Nghiên cứu sử dụng hợp lý cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ************************** ĐỖ TẤN LONG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HP LÝ CỌC VÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Văn Đăng Cán chấm nhận xét : TS Trà Thanh Phương Cán chấm nhận xét : TS Châu Ngọc Ẩn Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường Đại Học Bách Khoa, ngày 29 tháng 12 năm 2005 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ……………………………………………………… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc ……………………… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đỗ Tấn Long Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 22-02-1975 Nơi Sinh: Lâm Đồng Chuyên Ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã Số: CTTH13.005 I/- TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HP LÝ CỌC VÁN BTCT DỰ ỨNG LỰC” II/- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ: “Nghiên cứu ổn định biến dạng hệ tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực ven sông điều kiện đất yếu Đồng Bằng Sông Cửu Long” NỘI DUNG: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan tình hình sử dụng cọc ván BTCTDƯL khu vực phía nam Chương 3: Nghiên cứu đất ven sông ĐBSCL Chương 4: Nghiên cứu giải pháp tính toán Chương 5: Tính toán cho công trình cụ thể Chương 6: Kết luận nhận xét III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2004 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/11/2004 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN ĐĂNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS Nguyễn Văn Đăng TS Huỳnh Thanh Sơn Nội dung đề cương Luận Văn Thạc Só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc só hoàn thành cố gắng thân tác giả mà gia đình hết lòng động viên, khuyến khích tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô truyền đạt kiến thức hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành luận văn Xin chân thành biết ơn TS Nguyễn Văn Đăng, người hứơng dẫn khoa học tận tình giúp đỡ, dẫn cặn kẽ thời gian làm luận văn Xin tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo tập thể thầy cô Phòng Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tạo thuận lợi suốt khóa học cao học trường Xin chân thành biết ơn thầy cô Bộ Môn Công Trình Thủy trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, ban giám đốc Công ty Cổ Phần Xây Dựng Tư Vấn Sài Gòn, đồng nghiệp, bè bạn xa gần quan tâm, tận tình giúp đỡ tạo nhiều điều kiện cho tác giả việc thu thập tài liệu để hoàn thành luận văn hạn TP Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 11 năm 2005 Đỗ Tấn Long TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực dạng đặc biệt tường chắn đất, thường sử dụng để bảo vệ công trình ven sông kết hợp với việc chống xói lở bờ sông Từ trước đến công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình thủy lợi, công trình kè … thường sử dụng cọc bê tông, cừ ván thép (cừ Larsen) tường chắn để gia cố bảo vệ bờ vật liệu ngày bộc lộ hạn chế như: khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt sống nhân dân Đất nước ta ngày giai đoạn mở cửa, chế tạo ứng dụng công nghệ tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Nhật Bản vào công trình ven sông Bà Rịa - Vũng Tàu, Rạch Giá, Hà Tiên Kiên Giang, Bạc Liêu, Đồng Nai, Nha Trang … Trong tương lai, tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực dần thay cho công nghệ cọc bê tông cốt thép truyền thống xưa cũ ĐBSCL TP HCM phần lớn đất yếu có nhiều sông ngòi chằng chịt bị xói lở thường xuyên nên việc nghiên cứu tính toán tường chắn đất ven sông mà cụ thể tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực thi công phương pháp xói nước kết hợp ép rung đề tài thực tiễn cần thiết Luận văn với đề tài :”Nghiên Cứu Sử Dụng Hợp Lý Cọc Ván Bê Tông Cốt Thép Dự ng Lực” bao gồm có chương, nghiện cứu bổ sung vào phương pháp tính phần xét đến ma sát âm, chiều cao đất đắp tối đa có neo hoặt neo, vị trí neo hợp lý, phương pháp tính toán giải tích kiểm tra lại chương trìng Plaxis Slope Phần nghiên cứu minh họa qua tính toán công trình cụ thể “Bờ kè kênh Tham Lương Bến Cát – quận Bình Tân - TP.Hồ Chí Minh  MỤC LỤC Chương1: Mở đầu Trang I/ Đặt vấn đề II/ Giới thiệu cọc ván bê tông dự ứng lực trước III/ Các dạng cấu tạo tường cọc vật liệu sử dụng Chương 2: Tổng quan tình hình sử dụng cọc ván BTCT dự ứng lực khu vực phía nam 16 Chương 3: Nghiên cứu đất ven sông ĐBSCL 23 I/ Khái quát cấu tạo địa chất công trình ĐBSCL 23 II/ Đất yếu ĐBSCL 26 III/ Thống kê đặt trưng lý hố khoan điển hình phục vụ tính toán 30 Chương 4: Nghiên cứu giải pháp tính toán 34 A/ Các nghiên cứu có 34 I/ Tính áp lực đất tác dụng lên tường 34 II/ Phương pháp tính toán kết cấu tường cọc 43 III/.Tính ổn định tổng thể tường cọc & khối đất đắp sau lưng tường 46 IV/ Một số vấn đề liên quan đến tường cọc 49 B/ Một số kiến nghị tính toán tường cọc 59 I/ Một số kiến nghị 59 II/ Tính toán tường cọc 59 III/ Các chuyển vị tường cọc 60 IV/ Tính toán chiều dài cọc ván mô men 64 V/ Tìm chiều cao đất đắp tối đa cho vùng đất yếu đồng sông Cửu Long sử dụng tường cọc ván BTCT dự ứng lực 68 VI/ Tìm vị trí đặt neo hợp lý 81 Chương 5: Tính toán cho công trình cụ thể 82 Bước 1: Xác định chiều dài cọc 82 Bước 2: Tính lún 87 Bước 3: Kiểm tra kết tính toán 88 Chương 6: kết luận nhận xét 93 I/ Về tổng quan 93 II/ Về cấu tạo 93 III/ Về tính toán 94 Luận Văn Thạc Só HVTH: Đỗ Tấn Long CHƯƠNG I MỞ ĐẦU I) ĐẶT VẤN ĐỀ: Tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực dạng đặc biệt tường chắn đất, thường sử dụng để bảo vệ công trình ven sông kết hợp với việc chống xói lở bờ sông Từ trước đến công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình thủy lợi, công trình kè … thường sử dụng cọc bê tông, cừ ván thép (cừ larsen) tường chắn để gia cố bảo vệ bờ vật liệu ngày không đáp ứng nhu cầu sử dụng khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt sống nhân dân Đất nước ta ngày giai đoạn mở cửa, chế tạo ứng dụng công nghệ tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Nhật Bản vào công trình ven sông Bà Rịa - Vũng Tàu, Rạch Giá, Hà Tiên Kiên Giang, Bạc Liêu, Đồng Nai, Nha Trang … Trong tương lai, tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực dần thay cho công nghệ cọc bê tông cốt thép truyền thống xưa cũ Nước ta có hệ thống sông ngòi chằng chịt bị xói lở thường xuyên nên việc nghiên cứu tính toán tường chắn đất ven sông mà cụ thể tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực thi công phương pháp xói nước kết hợp ép rung đề tài thực tiễn cần thiết Tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực hệ thống tường chủ yếu chịu lực tác dụng theo phương ngang mà tác giả nghiên cứu đề tài cố gắng đưa vào dạng mô hình khác để qua diễn tả trạng thái làm việc tường đất gần sát với thực tế nhất, tìm kiếm giải pháp tính toán chiều dài cọc cắm vào đất cách đơn giản nhất, hợp lý chuẩn mực phạm vi sai số chấp nhận Cách tính áp lực đất lên tường chắn dựa phương pháp cân giới hạn Mohr – Coulomb chính, xem điểm xoay điểm biến đổi áp lực đất lên tường từ chủ động sang bị động, hay nói đơn giản từ bị xô sang bị giữ ngược lại, điểm xoay có bên chịu áp lực chủ động bên lại chịu áp lực bị động, sở lý luận đơn giản kết toán giải tương đối xác nên nhà nghiên cứu GVHD : TS.Nguyễn Văn Đăng Trang Luận Văn Thạc Só HVTH: Đỗ Tấn Long khoa học giới nói chung Việt Nam nói riêng chấp nhận Thật cách tính Mohr - Coulomb nhiều vấn đề cần nghiên cứu thêm cách tính yếu tố thời gian, trình tự thi công, ổn định biến dạng hệ tường đất, chưa hợp lý cách tính tường không neo mà ổn định hoàn toàn dựa vào tự thân tường Việc tìm điểm xoay xác giải toán thực tế vấn đề vìø lúc xác định độ chôn sâu cọc theo lý thuyết đến giải toán thực tế làm toán biến đổi dạng tính toán với độ chôn sâu khác hẳn Khi nghiên cứu tường cọc ván bê tông cốt thép, số tác giả thường không kể đến như: + Ảnh hưởng ma sát âm tường thi công xong + Ứng suất đất độ ổn định tường + Các biện pháp thi công để tránh tượng + Ảnh hưởng tải trọng động biến đổi tác động sóng va, áp lực thuỷ động dòng chảy sản sinh ra… ảnh hưởng lên công trình nào? Những vấn đề có tài liệu đề cập đến khó thể cách tính chiều dài hợp lý hệ tường cọc ván bê tông dự ứng lực Ta thường chấp nhận toán tường cọc ván sở lý luận cân giới hạn dẻo mà tường lại làm việc giai đoạn đàn hồi, lập luận chưa vững nhiều điều cần nghiên cứu thêm Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu cách tính toán sử dụng hợp lý tường cọc ván bê tông dự ứng lực áp dụng cho vùng đất yếu đồng sông Cửu Long gồm nội dung sau: (1) Những ảnh hưởng áp lực đất lên tường cọc ván (2) Tính toán chiều dài tường cọc ván có kể đến ma sát âm (3) Tìm chiều cao đất đắp tối đa cho vùng đất yếu đồng sông Cửu Long sử dụng tường cọc ván bê tông dự ứng lực (4) Tính toán cho công trình cụ thể (Công trình Bờ kè kênh Tham Lương Bến Cát Rạch Nước Lên) GVHD : TS.Nguyễn Văn Đăng Trang Luận Văn Thạc Só HVTH: Đỗ Tấn Long II) GIỚI THIỆU CỌC VÁN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TRƯỚC: Khi xây dựng công trình bến cảng, đê, đập, kè bờ, người ta áp dụng nhiều loại kết cấu tường cừ gỗ, tường cừ thép, tường cừ BTCT, tường cừ hỗn hợp, tính chịu lực tuổi thọ loại kết cấu thường không cao gỗ chịu lực bị mục Thép hen rỉ bị ăn mòn Để khắc phục nhược điểm trên, tập đoàn PS Nhật Bản phát minh loại cọc ván BTCT dự ứng lực Loại cọc ván BTCT dự ứng lực trước nghiên cứu, thử nghiệm nhiều năm qua Nhật Bản để khai thác tận dụng triệt để tính ưu việt kết cấu BTCT dự ứng lực, Kiểu dáng hình học dạng sóng mặt cắt tiết diện nhiều tính mớ i vật liệu kết hợp công cụ quản lý chất lượng, phương pháp sản xuất đại mang lại cho cọc ván BTCT dự ứng lực ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao: Tiết diện dạng sóng đặc tính dự ứng lực làm tă ng độ cứng khả chịu lực cọc ván Chất lượng cao: Cọc ván sản xuất công nghệ tiên tiến theo tiêu chuẩn JIS A 5354 Nhật quản lý chất lượng tuyệt đối chặt chẻ Không bị oxy hoá Clo hoá Tính ngăn nước chống thấm: Joint chế tạo vật liệu chống thấm với vinyl chloride ngăn chặn tượng thấm nước, cát chảy rể Tính kinh tế cao: Cọc ván sản xuất từ vật liệu có cường độ cao, khả chịu lực cao giảm trọng lượng cọc ván Chuyên chở thi công: Dễ dàng xác Sản xuất: Có thể sản xuất nhiều chủng loại sản phẩm có quy cách khác đáp ứng theo nhiều dạng địa hình địa chất khác Tuổi thọ cao GVHD : TS.Nguyễn Văn Đăng Trang Luận Văn Thạc Só HVTH: Đỗ Tấn Long III/ CÁC DẠNG CẤU TẠO TƯỜNG CỌC BẢN VÀ VẬT LIỆU SỬ DỤNG: 1.TƯỜNG CỌC BẢN THÉP: a.Phạm vi sử dụng ưu nhược điểm:  Tường cọc thép sử dụng phổ biến nhiều công trình, có nhiều ưu điểm: - Sử dụng đa dạng cho nhiều dạng công trình khác (cầu cảng, bảo vệ bờ sông, mố trụ cầu, nhiều loại móng khác nhau), công trình lâu dài công trình tạm thời -Tính công nghiệp cao, trọng lượng nhẹ cách tương đối so với vật liệu bê tông -Khả chế tạo đa dạng với hình dạng, kích thước mối nối liên kết cọc -Có thể sử dụng nhiều lần công trình tạm phục vụ cho công tác thi công  Tuy nhiên, tường cọc thép có số nhược điểm sau: -Giá thành cao, chưa sản xuất nước -Đòi hỏi gia công khí lớn -Hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ chế tạo thép -Tuổi thọ công trình phụ thuộc vào ăn mòn thép cọc -Trong điều kiện Việt nam phù hợp với công trình quy mô lớn (như bến cảng nước sâu) b Cấu tạo:  Cấu tạo tường cọc thép: Tùy theo mục đích sử dụng mà tường cọc có cấu tạo khác Trong luận văn trình bày loại tường cọc thường sử dụng cho tường kè bảo vệ bờ sông công trình cầu cảng Công trình bao gồm tường cọc thép có neo không neo, hệ thống neo gối giữ neo GVHD : TS.Nguyễn Văn Đăng Trang ... tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Ta dần áp dụng kết khoa học này, mà trước mắt tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Qua ta nhận thấy: Phương pháp thi công cọc bê tông cốt thép xói... tìm hiểu, nghiên cứu tính kết cấu loại cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Công ty Xây Dựng Kinh Doanh Vật Tư đầu tư trang thiết bị để sản xuất loại cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực nhằm hạ... tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực thi công phương pháp xói nước kết hợp ép rung đề tài thực tiễn cần thiết Tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực hệ thống tường chủ yếu chịu lực tác dụng