Nghiên cứu ổn định và biến dạng của hệ tường cọc bản bê tông cốt thép bảo vệ công trình ven sông trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở đồng bằng sông cửu long

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA HỆ TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẢO VỆ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU VÀ NGẬP LŨ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHUYÊN NGÀNH: CƠ HỌC ĐẤT, CƠ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA HỆ TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẢO VỆ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU VÀ NGẬP LŨ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CHUYÊN NGÀNH: CƠ HỌC ĐẤT, CƠ HỌC NỀN MÓNG, CÔNG TRÌNH NGẦM MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP.Hồ Chí Minh- Năm 2009

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2009

Tác giả

MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ ỔN ĐNNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG

TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở ĐỒNG BẰNG

SÔNG CỬU LONG

1.1 Đặc điểm cấu tạo địa chất, tình hình ngập lũ và sạt lở ở ĐBSCL

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo địa chất và đất yếu ở ĐBSCL

1.1.2 Tình hình ngập lũ ở ĐBSCL

1.1.3 Tình hình sạt lở đất ven sông ở ĐBSCL

1.2 Tổng quan về công trình TCBBTCT bảo vệ công trình ven sông ở

ĐBSCL

1.2.1 Đặc điểm công trình TCB bằng vật liệu BTCT

1.2.2 Các dạng công trình TCBBTCT được sử dụng phổ biến

1.2.3 Công trình TCBBTCTULT bảo vệ công trình ven sông ở

ĐBSCL

1.3 Các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB

không neo và có 1 neo đã được nghiên cứu

1.3.1 Tính toán ổn định công trình TCB

1.3.2 Tính toán biến dạng công trình TCB

1.4 Tổng quan về nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm

trên hiện trường để tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB

1.4.1 Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng

1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

1.5 Nhận xét và những vấn đề tồn tại

1.5.1 Nhận xét

1.5.2 Những tồn tại của việc nghiên cứu trước đây

1.6 Những nhiệm vụ cần nghiên cứu trong luận án

Chương 2 TÍNH TƯỜNG CỌC BẢN THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN

BẰNG GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH KẾT HỢP

PHƯƠNG PHÁP ĐÚNG DẦN

2.1 Tính TCB không neo theo LEM bằng phương pháp giải tích

2.1.1 Phương pháp tính TCB không neo theo LEM đã được nghiên

cứu

2.1.2 Phương pháp tính TCB không neo bằng phương pháp giải tích

kết hợp phương pháp đúng dần do tác giả đề nghị

2.1.3 So sánh kết quả tính toán theo các phương pháp

2.2 Sơ đồ tính TCB không neo và có 1 neo, đầu tự do theo LEM trong

trường hợp nền nhiều lớp

2.2.1 Giả thiết tính

2.2.2 Sơ đồ đất nền

2.2.3 Một số ký hiệu, công thức và qui ước chung

2.2.4 Công thức tính áp lực đất và nước tác dụng lên TCB ở đoạn 1

2.3 Tính TCB không neo theo LEM và bằng phương pháp giải tích

kết hợp phương pháp đúng dần trong trường hợp nền nhiều lớp

2.3.1.Trình tự tính

2.3.2 Tính toán Dtt và Mmax

2.4 Tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo LEM và bằng phương pháp

giải tích kết hợp phương pháp đúng dần trong trường hợp nền nhiều

lớp

2.4.1 Sơ đồ, giả thiết và trình tự tính TCB có 1 neo, đầu tự do

2.4.2 Tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong trường hợp nền nhiều lớp

bằng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp đúng dần

2.5 Xác định chiều sâu chôn cọc thiết kế D tk

Chương 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA ĐẤT NỀN VÀ CÔNG

TRÌNH DỰA TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NỀN HARDENING SOIL (HS)

3.3 Cơ sở lý thuyết mô hình đất nền Hardening Soil (HS)

3.3.1 Mô hình đàn hồi phi tuyến

3.3.2 Mô hình đất nền Hardening soil (HS)

3.4 Tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB theo phương

pháp SSI dựa trên mô hình đất nền HS bằng PLAXIS 8.2

3.5 Ứng dụng phương pháp SSI dựa trên mô hình đất nền bằng

PLAXIS 8.2 để tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB ở

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG

ĐỂ TÍNH TOÁN HỆ TCB DẠNG KHÔNG NEO BẢO VỆ CÔNG

TRÌNH VEN SÔNG

4.1 Công tác khảo sát và thí nghiệm trong phòng

4.1.1 Cấu tạo địa chất

4.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất

4.2 Công tác nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

4.3 Tính toán TCB không neo theo lý thuyết

4.3.1 Tính TCB không neo theo phương pháp LEM

4.4.2 Tính toán kiểm tra TCB theo phương pháp SSI dựa trên mô hình

đất nền HS bằng PLAXIS 8.2

4.4 So sánh kết quả tính mô phỏng và thực nghiệm

4.4.1 Quan hệ giữa chiều sâu chôn cọc thiết kế Dtk theo LEM

od

K

4.4.2 Tính TCB bằng LEM, SSI và theo thời gian

4.4.3 Chuyển vị ngang TCB theo tính toán mô phỏng và thực nghiệm

4.4.4 Ảnh hưởng của độ cứng và độ sâu chôn cọc đế chuyển vị TCB

Chương 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM TRÊN HIỆN

TRƯỜNG ĐỂ TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG CỌC BẢN CÓ 1 NEO BẢO

VỆ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG

5.1 Thực hiện thí nghiệm trong phòng

5.1.1 Mục đích và yêu cầu thí nghiệm trong phòng

5.1.2 Kết quả thực hiện

5.2 Tính toán TCB theo lý thuyết cân bằng giới hạn

5.2.1 Mục đích tính toán công trình TCB theo LEM

5.2.2 Xác định các thông số thiết kế công trình

5.2.3 Tính toán TCB theo phương pháp cân bằng giới hạn (LEM)

5.3 Thiết kế mô hình TCB có 1 neo

5.3.1 Lựa chọn TCB

5.3.2 Tính toán thanh neo và bản neo

5.4 Nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

5.4.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

5.4.5 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

5.5 Tính toán TCB theo phương pháp SSI bằng PLAXIS 8.2 dựa trên

mô hình HS

5.5.1 Mục đích tính toán

5.5.2 Các thông số đầu vào

5.5.3 Điều kiện và các giai đoạn tính toán

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

- BTCTULT: Bê tông cốt thép ứng lực trước

- CU: Thí nghiệm nén 3 trục cố kết không thoát nước

- ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

- Đvt: Đơn vị tính

- HS: Mô hình đất nền Hardening Soil

- KT: Không thoát nước (Undrained)

- LEM: Phương pháp cân bằng giới hạn (Limit Equibrilium Method)

- MĐNV: Mặt đất nạo vét

- MĐTN: Mặt đất tự nhiên

- NCS: Nghiên cứu sinh

- SSI: Tác động tương hỗ giữa đất nền và công trình (Soil-Structure Interaction)

- SF: Hệ số an toàn

- SS: Mô hình đất nền Soft-Soil

- TCB: Tường cọc bản

- TCBBTCT: Tường cọc bản bê tông cốt thép

- TCBBTCTULT: Tường cọc bản bê tông cốt thép ứng lực trước

- T : Thoát nước (Drained)

4 Atp m2 Diện tích tiến diện ngang của thép ứng lực trước

5 Ab m2 Diện tích tiết diện ngang của bê tông

10 Dlt m Chiều sâu chôn cọc tính theo lý thuyết

16 Et kN/m2 Module đàn hồi của cốt thép

17 Etp kN/m2 Module đàn hồi của cốt thép ứng lực trước

oed

E kN/m2 Module biến dạng của đất theo TN nén không nở hông

ứng với áp lực nén ref (pref=100kN/m2)

E50 kN/m2 Module biến dạng của đất xét trong ngắn hạn theo TN

nén 3 trục ứng với 50% biến dạng và pref=100kN/m2

21 ref

DH

E50 kN/m2 Module biến dạng của đất xét trong dài hạn theo TN nén

3 trục ứng với 50% biến dạng và pref=100kN/m2

ur

E kN/m2 Module biến dạng của đất theo TN ứng với điều kiện dỡ

và gia tải với pref=100kN/m2

25 hN m Đô sâu đặt neo tính từ đỉnh tường đến neo

27 hp m Khoảng cách từ mặt đất nạo vét đến điểm đặt lực P

k - Hệ số ổn định tính theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

37 kx m/ngày Hệ số thấm của đất theo phương ngang

38 ky m/ngày Hệ số thấm của đất theo phương đứng

[M]

kNm Moment uốn, moment uốn của TCB trước khi xảy ra nứt

Tổng hợp lực của áp lực đất và nước tác dụng lên TCB

ở lớp đất thứ I, bên trái (T) hoặc bên phải (P) Trường hợp không có chử T(P): qui ước là bên trái

46 Rb kN/m2 Cường độ chịu nén của bê tông

47 Rk kN/m2 Cường độ chịu kéo của bê tông

49 Rtp kN/m2 Cường độ chịu kéo của thép ứng lực trước

51 q kN/m2 Áp lực phân bố đều tác dụng trên bề mặt đất

61 w kN/m Trọng lượng của TCB trên mét dài, độ chứa nước

62 γ kN/m3 Trọng lượng riêng tự nhiên của đất

63 γsat kN/m3 Trọng lượng riêng bão hòa của đất

64 γ’ kN/m3 Trọng lượng riêng đNy nổi của đất

65 γ* kN/m3 Trọng lượng riêng của đất tùy thuộc vào điều kiện tính

66 γd kN/m3 Trọng lượng riêng của đất nằm trên mực nước ngầm

77 ν’ - Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện thoát nước

78

νu - Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện không thoát

nước

79 νur - Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện nén và dỡ tải

81 σb kN/m2 Ứng suất kéo phát sinh trong bê tông

82 σi kN/m2 Ứng suất pháp theo phương ứng suất chính i

83 φi Độ Góc ma sát trong của đất ở lớp đất thứ i

84 φ’i Độ Góc ma sát trong có hiệu của đất ở lớp đất thứ i

85 φcu Độ Góc ma sát trong của đất trong TN 3 trục theo sơ đồ CU

2 Bảng 1.2 Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét hữu cơ

3 Bảng 1.3 Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét không lẫn chất hữu cơ

8 Bảng 1.8 Các bài toán tính toán ổn định và biến dạng của TCB

9 Bảng 1.9 Bảng qui định biến dạng cho phép của TCB

10. Bảng 1.10 Đặc điểm phương pháp tính ổn định và biến dạng

13 Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của các lớp đất

14 Bảng 4.2 Tổng hợp giá trị module biến dạng và m của các lớp đất

15 Bảng 4.3 Kết quả đo đạc chuyển vị ngang đầu TCB

16 Bảng 4.4 Tính TCB không neo theo phương pháp đồ giải

17 Bảng 4.5 Kết quả tính TCB theo 2 phương pháp

18 Bảng 4.6 Kết quả tính TCB bằng LEM theo thời gian

19 Bảng 4.7 Thông số đầu vào của đất nền

20 Bảng 4.8 Các đặc trưng tính toán của TCB W400A

21 Bảng 4.9 Kết quả kiểm tra TCB bằng PLAXIS 8.2

22 Bảng 4.10 Chuyển vị ngang của TCB giữa tính mô phỏng và thực nghiệm

23 Bảng 4.11 Thông số TCB

26 Bảng 5.3 Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo phương pháp đồ giải

27 Bảng 5.4 Bảng phân lớp và tính TCB theo phương pháp đồ giải

28 Bảng 5.5 Kết quả tính TCB bằng phương pháp do tác giả đề nghị

29 Bảng 5.6 Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo 2 phương pháp

30 Bảng 5.7 Số liệu về đặc tính của thép sử dụng trong TCB

31 Bảng 5.8 Giá trị áp lực đất tác dụng lên TCB theo tải trọng q

32 Bảng 5.9 Kết quả tính moment theo max

b

ε và theo chiều sâu

33 Bảng 5.10 Kết quả đo đạc chuyển vị ngang của đà giằng bằng máy kinh vĩ

34 Bảng 5.11 Tính y ứng với q=9kN/m2

35.Bảng 5.12 Độ lún của đất nền uy

36 Bảng 5.13 Thông số đầu vào của các lớp đất

37 Bảng 5.14 Thông số đầu vào của TCB SW400A

38 Bảng 5.15 Thông số đầu vào của thanh neo

39 Bảng 5.16 Thông số đầu vào của đà giằng

40 Bảng 5.17 Thông số đầu vào của bản neo

41 Bảng 5.18 So sánh giá trị áp lực đất giữa lý thuyết và đo đạc ứng với

q=9kN/m2

42 Bảng 5.19 So sánh lực neo F theo lý thuyết và thực nghiệm

43 Bảng 5.20 So sánh giá trị áp lực đất theo lý thuyết và thực nghiệm

2 Hình 1.2 Cột địa tầng ở ĐBSCL

3 Hình 1.3 Phân vùng đất yếu ở ĐBSCL

4 Hình 1.4 Bản đồ phân vùng ngập lũ ĐBSCL

5 Hình 1.5 Mô tả tác động của lũ lên công trình và đất nền

6 Hình 1.6 Vị trí các điểm sạt lở sông Cửu Long trước năm 2000

7 Hình 1.7 (a,b) Hình ảnh tiêu biểu cho sự sạt lở bờ sông Cửu Long

19 Hình 1.19 Đầu TCB bị chuyển vị ngang lớn

20 Hình 1.20 (a,b,c) Biểu đồ áp lực đất theo hình thức chuyển vị và theo thực

tế trong trường hợp tường mềm có neo

21 Hình 1.21 Sơ đồ tính TCB theo nền biền dạng cục bộ theo phương ngang

22 Hình 1.22 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo mô hình đàn-dẻo lý

tưởng

23 Hình 1.23.Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuNn Mohr-Coulomb

24 Hình 1.24 Quan hệ giữa ε1 và q trong TN nén 3 trục với điều kiện thoát

nước

trong thí nghiêm nén không nở hông

27 Hình 1.27 Đặc trưng của đường biến dạng tổng của mô hình Soft-Soil

trong không gian ứng suất chính

28 Hình 1.28 Mặt bằng dòng sông và bờ

29 Hình 1.29 Mặt cắt ngang

Chương 2

30 Hình 2.1 Sơ đồ làm việc của TCB không neo

31 Hình 2.2 Sơ đồ tính TCB không neo theo phương pháp 1

32 Hình 2.3 Sơ đồ tính theo phương pháp 2

33 Hình 2.4 Sơ đồ tính TCB không neo do tác giả đề nghị

34 Hình 2.5 Sơ đồ giải hệ phương trình cân bằng lực ngang và moment

35 Hình 2.6 : Kết quả tính TCB theo phương pháp do tác giả đề nghị

45 Hình 2.16 Kết quả tính TCB không neo

46 Hình 2.17 Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do

47 Hình 2.18 Sơ đồ tổng quát tính toán TCB có 1 neo, đầu tự do

48 Hình 2.19 Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong trường hợp nền nhiều

lớp

52 Hình 2.23 Sơ đồ tính toán TCB có 1 neo, đầu tự do T.H.3N

53 Hình 2.24 Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do

54 Hình 2.25: Sơ đồ tính hệ số ổn định LEM

ođ

k

Chương 3

55 Hình 3.1 Quan hệ k a, k pvới dạng và sự gia tăng của chuyển vị

56 Hình 3.2 Chuyển vị của TCB có 1 neo, đầu tự do

57 Hình 3.3 Chuyển vị của cọc trước và sau khi tăng D

58 Hình 3.4 Quan hệ ε1 và q dạng hyperbole trong TN nén 3 trục

59 Hình 3.5 Quan hệ ε1 và q trong TN nén 3 trục theo sơ đồ thoát nước

60 Hình 3.6 Hình ảnh mặt giới hạn dẻo theo HS trong không gian ứng suất

71 Hình 4.10 a, b Thực hiện công tác đo đạc chuyển vị của bờ kè

72 Hình 4.11 Vị trí các điểm đo đạc trên công trình bờ kè đường Hoàng Diệu

73 Hình 4.12 Sơ đồ bố trí mốc đo và vị trí điểm đo

77 Hình 4.16 Kết quả tính TCB không neo trong ngắn hạn

78 Hình 4.17 Kết quả tính TCB không neo trong dài hạn

79 Hình 4.18 Biến dạng của TCB và đất nền xét trong ngắn hạn

80 Hình 4.19 Moment phát sinh ứng với điều kiện ngắn hạn

81 Hình 4.20 Chuyển vị ngang của TCB ứng với điều kiện ngắn hạn

82 Hình 4.21 Kết quả tính k od SSI = ΣMsf = 1 , 559(trong ngắn hạn)

83 Hình 4.22 Hình ảnh chuyển vị của TCB trong ngắn hạn và dài hạn

84 Hình 4.23 Quan hệ giữa LEM

89 Hình 5.3 a,b Thực hiện công tác thí nghiệm trong phòng

90 Hình 5.4 Sơ đồ tính, phân lớp và đa giác dây với tmin

91 Hình 5.5 Đa giác lực

92 Hình 5.6: Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong ngắn hạn

93 Hình 5.7 Cấu tạo bản neo

94 Hình 5.8 Xác định vị trí đặt bản neo

95 Hình 5.9 Chi tiết TCB SW400A

96 Hình 5.10 Mặt cắt ngang đầu cọc

97 Hình 5.11 Mặt cắt bố trí cốt thép cọc

98 Hình 5.12 Phối cảnh mô hình thực nghiệm

99 Hình 5.13 Mặt bằng mô hình thực nghiệm TCB có 1 neo

100 Hình 5.14 Mặt cắt mô hình thực nghiệm TCB có 1 neo

101 Hình 5.15 Chi tiết đầu tường

nền

105 Hình 5.19 Mốc đo biến dạng đất nền M

106 Hình 5.20 Mốc đo chuyển vị bản neo N

107 Hình 5.21 Hộp đo áp lực đất bằng cảm biến FLA 6-11 (hãng TLM của

113 Hình 5.27 Bố trí thiết bị đo biến dạng

114 Hình 5.28 Sơ đồ tính ứng suất và biến dạng TCB khi biết max

116 Hình 5.30 Sơ đồ phân vùng tính giá trị M

117 Hình 5.31 Chi tiết bố trí cốt thép chịu lực của TCB SW400A

118 Hình 5.32 Cọc BTCTULT SW400A

119 Hình 5.33 Gia công thanh neo Φ27 l=15m

120 Hình 5.34 Chi tiết hộp đo áp lực đất

121 Hình 5.35 Lắp đặt cảm biến đo biến dạng

122 Hình 5.36 Lắp đặt thiết bị đo áp lực đất

123 Hình 5.37 Kiểm tra thiết bị sau khi lắp đặt

124 Hình 5.38 Kiểm tra xói nước

125 Hình 5.39 Kiểm tra quá trình hạ cọc

126 Hình 5.40 Hạ cọc bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung

127 Hình 5.41 Bản neo và thanh neo

128 Hình 5.42 Mốc đo biến dạng nền đất và giả tải bề mặt

132 Hình 5.46 Chuyển vị ngang của TCB theo q

133 Hình 5.47 Độ lún của đất nền theo q

134 Hình 5.48 Lực thanh neo theo tải trọng q

135 Hình 5.49 Áp lực đất bị động tác dụng lên bản neo ở -1,6m theo q

136 Hình 5.50 Biến dạng của TCB và đất nền

137 Hình 5.51 Biểu đồ moment phát sinh trong TCB (Mmax=44kNm)

138 Hình 5.52 Chuyển vị ngang của TCB (u xmax = 22 , 95mm)

139 Hình 5.53 Áp lực đất có hiệu tác dụng lên TCB

140 Hình 5.54 Quan hệ LEM

od

k theo Dtk

141 Hình 5.55 Áp lực đất tác dụng lên TCB theo mô phỏng và thực nghiệm

142 Hình 5.56 Biểu đồ moment theo mô phỏng và thực nghiệm

143 Hình 5.57 Chuyển vị ngang của TCB theo mô phỏng và thực nghiệm

144 Hình 5.58 Độ lún đất nền theo mô phỏng và thực nghiệm

145 Hình 5.59 Lực thanh neo theo mô phỏng và thực nghiệm theo q

146 Hình 5.60 Áp lực đất bị động tác dụng lên bản neo ở -1,6m theo q

MỞ ĐẦU

Đồng bằng sông Cửu Long là vùng đất phì nhiêu, vựa lúa lớn nhất của cả nước

và là một trong những vùng kinh tế trọng điểm đang được Đảng và Nhà nước quan tâm đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật để phát triển Tuy nhiên, đây cũng là vùng đất yếu theo quan điểm của nhà xây dựng

ĐBSCL có hệ thống sông ngòi chằng chịt giúp cho ngành sản xuất nông nghiệp, thủy sản và giao thông thủy có điều kiện thuận lợi để phát triển Nhiều khu vực thị tứ dân cư đông đúc và công trình thường được xây dựng ven sông Trong nhiều năm qua, tình trạng sạt lở và lũ lụt càng ngày trở nên nghiêm trọng hơn đe dọa đến tính mạng và tài sản của nhân dân cũng như sự an toàn của nhiều công trình ven sông Kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy một trong những giải pháp hữu hiệu để chống sạt lở và bảo vệ công trình ven sông là sử dụng bờ kè bằng TCBBTCT Thực tế một số công trình bờ kè bằng TCBBTCT được xây dựng trong thời gian qua đã đáp ứng được yêu cầu sử dụng nhưng cũng tồn tại một số công trình đã xảy ra sự cố như bị trượt hoặc có chuyển vị ngang lớn không đáp ứng yêu cầu sử dụng và tính thNm mỹ của công trình Vì vậy, việc nghiên cứu ổn định và biến dạng công trình TCBBTCT bảo vệ công trình ven sông trong điều kiện đất yếu

và ngập lũ ở ĐBSCL nhằm đảm bảo khai thác lâu dài công trình và mang lại hiệu

quả kinh tế cao là yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực tiển

Mục đích của luận án bao gồm việc nghiên cứu những nội dung chính sau:

1 Tổng quan về sự ổn định và biến dạng của hệ công trình TCBBTCT bảo vệ công trình ven sông ở ĐBSCL Trong đó, phân tích những sự cố công trình TCB, phương pháp tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB đã được nghiên cứu trong nước và trên thế giới Từ đó xác định những nội dung nghiên cứu tiếp

2 Nghiên cứu tính toán ổn định công trình TCBBTCT dạng không neo và dạng có 1 neo, đầu tự do bằng phương pháp cân bằng giới hạn (LEM), sử dụng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp đúng dần và lập chương trình máy tính

để tính trong trường hợp nền nhiều lớp là dạng bài toán phổ biến trong thực tế

3 Nghiên cứu phương pháp tính chiều sâu chôn cọc thiết kế Dtk của TCB theo

hệ số ổn định LEM

od

k trong trường hợp đất nền gồm nhiều lớp

4 Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sự làm việc đồng thời giữa đất nền và công trình (SSI) theo mô hình nền Hardening Soil để tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB

5 Thực hiện thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền để tính toán công trình TCB theo lý thuyết (LEM, SSI); tiến hành thực nghiệm trên hiện trường công trình TCB dạng không neo; xây dựng mô hình công trình TCBBTCT dạng có 1 neo trên nền đất yếu và nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực

6 So sánh thông số ổn định và biến dạng công trình TCBBTCT theo tính toán

lý thuyết và kết quả thực nghiệm nhằm rút ra các kết luận liên quan đến phương pháp tính toán ổn định và biến dạng hệ công trình TCBBTCT bảo vệ công trình ven sông trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở ĐBSCL

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:

- Phương pháp phân tích: Nghiên cứu cơ sở các phương pháp tính toán ổn định

và biến dạng công trình TCB, từ đó phân tích, đánh giá, xác định những vấn đề còn tồn tại để tiếp tục nghiên cứu bổ sung

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp giải tích, phương pháp đúng dần để xây dựng phương pháp và lập chương trình máy tính và nghiên cứu ứng dụng mô hình đất nền phù hợp với đặc điểm của bài toán

- Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền bằng các thiết bị thí nghiệm trong phòng phù hợp với yêu cầu tính toán lý thuyết

- Nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trường: Sử dụng thiết bị đo đạc, quan trắc hiện đại để thu nhận số liệu về ổn định và biến dạng hệ công trình TCBBTCT

Đố i tượng nghiên cứu là công trình TCBBTCT dạng không neo và dạng có 1

neo bảo vệ công trình ven sông trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở ĐBSCL

Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn trong các vấn đề sau:

- Các công trình TCBBTCT với mục đích chống xói lở và bảo vệ các công trình ven sông là các công trình đường giao thông và tải trọng tính là tải trọng tĩnh

- Không xét đến biến dạng từ biến và quá trình cố kết của đất nền

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu:

1 Phương pháp và chương trình tính toán TCB dạng không neo và dạng có 1 neo, đầu tự do theo phương pháp cân bằng giới hạn trong trường hợp nền đất gồm nhiều lớp do tác giả đề xuất đã khắc phục được những hạn chế của phương pháp đồ giải, cho kết quả chính xác, nhanh chóng và thuận lợi trong tính toán thực tế

2 Phương pháp xác định chiều sâu chôn cọc thiết kế Dtk theo hệ số ổn định

LEM

od

k cho phép lựa chọn Dtk trong trường hợp nền đất gồm nhiều lớp

3 Xác định các thông số biến dạng của đất dính theo mô hình đất nền Hardening Soil (HS)

4 Ứng dụng phương pháp SSI dựa trên mô hình đất nền HS để mô phỏng tính toán ổn định và biến dạng công trình TCB

5 Nghiên cứu về ổn định và biến dạng công trình TCB trên mô hình có kích thước thực bằng các thiết bị đo đạc và quan trắc có độ chính xác và mức độ tin cậy cao

6 Từ kết quả nghiên cứu trên mô hình, so sánh với kết quả tính toán mô phỏng theo lý thuyết, rút ra những kết luận có thể vận dụng trong tính toán thiết kế công trình TCB thực tế

Cấu trúc của luận án: Nội dung chính của luận án gồm phần mở đầu, 05 chương

chính, phần kết luận và kiến nghị, gồm 149 trang thuyết minh, 146 hình ảnh và hình

vẽ, 43 bảng biểu, 50 tài liệu tham khảo và 01 tập phụ lục 148 trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ ỔN ĐNNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

1.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO ĐNA CHẤT, TÌNH HÌNH NGẬP LŨ VÀ SẠT LỞ

Ở ĐBSCL

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo địa chất và đất yếu ở ĐBSCL

ĐBSCL là đoạn cuối của tam giác châu sông Cửu Long (sông Cửu Long thường được gọi là sông Mê kông) với diện tích khoảng 39.600km2, được giới hạn

ở phía Bắc bởi biên giới Việt Nam-Campuchia, Tây Ninh và thành phố Hồ Chí Minh, phía Nam và phía Đông bởi biển Đông và phía Tây là vịnh Thái Lan (hình1.1)

Hình 1.1 Bản đồ đồng bằng sông Cửu Long

ĐBSCL được tạo thành nhờ quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích do phù sa của sông Cửu Long Địa hình tương đối bằng phẳng hơi nghiêng ra biển với độ dốc không đáng kể Trên toàn ĐBSCL, tầng bồi tích được hình thành thuộc thời kỳ cận

đại, trầm tích kỷ Đệ tứ khoảng 10.000năm (thời kỳ Holocene), chủ yếu là trầm tích tam giác châu có chiều dày thay đổi khá lớn

1.1.1.1 Cấu tạo địa tầng

Theo Nguyễn Thanh [28], về mặt địa tầng chia ra làm 2 phạm vi địa tầng khá

rõ rệt bao gồm (hình 1.2):

Hình 1.2 Cột địa tầng ở ĐBSCL

- Tầng bồi tích trẻ hay tầng trầm tích Holocene được chia thành 3 bậc:

+ Bậc Holocene dưới giữa QIV-1 gồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lổ Pleistocene, chiều dày đạt tới 12m

+ Bậc Holocene giữa QIV-2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10÷70m

+ Bậc Holocene trên QIV-3 gồm các tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành thành phần vật chất và diện phân bố, gồm:

•Tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật: mQIV-3, ambQIV-3 gồm hạt cát mịn, bùn sét hữu cơ

•Tầng trầm tích sinh vật-đầm lầy ven biển bamQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ, than bùn

•Tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp và sinh vật ambQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ

•Tầng bồi tích aQIV-3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ Chiều dày của lớp trầm tích Holocene trên biến đổi từ 9÷20m, trung bình 15m

và toàn bộ chiều dày của 3 tầng Holocene đạt tới 100m

- Tầng bồi tích cổ hay trầm tích Pleistocene: Tầng này gồm có 3÷5 tập hạt mịn xen kẹp 3÷5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với Pleistocene trên, giữa, dưới, có chiều dày thay đổi từ 4÷85m

1.1.1.2 Đất yếu ở ĐBSCL

- Sự phân bố đất yếu: Qua nghiên cứu cấu tạo địa tầng ĐBSCL cho thấy gần

như có thể gặp đất yếu ở toàn vùng Căn cứ theo đặc trưng thành phần thạch học, điều kiện địa chất công trình và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau (hình 1.3):

+ Khu vực I: Vùng đất sét màu xám nâu, xám vàng (bmQIV): Đất á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu và chiều dày không quá 5m Sức chịu tải của nền tương đối tốt trừ các khu vực đất yếu thì phải gia cố nền khi xây dựng công trình

+ Khu vực II: Đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát (a,amQIV) xen kẹp với các lớp

•Phân khu IIc: Đất bùn như phân khu IIa, IIb, có chiều dày không quá 25m

•Phân khu IId: Đất bùn như các phân khu IIa, IIb, IIc đã nêu ở trên Bề dày tầng đất yếu nhỏ hơn 30m

Hình 1.3 Phân vùng đất yếu ở ĐBSCL

+ Khu vực III: Vùng cát hạt mịn, á cát, xen kẹp ít bùn á cát Chúng được chia

thành các phân khu như sau:

•Phân khu IIIa (m, am, abm QIV): Á cát, cát bụi, xen kẹp ít bùn sét, bùn á sét, bùn á cát nằm trực tiếp trên nền trầm tích nén chặt QI-III, chiều dày tầng trầm tích yếu ở đây không quá 60m

•Phân khu IIIb: Tính chất và đặc trưng giống như Phân khu IIIa, nhưng chiều

dày tầng Holocene không quá 100m

• Phân khu IIIc: Tính chất và đặc trưng giống như Phân khu IIIa, IIIb, nhưng

chiều dày của tầng Holocene không quá 25m

+ Khu vực IV: Khu vực này thường gặp các loại điển hình là đất than bùn xen

kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi và á cát, được chia thành các phân khu như sau:

•Phân khu IVa (mbQIV): Đất than bùn, sét, bùn á sét thuộc tầng đất yếu Holocene có chiều dày không quá 25m, gối lên nền trầm tích chặt QI-III.

•Phân khu IVb (abm QIV): Đất than bùn, bùn sét, bùn á sét thuộc tầng

Holocene, chiều dày của lớp đất này không quá 50m phủ trên tầng QII-III và N2

+ Khu vực V: Bùn á sét và bùn cát ngập nước gồm bùn, than bùn, có thể dày

từ (5÷10)m đến (40÷50)m, gối lên nền đất chặt QII-III

- Đặc trưng cơ lý của đất yếu (tầng trầm tích mới) ở ĐBSCL

Lớp đất yếu có chiều dài khá lớn và các công trình xây dựng đều liên quan đến lớp đất yếu này nên việc nghiên cứu tầng trầm tích mới này là cần thiết Các số liệu chi tiết được trình bày trong nhiều tài liệu nghiên cứu đã được công bố [13], [18], [22], [28], [30] Ở đây chỉ trình bày chỉ tiêu cơ lý các lớp đất sét yếu và lớp bùn:

+ Chỉ tiêu cơ lý lớp đất sét yếu

Theo Nguyễn Văn Thơ [30], đặc trưng cơ lý đất sét yếu ở ĐBSCL như sau:

• Lớp sét hữu cơ: có hàm lượng hạt sét chiếm tới (40÷70)%, hàm lượng hữu

cơ thường gặp là (2÷8)%, các chất hữu cơ đã phân giải ở dạng than bùn Đất rất Nm, thường bão hòa nước, các chỉ tiêu cơ lý được trình bày ở bảng 1.1 và bảng 1.2

• Lớp đất sét không lẫn chất hữu cơ: lớp đất khá dày xuất hiện ở độ sâu khác

nhau, càng gần ven biển, lớp đất sét càng nằm sâu cách mặt đất thiên nhiên, có chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi được trình bày ở bảng 1.3 đến bảng 1.5

Bảng 1.2 Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét hữu cơ

Bảng 1.3 Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét không lẫn chất hữu cơ

14 , 0

−Lớp đất bùn á

16

14 , 0

−

Bảng 1.6 Chỉ tiêu biến dạng và hệ số thấm của đất bùn ở một số tỉnh ở ĐBSCL

Địa điểm Loại đất

Chiều sâu (m)

1.1.2 Tình hình ngập lũ ở ĐBSCL

1.1.2.1.Tổng quan về tình hình ngập lũ ở ĐBSCL

Hình 1.4 Bản đồ phân vùng ngập lũ ĐBSCL

Lũ ở ĐBSCL là một hiện tượng thường xuyên xảy ra hàng năm Thông thường

lũ bắt đầu từ cuối tháng 7 đầu tháng 8 và đạt đỉnh lũ cao nhất vào cuối tháng 9, đầu

tháng 10 Thời gian ngập lũ tùy nơi có thể kéo dài từ 2 đến 5 tháng Vùng ngập lũ ĐBSCL bao gồm các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang và phần lớn diện tích của tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long và Cần Thơ (hình 1.4)

1.1.2.2 Phân vùng ngập lũ

- Khu vực ngập lũ trên 3m: Diện tích khoảng 2.641km2, chiếm diện tích 13.5% diện tích bị ngập, thuộc 4 huyện của tỉnh Đồng tháp là Tân Hồng, Hồng Ngự, Tam Nông, Thanh Bình và 4 huyện của tỉnh An Giang là thị xã Châu Đốc, An Phú, Tân Châu, Châu Phú

- Khu vực ngập sâu từ 2-3m: Diện tích khoảng 3.145km2, chiếm 16,1% diện tích vùng ngập, thuộc 3 huyện của tỉnh An Giang, (Chợ Mới, Châu Thành, Thoại Sơn), 1 huyện của tỉnh Đồng Tháp (huyện Tháp Mười) và 2 huyện của tỉnh Long

An (Vĩnh Hưng và Mộc Hoá)

- Khu vực ngập từ 1-2m: Diện tích khoảng 7.483km2, chiếm 37,3% diện tích

bị ngập Phần lớn diện tích này nằm trong khu vực ngập thuộc 6 tỉnh Long An, Tiền

Giang, Đồng Tháp, An Giang, Cần Thơ và Kiên Giang

- Khu vực ngập dưới 1m: Diện tích khoảng 6.487 km2, chiếm 33,1% diện tích vùng ngập, bao gồm phần còn lại nằm về phía Nam vùng ngập lũ

1.1.2.3 Ảnh hưởng của ngập lũ lên công trình

Sự tác động của ngập lũ lên công trình bờ kè ven sông thông qua các yếu tố: Mực nước dâng cao sẽ tạo áp lực thủy tĩnh và khối đất nằm trong mực nước dâng lên sẽ bị đNy nổi, độ Nm trong khối đất nền bên trên tăng lên và tốc độ dòng chảy tăng cao gây xói lở và tạo áp lực thủy động

Xét về mặt cơ học, có thể phân tích tác dụng của lũ đối với công trình TCB định tính như sau (hình 1.5):

- Tác dụng tĩnh

+ Khi mực nước lũ cao

Khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định trước khi lũ xảy ra sẽ bị đNy nổi Khi đó, áp lực đất do khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ được tính với trọng lượng thể tích đất γ’< γ và có giá trị nhỏ hơn so với điều kiện bình thường

+ Khi nước lũ rút

Khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ khơng bị đNy nổi và trong trường hợp khả năng thốt nước sau tường khơng tốt sẽ làm mực nước sau tường cao hơn mực nước trước tường Khi đĩ, áp lực đất và nước tác dụng lên sau tường

sẽ tăng lên và điều này gây bất lợi cho ổn định của tường

Mực nước tự nhiên Mực nước ngầm

Mặt đất nạo vét Hệ tường cọc bản

( a) Công trình và đất nền trước khi có lũ

Mặt đất

Đất bão hòa nước

(b) Khi lũ dâng cao

Hệ tường cọc bản

Vị trí có khả năng bị xói lở

Đất không thay đổi độ ẩm Đất bị đẩy nổi, độ ẩm tăng Mực nước lũ

Mực nước tự nhiên Hệ tường cọc bản

Đất không thay đổi độ ẩm

Độ ẩm tăng

(c) Sau khi lũ rút

Đường bão hòa gây áp lực nước thuỷ động

Hình 1.5 Mơ tả tác động của lũ lên cơng trình và đất nền

- Tác dụng động

+ Khi lũ cao

• Vận tốc dịng nước lớn gây xĩi lở bờ sơng Đối với cơng trình TCB, sự ổn định của tường nhờ vào áp lực bị động trước tường và nếu bị xĩi lở phần mặt đất

nạo vét trước tường sẽ làm giảm đi áp lực đất bị động và điều này làm tăng bất lợi cho công trình

• Nước lũ chảy với tốc độ lớn sẽ tác động vào công trình cũng như khối đất trước và sau tường Tùy thuộc vào hướng dòng chảy đối với công trình mà xem xét

cụ thể những tác động lên công trình TCB bảo vệ bờ sông

+ Khi lũ rút

•Khi có sự chênh lệch cột nước trước và sau tường ngoài áp lực nước thủy tĩnh còn tạo thêm áp lực động của dòng nước ngầm Điều này làm tăng thêm áp lực vào tường Áp lực này gây nguy hiểm cho sự ổn định của tường

Qua phân tích định tính trên, nhận thấy nếu không xét đến tác động của dòng nước lũ lên công trình và nền đất trước TCB được thiết kế đảm bảo khả năng chống sạt lở, các công trình TCB bảo vệ bờ sông cần tính toán kiểm tra ứng với trường hợp nguy hiểm nhất là khi lũ rút nhanh

Công tác khảo sát địa chất công trình nên được tiến hành sau khi lũ rút Lúc

đó, các chỉ tiêu cơ lý của đất khi sử dụng tính toán sẽ thiên về an toàn cho công trình

1.1.3 Tình hình sạt lở đất ven sông ở ĐBSCL

1.1.3.1 Tổng quan về tình hình sạt lở đất ven sông ở ĐBSCL

Hình 1.6 Vị trí các điểm sạt lở sông Cửu Long trước năm 2000

Qua kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học [15], [20], [30] cho thấy sông Tiền và sông Hậu là hai con sông có quy mô, tốc độ sạt lở bờ lớn nhất đã gây nhiều thiệt hại về người, vật chất và tình hình sạt lở tiếp tục phát triển nhanh hơn Các nhà khoa học trong nhiều năm đã xác định được vị trí, phạm vi, tốc độ của 68 điểm sạt

lở, dọc theo tuyến bờ sông Tiền và sông Hậu được trình bày ở hình 1.6 và bảng 1.7 Bảng 1.7 Tổng hợp các khu vực bị sạt lở

Chiều dài sạt

lở

Chiều rộng sạt lở sâu vào

Bờ phải sông Hậu

(a) (b)

Hình 1.7 (a,b) Hình ảnh tiêu biểu cho sự sạt lở bờ sông Cửu Long

1.1.3.2 Nguyên nhân gây sạt lở

- Nguyên nhân sạt lở:

Quá trình lở và bồi của hệ thống là những hiện tượng bình thường và diễn ra theo một quy luật nhất định, song do tác động của con người đã làm tăng hoặc chậm tốc độ diễn biến của quy luật Qua nghiên cứu [15], [20], [30] cho thấy sự sạt lở bờ sông ở ĐBSCL có nhiều nguyên nhân khác nhau và có thể phân chia như sau:

+ Nguyên nhân khách quan

•Sự sạt lở bờ cũng như bồi tụ lòng sông là do hiệu quả tương tác giữa dòng chảy với lòng sông kèm theo là lượng cát bùn được đào bới, vận chuyển và tích tụ bồi đắp thành những cồn mới Chính những cồn cát mới làm thay đổi tiết diện và hướng dòng chảy gây nên hiện tượng bồi, lở

•Việc làm thay đổi sự phân bố lượng nước trong không gian và thời gian cũng ảnh hưởng đến xu thế bồi xói lòng sông Hiện tại, các nhánh sông Tiền từ Mỹ Thuận trở xuống có xu thế tăng xói trong khi đó các cửa sông Hậu có xu thế bồi

• Bờ sông được cấu tạo bởi các lớp đất có tính cơ lý thấp, liên kết yếu, nên

các hạt đất dễ bị cuốn theo dòng nước

• Lũ lớn, triều cường, mưa cường độ lớn, gió xoáy, lốc xoáy, sóng do gió bảo

•Tình trạng nước ngầm với đường bão hòa cao làm nhão khối đất nền cũng khiến cho bờ kháng lại các tác nhân gây xói lở yếu đi Điều này giải thích các sự cố

hay xảy ra khi lũ rút và ở cửa sông ảnh hưởng triều là khi triều rút

• Chuyển động tân kiến tạo cũng làm cho xu thế bồi lắng và xói lở thể hiện rõ trong thời gian dài Các sông Tiền, sông Hậu và các cửa sông Cửu Long đều nằm trùng hoặc gần trùng với các đứt gãy của tân kiến tạo

+ Nguyên nhân chủ quan

Tác động của con người đang là một yếu tố ngày càng có vai trò rõ nét

• Xây dựng các công trình ven sông có tải trọng lớn ven sông thậm chí với tải

trọng động (giao thông, máy động lực…) Hoạt động san lấp lấn chiếm lòng sông, ven sông để xây nhà, bến cảng, nuôi trồng thủy sản (nuôi cá trên bè) Khai thác đất ven sông như đào đất sét làm gạch ở Sa Đéc (Đồng Tháp), Vĩnh Long

• Phá rừng đầu nguồn làm cho dòng chảy lũ cao hơn, lượng phù sa lớn hơn và làm biến đổi lòng dẫn ác liệt hơn; khai thác cát sỏi trong dòng sông bừa bãi, quá mức; khai thác sử dụng nước sông, làm thêm đê đập điều tiết nước đầu nguồn

• Giao thông thủy với mật độ lớn, bằng những phương tiện cơ giới và công suất ngày càng lớn và chính sóng các chân vịt đã góp phần thường xuyên gặm nhấm

bờ sông, tạo hàm ếch làm sạt lở lớn

Nguyên nhân gây nên sạt lở bờ sông ở ĐBSCL rất đa dạng, phức tạp và có thể

là tổ hợp của nhiều nguyên nhân nói trên

•Dạng xói rửa, sạt lở bề mặt: đoạn sông Tiền từ Mỹ Tho ra biển, đất nền chủ

yếu là đất dính, kết cấu kém và do tác động thủy triều và sóng thường xảy ra dạng xói lở từ từ các lớp đất dính ở trên bề mặt

•Dạng sụp đổ bờ sông theo chu kỳ: Sông Tiền đoạn từ Tân Châu đến Vĩnh

Long: đất nền ven sông có lớp cát trung đến mịn nằm cách mặt đất tự nhiên từ

7÷25m, ở giữa mặt đất và đáy sông Lớp cát này bị trôi đi theo chu kỳ, tạo hàm ếch

và gây sụp lở rất nguy hiểm

1.1.2.4 Những giải pháp làm giảm nhẹ thiệt hại do sạt lở bờ sông

Nhiều năm qua đã có nhiều công trình nghiên cứu tìm ra giải pháp làm giảm nhẹ thiệt hại do hiện tượng sạt lở bờ sông gây nên Các giải pháp đề xuất có thể phân thành hai loại: giải pháp phi công trình và giải pháp công trình Các giải pháp

cụ thể thể hiện qua hình 1.9 [20]

Hình 1.9 Các giải pháp phòng chống giảm nhẹ thiên tai do hiện tượng sạt lở Trong giải pháp bảo vệ tại chỗ, có 2 giải pháp ứng với 2 dạng sạt lở:

- Sạt lở bề mặt mái dốc, xói rửa: Đây là khu vực các đoạn sông gần ven biển

Sự sạt lở chủ yếu do tác động của sóng và thủy triều Do vậy biện pháp bảo vệ cần thỏa mãn các yêu cầu như mặt mái dốc phải được bảo vệ trong phạm vi tác động của sóng và thủy triều, vật liệu bảo vệ mái dốc phải có sự liên kết với nhau và gắn chặt vào bờ dốc để không cho sóng và triều cuốn đi và vật liệu bảo vệ nên nhẹ, không vượt quá khả năng chịu tải của đất nền yếu

Trong trường hợp này, người ta thường dùng tấm lát bê tông hoặc trồng cây chịu nước mặn để bảo vệ bờ

- Sạt lở theo chu kỳ dạng hàm ếch: Bảo vệ sạt lở dạng này phức tạp hơn vì

chiều sâu xử lý sâu hơn và tốn kém Phương hướng giải quyết chủ yếu là tìm cách bảo vệ, chống xói lớp cát nằm ở bờ dốc gần đáy sông Giải pháp cụ thể được đề xuất như dùng TCB đóng sâu vào trong vào tầng đất dính dưới lớp cát và bảo vệ che chắn lớp cát, khoan phụt vữa xi măng, dung dịch silicat để làm cho lớp cát liên kết thành khối cứng chặt, chịu được tốc độ gây xói của dòng chảy

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẢO VỆ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở ĐBSCL

1.2.1 Đặc điểm công trình TCB bằng vật liệu BTCT

Công trình bờ kè TCB bằng vật liệu BTCT có nhiều ưu điểm hơn so với các loại vật liệu khác và ngày càng được sử dụng phổ biến như thời gian sử dụng lâu dài hơn, khả năng chịu lực và chống nứt lớn Tuy nhiên TCBBTCT cũng có một số nhược điểm như trọng lượng cọc khá lớn, tốn nhiều thép để tăng khả năng chịu tải

và chống nứt trong quá trình vận chuyển và thi công; việc thi công bằng búa đóng thường làm cho mối nối giữa các cọc khó đảm bảo độ kín và TCB không đạt độ thNm mỹ và kỹ thuật như thiết kế Thời gian gần đây với sự phát triển công nghệ chế tạo TCBBTCTULT được thi công bằng búa rung kết hợp với xói nước đã khắc phục được những nhược điểm trên và được sử dụng ngày càng trở nên phổ biến

1.2.2 Các dạng công trình TCBBTCT được sử dụng phổ biến

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình và đất nền mà trong thực tế có thể thiết kế xây dựng dạng công trình TCB không neo hoặc TCB có neo

1.2.2.1 Dạng TCB không neo

Hình 1.10 TCB không neo

Để đơn giản trong tính toán, người ta thường sử dụng sơ đồ TCB có 1 neo, đầu

tự do để tính toán các thông số TCB nhưng khi cấu tạo người ta thường tăng chiều sâu chôn cọc nên TCB không còn làm việc dạng đầu tự do như sơ đồ ban đầu mà đầu cọc đã bị ngàm một phần hoặc ngàm hoàn toàn

1.2.2.3 TCBBTCTULT được thi công bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung

TCBBTCTULT được thi công bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung theo sự chuyển giao công nghệ thi công của Nhật Bản ngày càng được sử dụng phổ biến Cọc được thiết kế với tiết diện hợp lý vừa làm tăng khả năng chịu uốn của cọc vừa tiết kiệm được vật liệu; chế tạo tiêu chuNn hóa theo mẫu định hình và vật liệu

sử dụng là BTCTULT; thi công bằng phương pháp trên đảm bảo liên kết giữa các cọc được kín và công trình có tính thNm mỹ cao (hình 1.13, 1.14)

Hình1.13.Kiểm tra tia nước khi thi công Hình 1.14 Bờ kè TCBBTCTULT

1.2.3 Công trình TCBBTCTULT bảo vệ công trình ven sông ở ĐBSCL

1.2.3.1 Tổng quan về các công trình TCB đã được xây dựng ở ĐBSCL

Theo Lê Mạnh Hùng [15], công trình bờ kè có tính chất vĩnh cửu đã được xây dựng ở ĐBSCL không nhiều Từ sau 30/4/1975 đến nay, chỉ có xây dựng một số công trình có tính chất thử nghiệm như bờ kè sông Cổ Chiên ở Vĩnh Long (1996),

bờ kè sông Sa Đéc (1997), bờ kè sông Hậu tại thành phố Long Xuyên (1998) Tuy nhiên gần đây công trình bờ kè sử dụng TCBBTCTULT được thi công bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung đã được triển khai khá nhiều như bờ kè dọc theo đường Nguyễn Công Trứ, đường Hoàng Diệu (thành phố Rạch Giá), bờ kè bến Trần Hầu (thị xã Hà Tiên), bờ kè chống sóng ở Gành Hàu (Bạc Liêu),…

1.2.3.2 Một số sự cố ở các công trình TCBBTCT đã được xây dựng ở ĐBSCL

Trong quá trình xây dựng và khai thác công trình TCBBTCT ở ĐBSCL, một

số công trình ở trong điều kiện bình thường, tuy nhiên một số công trình đã có xảy

ra sự cố Ở đây giới thiệu 2 dạng sự cố điển hình như sau:

•Công trình tường kè Trung tâm Thương mại Trần Hầu (Hà Tiên): sử dụng TCBBTCTULT SW400A, dạng không neo, có chiều dài bờ kè 610m, chiều cao làm việc của TCB từ 5,4m đến 7,4m; chiều dài thiết kế của TCB từ 10÷12m Mặt cắt địa tầng bao gồm 2 lớp đất (hình 1.15):

+ Lớp 1 là lớp đất bùn sét màu xám đen, trạng thái từ chảy đến dẻo chảy, bề dày chênh lệch từ 0,75m đến 4,4m

+ Lớp 2 là lớp đất sét màu xám nâu, nâu đỏ, xám vàng, xám đen, trạng thái từ dẻo mềm đến dẻo cứng, có bề dày chưa kết thúc

-6.00m -4.00m -2.00m -1.00m +0.00m +1.40

L=10.5m DAÀM MUÕ BTCT 60X100

Hình 1.15 Mặt cắt ngang công trình bờ kè bến Trần Hầu (Hà Tiên)

Công trình tường kè được xây dựng xong vào đầu năm 2003 thì bị sự cố Một đoạn tường dài khoảng trên 30m đã bị xụp đổ và một số đoạn còn lại đã bị biến dạng uốn lượn có đầu cừ ngã nghiêng ra bờ sông (hình 1.16, 1.17)

Hình 1.16 Đầu TCB bị nghiêng Hình 1.17 TCB được đóng lùi vào bên trong

•Công trình TCB đường Hoàng Diệu (thành phố Rạch Giá): dạng bằng TCBBTCTULT SW400A có chiều dài l=10m, dạng không neo, có chiều dài 319m, chiều cao làm việc của tường từ 2,5÷4m, được thi công bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung Từ trên xuống gồm 4 lớp đất như sau :