt thép 20 1.4.2 Ống neo khoan bơm bê tông tạo neo 21 1.4.3 Neo hệ cọc đáy tường góc phía tường cọc 21 1.4.4 Các hình thức kết cấu neo tường mố neo .22 1.5 Kết luận chương 1: 23 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LỰC THẤM ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN TƯỜNG KÈ 24 2.1 Tính tốn lực thấm tường kè 24 2.1.1 Phương pháp tính tốn đơn giản gần 24 2.1.2 Phương pháp tính tốn mơ hình số PTHH 25 2.2 Phương pháp tính tốn ổn định tường cọc 28 2.2.1 Phương pháp tính tốn cung trượt ổn định mái dốc bờ sông trạng .28 2.2.2 Xác định phương án độ sâu đóng cọc dựa cung trượt 30 2.2.3 Phương pháp tính tốn áp lực đất chủ động bị động lên tường 31 3 2.2.4 Phương pháp tính tốn kiểm tra ổn định tường cọc .33 4 2.3 Phương pháp tính tốn độ bền hệ tường kè .33 2.3.1 Phương án giải tích tính tốn độ bền tường kè cọc BTCT DƯL.: .33 2.3.2 Phương pháp mơ hình số PTHH tính tốn độ bền tường kè cọc BTCT DƯL .36 2.3.3 Khái quát phần mềm Plaxis 45 2.3.4 So sánh nhận xét hai phương pháp tính toán .46 2.4 Kết luận chương 2: 47 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ TẦM XÁ SƠNG HỒNG HÀ NỘI .48 3.1 Giới thiệu chỉnh trị đoạn sông Hồng khu vực Hà Nội 48 3.1.1 Giới thiệu chung 48 3.1.2 Tình hình biến hình lòng sơng đoạn Tầm Xá sơng Hồng – Hà Nội 50 3.1.3 Điều kiện địa hình .53 3.1.4 Điều kiện thủy văn, thủy lực đoạn sông .56 3.1.5 Diễn biến dự báo xói lỡ bờ tả đoạn sông 58 3.1.6 Yêu cầu giao thông thủy cảnh quan thành phố Hà Nội 58 3.1.7 Giải pháp chống sạt lở mái dốc đoạn bờ Tầm Xá thuộc sông Hồng 60 3.1.8 Kết luận chương .65 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CHO TƯỜNG KÈ TẦM XÁ – HÀ NỘI BẰNG BẢN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG XUẤT TRƯỚC 66 4.1 Tài liệu đầu vào để tính toán tường kè BTCT UST Tầm Xá 66 4.1.1 Mặt cắt điển hình để tính tốn 66 4.1.2 Chế độ mực mước tính tốn 66 4.1.3 Thuộc tính lớp đất tính tốn 67 4.1.4 Thuộc tính bê tông cốt thép cọc 67 4.1.5 Trường hợp tính tốn 68 4.2 Kết tính tốn thấm, ổn định mái dốc trạng giải pháp cơng trình 69 4.2.1 Lưới phần tử mặt cắt tính tốn 69 4.2.2 Số liệu tính tốn 69 4.2.3 Kết tính toán lưới thấm, gradient thấm .70 4.2.4 Kết tính tốn ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc 70 5 4.3 Tính tốn độ sâu kiểm tra độ bền tường cọc theo phương pháp giải tích 71 4.3.1 Xác định phương án độ sâu đóng cọc dựa cung trượt (khơng có neo có neo) .71 4.3.2 Tính tốn áp lực đất lực chủ động bị động lên tường theo phương án 73 4.3.3 So sánh nhận xét kết tính tốn phương án (khơng có neo) phương án (có neo) 81 4.4 Kết tính tốn độ bền hệ tường k (PA1 PA 2) 82 4.4.1 Kết tính tốn theo phương pháp giải tích .82 4.4.2 Kết tính tốn theo phần mềm Plaxis .82 4.5 Kết luận chương 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 5 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1:Kè sơng đáy huyện Ứng Hòa Hình 1.2: Kè bờ hữu sơng Thái Bình .5 Hình 1.3: Kè chống sạt lở bờ sơng Lục Nam tỉnh Bắc Giang .6 Hình 1.4: Tuyến đê bờ tả sơng Nhuệ đoạn qua địa bàn xã Cự Khê (huyện Thanh Oai) Hình 1.5: Đê, Kè hữu Sông Yên, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa Hình 1.6: Kè Sông Tô Lịch .6 Hình 1.7: Sản phầm cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U .8 Hình 1.8: Cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U .9 Hình 1.9: Bốn kiểu mặt cắt ngang cọc ván BTCT DƯL 10 Hình 1.10:Bờ kè chống sạt lở Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai 13 Hình 1.11:Bờ kè chống sạt lở thị trấn Tân Thạnh - tỉnh Long An 13 Hình 1.12:Bờ kè cảng Holcim - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 13 Hình 1.13:Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương .14 Hình 1.14 Mố neo khối bê tơng cốt thép .20 Hình 1-15 Neo tường cọc khoan bơm bê tông tạo neo .21 Hình 1-16 Neo tường cọc hệ cọc đáy tường góc phía tường cọc 21 Hình 1-17 Các hình thức kết cấu neo tường mố neo 22 Hình 2.1 Áp lực nước thủy tĩnh tác dụng lên tường cọc .24 Hình 2.2.Lưới thấm để tính áp lực nước tác dụng lên tường cọc 26 Hình 2.3 a) Biểu đồ áp lực thủy tĩnh áp lực thấm tác dụng lên tường; b) Biểu đồ áp lực nước chênh lệch tổng hợp tác dụng lên tường 28 Hình 2.4 Sơ đồ tính lực thấm từ áp lực nước lỗ rỗng PP Bishop đơn giản 30 Hình 2.5 Phân bố lực lên tường conson tự – khơng có mực nước ngầm 31 Hình 2.6 Phân bố lực lên tường conson tự – có mực nước ngầm 32 Hình 2.7 Phân bố lực lên tường conson tự – có mực nước ngầm 33 Hình 2.8 Phân bố lực lên tường conson tự có mực nước ngầm 35 Hình 2.9: Hướng thành phần ứng suất Tenxơ .37 Hình 2.10: Trục hệ toạ độ 40 6 Hình 3.1: Vị trí cơng trình sơng Hồng 52 7 Hình 3.2 Ảnh 3D thể phương án nghiên cứu chỉnh trị phát triển đô thị hai bên bờ sông Hồng Hà Nội 59 Hình 3-3 Thiết kế điển hình mỏ hàn Tầm Xá .61 Hình 3-4 Kè mái dốc bảo vệ mái bờ sơng bị xói lở 61 Hình 3-5 Chân kè lăng thể đá đổ 62 Hình 3-6 Chân kè lăng thể rồng tre đá 62 Hình 3-7 Lăng thể chân kè bè chìm kết hợp khối rọ đá bê tông 62 Hình 3-8 Giải pháp tường kè kết hợp tường góc với kè mái dốc 63 Hình 3.9 Giải pháp tường Kè bê tông cốt thép ứng suất trước để bảo vệ bờ Tầm Xá 64 Hình 4-1 Mặt cắt điển hình để tính tốn .66 Hình 4-2 Mặt cắt ngang tường cừ tính tốn 68 Bảng 4.2 Các tiêu tính tốn cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước 68 Hình 4.3 Lưới phần tử mặt cắt tính tốn 69 Hình 4-4 Kết tính tốn đường bảo hoà lưu lượng thấm 70 Hình 4-5 Kết tính tốn ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc 71 Hình 4-6 Mặt cắt điển hình dự án kè bãi Tầm Xá 72 Hình 4-7 Phân bố ngoại lực lên tường conson tự có mực nước ngầm 75 Hình 4-8 Biểu đồ mô men theo chiều cao tường 77 Hình 4-9 Phân bố ngoại lực lên tường conson tự có mực nước ngầm,có neo 79 Hình 4-10 Phân bố ngoại lực mơ men nội lực tường conson có neo đất khơng dính với mực nước ngầm ngang mực nước sơng .80 Hình 4-11 Mặt cắt thực tế tường kè khơng có neo .83 Hình 4-12 Chia lưới phần tử mặt cắt tính tốn 86 Hình 4-13 Biểu đồ mơment lớn 86 Hình 4-14 Biểu đồ lực cắt 87 Hình 4-15 Biểu đồ lực dọc 87 Hình 4-16 Chuyển vị điểm A đỉnh cừ Ux=51,105 cm 88 Hình 4-17 Hệ số an tồn FS = 1.043 88 Hình 4-18 Mặt cắt thực tế tường kè có neo 91 Hình 4-19 Chia lưới phần tử mặt cắt tính tốn 95 Hình 4-20: Môment max cừ BTDƯL S600B 95 7 Hình 4-21: Lực cắt cừ BTDƯL S600B 96 Hình 4-22: Lực dọc cừ BTDƯL S600B 96 Hình 4-23: Nội lực neo .97 Hình 4-24: Chyển vị đỉnh cừ Ux = 6,582 cm 97 Hình 4-25: Hệ số an tồn FS = 1.209 98 Hình 4-26: Cường độ biến dạng đất lưng tường 101 Hình 4-27: Cường độ biến dạng đất cọc .101 Hình 4-28: Cường độ biến dạng đất lưng tường 102 Hình 4-29: Cường độ biến dạng đất cọc .102 Hình 4-30: Cường độ biến dạng đất đất lưng tường 103 Hình 4-31: Cường độ biến dạng đất chân tường cừ .103 Hình 4-32: Cường độ biến dạng đất lưng tường 104 Hình 4-33: Cường độ biến dạng đất chân tường cừ 104 8 3,0 6,0 9,0 ... Nghiên cứu kết cấu tường neo kè bờ sông cọc bê tông cốt thép dự ứng lực có ý nghĩa khoa học thực tiễn cấp thiết MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu giải pháp, ổn định độ bền kết cấu tường kè bờ sông. .. 1.3.3 Tường kè bê tông cốt thép (tường trọng lực, tường góc) .18 1.3.4 Tường kè dùng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 19 1.4 Các hình thức kết cấu neo tường cọc .20 1.4.1 Mố neo. .. liên kết Kết cấu liền khối đá xây, bê tông, bê tông cốt thép liền khối Kết cấu mảng mềm mảng cấu kiện bê tông tự chèn, cấu kiện bê tông cài vào lưới thép, cấu kiện bê tông xâu dây ni lông Kết cấu