Phân tích giải pháp ổn định bờ kè của khu vực sạt lở tại cảng Hải quân tỉnh An Giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN MINH PHƯƠNG PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH BỜ KÈ CỦA KHU VỰC SẠT LỞ TẠI CẢNG HẢI QUÂN TỈNH AN GIANG Chun ngành Mã số: : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS CHÂU NGỌC ẨN Cán chấm nhận xét : TS Lê Trọng Nghĩa ( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Lê Văn Pha ( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc Sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 15 tháng 12 năm 2014 Thành phần Hội đồng 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 Tô Văn Lận…………………………………………………………… TS Lê Trọng Nghĩa ……………………………………………………………… TS Lê Văn Pha ………………………………………………………………… TS Phạm Văn Hùng……………………………………………………………… TS Nguyễn Cảnh Tuấn…………………………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng khoa quản lý chuyên ngành sau Luận văn đƣợc sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA PGS.TS Tô Văn Lận TS Nguyễn Minh Tâm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc -NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN MINH PHƢƠNG Ngày, tháng, năm sinh : 09-01-1980 Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 12814690 Nơi sinh : Vĩnh Long Mã số : 60.58.60 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích giải pháp ổn định bờ kè khu vực sạt lở cảng Hải Quân tỉnh An Giang NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ : Nghiên cứu phƣơng pháp phân tích ổn định tƣờng kè dƣới tác dụng tải cơng trình ven sơng theo tiêu chuẩn nƣớc Nội dung: Chƣơng 1: Tổng quan ổn định bờ sông giải pháp xử lý đê Chƣơng 2: Các giải pháp tính tốn ổn định bờ kè ven sơng đất sạt lở ( đất yếu) Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định tƣờng kè Chƣơng 4: Tính tốn thực tế cho cơng trình kè cảng Hải Quân Kết luận Kiến nghị II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 7/7/2014 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 7/12/2014 IV CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS TS CHÂU NGỌC ẨN Tp HCM, ngày tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO CÁN BỘ HƢỚNG DẪN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS CHÂU NGỌC ẨN TRƢỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CÁM ƠN Xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, ngƣời thân, bạn bè quan tâm, giúp đỡ cổ vũ học viên thời gian qua Xin cám ơn thầy, cô Bộ mơn Địa Nền móng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trƣờng Đại Học Bách Khoa truyền đạt kiến thức cho học viên, giúp học viên có kiến thức phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu, đồng thời tạo điều kiện cho học viên thực thí nghiệm phục vụ cho hƣớng nghiên cứu đề tài Sau cùng, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Châu Ngọc Ẩn, ngƣời thầy ân cần khơi gợi giúp học viên có định hƣớng tốt cho luận văn Với bảo tận tình, thầy dạy dỗ trang bị cho học viên nhiều kiến thức không phạm vi luận văn mà phƣơng pháp nghiên cứu cách thức làm việc sau Xin kính chúc sức khoẻ thầy Học viên Nguyễn Minh Phƣơng TĨM TẮT Xây dựng cơng trình đất yếu đặt cho kỹ sƣ ngành Địa kỹ thuật Xây dựng thách thức lớn Đặc biệt xây dựng cơng trình chịu tải trọng lớn, tải trọng động nhƣ cơng trình cảng, cơng trình giao thơng, cơng trình bến bãi kho xƣởng Giải pháp tƣờng cọc có neo để xử lý đất yếu xây dựng bờ kè địa chất khu vực cảng Hải quân tỉnh An Giang Các công thức giải tích lý thuyết để tìm nội lực lớn tƣờng kè so sánh với phƣơng pháp tính phần tử hữu hạn thơng qua phần mềm plaxix, tìm làm việc đồng thời tƣờng kè đất xung quanh mơ hình đất Mohr - Coulomb để tính tốn ổn định biến dạng hệ tƣờng cọc ABSTRACT Building construction in weak land offers the geotechnical engineering huge challenges More specific, building the constructions which suffer big load, active load such as habour construction, traffic construction, whaft and workshop constructions The sheet pile with anchor which solves weak land of building the embankment on soil area which belongs to Hai Quan port in An Giang province The theorical analytics formulars which find out the biggest internal force of the embankment wall which is then compared with the limited element calculation method through the Plaxix software, seeking action between embankment wall and surrounding soil foudation in Mohr Coulomb soil foundation model for calculation the stableness and deformation of the sheet pile system LỜI CAM ĐOAN Luận văn : “Phân tích giải pháp ổn định bờ kè khu vực sạt lở cảng Hải Quân tỉnh An Giang” đƣợc viết Trƣờng Đại học Bách Khoa TP HCM, theo hƣớng dẫn thầy PGS.TS Châu Ngọc Ẩn Thầy truyền đạt kiến thức, khơi gợi giúp học viên có định hƣớng tốt để hoàn thành Luận văn đƣợc viết thời gian tháng trƣờng, ngồi khơng chép viết luận văn khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn trình bày 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 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐÊ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan đất yếu 1.3 Các dạng tường kè  Tường cọc đất trộn ximăng  Tường cừ thép  Tường cừ bêtông cốt thép  Thảm khối bê tông liên kết lưới 1.4 Ổn định tường kè ven sông 1.5 Một số cố tường kè 11 1.6 Nhận xét 12 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ VEN SƠNG TRÊN ĐẤT SẠT LỞ ( ĐẤT YẾU) 2.1 Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc sở trạng thái cân 13 giới hạn 2.1.1 Phương pháp cung trượt hình trụ trịn - phương pháp Fellenius 13 2.1.2 Phương pháp cung trượt lăng trụ tròn - phương pháp Bishop 14 2.1.3 Phương pháp cung trượt lăng trụ tròn - Phương pháp Sokolovski 15 2.1.4 Phương pháp cung trượt lăng trụ tròn - Phương pháp Fp theo Giáo sư N.N 18 Maslov 2.2 Ổn định đất đắp lên đất yếu ven sơng 18 2.2.1 Tính tốn độ lún đất yếu sau tường bờ kè 19 2.2.2 Phương pháp xác định độ lún theo thời gian 24 2.2.3 Ước lượng độ lún nén thứ cấp đất 28 2.3 Ổn định bê tông gia cố mái bờ kè hệ cọc chịu tải trọng ngang 29 2.3.1 Ổn định bê tông gia cố mái 29 2.3.2 Ổn định hệ cọc chịu tải trọng ngang 31 2.4 Nhận xét 34 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TƯỜNG KÈ 3.1 Sự làm việc tường 35 3.1.1 Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường chắn 35 Coulumb (lý thuyết cân giới hạn) 3.1.2 Phương pháp 2: Xem tường cọc dầm đàn hồi biến dạng cục theo 35 phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số Winkler) 3.1.3 Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn 38 3.2 Phân tích biến dạng tường cọc đất yếu ven sông 39 3.3 Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè 41 3.3.1 Bài tốn 1: Tường cọc khơng có neo 41 3.3.2 Bài tốn 2: Tường cọc đóng đất có neo 46 3.4 Kiểm tra ổn định tường kè 49 3.4.1 Kiểm tra ổn định trượt phẳng tường chắn 49 3.4.2 Kiểm tra ổn định trượt sâu (lật) 50 3.5 Nhận xét 50 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THỰC TẾ CHO CƠNG TRÌNH KÈ TẠI CẢNG HẢI QUÂN TỈNH AN GIANG 4.1 Đặt vấn đề 51 4.2 Giới thiệu cơng trình 51 4.3 Đặc điểm địa hình – địa chất cơng trình 51 4.3.1 Điều kiện địa hình – thủy văn 51 4.4 Cơ sở thiết kế 56 4.4.1 Phân tích ổn định tường kè phương pháp giải tích 56 4.4.2 Phân tích ổn định biến dạng tường kè phương pháp phần tử hữu 62 hạn 4.4.3 Giải pháp xử lý ổn định biến dạng tường kè phương pháp phần 70 tử hữu hạn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 Kết luận 78 Kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 80 CÁC KÝ HIỆU a, av ao, mv A, B, D A Ai, Bi, Ci Di c Cc Cv D, d Df e eo Eo f h I kx, ky k M Mp, Mv p q S Sc Si Si St r T u U m2/kN m2/kN m2 KN/m2 m2/s m m KN/m2 Hệ số nén Hệ số nén thể tích Các hệ số sức chịu tải tiêu chuẩn Diện tích tiết diện ngang Các hệ số tính tốn cọc chịu tải ngang Lực dính đơn vị Chỉ số nén Hệ số cố kết Đường kính bề rộng tiết diện cọc Chiều sâu chơn móng Hệ số rỗng Hệ số rỗng nằm tự nhiên đất Module biến dạng Ma sát đáy tường m m4 m/s KN/m3 kN.m kN.m KN/m2 KN/m2 m m m m m m kN/m KN/m2 % Độ Độ KN/m3 Bề dày lớp đất Moment quán tính Hệ số thấm theo phương đứng, phương ngang Hệ số Moment uống Mô men tải trọng thường xuyên mũi cọc tải trọng tạm thời ứng suất Tải trọng tác động thẳng đứng Độ lún Độ lún cố kết thấm Độ lún tức thời tính đàn hồi đất Tổng sức kháng trượt mảnh phân tố vị trí cung trượt Độ lún thời điểm t Bán kính cung trượt Lực căng dây Áp lực nước lỗ rỗng Độ cố kết Góc ma sát đất Góc ma sát điều kiện có cố kết có nước Trọng lượng thể tích tổng biến dạng tương đối tiếp tuyến 66 Biến dạng tƣờng cọc theo giai đoạn thi công lâu dài Kết tính tốn chuyển vị tường kè sau thi cơng hạng mục phía sau tường cho giá trị lớn nhất: Hình 4.9: Chuyển vị tường cọc theo phương ngang ux = 5,477 cm Hình 4.10 Chuyển vị tổng thể lớn tường kè sau thi công, Umax = 6,626 cm 67 Hình 4.11 Biểu đồ lực cắt tường, qmax = 160,31 KN/m Hình 4.12 Biểu đồ mơ ment tường, Mmax = 108,65 KNm/m 68 Biến dạng cọc neo theo giai đoạn thi công lâu dài Hình 4.13 Chuyển vị tổng thể lớn tường neo sau thi công, Umax = 19,74 cm Hình 4.14 Chuyển vị ngang lớn cọc neo sau thi cơng, Umax = 18,94cm 69 Hình 4.15 Biểu đồ lực cắt tường, qmax = 128,6 KN/m Hình 4.16 Biểu đồ mơ ment tường, Mmax = 67,08 KNm/m 70 4.4.3 Giải pháp xử lý ổn định biến dạng tƣờng kè phƣơng pháp phần tử hữu hạn: Gia cường cọc đất trộn xi măng, giữ ổn định xung quanh cọc neo Các thơng số đất theo mơ hình Mohr – Colomb Mơ hình vật liệu Mơ hình Loaị ứng xử Loại Trọng lượng riêng  unsat MNN Trọng lượng riêng  sat MNN Hệ số thấm phương ngang kx Hệ số thấm phương đứng ky Modul đàn hồi Eref hệ số poisson  Lực dính cref  Góc ma sát  Góc trương nở Hệ số giảm cường độ Rinter Mơ tính tốn Lớp Lớp Lớp Lớp MC MC MC MC Cọc cát XM MC Drained Drained Drained Drained Drained KN/m3 17 12,3 12,3 11,6 12,3 KN/m3 18 14,8 19,5 16,8 14,8 0,86 0,001 0,001 0,001 0,86 ĐVT M/ngày M/ngày 0,86 KN/m2 30.000 0,001 0,001 0,001 0,86 20.000 10.000 41.000 80.000 0,3 20 33 0,9 0,3 20 10 0,9 0,3 30 20 0,9 0,3 47 15 0,9 0,3 50 10 0,9 KN/m2 0 Cơng trình Kè bảo vệ bờ khu vực sử dụng cừ bêtông cốt thép dự ứng lực W400-A1000 có chiều dài 19,9m, hệ neo sử dụng vị trí khảo sát cừ bêtơng cốt thép dự ứng lực W400-A1000 có chiều dài 2,5; Các lớp đất nêu gồm lớp cát san lấp dày khoảng 1,8m Mô tường cừ phần tử plate, hệ neo phần tử plate có tính đến việc giảm độ cứng cáp neo phần tử Anchor Trong trình thi cơng cơng trình đơn vị thi cơng bố trí bãi tập kết vật liệu để làm Tải tác dụng lên phía sau tường : q = kN/m2 Thông số tƣờng cừ, cọc neo, chống Thông số Tƣờng cừ Model Elastic - Plate Cọc neo Elastic -Plate Thanh chống (Anchor Elastic 71 EA [kN/m] 1.44E+07 1.44 E+7 EI [kN m²/m] 1.92E+05 1.92 E+5 H [m] 19,9 2,5 D [m] 0.4 0.4 W [kN/m/m] 8 Ν - 0.2 0.2 1374 0.025 L – spacing M Mơ trình tự bƣớc thi cơng Các bước tính tốn biến dạng, ứng suất cơng trình thực theo bước sau: Bước tính tốn Nội dung công việc Thời gian thực Phase Đào bỏ lớp hữu mặt 0,7m ngày Phase Thi công tường cọc 30 ngày Phase San lấp mặt 30ngày Phase Thi công cọc neo 20 ngày Phase Thi công cọc cát XM d300 20 ngày Phase Kích neo, p=250 KN 10 ngày Phase Hạ mực nước trước tường ngày Phase Nền đất cố kết thời gian chờ thi cơng 150 ngày hạng mục phía sau tường Phase Tải thi cơng cơng trình q= 5KN 120 ngày Hình 4.17 Mơ hình tính tốn Plaxis a Phân tích kết tính tốn Biến dạng đất theo giai đoạn thi công lâu dài 72 Hình 4.18 Chuyển vị tổng thể lớn đất sau thi công công trình sau lưng tường, Umax = 14,96 cm Chart Sum-Mstage -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 |U| [m] Hình 4.19: Đường cong biến đổi tải trọng tường 73 Hình 4.20: Các điểm dẻo theo Mohr - Colomb Biến dạng tƣờng cọc theo giai đoạn thi công lâu dài Kết tính tóan chuyển vị tường kè sau thi cơng hạng mục phía sau tường cho giá trị lớn nhất: Hình 4.21 Chuyển vị tổng thể lớn tường kè sau thi cơng, Umax = 4,92 cm 74 Hình 4.22: Chuyển vị tường cọc theo phương ngang ux = 2,724 cm Hình 4.23 Biểu đồ lực cắt tường, qmax = 157,23 KN/m 75 Hình 4.24 Biểu đồ mơ ment tường, Mmax = 145,25 KNm/m Biến dạng cọc neo theo giai đoạn thi công lâu dài Hình 4.25 Chuyển vị tổng thể lớn tường neo sau thi công, Umax = 9,615 cm 76 Hình 4.26 Chuyển vị ngang lớn cọc neo sau thi công, Umax = 5,457cm Hình 4.27 Biểu đồ lực cắt tường, qmax = 131,84 KN/m 77 Hình 4.28 Biểu đồ mơ ment tường, Mmax = 73,08KNm/m 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Việc thiết kế tường cọc điều kiện đất yếu cảng Hải Quân tỉnh An Giang nói riêng Đồng Bằng sơng Cửu Long nói chung nên chọn giải pháp tường có neo để giảm chiều dài cừ, tiết kiệm chi phí Khi đặt neo tường neo ta có chiều dài cọc hợp lý Từ kết điểm dẻo Mohr – Colomb, vùng nguy hiểm cần gia cường đất ( Trong trường hợp toán sử dụng phương pháp gia cường đất trộn ximang hiệu nhất) Kiến nghị Khi tính tốn cơng trình tường cọc bảo vệ cơng trình ven sơng cần kết hợp việc phân tích tốn nhiều phương pháp khác để xác định trường hợp bất lợi cho cơng trình.Việc tính tốn tường cọc theo phương pháp giải tích khơng xác định chuyển vị tường cọc mà phải dùng phần mềm hỗ trợ để phân tích tường đất làm việc thành khối Thiết kế tường cừ bản, đặc biệt phía sau tường có cơng trình phải xác định tải trọng tối đa phía sau tường thi cơng để đảm bảo tường cọc khơng bị chuyển vị phía sơng q lớn 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, (2005) [2] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, (2004) [3] Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế thi công đắp đất yếu, Nhà xuất xây dựng Hà Nội, (1998) [4] Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, Công trình đất yếu điều kiện Việt Nam, Đại học kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, (2001) [5] Lê Bá Lương, Lê Bá Khánh, Lê Bá Vinh, Tính tốn móng cơng trình theo thời gian, Đại học kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, (2000) [6] Trần Minh Quang, Động lực học sông chỉnh trị sông, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, (1998) [7] Phan Đức Tác, Thảm bê-tông tự chèn đan lưới cho cơng trình chống lũ [8] TCVN, (1998), TCN, (1995) 80 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG NGUYỄN MINH PHƢƠNG Ngày, tháng, năm sinh : 09 - 01 - 1980 Nơi sinh : Vĩnh Long Địa liên lạc : 2702/5, khóm 5, Thành Phước, Thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long Điện thoại liên lạc : 0908 427039 Email : minhphuongcantho1979@yahoo.com.vn QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Năm 1998-2002: Học Đại học trường ĐH Dân lập Văn Lang –Tp HCM Năm 2011: Học viên cao học khóa 2011 ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC : Năm 2003- Đến nay: Cơng tác Phịng xây dựng quản lý nhà đất/ Cục Hậu cần/ Quân khu ... 60.58.60 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích giải pháp ổn định bờ kè khu vực sạt lở cảng Hải Quân tỉnh An Giang NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ : Nghiên cứu phƣơng pháp phân tích ổn định tƣờng kè dƣới tác dụng... calculation the stableness and deformation of the sheet pile system LỜI CAM ĐOAN Luận văn : ? ?Phân tích giải pháp ổn định bờ kè khu vực sạt lở cảng Hải Quân tỉnh An Giang? ?? đƣợc viết Trƣờng Đại... 4.4.1 Phân tích ổn định tường kè phương pháp giải tích 56 4.4.2 Phân tích ổn định biến dạng tường kè phương pháp phần tử hữu 62 hạn 4.4.3 Giải pháp xử lý ổn định biến dạng tường kè phương pháp