Nghiên cứu phương pháp tính ổn định cho kè trên hệ thống cọc, áp dụng cho công trình kè ngòi đum tỉnh lào cai

BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè hệ thống cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngòi Đum – tỉnh Lào Cai” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Thền Ngọc Sơn i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè hệ thống cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngòi Đum – tỉnh Lào Cai” Trước hết tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng, người hướng dẫn trực tiếp vạch định hướng khoa học cho luận văn Xin cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo công ty cổ phần tư vấn xây dựng Sông Hồng Lào Cai tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập làm luận văn Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả q trình học tập hồn thiện luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh em gia đình tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày… tháng …năm 2017 Học viên cao học Thền Ngọc Sơn i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài: Tính cấp thiết đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ .4 1.1 Tình hình xây dựng kè giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình xây dựng kè giới 1.1.2 Tình hình xây dựng giải pháp cho kè Việt Nam 1.3 Ứng dụng cọc gia cố ổn định kè 17 1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu .22 1.5 Kết luận chương 22 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ TRÊN HỆ THỐNG CỌC 24 2.1 Độ bền, sức kháng cắt đất 24 2.1.1 Sức kháng cắt đất 24 2.1.2 Độ bền đất 28 2.2 Bài toán thấm 30 2.2.1 Cấu trúc thành phần đất 30 2.2.2 Cấu trúc thành phần đất 31 2.2.3 Dòng thấm nước 31 2.2.4 Phương trình vi phân toán thấm 33 2.2.5 Giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn 33 2.3 Lựa chọn phương pháp tính .35 2.4 Phương pháp tính 37 2.4.1 Tính tốn ổn định theophương pháp phần tử hữu hạn 37 2.5 Lựa chọn phương pháp tính tốn ổn định kè gia cố cọc 51 2.6 Lựa chọn phần mềm tính tốn .52 2.7 Kết luận chương 54 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KÈ NGÒI ĐUM –TỈNH LÀO CAI 56 3.1 Giới thiệu cơng trình 56 3 3.1.1 Vị trí địa lý 56 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 56 3.1.3 Đặc điểm địa chất 56 3.1.4 Khí tượng, thủy văn 57 3.2 Hiện trạng sói lở 60 3.3 Tính tốn ổn định kết cấu cơng trình .60 3.4 Kết luận chương 80 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .81 Các kết đạt 81 Một số vấn đề tồn 81 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 4 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 Kè Sông Hà Khẩu – Trung Quốc Hình 1.3 Kè đê biển theo công nghệ Hà Lan Hình 1.4 Kè tường đứng Hình 1.5 Kè mái nghiêng Hình 1.6 Thảm rọ đá 12 Hình 1.8 Cấu tạo kè lát mái 14 Hình 1.7 Thảm bê tơng 14 Hình 1.9 Hình ảnh kè lát mái 15 Hình 1.10 Mỏ hàn cọc 16 Hình 1.11 Kết cấu kè tường đứng cọc 17 Hình 1.12 Gia cố bờ cọc tre 18 Hình 1.13 Ứng dụng cọc bê tông gia cố kè 19 Hình 1.14 Cọc cừ ván bê tông cốt thép 20 Hình 2.1 Hình ảnh mặt trượt cơng trình 24 Hình 2.2 Định luật coulomb với đất rời 26 Hình 2.3 Định luật coulomb với đất dính 26 Hình 2.4 Đường Coulom kéo dài 27 Hình 2.5 Trạng thái ứng suất điểm M đất 28 Hình 2.6 Vòng tròn Morh ứng suất 29 Hình 2.9 Thế truyền động pha nước 32 Hình 2.10 Quan ứng suất – biến dạng (đàn - dẻo) 39 Hình 2.11 Đường bao cực hạn 40 Hình 2.12 Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb 41 Hình 2.13 Quan hệ ứng suất pháp ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt 51 Hình 3.1 Bình đồ tuyến kè 62 Hình 3.2 Mặt cắt ngang kè 63 Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt ngang kè chưa có cọc 77 5 Hình 3.4 Kết tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 K    1, 042 P 100,17 gh IV Kiểm tra điều kiện biến dạng Dùng phương pháp cộng lún lớp để tính độ lún tuyệt đối cho móng: n n Với đất có kết nén ép - Đất dính = S   Si   i1 e1i  e2i i1  1 e1i h i  n h zi Với đất không kết nén ép - Đất rời = S  i i1 Eoi i  gl + TH : Móng kè rộng m Chia lớp đất đáy móng phạm vị chiều dày nén lún thành lớp phân tố có chiều dày hi  b móng có b = 7m Ta chia lớp dày 1.4m Áp lực gây lún trung bình đáy móng : Pgl  14.31 T / m Kết tính tốn ứng suất lập bảng sau : Bảng 3.3 Kết tính tốn ứng suất Điểm Độ sâu z(m) l/b 2z/b Ko i gl i bt i bt i gl 0 0,1428571 0,5000 14,310 2,7 0,189 1,4 0,1428571 0,4 0,4886 13,984 5,22 0,373 2,8 0,1428571 0,8 0,4405 12,607 7,74 0,614 4,2 0,1428571 1,2 0,3777 10,810 10,26 0,949 5,6 0,1428571 1,6 0,3209 9,184 12,78 1,392 0,142857143 0,2749 7,868 15,3 1,945 Vùng hoạt động nén lún đất lấy đến độ sâu 7m so với đáy móng Ta có bảng tính độ lún : B c  Lớp đất Chiều dày hi(cm) 1i  tb 2i gl P P     0,27 1,431 gl 70 0,396 1,4147 1,8107 0,522 1,3984 0,522 1,3984 70 0,648 1,3295 1,9775 0,774 1,2607 0,774 1,2607 70 0,9 1,1708 2,0708 1,026 1,081 1,026 1,081 70 1,152 0,9997 2,1517 1,278 0,9184 1,278 0,9184 70 1,404 0,8526 2,2566 1,53 0,7868 1,53 0,7868 70 1,656 0,735 2,391 1,782 0,6832 1,782 0,6832 70 1,908 0,6421 2,5501 2,034 0,601 2,034 0,601 70 2,16 0,5681 2,7281 2,286 0,5352 2,286 0,4817 70 2,412 0,4596 2,8716 2,538 0,4376 2,538 0,4004 10 70 2,664 0,3847 3,0487 Như S = 7.919cm Ggh = 8cm ( Không thỏa mãn yêu cầu biến dạng ) Để gia cố độ sâu phòng lún phạm vi tính tốn lớn độ sâu 7m bố trí gia cố cọc BTCT Số lượng cọc tính tốn sau : * Gia cố cọc chống BTCT M200 dài 7m + Trường hợp móng kè rộng 7m P= Km*Rtc*F = 0,7*920*0,2*0,2 = 25,76 T/m2 N=  max *B*L =34.21*7*1 = 239,47 T/m2  10 n= N P Vậy chọn 10 cọc i S (cm) s 1,5235 1,9105 gl 8,8241 + Trường hợp móng kè rộng 6,5m P= Km*Rtc*F = 0,7*920*0,2*0,2 = 25,76 T/m2 N=  max *B*L = 34,21*6,5*1 = 1531,50 T/m2  10 n= N P Vậy chọn 10 cọc Bảng 3.7 Thông số cọc BTCT 20x20 cm Thông số Đơn vị Cọc Cọc Ứng xử vật liệu - elastic elastic Diện tích ngang cọc m 0.2 0.2 Mô đun đàn hồi (Eref) kN/m 3.1e7 3,1e7/2 Mô đun quán tính (I) m 2.25e-3 2,25e-3 Khoảng cách cọc L m Độ cứng dọc trục 2D (EA) KN/m 9,3e6 4,65e6 Độ cứng chống uốn 2D(EI) KNm2/m 69750 34875 Trọng lượng (w) KN/m/m 2,.63 2,63 Hệ số poisson(v) - 0,2 0,2 2 IV Thực tính tốn có hỗ trợ phần mềm Kết tính tốn ổn định Sơ đồ tính tốn hình 3-2 : Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt ngang kè chưa có cọc Các kết phân tích nêu hình vẽ sau Hình 3.4 Kết tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000