Application of reinforced concrete wall system on pile system to stabilize the banks of cai ca river in vinh long city area

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN HOÀNG SANG ỨNG DỤNG TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN HỆ CỌC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG CÁI CÁ Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ VĨNH LONG APPLICATION OF REINFORCED CONCRETE WALL SYSTEM ON PILE SYSTEM TO STABILIZE THE BANKS OF CAI CA RIVER IN VINH LONG CITY AREA Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.02.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Phán Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Bùi Trường Sơn Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Phạm Văn Hùng Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 09 tháng 09 năm 2020 Thành viên hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Lê Bá Vinh Thư ký: TS Đỗ Thanh Hải Phản biện 1: PGS.TS Bùi Trường Sơn Phản biện 2: TS Phạm Văn Hùng Ủy viên: ThS Hoàng Thế Thao Xác nhận Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS LÊ ANH TUẤN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2020 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HOÀNG SANG MSHV: 1670173 Ngày, tháng, năm sinh: 03/12/1990 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MS ngành: 605802011 1- TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng tường kè bê tông cốt thép hệ cọc để ổn định bờ sông Cái Cá ở khu vực thành phố Vĩnh Long 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mở đầu Chương 1: Tổng quan tường kè bê tông cốt thép hệ cọc để ổn định bờ sông Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn tường kè bê tông cốt thép hệ cọc Chương 3: Ứng dụng tính tốn tường kè bê tơng cốt thép hệ cọc để ổn định bờ sông Cái Cá khu vực thành phố Vĩnh Long Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Võ Phán CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Võ Phán PGS.TS Lê Bá Vinh PGS.TS Lê Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn tất quý thầy cô thuộc trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, đặc biệt là quý thầy cô ở bộ môn Địa Cơ Nền Móng truyền đạt cho tơi kiến thức q báu, tâm huyết năm học qua và tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp hoàn thành luận văn luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS VÕ PHÁN dành nhiều tâm huyết giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học, kinh nghiệm vô quý giá giúp cho suốt trình học tập tại trường Xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết và tâm lý thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy truyền đạt kiến thức sách vở mà cịn học c̣c sống Những điều tạo đợng lực giúp tơi hồn thành luận văn này một cách tốt nhất Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô, Anh Chị Phòng Đào Tạo Sau Đại Học tạo điều kiện thuận lợi cho suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn Xin chân thành cảm ơn Gia đình, Cơ quan và các bạn đồng học quan tâm, động viên và giúp đỡ suốt quá trình học tập Một lần xin gửi đến Quý Thầy Cô, Cơ quan, Gia đình và các bạn đồng học lời biết ơn sâu sắc nhất Tôi xin chân thành cảm ơn TP.HCM, ngày tháng năm 2020 Học viên Nguyễn Hoàng Sang TÓM TẮT Việc khai thác tài nguyên nước thượng nguồn sông Mê Kông, đặc biệt xây dựng đập thủy điện làm thay đổi dòng chảy, giảm lượng phù sa việc khai thác cát mức gây hiện tượng xói lở, sạt lở bờ diễn biến rất phức tạp có xu ngày càng gia tăng Chính vậy, việc xây dựng cơng trình kè bảo vệ bờ sơng chống ngập, chống sạt lở để ứng phó với hiện tượng biến đổi khí hậu vừa đảm bảo đạt hiệu kinh tế, vừa đảm bảo yêu cầu chất lượng mỹ quan cơng trình thị vơ cần thiết Qua kết nghiên cứu đề tài “Ứng dụng tường kè bê tông cốt thép hệ cọc để ổn định bờ sông Cái Cá ở khu vực thành phố Vĩnh Long” học viên tổng hợp rút kết sau: Trong giai đoạn thi công giá trị chủn vị ngang tường kè tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình Hardening Soil nhỏ mô hình Mohr– Coulomb khoảng 14% nhỏ phương pháp giải tích khoảng 37% Khi tính tốn pháp giải tích mang tính gần đúng vì không xét đến điều kiện làm việc đồng thời hệ cơng trình Bên cạnh tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn ta có thể mơ được tốn làm việc đúng theo thực tế Khi công trình đưa vào vận hành 20 năm thì chuyển vị ngang tường kè moment cọc tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn mơ hình Hardening Soil nhỏ mơ hình Mohr – Coulomb tương ứng 8% 17% Khi không xử lý đất yếu thì cần tính toán bù lún để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho công trình ABSTRACT The exploitation of water resources upstream of the Mekong River, especially the construction of hydroelectric dams has altered the flow and reduced the amount of sediment and over-exploitation of sand causes erosion and landslides that are occurring in a very complex and increasing trend So, the construction of embankments to protect river banks against floods, preventing landslides to cope with climate change phenomenon to ensure both economic efficiency and quality requirements and the beauty of urban works are extremely necessary Based on the research results of the project " Application of reinforced concrete wall system on pile system to stabilize the banks of Cai Ca river in Vinh Long city area ", the participants synthesized and extracted the following results: In the construction stage, the horizontal displacement value of the revetment when calculated by the finite element method of Hardening Soil model is smaller than the Mohr-Coulomb model about 14% and smaller than the analytical method of about 37% When calculating by analytical solution, it is only approximate because it does not consider the working conditions of the whole building system at the same time Besides, when calculating according to the finite element method, we can simulate the correct working problem in reality When the project is put into operation for 20 years, the lateral displacement of the revetment and the moment in the pile when calculating by the finite element method of the Hardening Soil model is smaller than the Mohr-Coulomb model of about 8% and 17% When not treating soft soil, it is necessary to calculate compensation for settlement to ensure normal working conditions for the project LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu tơi thực hiện dưới hướng dẫn khoa học PGS.TS Võ Phán Tất số liệu, kết tính toán, phân tích đánh giá luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan và chịu trách nhiệm sản phẩm nghiên cứu mình TP Hờ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Học viên thực hiện Nguyễn Hoàng Sang MỘT SỐ KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN FS Rg Rt M N B Ntt  ktc s sgh Pa Ka z c φ Ea h0 q pp Ptt Czy σz Mz Qz Ze Le αbd bc y0 ψ0 A, B, D γbt γunsat γsat γw sr n e0 E50ref Eeodref Eurref (kN) (kN) (kN.m) (kN) (m) (kN) (cm) (cm) (kN/m²) (m) (kN/m²) (độ) (kN/m) (m) (kN/m) (kN/m²) (kN) (kN/m²) (kN.m) (kN) (m) (m) (m) (m) (độ) (kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) (%) (%) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) Hệ số an toàn ổn định; Tổng lực chống trượt; Tổng lực gây trượt; Tổng moment tại trọng tâm móng; Tổng lực thẳng đứng tại trọng tâm móng; Bề rợng móng; Tải trọng tính tốn nền; Sức chịu tải nền; Hệ số tin cậy; Trị biến dạng với cơng trình; Trị biến dạng cho phép với cơng trình Cường đợ áp lực đất chủ động; Hệ số áp lực chủ động; Đợ sâu từ điểm tính đến điểm xét; Lực dính; Góc ma sát đất; Áp lực chủ động đất; Cao độ vùng chịu kéo; Tải trọng ngồi phân bố đều; Cường đợ áp lực đất bị đợng; Tải trọng tính tốn; Hệ số theo chiều ngang; Áp lực tính tốn (ứng śt); Moment uốn; Lực cắt; Chiều sâu tính đổi; Chiều dài cọc đất tính đổi; Hệ số biến dạng; Bề rợng quy ước cọc; Chuyển vị ngang cọc; Góc xoay cọc; Các hệ số phụ tḥc vào góc ma sát đất; Trọng lượng riêng bê tông; Dung trọng tự nhiên; Dung trọng bão hòa; Dung trọng nước; Đợ bão hịa Đợ rỗng; Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước xây dựng; Mô đun cát tuyến xác định từ nén trục, áp lực buồng pref (CD); Mô đun tiếp tuyến xác định từ nén trục không nở hông; Module ở đường dỡ tải – gia tải lại (unloading-reloading); Gs IL PI kx ky W LL PL υ Ψ (%) (m/day) (m/day) (%) (%) (%) Tỷ trọng hạt; Độ sệt; Chỉ số dẻo; Hệ số thấm theo phương ngang; Hệ số thấm theo phương đứng; Độ ẩm; Giới hạn chảy; Giới hạn dẻo; Hệ số poisson đất; Góc biến dạng thể tích, đặc trưng cho phá hoại dẻo phần tử đất; MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN HỆ CỌC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG 1.1 DIỄN BIẾN VÀ NGUYÊN NHÂN SẠT LỞ BỜ SÔNG VÙNG ĐBSCL HIỆN NAY 1.1.1 Diễn biến sạt lở bờ sông 1.1.2 Nguyên nhân dẫn đến sạt lở 1.2 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHỐNG SẠT LỞ THƯỜNG LÀM Ở VĨNH LONG HIỆN NAY 1.2.1 Kè mềm .6 1.2.2 Rọ đá 1.2.3 Kè mái nghiêng 1.2.4 Tường kè cừ ván bê tông dự ứng lực 1.3 TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN HỆ CỌC 10 1.3.1 Cấu tạo móng cọc bê tơng cốt thép 11 1.3.2 Các dạng cọc đất .11 1.3.3 Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp .12 1.4 TỔNG QUAN VỀ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN 13 1.4.1 Kiểm toán điều kiện ổn định trượt 13 1.4.2 Kiểm toán điều kiện ổn định lật tường chắn đất .14 1.4.3 Kiểm toán điều kiện đảm bảo khả chịu tải đất 14 1.4.4 Kiểm tra độ lún tường chắn 14 1.4.5 Kiểm tra chuyển vị ngang cọc 15 1.5 NHẬN XÉT 15 -68- Hình 3.12 Mơ hình tốn Hình 3.13 Hệ số an tồn ổn định cơng trình -69- Hình 3.14 Chuyển vị ngang lớn mặt cắt ngang giai đoạn thi cơng Hình 3.15 Chuyển vị đứng lớn mặt cắt ngang giai đoạn thi cơng -70- Hình 3.16 Chuyển vị đứng vị trí san lấp giai đoạn thi cơng Hình 3.17 Chuyển vị ngang lớn mặt cắt ngang sau cố kết 20 năm -71- Hình 3.18 Chuyển vị đứng lớn mặt cắt ngang sau cố kết 20 năm Hình 3.19 Chuyển vị đứng vị trí san lấp sau cố kết 20 năm -72- Chuyển vị ngang tường kè Độ lún tường kè Moment cọc GIAI ĐOẠN THI CÔNG Ux= 2.54 cm Uy= 1.08 cm Mmax= 12.78 KNm SAU KHI CỐ KẾT 20 NĂM Ux= 2.68 cm Uy= 2.79 cm Mmax= 14.43 KNm Hình 3.20 Kết tính chuyển vị tường kè moment cọc -73- Kết mô cơng trình chương trình Plaxis 2D theo mơ hình Mohr – Coulomb cho thấy: - Đợ lún tường kè giai đoạn thi công (1.08 cm) sau cố kết 20 năm (2.79 cm) gia tăng không đáng kể - Độ lún đường giai đoạn thi công (6.74 cm) sau cố kết 20 năm (12.7 cm) có giá trị khơng lớn - Chủn vị ngang tường kè moment cọc giai đoạn thi công (12.78 KNm) sau cố kết 20 năm (14.43 KNm) gia tăng không đáng kể 3.3.2 Mơ hình Hardening Soil (HS) a Các thơng số mơ tốn mơ hình Hardening Soil - Thơng số lớp đất: + γunsat lấy theo thí nghiệm tiêu lý +  sat  Gs  e n 1 e + Gs, e lấy theo thí nghiệm tiêu lý + kx, ky lấy theo thí nghiệm nén cố kết + c’ φ’ lấy theo thí nghiệm nén trục CU + Góc giãn nở vật liệu ψ (đợ); • ψ = ϕ −30º ϕ>30º • ψ=0 ϕ