Nghiên cứu các nguyên nhân gây mất ổn định đối với các công trình ven sông ở tp hồ chí minh và biện pháp bảo vệ đề nghị

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỞ ĐẦU Tốc độ xây dựng thành phố Hồ Chí Minh năm gần phát triển nhanh so với khu vực khác nước.Tuy nhiên , quản lý không khoa học quyền địa phương : nạn khai thác cát bừa bãi sông thuộc hệ thống sông Đồng Nai chảy ngang thành phố, nạn xây dựng trái phép lấn chiếm bờ sông dẫn đến sạt lở bờ sông, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định công trình có tải trọng lớn ven sông Mặt khác công trình bảo vệ bờ sông sơ sài điều kiện tài chánh nhận thức chủ quan tính an toàn công trình bờ Đã có nhiều cố đáng tiếc xảy làm tổn thất vật chất người Điển hình vụ sạt lở bán đảo Thanh Đa, An khánh quận 2… Ngoài tính ổn định công trình tính lún, kết cấu công trình ven sông, cần phải xem xét cách nghiêm túc tính ổn định chung hệ thống : công trình bờ hệ thống bảo vệ bờ Tìm hiểu nguyên nhân biện pháp khắc phục tác nhân gây ổn định công trình Từ , có kết bổ ích để phục vụ cho việc xây dựng công trình ven sông thành phố khu vực ven sông khác an toàn CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Ở VIỆT NAM VÀ CÁC NƯỚC I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TP HỒ CHÍ MINH Thành phố Hồ Chí Minh có hệ thống sông rạch tương đối dày đặc Đặc biệc sông Sài Gòn chảy ngang Thành phố tao cảnh quan đẹp Vì khu đất dọc theo hai bên bờ sông tương lai nơi lý tưởng để xây dựng công trình lớn phục vụ cho sản xuất, kinh doanh.Tuy nhiên tình hình nay, sở hạ tầng thành phố lạc hậu nhiều so với nước khu vực Do yếu chồng chéo chức quản lý ban ngành Dẫn đến tình trạng xây dựng bừa bãi, tự phát Các công trình ven sông tình trạng Hệ thống kè bảo vệ bờ sông xây dựng không đồng Chỉ có số nơi có công trình lớn hệ thống kè đá hộc, cừ tràm, bao cát hệ thống chắn đất làm để bảo vệ cục khu vực Ví dụ : Bán đảo Thanh Đa có vài đoạn kè bảo vệ khu vục có nhà chung cư Khu biệt thự An khánh : bờ sộng bào vệ hệ thống cọc bêtông liên kết với dalle chắn đất Hệ thống cụm cảng dọc theo sông Sài gòn : Tân Cảng , Cảng Bến nghé, Cảng Sài gòn, Tân Thuận… tình trạng tương tự Song song xây dựng lấn chiếm sông phục vụ cho nhu cầu nhà , bến bãi , sở sản xuất nạn khai thác cát bừa bãi , không kiểm soát sông thuộc hệ thống sông Đồng Nai Đã có ảnh hưởng lớn đến tính ổn định bờ sông, dẫn đến ổn định công trình ven sông Hình : Hàng Rào khu biệt thự An phú có nguy bị sập không bảo vệ II ĐẶC ĐIỂM CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ Ở CÁC NƯỚC CÓ LĨNH VỰC XÂY DỰNG PHÁT TRIỂN Ở nước có lónh vực xây dựng phát triển : Anh, Pháp, Mỹ, c… Các công trình xây dựng ven sông biển khảo sát , thiết kế thi công cách cẩn thận Vì đa số công trình cao tầng, tải trọng lớn nên vấn đề bảo vệ ổn định khu vực xây dựng quan tâm hàng đầu Sự ổn định tuyến bờ ảnh hưởngđến công trình Ngoài việc làm kè đá bảo vệ mái dốc bờ sông, người ta cho xây dựng loại tường chắn đất, tường cọc Bêtông cốt thép cọc thép, tùy theo khu vực xây dựng.Đặc biệc Cọc thép sử dụng phổ biến cho các công trình : mố trụ cầu, lối vào đường hầm… I.3 ĐẶC ĐIỂM VỀ NĂNG LỰC THI CÔNG VÀ TÀI CHÍNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TP HỒ CHÍ MINH Các công ty xây dựng thành phố có đủ khả thi công công trình có tải trọng lớn nhà cao tầng, bến cảng liền bờ… Cũng hệ thống bảo vệ tuyến bờ sông công trình nêu Tuy nhiên tài hạn hẹp chủ quan chủ đầu tư nên hệ thống công trình bảo vệ bờ sông nơi có công trình thi công cách sơ xài Không có nghiên cứu nghiêm túc đến tính ổn định trượt công trình bờ hệ thống bảo vệ Chủ yếu họ thi công kè đá, hệ thôùng cừ tràm bao cát, hệ thống cọc bê tông liên kết với dalle… Để đối phó với xói lỡ bờ dòng chảy thời Chính đầu tư không mức xem nhẹ hệ thống bảo vệ công trình nên xảy nhiều cố đáng tiếc người, vật chất… Ở đồng sông Cửu Long có nhiều nơi bị sạt lở địa chất thủy văn phức tạp Có nơi bị sạt lở ăn sâu vào đất liền hàng trăm mét Tân Châu Thực tế vấn đề bảo vệ bờ sông khỏi bị sạt lở tốn Tuy nhiên có vị trí quan trọng bắt buộc phải có biện pháp bảo vệ cách an toàn kinh tế Bến phà Cần thơ thi công gia cố mạn bờ phía hạ lưu hệ thống cừ thép Vì dòng chảy nơi mạnh, gây xói lở nghiêm trọng, ảnh hưởng đến công trình bờ.Phương án dùng tường cọc thép vừa thi công nhanh, tính an toàn cao , hiệu Nguyên nhân gây hư hỏng công trình ven sông xói lở bờ Ta phân tích kỹ chương sau CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH VEN SÔNG,ĐẤT YẾU VEN SÔNG, LÝ THUYẾT CƠ HỌC ĐẤT VỀ ỔN ĐỊNH I CÁC SỰ CỐ VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH Hiện tượng sạt lở bờ sông dẫn đến sụp đổ công trình bờ thường xảy Ởû thành phố khu vục bán đảo Thanh Đa Điều ảnh hướng đến phát triển chung khu vực Ví dụ : vụ sạt lở gây biến nhà thờ San Mai Thôn, quán cà phê, quán ăn Hoàng Ty Ở đồng sông Cửu Long thường xảy nhiều vụ sạt lở ven sông hàng năm Các công trình tải trọng lớn điều phản ảnh tính chất quan trọng việc bảo vệ tuyến bờ sông, kể nơi có khu vực xây dựng 1/ Mất ổn định điều kiện khách quan, tác động thiên nhiên người 1.1/ Do đất yếu thoát nùc P=KaHγ Hình 2.1 : Sạt lở bờ áp lực ngang nước ngầm đất yếu Khi thuỷ triều rút xuống, mực nước ngầm đất cao mực nước thủy triều đoạn Điều tạo áp lực ngang nước gây En = γh , với áp lục đất Với đất yếu : khả chống cắt yếu, nhỏ tổng áp lực ngang nước đất gây nên dẫn đến tình trạng sạt lỡ bờ Hiện tượng trượt thường xảy lúc triều thấp 1.2 Do tác động dòng chảy vị trí bờ sông Ở đoạn sông cong, phía bờ lõm thường nơi bị xói lỡ tác động dòng chảy nhiều lại tập trung nhiều công trình Do thuận tiện neo đậu gây tải tác động lên bờ Vì ta cần có biện pháp bảo vệ bờ hợp lý đoạn 1.3 Do nạn khai thác cát bừa bãi Nạn khai thác cát sông có chung hệ thống sông Đồng Nai, Sài gòn ảnh hưởng đến tình trạng sạt lở bờ sông, gây ổn định công trình Cao độ đáy sông có nơi thai khác cát bị tăng thêm dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc lòng sông tính chất dòng chảy.Khi cao độ vị trí sông bị tăng nhanh mộ cách bất thường, lượng cát nơi khác theo chiều dòng chảy lấp vào Để ổn định độ dốc chung toàn tuyến sông Việc lượng cát lớn từ nơi di chuyển qua nơi khác làm ổn định bờ sông dọc theo khu vực có thay đổi cao độ đáy sông Ngoài , nơi khai thác cát có nhiều dòng nước xoáy ngầm nguy hiểm.Theo số liệu UBND TP Hồ Chí Minh, riêng công trình nhà người dân, từ năm 1996 đến tăng trung bình 3.1triệu m2/năm Bên cạnh công trình nhà ở, nhu cầu xây dựng khu công nghiệp, nhà cao tầng đai, công trình giao thông….cũng gia tăng Số liệu thống kê chưa đầy đủ Sở Xây Dựng Tp cho thấy , riêng năm 2001 địa bàn Tp có 13.400 công trình 676 dự án cấp phép với tổng diện tích sàn xây dựng triệu m2 Khối lượng thực tế cao nhiều xây dựng trái phép.Theo nhà nghiên cứu địa chất, vòng năm qua , công trình sử dụng 50 triệu m3 cát vàng lấy chủ yếu từ sông Đồng Nai phần sông Sài gòn; chưa kể lượng đất đá cát lấy từ khu vực khác.Theo số liệu dự báo viện Quy Hoạch TP.HCM, khối lượng cát phục vụ cho việc san lấp mặt theo quy hoạch phát triển Tp đến năm 2005 lên đến 40 triệu m3 miền đông Nam bộ, nguồn cát vàng chủ yếu tập trung tuyến sông Đồng Nai, dọc từ Tân Uyên đến cầu Đồng Nai từ cầu Đồng Nai đến Nhà Bè m1 m2 ∆H mặt cắt ngang sông sau thời gian bị khai thác cát lượng cát nơi kh ác đổ mặt cắt dọc đáy sông sau thời gian bị khai thác cát Theo số liệu khảo sát năm 1995, trữ lượng cát tuyến sông khoảng 45 triệu m3 dự báo đến năm 2000, nguồn cát cạn kiệt Tính đến thời điểm nay, thực trạng khai thác cát độ sâu cho phép sông Đồng Nai mức báo động.Trên đoạn Tân Uyên phía cầu Đồng Nai , độ sâu cho phép khai thác không vượt –8m có chổ bị khai thác đến - 24m Hiện theo số liệu thống kê ngày có khoảng 2000m3 cát khai thác sông Thực tế, nguồn cát sông Đồng Nai bị chặn công trình thủy điện Trị An.Do nguồn cát bổ sung cho sông bị chặn Nếu tình trạng khai thác cát tiếp diễn tốc độ sạt lở bờ tăng Đây nguyên nhân quan trọng gây ổn định cho công trình bờ 1.4 Do xây dựng lấn chiếm bờ sông Do thiếu hiểu biết tác động dòng chảy sông nhu cầu ở, kinh doanh người dân Khi xây dựng công trình lấn chiếm sông, họ vô tình làm thay đổi hướng dòng chảy cách đột ngột sông việc xây dựng lấn chiếm bờ sông làm xói lở nghiêm trọng bờ sông , gây ảnh hưởng trực tiếp đến công trình lân cận sạt lở công trình kế bên ăn sâu vào bên bờ Tuyến bờ sông bị lòi lõm, diện tích đất bị thu hẹp dần Công trình lấn chiếm bờ Vùng xoáy gây xói lở bờ Q, V2 >V1 Q, V1 Vùng bờ bị xói tác động dòng chảy Hình : Quán ăn Hoàng Ty – Thanh Đa sau bị sụp xây dựng lấn bờ sông 2/ Mất ổn định chủ quan tính toán ổn định 2.1 Nhược điểm công trình bảo vệ bờ thành phố HCM A/Hệ thống Dalle – Cọc Bêtông: Hiện nhiều khu vực thành phố Hồ chí Minh , phương pháp bảo vệ bờ sông dạng hệ cọc neo, không neo Bêtông cốt thép đóng sâu khoảng cách 3-4 m ,liên kết với Dalle chắn đất phía sử dụng phổ biến Biện pháp bảo vệ có tác dụng tạm thời Họ không lưu ý đến xói lỡ bên dalle, ảnh hưởng bán kính cung trượt tải trọng công trình bờ gây Nhiều nơi xảy nhiều cố hư hỏng hệ thống cọc – dalle Ví dụ : khu vực An khánh, Thủ thiêm Hình 2.3 : Hệ thống Dalle - cọc bêtông bảo vệ bờ sông 10 Kết tính theo phương pháp Fixed earth support lớn nhiều so với phương pháp Free earth support III THIẾT KẾ TƯỜNG CỌC BẢN BẢO VỆ CÔNG TRÌNH KHÁCH SẠN HOÀNG TY – THANH ĐA Ta có mặt cắt địa chất khu vực khách sạn gần Hòang Ty Nhận xét địa chất khu đất: Căn vào kết khoan xác định địa chất gần khu vực Hoàng ty- Thanh đa, kết cho thấy : - Lớp : đất mặt lớp đất cát đắp, chiều dày khoảng 1.5 – 2m - Lớp : bùn sét xám đen bảo hoà có chiều dày lớn từ 28 – 30m - Lớp : Lớp sét xám vàng Lớp bùn sét trạng thái dẻo chải, chịu lực yếu, chiều dày lớn Lực dính c khoảng 0.04kg/cm2 Góc masát khoảng từ 3.1 – Vì dùng cọc đặt vùng đất ta áp dụng sơ đồ tính theo trường hợp cọc sét không thích hợp Do lực 76 dính C nhỏ giá trị : 4c − γH < hay áp lực bị động không xảy Do theo lý thuyết cọc bị chuyển vị xoay ngang.Nếu cắm cọc vào tầng đất sét bên lớp bùn sét không kinh tế chiều sâu lớn Giải pháp thiết kế ban đầu: Ta cắm cọc đến độ sâu L thích hợp, xuyên qua vùng trượt sâu nguy hiểm xảy theo lý thuyết Lắp đặt neo để chống chuyển vị xoay ngang cọc bản(dùng neo ) Kiểm tra nội lực tính toán cọc ,neo, vị trí đặt neo thích hợp Căn vào kết kiểm tra ổn định cung trượt Phương pháp trượt cung tròn Fellenius ta thấy : cung trượt nguy hiểm có vị trí tọa độ tâm (25,0.5) , bán kính cung trượt 3.5m tương ứng độ sâu m kể từ mặt đất bên Các cung trượt có hệ số F = 0.82 – thường có R = 4.6 – 8.8 m ứng với độ sâu 4.1m – 8.3m kể từ mặt đất bên trên.Tâm trượt nguy hiểm nằm tập trung mép cọc Vì vây, dự kiến đặt cọc độ sâu 9m kề từ mặt đất bên Ta tiến hành kiểm tra nội lực Ta tính toán theo ba phương pháp : - Dùng phương pháp cân áp lực tónh theo Culoumb - Dùng phương pháp Tschebotarioff tính áp lực tác dụng lớp đất mềm vào cọc - Dùng phần mềm Soil struct để tính toán nội lực chuyển vị cọc bản, neo Sau tiến hành tính toán thiết kế neo Ta có số liệu lớp đất sơ đồ tính sau : Lớp đất : cát đắp - Dung trọng tự nhiên : γ w = 1.8t / m - Góc ma sát : ϕ = 30 - Lực dính c = Lớp đất : Bùn xét xám, bảo hoà - Dung trọng bảo hoà : γ sat = 1.56t / m - Góc ma sát : ϕ = - Lực dính c = 0.4t / m 1/ Tính theo phương pháp cân áp lực Dự kiến dùng neo để ổn định xoay cọc Vị trí neo thứ nằm cách mặt đất 0.5m Vị trí neo thứ hai nằm cách mặt đất m Hai neo neo chung vào khối neo.Dự kiến chiều dài neo 12 m tính từ cọc hướng vào Hệ số áp lực chủ động lớp cát phía : 30 K a = tn ( 45 − ) = 0.333 77 15m 10m q= 0.5 t/m2 o 7m 2m Cát đắp z A D T1 γ = 1.8 t/m2 ϕ = 30 h1 P1 B T2 1.36t/m2 P2 Bùn sét γ 2= 1.56 t/m2 c = 0.4t/m2 C h2 2.5t/m2 aùp lực ngang tải trọng gây : P1 = k a q = 0.333(0.5) = 0.1665T / m áp lực chủ động điểm B(trong lớp cát) PB = K aγH + p1 PB = 0.333(1.8)2 + 0.1665 = 1.365T / m Lớp bùn sét có góc ma sát nhỏ, ta xem K a = K p = p lực chủ động độ sâu 2m< z < 9m : Pa = ( q + γ H + γ sat z ) − 2c Tương tự , áp lực bị động bên phải cọc: Pp = γ sat z + 2c Tổng áp lực vị trí z > 2m P = Pa − Pp = q + γ H − 4c P = 0.5 + 3.6 − 1.6 = 2.5T / m Nhận xét : p lực gây lớp đất chủ động Tổng áp lực ngang gây lớp đất : P1 = ( 2)(1.1988) + 2(0.1665) = 1.532T / m Tổng áp lực ngang biểu đồ lớp đất : P2 = 2.5(7) = 17.5T / m 78 T1 Khối neo α 2m 12m T2 Hướng neo T2 Trọng tâm biểu đồ áp lực : 0.1665( 2) + 0.5(1.1988)( 2) 23 h1 = = 0.74m 1.532 h2 = 3.5 m Lấy momen quanh điểm neo 1, ∑ M / D = : Ta có Thế vào pt ta : T2 (1.5 cos α ) − (1.5 − 0.74) P1 − (1.5 + 3.5) P2 = 1.5 tan α = = 0.125 ⇒ cos α = 0.992 12 1.532(0.76) + 17.5(5) = 59.58T / m 1.5(0.992) Phương trình cân lực ngang : ∑ Fx = T2 = T1 = P1 + P2 − T2 cos α T1 = 1.532 + 17.5 − 59.58(0.992) = −40.07T / m Nhận xét : Lực neo tính theo phương pháp cân áp lực tónh Coulomb cho trị số lớn 2/ Tính theo PP Tschebotarioff : 79 q= 0.5 t/m2 2m Cát đắp γ = 1.8 t/m2 ϕ = 30 h1 Bùn sét H=6m A T1 γ 2= 1.56 t/m2 c = 0.4t/m2 0.4(γH0+q) P2 P1 T2 B 1.36t/m2 h2 F>1 C Theo quan điểm Tschebotarioff : Lớp đất yếu bên tác động áp lực vào cọc có dạng tam giác ( sơ đồ tính thực nghiệm) với trị số áp lực max qmax = 0.4(γH + q) Với γ , H dung trọng chiều cao lớp đất tốt bên trên, q trọng Momen max xảy cọc có giá trị: M max = 0.067(γH + q) H B Với : - H chiều sâu lớp đất yếu giới hạn bán kính cung trượt có hệ số an toàn F > - B bề rộng cọc bản, B =1 m Ta có : qmax = 0.4(γH + q) qmax = 0.4(3.6 + 0.5) = 1.64t / m P2 = 0.5(1.64)(6) = 4.92T / m Lấy momen quanh điểm neo 1, ∑ M / D = : T2 (1.5 cos α ) − (1.5 − 0.74) P1 − (1.5 + 3) P2 = 1.532(0.76) + 4.92( 4.5) T2 = = 15.66T / m 1.5(0.992) Tính tương tự nhu trường hợp , ta : T1 = P1 + P2 − T2 cos α T1 = 1.532 + 4.92 − 15.66(0.992) = −9.08T / m Nhận xét : - Kết tính toán nội lực theo Tschebotarioff cho kết nhỏ nhiều so với PP cân áp lực tónh theo Coulomb - Lực neo lớn chiều dài cọc lớn Để giảm lực neo, ta cần giảm chiều dài cọc điều ảnh hưởng đến tính ổn định chung hệ Do cần có biện pháp chống trượt Có thể dùng vải địa kỹ thuật, cừ bạch đàn đặt xiên thẳng Giải pháp : Kết hợp hệ cọc gỗ đóng xiên thẳng giảm chiều dài cọc - Hệ cọc gỗ có tác dụng chống trượt cho công trình - Giảm chiều dài cọc nhằm để giảm lực neo, khối lượng bêtông cọc 80 A/Giải pháp : Cọc gỗ đóng xiên 30 chiều dài cọc 4m G rmin Oi A rmax Lớp cát đắp Lớp bùn sét 6.3m Phạm vi cung trượt nguy hiểm Dmax = 8.3m Tâm cung trượt F d = 2m Phạm vi đóng cọc bạch đàn Do bán kính cung trượt nguy hiểm (F Tx = 9.51T Tneo = 1.2 Vậy kích thước neo chọn hợp lý b/Cấu tạo neo : Thanh neo T1 chịu nén với lực nhỏ, ta chọn vật liệu neo Bêtông cốt thép Chọn Cọc Bêtông 20x20 Cốt thép cấu tạo 4Φ12, sắt đai Φ6 khoảng cách 20 cm Thanh nep T2 chịu kéo, chọn thép Φ28 làm neo Kiểm tra khả chịu lực : Thép AII, Rk = 2700kg/cm2 Khả chịu kéo thép Φ28 : 2.8 Fk = 2.7 x3.14( ) = 16.6T Hệ số an toàn : 16.6 f = = 1.5 10.9 CHƯƠNG VI KẾT LUẬN Dựa vào kết tính toán tường cọc công trình Thanh đa, Tác giả nhận thấy có khác biệt lớn kết tính toán tường cọc theo phương pháp giải tích phương pháp Phần tử hữu hạn Đặc biệt trường hợp lớp đất cọc bùn sét có chiều dày lớn Điều dẫn đến sai lệch biểu đồ tính toán áp lực lên cọc theo PP giải tích Đây vấn đề cần phải nghiên cứu thêm Đối với công trình ven sông TP HCM , Tác giả đề nghị sử dụng tường cọc BTCT kết hợp với hệ cọc cừ tràm chống trượt để bảo vệ công trình cách tối ưu Phương pháp PTHH , điển hình phần mềm Soilstruct chứng tỏ ưu điểm bật Ngoài việc xác định nội lực cọc bản, phần mềm cho ta biết ứng suất phần tử đất độ sâu khác Từ ta biết ứng xử đất có công trình bên 90 ... XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Ở VIỆT NAM VÀ CÁC NƯỚC I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TP HỒ CHÍ MINH Thành phố Hồ Chí Minh có hệ thống sông rạch tương đối dày đặc... thi công nhanh, tính an toàn cao , hiệu Nguyên nhân gây hư hỏng công trình ven sông xói lở bờ Ta phân tích kỹ chương sau CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH VEN SÔNG,ĐẤT... các công trình : mố trụ cầu, lối vào đường hầm… I.3 ĐẶC ĐIỂM VỀ NĂNG LỰC THI CÔNG VÀ TÀI CHÍNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TP HỒ CHÍ MINH Các công ty xây dựng thành phố có đủ khả thi công công