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

Ngoài các giải pháp đơn giản truyền thống kè mái dốc, kè mỏ hàn mái nghiêng bằng đá hộc lõi đất, đá xây, tấm bê tông, chúng ta đã và đang áp dụng thành tựu khoa học công nghệ xây dựng ti

B ẢN CAM KẾT

Tôi xin cam kết tất cả các nghiên cứu trong luận văn này là kết quả nghiên cứu của chính bản thân tôi thực hiện trong khoá học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi dưới

sự hướng dẫn nghiên cứu khoa học của PGS.TS Phạm Văn Quốc và PGS TS Vũ

Hoàng Hưng Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về lời cam kết của mình

Hà N ội ngày 15 tháng 03 năm 2018

Lê Thái Sơn

L ỜI CÁM ƠN

Trong thời gian thực hiện Luận văn, học viên đã nhận được sự trợ giúp quý báu của rất nhiều tổ chức và cá nhân Học viên muốn được bày tỏ lòng cám ơn chân thành tới các Phòng, Ban cùng tập thể Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là các thầy

cô tại cơ sở I đã trang bị những kiến thức mới về khoa học kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Phó Giáo sư - Tiến

sĩ Phạm Văn Quốc và thầy giáo Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hoàng Hưng - người đã trực

tiếp hướng dẫn cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian thực hiên Luận văn

Một lần nữa tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc và lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công trong cuộc sống tới Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hoàng Hưng

TÁC GIẢ

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KÈ BTDƯL 5

1.1 Thành tựu xây dựng công trình bảo vệ bờ sông ở nước ta 5

1.1.1 Một số công trình kè bảo vệ bờ sông điển hình 5

1.1.2 Sự phát triển và ứng dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực 6

1.2 Tình hình xói lở và biện pháp bảo vệ bờ sông ở nước ta 11

1.2.1 Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHKT bảo vệ bờ sông 11

1.2.2 Một số công trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu 12

1.2.3 Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để làm tường kè sông 14

1.3 Các phương án công 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 bản góc) 18

1.3.4 Tường kè dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 19

1.4 Các hình thức kết cấu neo tường bản cọc 20

1.4.1 Mố neo bằng khối bê tông cốt thép 20

1.4.2 Ống neo bằng khoan bơm bê tông tạo neo 21

1.4.3 Neo bằng hệ cọc và bản đáy tường bản góc phía trên tường bản cọc 21

1.4.4 Các hình thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo 22

1.5 Kết luận chương 1: 23

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰC THẤM ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN TƯỜNG KÈ 24

2.1 Tính toán lực thấm tường kè 24

2.1.1 Phương pháp tính toán đơn giản gần đúng 24

2.1.2 Phương pháp tính toán bằng mô hình số PTHH 25

2.2 Phương pháp tính toán ổn định của tường bản cọc 28

2.2.1 Phương pháp tính toán cung trượt ổn định của mái dốc bờ sông hiện trạng 28

2.2.2 Xác định phương án độ sâu đóng bản cọc dựa trên cung trượt 30

2.2.3 Phương pháp tính toán áp lực đất chủ động và bị động lên tường 31

2.3 Phương pháp tính toán độ bền của hệ tường kè 33

2.3.1 Phương án giải tích tính toán độ bền tường kè bản cọc BTCT DƯL.: 33

2.3.2 Phương pháp mô hình số PTHH tính toán độ bền tường kè bản cọc BTCT DƯL 36

2.3.3 Khái quát về phần mềm Plaxis 45

2.3.4 So sánh và nhận xét về hai phương pháp tính toán 46

2.4 Kết luận chương 2: 47

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ TẦM XÁ SÔNG HỒNG HÀ NỘI 48

3.1 Giới thiệu về 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 sông đoạn Tầm Xá sông Hồng – Hà Nội 50

3.1.3 Điều kiện địa hình 53

3.1.4 Điều kiện thủy văn, thủy lực của đoạn sông 56

3.1.5 Diễn biến và dự báo xói lỡ bờ tả của đoạn sông 58

3.1.6 Yêu cầu về giao thông thủy và cảnh quan của thành phố Hà Nội 58

3.1.7 Giải pháp chống sạt lở mái dốc của đoạn bờ Tầm Xá thuộc sông Hồng 60

3.1.8 Kết luận chương 3 65

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN 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 toán 66

4.1.2 Chế độ mực mước tính toán 66

4.1.3 Thuộc tính của các lớp đất tính toán 67

4.1.4 Thuộc tính của bê tông cốt thép của bản cọc 67

4.1.5 Trường hợp tính toán 68

4.2 Kết quả tính toán thấm, ổn định mái dốc hiện trạng và giải pháp công trình 69

4.2.1 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 69

4.2.2 Số liệu tính toán 69

4.2.3 Kết quả tính toán lưới thấm, gradient thấm 70

4.2.4 Kết quả tính toán ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc 70

4.3 Tính toán độ sâu và kiểm tra độ bền tường bản cọc theo phương pháp giải tích 71

4.3.1 Xác định các phương án độ sâu đóng bản cọc dựa trên cung trượt (không có neo và có neo) 71

4.3.2 Tính toán áp lực đất lực chủ động và bị động lên tường theo các phương án 73

4.3.3 So sánh và nhận xét kết quả tính toán phương án 1 (không có neo) và phương án 2 (có neo) 81

4.4 Kết quả tính toán độ bền của hệ tường k (PA1 và PA 2) 82

4.4.1 Kết quả tính toán theo phương pháp giải tích 82

4.4.2 Kết quả tính toán theo phần mềm Plaxis 82

4.5 Kết luận chương 4 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1.1:Kè sông đáy huyện Ứng Hòa 5

Hình 1.2: Kè bờ hữu sông Thái Bình 5

Hình 1.3: Kè chống sạt lở bờ sông Lục Nam tỉnh Bắc Giang 6

Hình 1.4: Tuyến đê bờ tả sông Nhuệ đoạn qua địa bàn xã Cự Khê (huyện Thanh Oai) 6 Hình 1.5: Đê, Kè hữu Sông Yên, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa 6

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 của cọc ván BTCT DƯL 10

Hình 1.10:Bờ kè chống sạt lở tp 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 bằng khối bê tông cốt thép 20

Hình 1-15 Neo tường bản cọc bằng khoan bơm bê tông tạo neo 21

Hình 1-16 Neo tường bản cọc bằng hệ cọc và bản đáy tường bản góc phía trên tường bản cọc 21

Hình 1-17 Các hình thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo 22

Hình 2.1 Áp lực nước thủy tĩnh tác dụng lên tường bản cọc 24

Hình 2.2.Lưới thấm để tính áp lực nước tác dụng lên tường bản cọc 26

Hình 2.3 a) Biểu đồ áp lực thủy tĩnh và 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 của PP Bishop đơn giản 30

Hình 2.5 Phân bố lực lên tường conson tự do – không có mực nước ngầm 31

Hình 2.6 Phân bố lực lên tường conson tự do – có mực nước ngầm 32

Hình 2.7 Phân bố lực lên tường conson tự do – có mực nước ngầm 33

Hình 2.8 Phân bố lực lên tường conson tự do có mực nước ngầm 35

Hình 2.9: Hướng các thành phần ứng suất Tenxơ 37

Hình 2.10: Trục hệ toạ độ 40

Hình 3.1: Vị trí công trình trên sông Hồng 52

Hình 3.2 Ảnh 3D thể hiện một phương án nghiên cứu chỉnh trị và phát triển đô thị hai

bên bờ sông Hồng tại 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 sông bị xói lở 61

Hình 3-5 Chân kè bằng lăng thể đá đổ 62

Hình 3-6 Chân kè bằng lăng thể rồng tre và đá 62

Hình 3-7 Lăng thể chân kè bằng bè chìm kết hợp các khối rọ đá và bê tông 62

Hình 3-8 Giải pháp tường kè kết hợp tường bản 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 toán 66

Hình 4-2 Mặt cắt ngang tường cừ tính toán 68

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu tính toán của bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 68

Hình 4.3 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 69

Hình 4-4 Kết quả tính toán đường bảo hoà và lưu lượng thấm 70

Hình 4-5 Kết quả tính toán ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc 71

Hình 4-6 Mặt cắt điển hình của dự án kè bãi Tầm Xá 72

Hình 4-7 Phân bố ngoại lực lên tường conson tự do 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 do có mực nước ngầm,có neo 79

Hình 4-10 Phân bố ngoại lực và mô men nội lực của tường conson có neo trong đất không dính với mực nước ngầm ngang mực nước sông 80

Hình 4-11 Mặt cắt thực tế tường kè không có neo 83

Hình 4-12 Chia lưới phần tử mặt cắt tính toán 86

Hình 4-13 Biểu đồ môment lớn nhất 86

Hình 4-14 Biểu đồ lực cắt 87

Hình 4-15 Biểu đồ lực dọc 87

Hình 4-16 Chuyển vị tại điểm A đỉnh cừ Ux=51,105 cm 88

Hình 4-17 Hệ số an toàn 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 toán 95

ừ BTDƯL S600B 95

Hình 4-21: Lực cắt trong cừ BTDƯL S600B 96

Hình 4-22: Lực dọc trong cừ BTDƯL S600B 96

Hình 4-23: Nội lực trong thanh neo 97

Hình 4-24: Chyển vị của đỉnh cừ Ux = 6,582 cm 97

Hình 4-25: Hệ số an toàn FS = 1.209 98

Hình 4-26: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường 101

Hình 4-27: Cường độ và biến dạng trong đất dưới nền cọc 101

Hình 4-28: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường 102

Hình 4-29: Cường độ và biến dạng trong đất dưới nền cọc 102

Hình 4-30: Cường độ và biến dạng trong đất đất lưng tường 103

Hình 4-31: Cường độ và biến dạng trong đất nền dưới chân tường cừ 103

Hình 4-32: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường 104

Hình 4-33: Cường độ và biến dạng trong đất nền dưới chân tường cừ 104

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 1-1 Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL bê tông 620 Châu Thới 7

Bảng 1-2 Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL của CTCP Sở hữu Thiên Tân 11

Bảng 3-1 Công trình bảo vệ bờ do Bộ NN&PTNT, UBND thành phố Hà Nội xây dựng 48

Bảng 3-2 Các công trình chỉnh trị do Cục Đường sông Việt Nam xây dựng trong gian đoạn 1986 ÷ 1997 48

Bảng 3-3 Mực nước tại các trạm thủy văn sông Hồng theo tần suất 57

Bảng 3-4 Mực nước thấp nhất trên sông Hồng tại Hà Nội giai đoạn 2001-2013 57

Bảng 3-5 Hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bãi Tầm Xá 60

Bảng 4-1 Thuộc tính của các lớp đất tính toán 67

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu tính toán của bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 68

Bảng 4.3: Các số liệu tính toán của đất sau lưng tường bản cọc 70

Bảng 4.4 Số liệu của các lớp đất tính toán 84

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu tính toán của bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 85

Bảng 4-6 Kiểm tra chiều dài cừ theo các phương án 90

Bảng 4-7 Các số liệu lớp đất tính toán 93

Bảng 4-8 Thuộc tính bê tông cốt thép bản cọc 94

Bảng 4-9 Thuộc tính bê tông cốt thép thanh neo thép phi 30 94

Bảng 4.10: Kiểm tra chiều dài cừ 98

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

M Ở ĐẦU 1.TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ở nước ta nói chung và thành phố Hà Nội và Đồng bằng sông Hồng nói riêng, hiện tượng sạt lở bờ sông diễn ra nghiêm trọng vì dòng sông mang nhiều bùn cát lại chảy trên một nền bồi tích rất dễ xói, bồi nên quá trình xói lở - bồi đọng diễn ra liên tục theo

thời gian và không gian Hàng năm nhà nước phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây

dựng các công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt cho các đoạn sông cong xói lở mạnh uy

hiếp dải dân cư ở hai ven bờ Ngoài các giải pháp đơn giản truyền thống kè mái dốc,

kè mỏ hàn mái nghiêng bằng đá hộc lõi đất, đá xây, tấm bê tông, chúng ta đã và đang

áp dụng thành tựu khoa học công nghệ xây dựng tiên tiến để chống sạt lở bờ sông như:

Cấu kiện bê tông liên kết mảng, mỏ hàn kiểu cọc có dầm đỉnh, mỏ hàn hoàn lưu đảo chiều dòng chảy, tường kè bằng bản cọc bê tông dự ứng lực…

Luận văn lấy khu vực bờ tả đoạn sông thuộc Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh thành phố Hà Nội là trường hợp nghiên cứu.Đây là khu vực bị xói lở mạnh có xu hướng phát triển lại nhánh sông Dâu, làm diễn biến dòng sông phức tạp, ảnh hưởng đến giao thông thủy, sản xuất của nguời dân trong khu vực Công trình kè bờ tả đoạn sông thuộc bãi Tầm Xá có ý nghĩa quan trọngtrong việc bảo vệ tính mạng, tài sản của nhân dân trước nguy cơ sạt lở, mà còn giúp cho cải thiện môi trường, mở ra không gian thông thoáng, tạo tiền đề cho sự phát triển văn hóa du lịch trên sông Hồng

Vì vậy, đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê tông c ốt thép dự ứng lực” có ý nghĩa khoa học thực tiễn và cấp thiết

2 M ỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu giải pháp, ổn định và độ bền kết cấu tường kè bờ sông bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực chiều cao lớn có kết cấu neo, trên cơ sở đó áp dụng bảo vệ bờ sông đoạn Tầm Xá bờ tả sông Hồng Hà Nội

Sử dụng phần mềm Seep/W để tính toán thấm; Sử dụng Slope/W để tính toán ổn định khi chưa có tường kè; Sử dụng phần mềm Plaxis 8.5 của Plaxis Hà Lan để mô phỏng

sự làm việc của các phương án công trình Tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực sông

Hồng Hà Nội: Tường kè conson (cantilevver sheet pipe wall); Tường kè có neo (anchored sheet pipe wall) Kết quả phân tích tường minh về trường ứng suất và biến

dạng của kết cấu tường, kết cấu neo và môi trường đất đắp sau lưng tường và đất nền công trình Đánh giá được hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của các phương án tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực không có neo và các phương án có neo

Rút ra các kết luận và kiến nghị áp dụng

3 CÁCH TI ẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Cách ti ếp cận

Thu thập, nghiên cứu, tiếp thu thành tựu khoa học KHCN trên thế giới, cập nhật các tài

liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên cứu, các kết cấu công trình kè bảo vệ bờ sông thực tế trên

thế giới

Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các đoạn bờ sông cong chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở nước ta;

Tổng hợp về ứng dụng thành tựu KHCN trong đó có bản cọc bê tông cốt thép dự ứng

lực để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các đoạn bờ sông cong chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở nước ta

Nghiên cứu cơ sở lý luận, thực hành dùng phần mềm thương mại mạnh, nhiều tiện ích

của Geo-Slope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang

sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán , phân tích thấm và ổn định

Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực hành sử dụng phần mềm Plaxis 8.5 của Plaxis Hà Lan, là phần mềm phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng ứng suất và biến dạng của kết cấu và môi trường nền công trình Sử dụng các mô hình vật liệu phù hợp với ứng xử của đất.Miền tính toán được rời rạc hóa bởi các phần tử tam giác biến dạng

phẳng.Kết quả tính toán cho phép phân tích được trường ứng suất, chuyển vị và ổn định của toàn hệ Phân tích ổn định và biến dạng công trình bờ kè được được mô

phỏng quá trình làm việc thực tế, xét theo từng giai đoạn làm việc như: Thi công, san

lấp, cố kết và tải trọng phân bố đều trên bề mặt

Điều tra, thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tình hình xói lở cho công trình Tường kè bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực đoạn sông Hồng tại Hà Nội – Nghiên cứu trường hợp của luận văn

b Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp sau đây được sử dụng trong luận văn:

- Tổng hợp, phân tích các tài liệu thu thập ở trong và ngoài nước

- Lý thuyết về tính toán thấm, ổn định và độ bền công trình

- Phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn về tính toán thấm, ổn định và độ bền công trình thông qua ứng dụng các phần mềm Seep/w, Slope/w và Plaxis

4 K ẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Tổng quan thành tựu KHCN trên thế giới, cập nhật các tài liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên

cứu, các kết cấu công trình kè bảo vệ bờ sông thực tế trên thế giới, tình hình xói lở bờ sông, ưu nhược điểm và hiệu quả của các loại kết cấu kè chống sạt lở bờ sông ở nước

ta Giới thiệu ưu nhược điểm, tình hình sử dụng bản cọc bê tông bê tông cốt thép ứng

suất trước làm tường kè bảo vệ bờ sông, bờ biển trên thế giới và tại Việt Nam

Khái quát về phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn tính toán thấm và ổn định mái

dốc công trình đất bằng Seep/w, Slope/w; Phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn tính toán độ bền công trình bằng phần mềm Plaxis

Nghiên cứu trường hợp Tường kè bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực đoạn tả bờ sông Hồng tại bãi Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh thành phốHà Nội, bao

gồm: Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biên xói lở, đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ sông Xác định các phương án giải pháp kết cấu kè

chống sạt lở bờ Dùng mô đun Seep/W để tính toán thấm, mô đun Slope/W để tính toán ổn định tổng thể mái dốc bờ sông cho trường hợp hiện trạng và cho trường hợp

tông cốt thép dự ứng lực; Dùng phần mềm Plaxis để tính toán ứng suất, biến dạng cho

hệ tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực và khối đất bảo vệ của bờ ; trường ứng suất và biến dạng của kết cấu tường, kết cấu neo và môi trường đất đắp sau lưng tường và đất nền công trình Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định và độ bền

của hệ tường kè và khối đất bảo vệ để xác định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử

dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực Đánh giá được hiệu quả kỹ thuật của các phương án tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực không có neo và các phương án có neo

Rút ra kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KÈ BTDƯL

1.1 Thành tựu xây dựng công trình bảo vệ bờ sông ở nước ta

Cừ ván bê tông cốt thép hay còn gọi là cọc ván bê tông cốt thép hay tường cọc ván là

một dạng đặt biệt của tường chắn đất, thường được sử dụng để bảo vệ các công trình ven sông, ven biển kết hợp với việc chống xói lở bờ sông, bờ biển Nhiều công trình triển khai rất nhiều bờ kè sử dụng công nghệ này Từ trước đến nay các công trình xây

dựng, giao thông, cầu cảng, công trình kè thường được sử dụng là cọc bê tông kết hợp

bản chắn đất hoặc tường chắn để gia cố và bảo vệ bờ nhưng các vật liệu trên ngày nay không còn đáp ứng nhu cầu sử dụng vì khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt và cuộc sống của người dân đồng thời hay xảy ra sự cố lún sụt, trồi bản chắn

1.1.1 Một số công trình kè bảo vệ bờ sông điển hình

Công trình kè là một trong những phương pháp thường được sử dụng để bảo vệ các công trình ven sông phổ biến khá nhiều trong nước Tuy nhiên hiệu quả của bờ kè trong việc chống sạt lở tại những khu vực có khả năng sạt lở cao như đoạn tả bờ sông

Hồng tại bãi Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh thành phố Hà Nội cần phải nghiên cứu bổ sung, bởi vì một số công trình đã và đang thi công xây dựng đã bị sự cố gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản Trong tính toán công trình kè, việc tính toán

ổn định là vấn đề quan trọng hàng đầu cần phải xét

Hình 1.1 :Kè sông đáy huyện Ứng Hòa Hình 1.2: Kè bờ hữu sông Thái Bình

Hình 1.5: Đê, Kè hữu Sông Yên, huyện

Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa Hình 1.6: Kè Sông Tô Lịch

1.1.2 Sự phát triển và ứng dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực

Cách đây hơn 50 năm Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại

“cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực - PC Sheet Pile (gọi tắt là ván cọc PC)” với kiểu dáng hình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rất có

hiệu quả tại Nhật

Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam khoảng năm 1999 - 2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, làm kênh dẫn nước giải nhiệt cho nhà máy tua bin khí với chiều dài 1000m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m, với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật và đặc biệt sự hướng dẫn

trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực - Tiến sĩ ITOSHIMA Hiện nay kênh này vẫn bền vững và Nhật đã chuyển giao công nghệ này cho ta

Hình 1.3: Kè chống sạt lở bờ sông Lục

Nam tỉnh Bắc Giang Hình 1.4: Tuyến đê bờ tả sông Nhuệ đoạn qua địa bàn xã Cự Khê (huyện Thanh

Oai)

Công nghệ cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực có nhiều tính năng vượt trội như cường độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ

cứng và tăng khả năng chịu lực của ván Do sản xuất tại công xưởng theo qui trình công nghệ tiên tiến của Nhật Bản nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, năng suất cao, chủng loại sản phẩm đa dạng, đáp ứng theo nhiều dạng địa hình và địa chất khác nhau

Tuổi thọ công trình cũng được nâng cao lên, bởi cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được sản xuất từ những vật liệu có cường độ cao, khả năng chịu lực tốt nên giảm được

rất nhiều trọng lượng vật tư cho công trình, dễ thay thế cọc mới khi những cọc cũ gặp

sự cố Hơn nữa, cũng nhờ thép được chống gỉ, chống ăn mòn, không bị oxy hóa trong môi trường nước mặn cũng như nước phèn, chống được thẩm thấu nhờ sử dụng bằng

vật liệu Vinyl cloride khá bền vững [1], [2]

Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền thống, thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là có thể thi công được Một ưu điểm nữa là trong xây

dựng nhà cao tầng dùng móng cọc ép ở các thành phố, có thể dùng cọc ván BTCT dự ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc, đất không bị dồn về

những phía có thể gây hư hại những công trình kế cận làm nứt tường, sập đổ…

Bảng 1-1 Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL bê tông 620 Châu Thới

Hình 1.7: Sản phầm cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U

Hình 1.8: Cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U

Các kiểu mặt cắt:

- M ặt cắt chữ nhật có mộng khớp (1)

- M ặt cắt chữ T có mộng khớp (2)

- M ặt cắt chữ U có mộng khớp (3)

- M ặt cắt chữ H có mộng khớp (4)

Phần khe rỗng ô van giữa các cọc sẽ được bơm vữa bê tông trương nở để bịt đầy

Hình 1.9: Bốn kiểu mặt cắt ngang của cọc ván BTCT DƯL

Bảng 1-2 Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL của CTCP Sở hữu Thiên Tân

1.2 Tình hình xói lở và biện pháp bảo vệ bờ sông ở nước ta

1.2.1 Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHKT bảo vệ bờ sông

Phòng chống sạt lở bờ sông là một nhiệm vụ thường xuyên của nhiều quốc gia trên thế

giới trong đó có Việc Nam.Các giải pháp công nghệ trong công trình bảo vệ bờ sông

đã có một lịch sử phát triển rất lâu dài và vẫn còn tiếp tục Bên cạnh những giải pháp truyền thống đã được ứng dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ mới đã và đang triển khai có hiệu quả, giảm giá thành xây dựng, thời gian thi công nhanh

Sạt lở bờ sông là một qui luật tự nhiên nhưng gây thiệt hại nặng nề cho các hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông như gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn bộ một khu dân cư đô thị

Quá trình xói, bồi, biến hình lòng dẫn, sạt lở bờ mái sông, bờ biển trong các điều kiện

tự nhiên và có tác động của con người vô cùng phức tạp Việc xác định các nguyên

nhân, cơ chế, tìm các giải pháp quy hoạch công trình nhằm phòng chống và hạn chế tác hại của quá trình sạt lở là việc làm có ý nghĩa rất lớn đối với sự an toàn của các khu dân cư, đô thị, đối với công tác qui hoạch, thiết kế và xây dựng các đô thị mới Quá trình nghiên cứu các giải pháp bảo vệ bờ sông trên Thế giới đã được thực hiện liên tục trong hàng thập kỹ qua Nhiều giải pháp khoa học công nghệ bảo vệ bờ sông chống xói lở đã được đưa ra và đạt được những hiệu quả nhất định trong việc hạn chế xói lở,

bảo vệ an toàn cho dân cư và hạ tầng cơ sở ven sông

Cho đến nay, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ mới, cải tiến giải pháp công nghệ

củ nhằm năng cao hơn công tác bảo vệ bờ sông chống sạt lở vẫn đang được tiếp tục

Ở Việt Nam, để đối phó với hiện tượng sạt lở bờ sông, hàng năm nhà nước phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông trên khắp cả nước Tuy nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các công trình này vẫn áp dụng công nghệ truyền thống, thiên về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển như kè lát mái, kè mỏ hàn

bằng đá học, đá xây, tấm bê tông đơn giản

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều nghiên cứu mới ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trong các ngành

vật liệu, kết cấu để tăng cường hiệu quả để bảo vệ bờ sông đã được tiến hành, thử nghiệm và đã đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế và bổ sung cho các giải pháp truyền

thống Một số ít trong đó đã được ứng dụng thử nghiệm ở Việt Nam, vì vậy việc nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực tiển cao

1.2.2 Một số công trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu

- Bờ kè dọc sông thành phố Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai: Cừ ván SW400 - 500 - 600 -

dài 13.200m

Hình 1.10:Bờ kè chống sạt lở tp Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai

- Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An đang thi công: Cừ ván SW500

Hình 1.11:Bờ kè chống sạt lở thị trấn Tân Thạnh - tỉnh Long An

- Bờ kè cảng Holcim – tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu: Cừ ván SW500

Hình 1.12:Bờ kè cảng Holcim - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

- Bờ kè thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

Hình 1.13:Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

- Bờ kè đường Nguyễn Công Trứ - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 5.600m

- Bờ đê ngăn mặn Ninh Quới - tỉnh Cà Mau: Chiều dài kè 782m

- Kè cửa biển Rành Hào - tỉnh Bạc Liêu: Chiều dài kè 5.350m

- Kè và bờ Cầu Tàu thành phố Nha Trang: Chiều dài kè 2.796m

- Kè bờ chắn khu lấn biển Hà Tiên - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 11.080m

1.2.3 Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để làm tường kè sông

Trong những năm gần đây, việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sở hạ tầng là vấn đề hết

sức cần thiết phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt với thành phố Hà Nội là nơi có kinh tế phát triển và xây dựng đô thịhiện đạihai bên sông

Hồng không còn là ý tưởng khi mới đây Viện quy hoạch xây dựng Hà Nội và Viện Nghiên cứu Định cư con người Hàn Quốc đã đưa ra những “đầu bài” có tính khả thi

rất cao, hướng tới sự phát triển bền vững Những không gian đô thị xanh, sạch, đẹp kết

hợp với những giá trị bảo tồn cũ và mới, nằm trong quần thể hệ thống sông Hồng, tạo

sự liên kết trên bộ, dưới thủy, là sự đột phá mạnh mẽ, cần thêm cho thành phố Hà Nội Khu vực ven sông thường có địa hình tương đối phức tạp, diễn biến dòng chảy khó

biết trước, đặc biệt là khi lũ lên cao dòng chảy mạnh làm cho đất hai bên bờ bị sạt lở ảnh hưởng tới sinh mạng và tài sản của người dân

Từ trước đến nay, các công trình xây dựng kè bảo vệ bờ sông và các khu đô thị thường ứng dụng công nghệ truyền thống là kết cấu tườngchắn bê tông cốt thép nằm trên hệ

cọc chịu lực, hay kết cấu bản chắn nằm phía sau hệ cọc, các dạng kết cấu này đã ứng

dụng hầu hết các công trình kè ở Việt Nam

Vật liệu chủ yếu sử dụng ở các công trình chống sạt lở hiện nay thường là bê tông, sắt thép và đá các loại, điều này không phù hợp cho các công trình trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Hồng, do đầu tư xử lý nền móng tốn kém và diện tích đất dùng để xây

dựng kè là rất lớn

Thực trạng trên cho thấy ứng dụng công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực là

giải pháp công nghệ mới góp phần khắc phục khó khăn trên

1.3 Các phương án công trình chống xói lở bờ tả đoạn sông

1.3.1 Hệ thống mỏ hàn:

Hệ thống mỏ hàn là một dạng công trình để chỉnh trị một đoạn sông hay một đoạn bờ biển, có tác dụng là để giảm lưu tốc dòng chảy, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ, giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ, đồng thời tạo ra vùng nước tĩnh hoặc xoáy nhẹ để giữ bùn cát, gây bồi cho vùng bờ bị xói và hướng dòng chảy ra xa bờ hơn Kè

mỏ hàn thường được xây dựng vuông góc với đường bờ, thường được áp dụng ở những khu vực có dòng chảy mạnh, đường bờ bị xói, ở những đoạn sông có mặt cắt ngang lớn không ảnh hưởng đến lưu thông đường thủy và vận tốc dòng chảy Mỏ hàn được áp dụng phổ biến ở ven bờ biển, có nhiều dạng khác nhau và tùy theo mục đích

và hiệu quả sử dụng

- Mỏ hàn gỗ: Cọc gỗ và màng chắn gỗ

Cọc gỗ chỉ dùng ở những vùng bãi nông, có ưu điểm là không gây hố xoáy lớn ở đầu

mỏ hàn, bồi lắng bùn cát phân bố tương đối đều trên mặt bằng, cho phép nước chảy qua

Màng chắn gỗ không cho nước chảy qua thân mỏ hàn, có tác dụng che chắn, giảm tác động của sóng và dòng chảy Có nhược điểm là dễ bị mục khi không ngập sâu trong nước nên tuổi thọ giảm

- Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng

+ Nguồn cung cấp đá hộc rất dồi dào và phong phú

+ Có độ bền cao, chịu được môi trường nước biển mặn và các tác động mạnh của sóng, gió, nhiệt độ

+ Kết cấu tổng thể mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng lớn, rọ đá thuộc loại mềm dẻo, linh

hoạt, cho phép chuyển dịch phù hợp với biến dạng nền mà không gây ra hư hỏng và phá hoại kết cấu mỏ hàn

+ Dễ sửa chữa, tôn cao, mở rộng

+ Tận dụng vật liệu đã sẵn có ở các địa phương nên giá thành thấp

Nhược điểm:

+ Với kết cấu đá rời, khi cá thể các viên đá bị sóng và dòng chảy tác động làm chuyển

dịch ra khổi mỏ hàn sẽ ảnh hưởng đến ổn định của các viên đá lân cận Sự pha hoại

của mỏ hàn có thể bắt đầu từ sự mất ổn định của các viên đá cá thể

+Khó khăn về khai thác, vận chuyển và phương tiện thi công cũng như giá thành cao khi dùng đá tảng kích thước lớn

+ Đối với kết cấu rọ đá, độ bền và ổn định của khối đá trọng rọ cũng như của cả khối

đá của thân mỏ hàn phụ thuộc vào độ bền của lưới thép bọc của các rọ đá

- Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép

Ưu điểm:

+ Cho phép đúc tại chỗ các tấm và khối có kích thước lớn đủ mức đảm bảo ổn định dưới tác động lớn của sóng và dòng chảy

Nhược điểm:

+ Khi làm mỏ hàn biển bằng bê tông, cần sử dụng các loại xi măng bền sun phát, hoặc

phụ gia chống xâm thực bởi nước biển mặn, đảm bảo tuổi thọ của bê tông

Kè mỏ hàn hở bằng cọc bê tông cốt thép

Được tạo bởi các cọc bê tông cốt thép, khoảng cách giữa các cọc được xác định thông qua tính toán thủy lực, chiều dài cọc phụ thuộc và vị trí cần đóng đến mái sông, được xác định bởi khả năng ổn định trước áp lực dòng chảy và trọng lượng bản thân của cọc

và các dầm liên lết đầu cọc

Ưu điểm:

+ Hợp lý với giải pháp chống xói, bảo vệ bờ tốt trước mọi yếu tố dòng chảy, thi công

dễ dàng, giá thành thấp, tiến độ nhanh

Nhược điểm:

+ Kết cấu mỏ hàn vươn ra ngoài sông tương đối xa, gây ảnh hưởng đến giao thông

thủy, ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy trên sông

1.3.2 Kè mái dốc

Đây là giải pháp công nghệ dùng các loại vật liệu bền vững làm lớp áo phủ phía ngoài,

phủ trực tiếp lên mái bờ sông, giữ cho đất không bị xói trôi, bảo vệ trực tiếp mái bờ

Giải pháp này được sử dụng phổ biến và rộng rãi ở hầu hết các công trình bảo vệ bờ ở nước ta

Kè được cấu thành 3 bộ phận chính: Chân kè, thân kè và đỉnh kè Chân kè là bộ phận

nằm dưới mặt nước, dùng để bảo vệ, giữ cho chân mái bờ ổn định và làm thế cho phần thân kè ở trên

Mái bờ sông, bờ biển thường xuyên chịu tác động của sóng và dòng chảy, các tác động này là nguyên nhân chính gây ra xói lở bờ sông, phá vỡ hệ thống gây thảm họa cho

những người sống ven sông

Để giải quyết những vấn đề ấy, một giải pháp công nghệ được đưa ra sử dụng kết cấu

bảo vệ mái dốc được gọi là kề bảo vệ mái dốc Kè có hai bộ phận chịu tác động trực

tiếp của sóng và dòng chảy là thân kè và chân kè Hiện nay kết cấu bảo vệ mái dốc ở nước ta tương đối phong phú và đa dạng Tuy nhiên có thể khái quát một số kết cấu thân kè thành một số dạng kết cấu chính:

ết cấu tơi rời như kè đổ đá, đá xếp, cấu kiện bê tông không liên kết

Kết cấu liền khối như đá xây, bê tông, bê tông cốt thép liền khối

Kết cấu mảng mềm như các mảng bằng cấu kiện bê tông tự chèn, cấu kiện bê tông cài vào lưới thép, các cấu kiện bê tông xâu dây ni lông

Kết cấu mềm như túi cao su cát

Kết cấu chân kè có nhiều dạng như:

Các khối đá xếp, khối bê tông xếp liền kề

Kết cấu cứng như các tường đá xây, tường bê tông, bê tông cốt thép

Các ống bê tông đúc sẵn có chu vi tròn hoặc đa giác trong bỏ đá hộc

Tuy nhiên điều kiện cụ thể của kết cấu trên cũng đã bộc lộ rõ ưu nhược điểm sau

những lần sóng to và bão lũ

1.3.3 Tường kè bê tông cốt thép (tường trọng lực, tường bản góc)

Tường trọng lực: Là một dạng của tường chắn đất, giữ cho phần đất sau tường luôn

ổn định được áp dụng phổ biến ở nước ta Ổn định của tường được đảm bảo chủ yếu

do trọng lượng bản thân tường Tuy nhiên về mặt ứng dụng của tường trọng lực bằng

bê tông và đá xây có một số hạn chế: Thoát nước sau tường chỉ trong một thời gian

ngắn, sau đó tắc luôn, khó kiểm soát chất lượng thi công vì khối lượng quá lớn, tốn kém vật liệu, bề mặt xấu Móng của tường phải nằm trên nền đất tốt để tránh khả năng lún sụt

Tường bản góc: Ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên

bản móng Tường và móng là những bản, tấm bê tông cốt thép mỏng nên trọng lượng

của bản thân tường và móng không lớn Tường bản mỏng có dạng chữ L nên còn được

gọi là tường chữ L Tường bản góc được ứng dụng nhiều ở nước ta, có tác dụng giữ cho phần đất sau tượng được ổn định, ở Đồng bằng sông Cửu Long thường được thiết

kế bản đáy tường nằm trên hệ cọc bê tông cốt thép giữ cho tường không bị lật ra sông

và ổn định bản đáy tường không bị trượt

1.3.4 Tường kè dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước

Kết cấu tường cừ là loại kết cấu của tường mỏng, là một dạng đặc biệt của tường chắn đất, hiện nay được ứng dụng rộng rải để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông kết

hợp với việc chống xói lỡ ở nước ta, đặc biệt là các khu đô thị có yêu cầu về kiến trúc

và ở các đoạn sông cong, dòng chảy mạnh và có đáy lòng sâu Cừ được đóng sâu vào trong đất tạo ra thế ổn định và dữ phần đất phía sau tường cừ luôn ổn định không bị trượt ra bờ sông Về nguyên tắc để đảm bảo tính ổn định của tường cừ tổng các lực ngang và lực đứng tác dụng lên kết cấu phải bằng không

Hiện nay việc ứng dụng tường cừ để xây dựng công trình kè bảo vệ bờ chống xói lở ở các đoạn sông cong, dòng chảy mạnh và có sự trên lệch giữa mặt đất hiện hữu và đáy lòng sông lớn, để thay thế các dạng như tường kè bản góc nằm trên nền cọc, bản chắn

nằm phía sau hệ cọc, các dạng tấm bê tông lát mái là hoàn toàn hợp lý vì nó có một

số ưu điểm, nhược điểm sau:

Ưu điểm:

Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được áp dụng để xây dựng tường kè cũng như các

loại công trình hạ tầng khác vì có những tính năng vượt trội như sau: Do cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được đóng xuống sâu cho nên tận dụng được khả năng chịu

lực của đất nền, thích hợp với các bờ sông bị sạt lở, đáy sông bị xói sâu Tận dụng được hết khả năng làm việc chịu nén của bê tông và chịu kéo của thép, khả năng chịu

lực ma sát tăng từ 1.5 ÷ 3 lần so với loại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng

chịu tải của cọc tính theo đất nền tăng); Khả năng chịu lực của ván bê tông cốt thép dự ứng lực cao, mô đun chống uốn, chống xoắn cao hơn nhiều so với cọc vuông bê tông thường, do đó chịu được mômen ngoại lực lớn Sử dụng bê tông, cốt thép cường độ cao nên tiết kiệm vật liệu.Cường độ chịu lực của kết cấu bản cọc cao nên khi thi công

ít bị vỡ đầu cọc, mối nối Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau, đặc biệt thích hợp với nền đất cát pha sét, nền đất phân bố lớp có cấu trúc phức tạp

Chế tạo cọc ván BTCT DƯL trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹ quan đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trên mặt đất; Chế tạo được cọc dài hơn (có thể đến 24m/cọc) , hạn chế mối nối Sau khi thi công sẽ tạo thành 1 bức tường

Kết cấu sau khi thi cụng xong đảm bảo độ kớn, khớt, phỏt huy tỏc dụng chắn đất, ngăn nước, phự hợp với cỏc cụng trỡnh kố cú chờnh lệch ỏp lực lớn ở trước và sau tường kố

Bản cọc cú tiết diện dạng súng và cú đặc tớnh dự ứng lực vỡ thế làm tăng độ cứng kết

cấu và khả năng chịu lực của vỏn Tuổi thọ cọc vỏn bờ tụng cốt thộp dự ứng lực cao

bởi cọc vỏn BTCT dự ứng lực được sản xuất từ những vật liệu cú cường độ cao, thộp được chống gỉ, chống ăn mũn, khụng bị oxy húa trong mụi trường nước mặn cũng như nước phốn, chống được thẩm thấu nhờ sử dụng bằng phụ gia Vinyl chloride, dễ thay

thế cọc mới khi những cọc cũ bị hỏng Giỏ thành đơn vị rẻ hơn cừ thộp Larsen tương đương Thi cụng dễ dàng và chớnh xỏc, khụng cần mặt bằng rộng, giảm được diện tớch

giải toả mặt bằng, chỉ cần xà lan và cẩu loại vừa để chuyờn chở cấu kiện vừa ộp cọc Thi cụng hạ cọc cú thể bằng bỳa rung kết hợp xúi nước, đúng bằng bỳa diezel kiểu ống, bỳa rung va đập, đúng bằng bỳa thủy lực

Nhược điểm:

Cụng nghệ chế tạo cọc vỏn bờ tụng cốt thộp dự ứng lực phức tạp hơn cọc đúng thụng

thường Thi cụng đũi hỏi độ chớnh xỏc cao, thiết bị thi cụng hiện đại hơn (bỳa rung, bỳa thu ỷ lực, mỏy cắt nước ỏp lực ) Giỏ thành cao hơn cọc bờ tụng thường cú cựng

tiết diện

1.4 Cỏc hỡnh thức kết cấu neo tường bản cọc

1.4.1 Mố neo bằng khối bờ tụng cốt thộp

Mực nước lũ sông

Mố néo Thanh neo

1.4.2 Ống neo bằng khoan bơm bờ tụng tạo neo

Mực nước lũ sông

Đáy sông

Thanh neo

Mố néo Bản cọc BTCT DƯL khoan vào đất hoặc đá

Hỡnh 1-15 Neo tường bản cọc bằng khoan bơm bờ tụng tạo neo

1.4.3 Neo bằng hệ cọc và bản đỏy tường bản gúc phớa trờn tường bản cọc

Mực nước lũ sông

Đáy sông Bản cọc BTCT DƯL

Tường chắn bản góc

Cột chống

Hỡnh 1-16 Neo tường bản cọc bằng hệ cọc và bản đỏy tường bản gúc phớa trờn tường

bản cọc

1.4.4 Cỏc hỡnh thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo

Mực nước lũ sông

Mố néo Thanh neo

1.4.4.2 Tường kố bản cọc cú neo đụi vào mố nộo

Mực nước lũ sông

Đáy sông

Thanh neo

Mố néo Bản cọc BTCT DƯL khoan vào đất hoặc đá

1.4.4.3 Tường kố bản cọc cú mố nộo khoan vào nền đất hoặc đỏ

Hỡnh 1-17 Cỏc hỡnh thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo

1.5 Kết luận chương 1

Chương 1 đã nêu rõ sự cần thiết của chủ đề luận văn: Nghiên cứu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực có chiều cao lớn, trong đó nhấn mạnh các vấn đề lớn như:

Tình hình xói lở bờ sông đã và đang diễn ra nghiêm trọng, cần các giải pháp phòng

chống ở thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh Nhu cầu ứng dụng thành tựu KHCN chống sạt lở để bảo vệ bờ sông đối với các khu đô thị là hết sức cần thiết trong

bối cảnh hiện nay Việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sở hạng tầng là vấn đề hết sức cần thiết phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt với thành phố

Hà Nội là nơi có kinh tế phát triển Những không gian đô thị xanh, sạch, đẹp kết hợp với

những giá trị bảo tồn cũ và mới, nằm trong quần thể hệ thống sông Hồng, tạo sự liên kết trên bộ, dưới thủy, là sự đột phá mạnh mẽ, cần thêm cho thành phố Hà Nội

Giải pháp tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực có nhiều ưu điểm như kết cấu

bê tông cốt thép cường độ cao, thích hợp để làm tường kè cho các bờ sông cong lõm bị xói lở mạnh, các bờ kè đô thị có nhu cầu cảnh quan cao, hạn chế giải phóng mặt bằng

giải tỏa, thi công trong mọi điều kiện, không xử lý nền móng, giá thành dể chấp nhận

-Đề tài của luận văn: “Nghiên cứu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê tông cốt thép

dự ứng lực có chiều cao lớn” có tính ứng dụng vào thực tiễn nước ta rất lớn Trong khuôn khổ của luân văn, tác giả nghiên cứu áp dụng hình thức tường kè bằng bản cọc

bê tông cốt thép dự ứng lực chiều cao lớn có neo để bảo vệ đoạn bờ sông Tầm Xá thuộc bờ tả sông Hồng Hà Nội là đoạn bờ sông bị xói lở mạnh

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰC THẤM ỔN ĐỊNH VÀ

ĐỘ BỀN TƯỜNG KÈ

2.1 Tính toán lực thấm tường kè

2.1.1 Phương pháp tính toán đơn giản gần đúng

Mực nước ngầm trong khối đất đắp sau lưng tường cao hơn mực nước ngoài sông, nước thấm từ trong khối đất đắp sau lưng tường chảy vòng xuống bên dưới đáy tường

ra ngoài sông Giả thiết mặt tầng không thấm nằm ngang tại đáy tường bản cọc

- Trị số áp suất thủy tĩnh tác dung lên đáy tường do mực nước ngầm bên trong lưng tường gây ra là: γ.hT

- Trị số áp suất thủy tĩnh tác dung lên đáy tường do mực nước ngầm bên ngoài gây ra là: γ.hH

- Trị số áp suất thủy tĩnh chênh lệch tác dung lên đáy tường do mực nước ngầm bên ngoài gây ra là: γ.(hT– hH)

Biểu đồ áp lực thủy tĩnh chênh lệch như hình c

2.1.2 Phương pháp tính toán bằng mô hình số PTHH

2.1.2.1 Phương trình vi phân chủ đạo

- Seep/W là một phần mềm tính toán thấm của hãng GEO-SLOPE International Ltd Calgary, Alberta, Canada

- Seep/W có thể tính toán nhiều bài toán thấm phức tạp như: thấm bão hoà -không bão hoà, thấm có áp - không áp, thấm ổn định, không ổn định, thấm không gian qua đê, đập vật liệu địa phương, thấm qua nền cống và đập ngăn sông trên nền đất, ngấm do

mưa gây ra, thấm từ các bồn chứa, áp lực nước lỗ rỗng dư trong quá trình cố kết…

- Seep/W có khả năng kết nối (ghép đôi) với các phần mềm khác như Slope/W, Quake/W, Sigma/W, Temp/W, Ctran/W … để thực hiện tính toán rất tiện lợi, nhanh chóng các bài toán thấm - ổn định mái dốc- động đất - ứng suất biến dạng cho các công trình bằng đất

- Seep/W là phần mềm có giao diện đồ họa mạnh

- Các thông số chính mà Seep/W tính toán và trình xuất kết quả là: cột nước đo áp, vận

tốc của nước thấm, phân bố áp lực nước lỗ rỗng, gradien thấm tại các nút phần tử hữu

KY = Hệ số thấm theo phương đứngY

Q = Cường độ thấm đơn vị ở biên giới

θ = Độ ẩm thể tích, hay lượng chứa nước đơn vị

θ = Tỷ số giữa thể tích nước trong đất với tổng thể tích đất

t = Thời gian

x, y = Hệ trục toạ độ theo phương nằm ngang và theo phương thẳng đứng

mW = Độ dốc của đường cong trữ của quan hệ giữa θ và u cho đất bão hoà hoặc đất không bão hoà

2.1.2.2 Các điều kiện biên của bài toán thấm qua tường kè

-Tổng cột nước ngầm của khối đất đắp sau lưng tường

- Tổng cột nước trong sông

- Tổng dòng chảy bằng không qua các biên đứng phía trái và phải, qua đáy lưới phần

tử hữu hạn

2.1.2.3 Xác định lưới thấm qua tường kè

Hình 2.2.Lưới thấm để tính áp lực nước tác dụng lên tường bản cọc

2.1.2.4 Xác định lực thấm tác dụng lên tường kè

Hình 2 2 thể hiện ví dụ về lưới thấm của dòng nước thấm từ trong khối đất đắp sau lưng tường chảy vòng xuống bên dưới đáy tường ra ngoài sông

Tổng cột nước gây thấm H = hT - hH = 7 m Tổng số có 10 giải thế Giữa hai đường

thế cột nước thấm tiêu hao là ΔH = H/10

Ống đo áp bên trong lưng tường thể hiện áp lực nước thấm giảm dần từ đường thế số 0 đến đường thế số 6; Ngược lại ống đo áp bên ngoài tường thể hiện áp lực nước thấm tăng dần từ đường thế số 10 đến đường thế số 6

Tại điểm đáy tường, trị số áp suất nước thấm là: 6

410

H

=

Phương trình tổng quát để tính áp suất nước (cả áp suất thủy tĩnh và áp suất thấm) tác

dụng lên tường bản cọc như sau:

Phân tích các biểu đồ áp lực nước tác dụng lên hai phía tường bản cọc trên hình 2.3 a Khi

diễn ra dòng thấm từ bên trong khối đất đắp sau lưng tường vòng qua đáy tường ra sông,

áp lực nước chênh lệch tác dụng lên tường bản cọc thể hiện trên hình 2.3 b

BIÓU §å ¸P LùC THñY TÜNH KHI C? DßNG THÊM

0.0 m

6 5 4 3

7 8 9

10 2 1

10 -5.0 m

Hình 2.3 a) Biểu đồ áp lực thủy tĩnh và áp lực thấm tác dụng lên tường; b) Biểu đồ áp lực nước

chênh lệch tổng hợp tác dụng lên tường

Tính toán chênh lệch áp lực nước ở hai mặt tường bãi cọc khi có xét đến hoạt động của dòng thấm chính xác hơn

2.2 Phương pháp tính toán ổn định của tường bản cọc

2.2.1 Phương pháp tính toán cung trượt ổn định của mái dốc bờ sông hiện trạng

- Xuất phát từ kết quả quan trắc thực tế mặt trượt của các mái đất có dạng liên tục gần như một cung tròn, từ đó đưa ra giả thiết mặt trượt có dạng cung tròn bán kính R để tính toán tìm ra cung trượt nguy hiểm nhất tương ứng với hệ số an toàn ổn định FSmin Biểu thức tính toán ổn định theo giả thiết mặt trượt cung tròn đã được nhiều

học giả nổi tiếng thiết lập như: K Terxaghi; A.V Bishop; G.B Janpu; A.A Nichiprovich v.v Hiện nay các phuơng pháp này đang được sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế của nhiều nước trên thế giới

- Việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết và ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

để giải quyết bài toàn thấm là cần thiết đối với việc tính toán ổn định mái dốc công trình hiện nay.Mục đích của việc phân tích bài toán thấm là xác định vị trí của đường

bảo hòa, lưu lượng thấm và Gradient thấm mái dốc rồi tích hợp giữa bài toán thấm qua mái dốcbờ sông hiện trạng chuyển sang mô đun Slope để phân tích ổn định của mái

cos

/

ϕ ϕ

(2.3)

C /, ϕ / : Lực dính đơn vị, góc nội ma sát của đất trong khái niệm ứng suất hiệu quả

W : Trọng lượng của dải đất h : Chiều cao trung bình của dải đất l : Chiều dài dây cung của đáy dải đang tính toán b : Bề rộng theo phương ngang của dải tính toán

Lực thấm biểu thị thông qua áp lực nước tác dụng lên đáy dải u.b 1

cosα theo phương pháp tuyến với mặt trượt ( l = 1 / cos α )

Hình 2.4 Sơ đồ tính lực thấm từ áp lực nước lỗ rỗng của PP Bishop đơn giản

- Trong Geo-Slope còn có một số phương pháp tính toán ổn định mái dốc khác nữa, như:

+ Phương pháp Spencer

+ Phương pháp Janbu

+ Phương pháp Morgenstern - Price

+ Phương pháp Ordinary

2.2.2 Xác định phương án độ sâu đóng bản cọc dựa trên cung trượt

Việc chọn sơ bộ cao trình đáy tường cừ dựa vào điều kiện phân tích ổn định (dự báo)

để thấy được mặt trượt đi qua ứng với cao trình nào đó, tương ứng với hệ số an toàn

Với trường hợp cao trình mực nước thấp nhất được xem là bất lợi nhất khi thiết kế kè

bảo vệ bờ sông (đối với công trình này) thì đáy mặt trượt đi qua điểm có cao trình -Z (m) tương ứng với hệ số an toàn Kmin <[ ]K cp = 1.2

Vậy, với điều kiện như trên thì cao độ tường cừ phải cấm ít nhất đến cao độ -Zm là điều kiện bắt buộc để xét đến các phương án khác khi thiết kế