Nghiên cứu giải pháp gia cố nền đập xà lan trong điều kiện địa chất yếu

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Đình Hịa, GS.TS Trƣơng Đình Dụ, ThS Trần Văn Thái ngƣời đầu việc ứng dụng công nghệ đập xà lan Việt Nam, ngƣời hƣớng dẫn, vạch định hƣớng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Nhà trƣờng, thầy giáo Trƣờng Đại học Thủy Lợi, Phịng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Bộ môn Đập xà lan Trung tâm công trình đồng ven biển & đê điều – Viện Thủy Công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam ngƣời sát cánh tác giả nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ Đập xà lan cho khu vực Đồng sông Cửu Long năm qua Xin cảm ơn lãnh đạo Tỉnh, Sở, Ban quản lý dự án tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau, Ban quản lý Đầu tƣ Xây dựng thủy lợi 10 – Bộ NN&PTNT Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh chị gia đình động viên, tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2012 Tác giả Đoàn Ngọc Tứ BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp gia cố Đập xà lan điều kiện địa chất yếu” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, thí nghiệm khơng chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trƣờng Học viên Đoàn Ngọc Tứ Trang i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I BẢN CAM KẾT II MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC PHỤ LỤC VI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan dạng cơng trình Đập xà lan 1.1.1 Tình hình nghiên cứu triển khai nƣớc ngoài.[11],[12] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu triển khai nƣớc 12 1.2 Công nghệ Đập xà lan vấn đề cần nghiên cứu luận văn 18 1.2.1 Công nghệ Đập xà lan Việt Nam 18 1.2.2 Những vấn đề cần nghiên cứu luận văn 21 CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LÝ, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA ĐẬP XÀ LAN 23 2.1 Nguyên lý kết cấu điều kiện làm việc Đập xà lan 23 2.1.1 Nguyên lý làm việc Đập xà lan 23 2.1.2 Các dạng kết cấu xà lan 23 2.2 Các tính chất lý ứng xử đất 28 2.3 Đặc điểm, điều kiện làm việc, yêu cầu xử lý Đập xà lan điều kiện địa chất yếu 29 CHƢƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẬP XÀ LAN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT YẾU 30 3.1 Tổng hợp giải pháp gia cố Đập xà lan điều kiện địa chất yếu 30 3.1.1 Giải pháp gia cố dƣới nƣớc 30 Trang ii 3.1.2 Giải pháp gia cố trƣờng hợp phân bố tải trọng 35 3.1.3 Giải pháp gia cố trƣờng hợp phân bố tải trọng kết hợp gia cố trực tiếp 46 3.1.4 Giải pháp gia cố trƣờng hợp nên phân bố tải trọng kết hợp gia cố cọc 49 3.2 Quy trình, bƣớc tính tốn gia cố trƣờng hợp phân bố tải trọng kết hợp với gia cố trực tiếp 72 3.2.1 Các quan điểm tính tốn gia cố cọc XMĐ 72 3.2.2 Tính toán gia cố cọc XMĐ 75 CHƢƠNG IV: BIỆN PHÁP THI CÔNG GIA CỐ NỀN PHÂN BỐ TẢI TRỌNG KẾT HỢP VỚI GIA CỐ TRỰC TIẾP 87 4.1 Các công tác chuẩn bị 87 4.2 Bố trí mặt bằng, vật tƣ thiết bị thi công 88 4.2.1 Bố trí mặt bằng, vật tƣ 88 4.2.2 Thiết bị thi công 89 4.3 Trình tự thi cơng gia cố 94 4.3.1 Thi cơng nạo vét, đào hố móng 94 4.3.2 Thi công gia cố 95 4.4 Hồn thiện cơng tác gia cố 98 4.4.1 Xử lý liên kết xà lan với 98 4.4.2 Gia cố thƣợng hạ lƣu 100 CHƢƠNG V: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN GIA CỐ NỀN CHO MỘT CƠNG TRÌNH XÀ LAN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 102 5.1 Giới thiệu chung 102 5.1.1 Giới thiệu chung dự án 102 5.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất, điều kiện tự nhiên 103 5.2 Các trƣờng hợp tính tốn 106 5.2.1 Trƣờng hợp tính tốn 106 5.2.2 Sơ đồ lực cơng thức tính tốn 106 Trang iii 5.2.3 Kiểm tra khả chịu lực đất 109 5.3 Lựa chọn giải pháp gia cố Đập xà lan 110 5.4 Kết tính tốn ổn định Đập xà lan đất yếu 111 5.5 Đánh giá kết luận 115 5.5.1 Kết luận 115 5.5.2 Kết luận 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 122 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Bản đồ dự án Delta – Hà Lan Hình 1-2: Một số hình ảnh cống Veerse gat dam Hình 1-3: Một số hình ảnh cống Oosterschelde Hình 1-4: Các bƣớc xây dựng cơng trình Oosterchele Hình 1-5: Các bƣớc xây dựng Đập Bradock - Mỹ 11 Hình 1-6: Tổng thể cơng trình Montezuma 11 Hình 1-7: Dự án ngăn cửa sông Venice - Italia 12 Hình 1-8: Cơng trình cống Phƣớc Long mở cửa van 13 Hình 1-9: Cơng trình cống Rạch Lùm hồn thiện 13 Hình 1-10: Cơng trình cống Minh Hà – Cà Mau 14 Hình 1-11: Cơng trình cống 9500 14 Hình 1-12: Cơng trình Rạch Gập 15 Hình 1-13: Cơng trình KH8C 16 Hình 1-14: Cơng trình KG2 16 Hình 1-15: Cống Bảy Tƣơi: Bản sƣờn 3m, cầu H-8T 17 Hình 1-16: Cống Ba Thôn: Bản sƣờn 5m, 17 Trang iv Hình 1-17: Cống Đá: Phao hộp 8m, Công nghệ Đập xà lan 18 Hình 2-1: Mặt bố trí Đập xà lan hộp BTCT cửa van Clape 25 Hình 2-2: Cắt dọc Đập xà lan hộp BTCT cửa van Clape 25 Hình 2-3: Cắt ngang Đập xà lan hộp BTCT cửa van Clape 25 Hình 2-4: Mặt kết cấu hộp đáy Đập xà lan BTCT cửa van Clape 26 Hình 2-5: Mơ hình Đập xà lan 26 Hình 2-6: Mặt bố trí tổng thể Đập xà lan tƣờng sƣờn 27 Hình 2-7: Cắt dọc Đập xà lan tƣờng sƣờn 28 Hình 2-8: Cắt ngang Đập xà lan tƣờng sƣờn 28 Hình 3-1: Chế tạo, kiểm tra chất lƣợng cọc ống ly tâm 33 Hình 3-2 : Kết cấu Đập xà lan liên hợp phân bố tải trọng 36 Hình 3-3: Sơ đồ lực tác dụng lên cơng trình 38 Hình 3-4 : Sơ đồ tính trƣợt hỗn hợp 40 Hình 3-5 : Đồ thị xác định L1’ 41 Hình 3-6 : Đồ thị quan hệ tgh ~ pgh 42 Hình 3-7 : Quan hệ R’gh ~ ’ 42 Hình 3-8 : Đƣờng cong ép lún p-e 44 Hình 3-9: Đập xà lan phân bố tải trọng kết hợp gia cố trực tiếp 47 Hình 3-10: Cọc XMĐ kết hợp lớp đệm gia cố cho cơng trình Đập xà lan 47 Hình 3-11: Sử dụng phƣơng pháp XMĐ gia cố cơng trình.[32] 48 Hình 3-12: Đập xà lan phân bố tải trọng kết hợp gia cố cọc 50 Hình 3-13: Đập xà lan liên hợp hệ cọc khoan nhồi 51 Hình 3-14 : Sơ đồ xác định khối móng quy ƣớc 56 Hình 3-15 : Độ lún dƣới móng 57 Hình 3-16: Sản xuất thi công ép cọc bê tông 58 Hình 3-17: Cơng trình xà lan cọc tràm lớp đệm 59 Hình 3-18: Cọc cừ tràm 60 Hình 3-19: Cọc tràm gia cố cơng trình 64 Hình 3-20: Sơ đồ để tính tốn cừ tràm đứng [14] 64 Trang v Hình 3-20: Đóng cọc tràm 70 Hình 3-21: Biện pháp đóng cừ tràm 71 Hình 3-22: Lớp đệm xi măng đất giữa đầu cọc cơng trình[35] 82 Hình 3-23: Mơ hình tính tốn lún TH 83 Hình 3-24: Mơ hình tính tốn lún trƣờng hợp 85 Hình 4-1: Đập xà lan phân bố tải trọng kết hợp gia cố trực tiếp 87 Hình 4-2: Thiết bị đào hố móng 88 Hình 4-3: Mặt công trƣờng thi công Đập Ems - Đức 89 Hình 4-4: Các thiết bị thi công công tác đất khô 90 Hình 4-5: Tổ hợp xáng cạp hệ phao 90 Hình 4-6: Tổ hợp máy đào hệ phao 90 Hình 4-7: Thiết bị đào hố móng dƣới nƣớc 91 Hình 4-8: Các thiết bị phục vụ thi cơng bê tơng 91 Hình 4-9: Cần cẩu cỡ lớn 92 Hình 4-10: Cẩu tự hành 92 Hình 4-11: Tổ hợp cẩu xà lan 92 Hình 4-12: Thiết bị thi cơng cọc khoan nhồi 93 Hình 4-13: Thiết bị rung hạ ống vách 93 Hình 4-14: Mũi khoan gầu 93 Hình 4-15: Mũi khoan đá 93 Hình 4-16: Tổ hợp thiết bị thi cơng tạo cọc xi măng đất.[23],[24] 93 Hình 4-17: Tầu kéo lai dắt xà lan 94 Hình 4-18: Tời chỉnh, định vị 94 Hình 4-19: Đào hố móng cơng trình xáng cạp hệ phao 95 Hình 4-20 Máy khoan- vữa 96 Hình 4-21: Rung hạ ống vách hệ sàn đạo 97 Hình 4-22: Đổ bê tông cọc khoan nhồi 97 Hình 4-23: Bơm bê tông tự đầm liên kết đáy xà lan với 98 Hình 4-24: Đổ bê tơng qua vị trí đƣợc bố trí trƣớc chế tạo xà lan.[31] 99 Trang vi Hình 4-25:Bố trí thiết bị thi cơng, máy bơm vữa.[31] 100 Hình 4-26: Thi cơng gia cố thƣợng, hạ lƣu 100 Hình 4-27: Kết cấu cơng trình hồn thiện 101 Hình 5-1: Vị trí dự án đồ 102 Hình 5-2: Mặt bằng, mặt bên xà lan 107 Hình 5-2: Sơ đồ lực tác dụng lên cơng trình 107 Hình 5-2 Sơ đồ bố trí cọc xi măng đất gia cố dƣới xà lan 111 Hình 5-3 Sơ đồ tính tốn lún cơng trình 114 Hình 5-4 Sơ đồ tính tốn lún cơng trình 115 Hình 5-5 Kết tính tốn chuyển vị đứng : S=5,6cm 115 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Sức chịu tải cọc đất sét nhão[14] 66 Bảng 3-2: Tỷ số Rgh/Ro[14] 66 Bảng 3-3: Sức chịu tải cừ tràm đơn [14] 67 Bảng 3-4: Sức chịu tải giới hạn cừ tràm [14] 68 Bảng 5-1: Chỉ tiêu lý trung bình lớp đất vị trí Ba Tình 104 Bảng 5-2: Cấp cơng trình theo phê duyệt 105 Bảng 5-3: Bảng tính tốn hệ số ổn định sức chịu tải 110 Bảng 5-4: Bảng tính tốn hệ số ổn định sức chịu tải 113 DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chƣơng trình tính tốn lực kiểm tra ổn định Đập xà lan 123 Phụ lục 2: Tính tốn lực tác dụng lên cơng trình đập xà lan tổ hợp ngăn mặn 124 Phụ lục 3: Tính tốn lực tác dụng lên cơng trình đập xà lan tổ hợp giữ 129 Phụ lục 4: Tính tốn độ lún cơng trình 134 Phụ lục 5: Tính tốn lún cơng trình phần mềm plaxis 136 Trang MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhƣ thấy tác dụng ngƣời biến đổi khí hậu tồn cầu, tài nguyên nƣớc bắt đầu suy thoái Sự biến đổi khí hậu có tác động xấu đến thay đổi nguồn nƣớc Để phát triển ổn định bền vững Nơng nghiệp Nơng thơn nói riêng kinh tế xã hội nƣớc ta nói chung, việc xây dựng cơng trình thủy lợi chủ động tạo nguồn nƣớc nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất đóng vai trị quan trọng đặc biệt Trong đó, việc triển khai dự án đê kết hợp với cống điều tiết ngăn sơng trở thành nhu cầu, địi hỏi cấp bách thực tế sản xuất Hiện nay, số tỉnh thuộc đồng Sông Cửu Long nhƣ Bến Tre, Trà Vinh, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang…đã lập điều chỉnh qui hoạch sản xuất: Qui hoạch vùng trồng lúa để đảm bảo an toàn lƣơng thực (vùng sinh thái nƣớc ngọt) chuyển đổi cấu sản xuất (vùng sinh thái nƣớc mặn) Vùng sinh thái nƣớc ngọt: yêu cầu ngăn mặn giữ để trồng lúa, vùng sinh thái nƣớc mặn: yêu cầu cung cấp nguồn nƣớc mặn, có nguồn nƣớc điều tiết độ mặn để ni tơm Do đó, việc phân ranh hai vùng sinh thái “Mặn Ngọt” địi hỏi phải có giải pháp cơng trình điều tiết nguồn nƣớc theo yêu cầu sản xuất đặc thù Để phục vụ yêu cầu sản xuất, hàng năm nhân dân đắp đập thời vụ đất cừ tràm để ngăn mặn giữ để phân ranh vùng nuôi tôm vùng trồng lúa phải phá bỏ để thoát lũ vào mùa mƣa (tháng 5- 6) Mặc dù việc làm đập thời vụ đất rẻ nhƣng việc đắp đất bổ sung hàng năm vấn đề khó khăn, chí nhiều nơi khơng cịn nguồn đất để đắp nữa, mặt khác tháng ngăn mặn thuyền bè qua lại khó khăn nhiều nơi mơi trƣờng hệ sinh thái bị ô nhiểm nặng nề Nhằm giải vấn đề kỹ thuật, khó khăn nói cho thực tế sản xuất, năm vừa qua Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ Đập xà lan mang lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cao Đập Trang xà lan có kết cấu đơn giản, đảm bảo yêu cầu ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, hạn chế tối thiểu giải toả đền bù, đảm bảo tốt giao thông thuỷ, kết hợp giao thông bộ, thi cơng lắp đặt dễ dàng di chuyển tới vị trí khác có u cầu thay đổi vùng sản xuất, chi phí đầu tƣ thấp phù hợp với khả tài nhà nƣớc địa phƣơng Đập xà lan gồm hai dạng kết cấu Đập xà lan dạng phao hộp đập xà lan dạng dầm Mặc dù Đập xà lan đƣợc nghiên cứu áp dụng vào thực tế cách mạnh mẽ, nhiên nhiều vấn đề cần phải đƣợc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thêm vấn đề xử lý móng cơng trình bời lẽ hầu hết cơng trình Đập xà lan nằm đất yếu Khi xây dựng cơng trình đất yếu theo công nghệ mới, công nghệ đập Xà lan nhiều vấn đề kỹ thuật chuyên sâu cần phải đƣợc đầu tƣ nghiên cứu mức độ cao Các biện pháp gia cố nền, giải pháp thi công,.v.v vấn đề lớn cần phải đƣợc nghiên cứu hoàn thiện đƣợc ứng dụng triển khai vào thực tế Chính lẽ luận văn tác giả sâu việc nghiên cứu, đề xuất biện pháp xử lý gia cố cơng trình Đập xà lan xây dựng điều kiện địa chất yếu Cụ thể nội dung: Giải pháp gia cố phân bố tải trọng, phân bố tải trọng kết hợp gia cố trực tiếp, phân bố tải trọng kết hợp gia cố cọc Vì đề tài: “Nghiên cứu giải pháp gia cố đập xà lan điều kiện địa chất yếu” nhằm hoàn thiện làm chủ công nghệ cách chủ động tồn diện hơn, góp phần phục vụ nhu cầu cấp bách thực tế sản xuất có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận văn: Là Đập xà lan vật liệu bê tông cốt thép xây dựng đất yếu Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu giải pháp gia cố Đập xà lan xây dựng điều kiện địa chất yếu Cách tiếp cần phƣơng pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: Trang 123 Phụ lục 1: Chương trình tính tốn lực kiểm tra ổn định Đập xà lan Chƣơng trình : Tính tốn Đập xà lan Ngƣời viết : Ks Đồn Ngọc Tứ Đơn vị : Bộ môn Đập xà lan- Trung tâm cơng trình đồng ven biển đê điều Viện Thủy công – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Ngơn ngữ lập trình : Visual Basic Ứng dụng : Tính tốn, phân tích lực tác dụng lên cơng trình Đập xà lan sƣờn Tính tốn kiểm tra ổn định cơng trình theo lý thuyết khác áp dụng cho xà lan đặt trực tiếp đất xà lan có sử dụng cọc xi măng đất gia cố Chƣơng trình đƣợc lập trình đóng gói thành phần mềm có dung lƣợng cài 26,4MB dùng hệ điều hành window, win xp, win7 win vista Thời gian hồn thành : 09/2011 Hình PL1: Giao diện chương trình Trang 124 Phụ lục 2: Tính tốn lực tác dụng lên cơng trình đập xà lan tổ hợp ngăn mặn VIEN THUY CONG - KHOA HOC THUY LOI VIET NAM TRUNG TAM CONG TRINH DONG BANG VEN BIEN - DE DIEU * * * -Thuc hien: Ks Doan Ngoc Tu Cong trinh:Cong Ba Tinh Khau do: 8m Du an:Dong Nang Ren Dia diem: Bac Lieu Nguoi tinh: Doan Ngoc Tu Giai doan: Cua van: Cua van CLAPE Loai Xa lan: Xa lan BAN SUON PHAN I: SO LIEU NHAP 1- So lieu ve muc nuoc: To hop tinh toan: TO HOP NGAN MAN Cao trinh muc nuoc Z1= 0.97 m Cao trinh muc nuoc Z2= -0.35 m Cao trinh nguong cong Zn= -3 m Cot nuoc H1= 3.97 m Cot nuoc H2= 2.65 m 2- So lieu ve kich thuoc xa lan: Chieu dai xa lan L= 15 m Chieu rong xa lan B= 8.7 m Chieu rong thong nuoc Btn= m Do lech cua tam LT= m Do lech cua cua van LTcv= m Khoi luong xa lan Gxl= 470 Tan Khoi luong cua van Gcv= 18 Tan Chieu day day xa lan (quy doi) Hx= 0.7 m Chieu cao nguong (quy doi) a= 0.5 m 3- So lieu ve dia chat nen cong trinh: Dung tu nhien dat nen Gtn= 1.57 T/m3 Dung day noi dat nen Gdn= 1.64 T/m3 Goc ma sat Phi= 2.25 Do Luc dinh don vi C= 0.4 T/m2 He so tham Kth= 6e-7 m/sec Luc chong cat Su= 0.73 T/m2 Trang 125 4- Cac he so to hop tai trong: He so to hop tai nuoc: 1.00 He so to hop tai ban than: 1.05 He so to hop tai ap luc dat: 1.2 He so to hop tai ap luc tham: 1.00 PHAN II: KIEM TRA THAM QUA CONG TRINH (Phuong phap tinh toan: Phuong phap he so suc can) Chieu day gioi han cua tang tham Ttt Phu thuoc vao cac tri so hinh chieu ngang Lo va hinh chieu dung So cua duong vien tham Voi tri so: Lo/S= 21.429 nen tra duoc Ttt= 7.5 Chieu day tang tham tinh toan: 7.5m Tinh toan he so suc can theo phan doan: a Bo phan cua vao, cua ra: Khi khong dong cu, nhung co bac thut a= 0.7m nen Xcv= a/T= 0.093 Trong do: Xcv - He so suc khang cua bac Trong truong hop chung, he so suc khang cua bo phan cua vao: Hsskcv= 0,44 + Xcv = 0.533 Tuong tu co he so suc khang cua ra: Hsskcr= 0,44 + Xcr = 0.533 b Bo phan nam ngang: Vi duoi day xa lan khong co cua chong tham nen: He so suc khang vien ngang Xn= L/T = (T la sau tang tham tinh toan) Tinh toan ton that thuy luc hi: la ton that cot nuoc o doan thu i q: la luu luong tham don vi H1, H2: la cot nuoc thuong va luu cong trinh' Xac dinh he so suc can tong Hssk: Hssk = Hsskcv + Hsskcr + Hsn = 3.067 Cot nuoc tham o vi tri i bat ky: Hi = Xi.(H1-H2)/Hssk Cot nuoc tham vi tri dau duoi ban day Hth1= 4.94m Trang 126 Cot nuoc tham vi tri cuoi duoi ban day Hth2= 4.08m Tri so Gradien tham lon nhat tai cua Jvr: Cong thuc tinh toan: Jcr = (H1-H2)/(Ttt.anpha.Hssk) = 0.15 Trong he so anpha xac dinh theo Antipov: anpha=sqrt[sin(pi.0,5.(S/T1-T2/T1+1))] = 0.382 Trong do: T2