Ứng dụng tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp cọc chống bê tông cốt thép để tính toán ổn định bờ kè khu vực mũi cà mau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĨNH QUANG ỨNG DỤNG TƢỜNG CỌC VÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC KẾT HỢP CỌC CHỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỂ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ KHU VỰC MŨI CÀ MAU CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.02.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG Tp.HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét 1: TS PHẠM TƢỜNG HỘI Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN KẾ TƢỜNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 14 tháng năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS TS TRẦN THỊ THANH TS PHẠM TƢỜNG HỘI TS NGUYỄN KẾ TƢỜNG TS NGÔ TẤN DƢỢC TS TRƢƠNG QUANG HÙNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA KT XÂY DỰNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĨNH QUANG Ngày sinh : 08/12/1986 Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Phái : Nam Nơi sinh : An Giang MSHV : 13091311 I- TÊN ĐỀ TÀI Ứng dụng tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp cọc chống bê tơng cốt thép để tính tốn ổn định bờ kè khu vực Mũi Cà Mau II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Mở đầu Chƣơng Tổng quan nguyên nhân giải pháp chống sạt lỡ cơng trình Chƣơng Cơ sở lý thuyết tính tốn tƣờng kè ảnh hƣởng độ nghiêng cọc chống bê tông cốt thép đến tính ổn định cơng trình Chƣơng Ảnh hƣởng độ nghiêng cọc chống bê tông cốt thép đến nội lực cơng trình kè chống sạt lở mũi Cà Mau Chƣơng Ứng dụng tính tốn ổn định cơng trình kè chống sạt lở mũi Cà Mau Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/6/2015 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN Nội dung Luận văn Thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGS.TS VÕ PHÁN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LÊ BÁ VINH TS NGUYỄN MINH TÂM LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn q Thầy Cơ mơn Địa móng, quý Thầy Cô truyền đạt cho kiến thức quý báu sâu sắc 03 học kỳ qua Tôi xin chân thành cám ơn Thầy PGS-TS Võ Phán, người Thầy tận tình hướng dẫn, giúp tơi đưa hướng nghiên cứu cụ thể, hổ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trình học tập nghiên cứu Một lần xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS Châu Ngọc Ẩn, TS Lê Bá Vinh, TS Bùi Trƣờng Sơn, TS Nguyễn Minh Tâm, TS Lê Trọng Nghĩa, TS Trần Tuấn Anh, TS Đỗ Thanh Hải đầy nhiệt huyết lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt cho học tập nghiên cứu khoa học, tận tâm giảng dạy cung cấp cho nhiều tư liệu cần thiết Xin chân thành – cám ơn Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên Phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập Một lần xin gửi đến Quý Thầy, Cơ Gia đình lịng biết ơn sâu sắc TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2015 Học viên thực Nguyễn Vĩnh Quang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức thực nghiệm, thu thập số liệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế hướng dẫn PGS-TS Võ Phán Các số liệu, mơ hình tính tốn kết luận văn trung thực, xuất phát từ thực tiễn, số liệu, sở lý thuyết rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2015 Học viên thực Nguyễn Vĩnh Quang MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu c Đơn vị m an m m HSD m Pa γ kN/m2 kN/m3 z m Ka c φ kPa độ Ea kN/m E kN/ m2 I m4 Kz kN/ m3 B Qa m KPa Qtc KPa  h' T/m2 '  vp T/m2 Chú thích Độ cao lưng sóng so với mặt nước tính tốn vị trí tường chắn sóng Khoảng cách từ vị trí sóng đổ lần cuối đến mép nước Khoảng cách từ vị trí sóng đổ lần cuối đến cơng trình Chiều cao sóng vị trí sóng đổ lần cuối Áp lực đất chủ động Trọng lượng riêng đất Độ sâu từ điểm tính đến điểm xét Hệ số áp lực chủ động Lực dính Góc ma sát đất Áp lực chủ động đất Mô đun biến dạng đàn hồi vật liệu cọc Mơ đun qn tính tiết diện ngang cọc Hệ số phản lực theo phương ngang không đổi theo độ sâu Chiều rộng tiết diện cọc Sức chịu tải cho phép tính tốn theo đất Sức chịu tải tiêu chuẩn tính tốn theo đất cọc đơn Ứng suất hữu hiệu đất theo phương vng góc với mặt bên cọc Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng độ sâu mũi cọc trọng lượng thân đất  v' T/m2 cu T/m2 a độ Ap m2 As m2 N tb Na Ns Eb T/m2 H T M n T.m kN/ m3 TLTK Ứng suất hữu hiệu đất độ sâu tính tốn ma sát bên tác dụng lên cọc Sức chống cắt không nước đất Góc ma sát đất thân cọc Diện tích tiết diện mũi cọc Diện tích mặt bên cọc phạm vi lớp đất rời Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc phạm vi lớp đất rời Chỉ số SPT đất mũi cọc Chỉ số SPT lớp đất cát bên thân cọc Môđun đàn hồi ban đầu bê tơng cọc nén kéo Giá trị tính tốn lực cắt Mômen uốn Trọng lượng riêng nước Tài liệu tham khảo DANH MỤC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Cấu tạo rọ đá Hình 1.2: Kè bờ biển tỉnh Bình Thuận Hình 1.3: Kè bảo vệ bờ TP HCM Hình 1.4: Thảm Bê tơng FS bảo vệ bờ Hình 1.5: Một số cấu kiện bê tơng dị hình Hình 1.6 : Cừ Larsen nhà máy Hình 1.7 : Một số dạng kết cấu kè cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Hình 1.8: Biểu đồ phân bố áp lực đất, mômen biến dạng với độ sâu cắm cừ Hình 2.1: Biểu đồ áp lực nước Hình 2.2: Biểu đồ áp lực đất chủ động Hình 2.3: Biểu đồ áp lực sóng lên tường cản sóng thành đứng Hình 2.4: Biều đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng sóng rút Hình 2.5: Vịng trịn ứng suất điều kiện cân giới hạn Hình 2.6: Trạng thái chủ động bị động theo Rankine Hình 2.7: Sơ đồ áp lực chủ động đất theo Rankine Hình 2.8: Áp lực đất chủ động theo Coulomb Hình 2.9: Vịng trịn Mohr phương trình Coulomb đất rời Hình 2.10 : Thiết lập mơ hình tính tốn Hình 2.11: Khai báo thơng số vật liệu Hình 2.12: Định nghĩa lọai tải Hình 2.13: Khai báo tải trọng Hình 2.14: Trường hợp tải trọng Hình 2.15: Trường hợp tải trọng Hình 2.16: Tổ hợp tải trọng Hình 2.17: Gán tỉnh tải cho cấu kiện dầm Hình 2.18: Gán hoạt tải cho cấu kiện dầm Hình 2.19: Gán điều kiện biên cho gối Hình 2.20: Xem chuyển vị kết cấu Hình 2.21: Xem biểu đồ nội lực phần tử Hình 2.22: Sơ đồ móng cọc đài cao nội lực đỉnh cọc Hình 2.23: Nội lực pháp tuyến sinh đỉnh cọc đỉnh cọc chuyển vị Hình 2.24: Sơ đồ để xác định  HH Hình 2.25: Quan hệ chuyển vị đỉnh cọc chuyển vị đài cọc Hình 2.26: Hệ Hình 2.27: Sơ đồ nội lực để xác định riK Hình 2.28: Mơ hình tính tốn cừ tầng neo Hình 2.29: Sơ đồ giải cừ tầng neo phương pháp đồ giải Hình 2.30: Sơ đồ giải xác định độ võng theo phương pháp đồ giải Hình 2.31: Sơ đồ tác động Moment tải trọng ngang lên cọc Hình 2.32: Sơ đồ phân tích ổn định theo Fellenius Hình 2.33: (a) Phân trượt mái dốc (b) Mái dốc phẳng Hình 2.34: Đồ thị xác định mặt cong mái đất Hình 2.35: Sơ đồ xác định hình dạng mái dốc ổn định theo phương pháp Fp Hình 3.1: Mặt tuyến kè Hình 3.2: Mặt cắt ngang điển hình cơng trình Hình 3.3: Mặt đứng đơn ngun cơng trình Hình 3.4: Mặt đơn ngun cơng trình Hình 3.5: Mặt cắt ngang chi tiết cơng trình Hình 3.6: Hình trụ hố khoan FC03 Hình 3.7: Sơ đồ lực tính tốn trường hợp Hình 3.8: Sơ đồ lực tính tốn trường hợp Hình 3.9: Tỉnh tải cơng trình Hình 3.10: Hoạt tải cơng trình Hình 3.11: Áp lực thủy tĩnh cơng trình Hình 3.12: Áp lực gió phía biển Hình 3.13: Áp lực gió phía đồng Hình 3.14: Áp lực sóng xơ Hình 3.15: Áp lực sóng rút Hình 3.16: Áp lực đất đắp Hình 3.17: Biểu đồ lực dọc Hx (T) Hình 3.18: Biểu đồ mơmen Mx(T.m) Hình 3.19: Biểu đồ lực dọc Qz (T) Hình 3.20: Khai báo lớp đất Hình 3.21: Khai báo lớp đất Hình 3.22: Khai báo lớp đất Hình 3.23: Khai báo lớp đất 3b Hình 3.24: Khai báo lớp đất Hình 3.25: Khai báo lớp đất Hình 3.26: Khai báo lớp cát lấp Hình 3.27: Mơ hình trượt cơng trình khơng có hệ cọc Hình 3.28: Mơ hình trượt cơng trình có cọc ván BTCT DƯL Hình 3.29: Mơ hình trượt cơng trình có hệ cọc kết hợp Hình 3.30: Mơ hình trượt cơng trình có mực nước biển thấp Hình 4.1: Biểu đồ áp lực ngang theo độ sâu z Hình 4.2: Biểu đồ lực cắt dọc theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.3: Biểu đồ mơmen theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.4: Biểu đồ áp lực ngang theo độ sâu z Hình 4.5: Biểu đồ lực cắt dọc theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.6: Biểu đồ mơmen theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.7: Biểu đồ áp lực ngang theo độ sâu z Hình 4.8: Biểu đồ lực cắt dọc theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.9: Biểu đồ mơmen theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.10: Biểu đồ áp lực ngang theo độ sâu z Hình 4.11: Biểu đồ lực cắt dọc theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.12: Biểu đồ mơmen theo thân cọc theo độ sâu z Hình 4.13: Sơ đồ tính tốn Hình 4.14: Sơ đồ giải cừ phương pháp đồ giải Hình 4.15: Đa giác lực Hình 4.16: a Biểu đồ lực tập trung giả tưởng b Biểu đồ đa giác dây giả tưởng Hình 4.17: Biểu đồ đa giác lực giả tưởng Hình 4.18: Biểu đồ độ võng Hình 4.19: Sơ đồ tính tốn Hình 4.20: Sơ đồ giải cừ phương pháp đồ giải Hình 4.21: Đa giác lực Hình 4.22: a Biểu đồ lực tập trung giả tưởng b Biểu đồ đa giác dây giả tưởng Hình 4.23: Biểu đồ đa giác lực giả tưởng Hình 4.24: Biểu đồ độ võng Hình 4.25: Sơ đồ tính tốn Hình 4.26: Sơ đồ giải cừ phương pháp đồ giải Hình 4.27: Đa giác lực Hình 4.28: a Biểu đồ lực tập trung giả tưởng b Biểu đồ đa giác dây giả tưởng Hình 4.29: Biểu đồ đa giác lực giả tưởng Hình 4.30: Biểu đồ độ võng Hình 4.31: Sơ đồ tính tốn Hình 4.32: Sơ đồ giải cừ phương pháp đồ giải Hình 4.33: Đa giác lực Hình 4.34: a Biểu đồ lực tập trung giả tưởng b Biểu đồ đa giác dây giả tưởng Hình 4.35: Biểu đồ đa giác lực giả tưởng Hình 4.36: Biểu đồ độ võng Hình 4.37: Biểu đồ độ võng thay đổi độ nghiêng cọc chống BTCT Hình 4.38: Biểu đồ mơmen thay đổi độ nghiêng cọc chống BTCT Hình 4.39: Khai báo tải trọng, khai báo tính chất vật liệu Hình 4.40: Chia lưới phần tử Hình 4.41: Hình dạng mẫu trước sinh áp lực nước Hình 4.42: Hình dạng mẫu sau sinh áp lực nước Hình 4.43: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.44: Chuyển vị tổng Hình 4.45: Biểu đồ nội lực cọc ván BTCT Hình 4.46: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.47: Chuyển vị tổng Hình 4.48: Biểu đồ nội lực tường cừ Hình 4.49: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.50: Chuyển vị tổng Hình 4.51: Biểu đồ nội lực cọc ván BTCT Hình 4.52: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.53: Chuyển vị tổng Hình 4.54: Biểu đồ nội lực tường cừ Hình 4.55: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.56: Chuyển vị tổng Hình 4.57: Biểu đồ nội lực cọc ván BTCT Hình 4.58: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.59: Chuyển vị tổng Hình 4.60: Biểu đồ nội lực tường cừ Hình 4.61: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.62: Chuyển vị tổng Hình 4.63: Biểu đồ nội lực cọc ván BTCT Hình 4.64: Hình dạng mẫu giai đoạn Hình 4.65: Chuyển vị tổng Hình 4.66: Biểu đồ nội lực tường cừ Hình 4.67: Biểu đồ so sánh chuyển vị PP đồ giải mô Plaxis Hình 4.68: Biểu đồ so sánh mơmen PP đồ giải mô Plaxis ... TÊN ĐỀ TÀI Ứng dụng tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp cọc chống bê tông cốt thép để tính tốn ổn định bờ kè khu vực Mũi Cà Mau II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Mở đầu Chƣơng Tổng quan nguyên... qua giải pháp tường cọc ván bê tơng dự ứng lực kết hợp cọc chống bê tông cốt thép Ứng dụng tính tốn cho cơng trình: kè chống sạt lở Mũi Cà Mau Qua đó, rút kết luận đánh giá tính ổn định lâu dài... pháp tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp với cọc chống bê tông cốt thép để làm kè bảo vệ vùng đất yếu Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp thống kê, phương pháp giải tích tính