Phân tích ổn định và biến dạng kè tường góc trên nền cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ sông cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH CƠNG THÀNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG KÈ TƯỜNG GÓC TRÊN NỀN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP BẢO VỆ BỜ SÔNG CẦN THƠ Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng(CT) Mã số: 605861 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Đổ Thanh Hải Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Tô Văn Lận Cán chấm nhận xét 2: TS Bùi Trường Sơn Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 03 tháng năm 2014 Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Võ Phán ( Chủ tịch hội đồng ) TS Lê Bá Vinh ( Thư ký hội đồng ) PGS.TS Tô Văn Lận ( Ủy viên hội đồng ) TS Bùi Trường Sơn ( Ủy viên hội đồng ) TS Đỗ Thanh Hải ( Ủy viên hội đồng ) 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 (Họ tên chữ ký) PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) TS Nguyễn Minh Tâm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH CÔNG THÀNH MSHV: 11864455 Ngày, tháng, năm sinh: 24/07/1987 Nơi sinh: HẬU GIANG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (CT) Mã ngành: 605861 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG KÈ TƯỜNG GĨC TRÊN NỀN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP BẢO VỆ BỜ SƠNG CẦN THƠ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tính tốn, đánh giá ổn định cơng trình kè chống sạt lở bờ sơng Cần Thơ phương pháp giải tích - Mô đánh giá khả ổn định công trình điều kiện làm việc đồng thời cọc bêtông phần mềm Plaxis 2D - Kết luận kiến nghị: từ kết tính tốn giải tích mơ phần mềm Plaxis 2D đưa đánh giá cho phương án thiết kế NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỔ THANH HẢI Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS Đổ Thanh Hải CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) TS Nguyễn Minh Tâm LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Đổ Thanh Hải, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình thực luận văn truyền cho kiến thức vô quý giá lòng đam mê nghiên cứu khoa học để tơi thực tốt đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy mơn Địa Cơ Nền Móng, người truyền đạt cho phương pháp tiếp cận giải vấn đề cách khoa học, hành trang q tơi ln gìn giữ sau trường làm việc Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ thời gian học tập làm luận văn tốt nghiệp vừa qua Trân trọng! Học viên Huỳnh Công Thành LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả Huỳnh Cơng Thành MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Tính khoa học thực tiễn đề tài Hạn chế đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH TƯỜNG KÈ VEN SƠNG 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Do địa chất vùng bờ 1.1.2 Do thủy triểu 1.1.3 Do ảnh hưởng lũ 1.1.4 Do hoạt động tàu thuyền 1.1.5 Do hoạt động khác người 1.2 Các dạng tường kè 1.3 Phân loại kè tường góc bê tơng cốt thép 12 1.4 Các dạng ổn định kè tường góc 13 1.5 Một số cố tường kè .14 1.6 Nhận xét 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG KÈ TƯỜNG GĨC TRÊN NỀN CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP 2.1 Phương pháp giải tích .16 2.1.1 Tường chắn 16 2.1.1.1 Sơ lượt tường chắn 16 2.1.1.2 Các loại áp lực 18 2.1.1.3.Phương pháp tính tốn tường chắn 19 2.1.2 Móng cọc .26 2.1.2.1 Sơ lượt móng cọc 26 2.1.2.2 Tính tốn cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 28 2.1.3 Kiểm tra ổn định kè .33 2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 34 2.3 Nhận xét 37 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG KÈ TƯỜNG GĨC TRÊN NỀN CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP BẢO VỆ BỜ SÔNG CẦN THƠ 3.1 Đặt vấn đề 38 3.2 Giới thiệu cơng trình 38 3.3 Đặc điểm địa hình – địa chất cơng trình 38 3.3.1 Điều kiện địa hình - thủy văn .38 3.3.2 Điều kiện địa chất 39 3.4 Phân tích ổn định biến dạng tường kè phương pháp giải tích .40 3.4.1 Cấu tạo cơng trình kè bảo vệ bờ sơng Cần thơ .40 3.4.2 Các trường hợp tính tốn áp lực ngang 43 3.4.3 Các tải trọng đứng .48 3.4.4 Kiểm tra ổn định lật tường chắn 49 3.4.5 Kiểm tra ổn định 52 3.4.5.1 Tính tốn ứng suất 52 3.4.5.2 Kiểm tra cường độ đất đáy tường 56 3.4.6 Chuyển vị công trình 56 3.4.7 Kiểm tra ổn định đất quanh cọc .58 3.5 Phân tích ổn định biến dạng tường kè phương pháp PTHH 65 3.5.1 Các thông số đất theo mơ hình Hardening-Soil 65 3.5.2 Mơ tính tốn 67 3.5.3 Kết tính tốn 70 3.6 Nhận xét 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 78 Kiến nghị 78 Hướng nghiên cứu .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thành phố Cần Thơ có vị trí địa lý nằm trung tâm vùng Đồng sông Cửu Long, cửa ngõ giao lưu vùng Tây Nam sông Hậu với vùng Tứ giác Long Xuyên, vùng Bắc sơng Tiền vùng trọng điểm kinh tế phía Nam Đặc biệt, với tuyến giao thông huyết mạch như: quốc lộ 1A; quốc lộ 91; cầu Cần Thơ; cảng Cần Thơ; cảng Cái Cui; sân bay Trà Nóc; ngồi Cần Thơ đầu mối hệ thống giao thông thủy quan trọng khu vực Đồng sông Cửu Long nước Nên tượng sạt lở bờ sông diễn phổ biến làm ảnh hưởng không nhỏ đến an tồn cho cơng trình ven bờ khơng có biện pháp bảo vệ hợp lý Việc tìm giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất khu vực, đảm bảo ổn định, kinh tế mỹ quan yêu cầu đặt người làm cơng tác xây dựng Kè tường góc cọc bê tông cốt thép giải pháp sử dụng phổ biến ĐBSCL để giải vấn đề Hiện có nhiều cơng trình thiết kế thi cơng chưa phân tích tính tốn kỹ lưỡng, việc kiểm tra ổn định cơng trình để đưa kiến nghị trước thi công đưa vào sử dụng vấn đề cấp thiết Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu phân tích ổn định tường kè bảo vệ cơng trình ven sông với điều kiện tự nhiên địa chất thực tế Ứng dụng phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích tính tốn Đối với phương pháp giải tích hệ kè chia thành tường chắn cọc dể tính tốn Đối với phương pháp phần tử hữu hạn hệ kè đất mơ đồng thời mơ hình Hardening-Soil phần mềm Plaxis 2D để phân tích tính tốn ổn định biến dạng Từ kết tính tốn đưa đánh giá phương án thiết kế.nhằm kiến nghị giải pháp an toàn, kinh tế đầu tư Luận văn bao gồm nội dung sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan ổn định cơng trình tường kè ven sơng -2- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định biến dạng kè tường góc cọc bê tơng cốt thép Chương 3: Phân tích ổn định biến dạng kè tường góc cọc bê tơng cốt thép bảo vệ bờ sông Cần Thơ Kết luận kiến nghị Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp phân tích ổn định kè theo tiêu chuẩn nước tính tốn theo sơ đồ giải tích Mơ tính tóan phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm tính tốn Plaxis để mơ phân tích ổn định biến dạng cho cơng trình kè bảo vệ bờ sơng Cần Thơ Tính khoa học thực tiễn đề tài Xác định giải pháp có lợi mặt kinh tế kỹ thuật để bảo vệ bờ sơng, góp phần xây dựng giải pháp xử lý bảo vệ cơng trình ven sơng đất yếu Thành phố Cần Thơ nói riêng Đồng sơng Cửu Long nói chung, đặc biệt cơng trình khu thị địi hỏi cao mỹ quan Tạo điều kiện thuận lợi để khai thác giao thông thủy khu vực, phát triển khu công nghiệp ven sông, thúc đẩy phát triển kinh tế Hạn chế đề tài Việc phân tích ổn định cho phân đoạn từ KT3+135 đến KT4+063 cơng trình bờ kè trái thuộc dự án kè sông Cần Thơ chưa cho thấy ổn định tổng thể tồn tuyến kè Do đó, đánh giá đưa áp dụng cho đoạn kè - 69 - Eoedref [kN/m²] 893 3349 5376 Eurref [kN/m²] 11643 27918 23793 c’ [kN/m²] 8.3 23.4 35.1 ’ [°] 23.06 o 25.62o 25.97o Ta khai báo lớp đất cát san lấp theo mơ hình Mohr- Coulomb, thông số sau: unsat = sat = 16[kN/m³]; kx = ky = 0.86 m/day; E50ref = 1.5 104 [kN/m²];  =0.3; c= [kN/m²];  = 30o Ngoài ra, ta tạo interface bề mặt tường vây lớp đất Bảng 3.6: Thông số tường kè cọc Thông số Model Tường kè Cọc Elastic - Plate Elastic -Plate EA [kN/m] 1.16E+04 3.55 E+5 EI [kN m²/m] 1.55E+05 49.97 w [kN/m/m] 2.8 1.016 ν - 0.2 0.2 Mơ trình tự bước thi cơng Các bước tính tốn biến dạng, ứng suất cơng trình thực theo bước sau: Bảng 3.7: Mô trình tự thi cơng cơng trình Bước tính tốn Phase Nội dung công việc Phase Thi công tường kè Phase San lấp mặt Phase Tải thi cơng hồn thiện cơng trình Thi cơng cọc - 70 - 3.5.3 Kết tính tốn Hình 3.12 Chuyển vị tổng thể lớn đất Umax = 8,87 cm Hình 3.13 Chuyển vị ngang lớn đất Umax = 7,736 cm - 71 - Hình 3.14 Chuyển vị thẳng đứng lớn đất Umax = 7,015 cm Hình 3.15 Chuyển vị tổng thể lớn kè Umax = 7,817 cm - 72 - Hình 3.16 Chuyển vị ngang lớn kè Umax = 7,735 cm Hình 3.17 Chuyển vị đứng lớn kè Umax = 1,125 cm - 73 - Hình 3.18 Chuyển vị tổng thể lớn cọc Umax = 3,704 cm Hình 3.19 Chuyển vị ngang lớn cọc Umax = 3,686 cm - 74 - Hình 3.20 Chuyển vị đứng lớn cọc Umax = 0,588 cm Hình 3.21 Mo men lớn kè Mmax = 65,85 KNm.m - 75 - Hình 3.22 Lực cắt lớn kè Qmax = 69,37 KN/m Hình 3.23 Lực dọc lớn kè Nmax = 41,71 KN/m - 76 - Hình 3.24 Mo men lớn cọc Mmax = 2,79 KNm/m Hình 3.25 Lực cắt lớn cọc Qmax = 10,66 KN/m - 77 - Hình 3.26 Lực dọc lớn cọc Nmax = 124,39KN/m 3.6 Nhận xét Qua tính tốn phân tích kè tường góc cọc bê tơng cốt thép bảo vệ bờ sông cần thơ cho kết sau: - Chuyển vị ngang đỉnh kè: - Chuyển vị ngang đỉnh cọc: 7,735 cm 3,686 cm - 78 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết tính tốn giải tích cách cắt 1m kè phương pháp phần tử hữu hạn cụ thể mô plaxis 2D để đánh giá khả ổn định biến dạng công trình kè tường góc cọc bê tơng cốt thép bảo vệ bờ sông Cần Thơ ta rút số kết luận sau : - Chuyển vị ngang lớn kè Ux = 7,735cm gần chuyển vị tổng thể lớn kè Umax = 7,817cm chuyển vị đứng lớn kè Uy = 1,125cm nhỏ nhiều lần so với chuyển vị ngang Cho nên thiết kế cơng trình kè dạng ta cần phân tích tính toán cẩn thận việc ổn định theo phương ngang - Chuyển vị ngang đỉnh cọc từ kết mô làm việc đồng thời bê tông cọc plaxis 2D 3,686cm > 2,966cm kết tính tốn giải tích Chuyển vị ngang phương pháp