KENH HOA BÌNH - TINH BAC LEEU
Việc tính toán kết cấu công trình bờ kè bao gồm các nội dung chính sau:
- Tính toán và kiểm tra 6n định của tường chan - Tính toán và kiểm tra trượt của công trình - Tính toán 6n định nên.
3.1. Giới thiệu về sự cần thiết xây dựng công trình và điều kiện địa chất công
trình
3.1.1. Sự cần thiết xây dựng công trình
Hiện tượng sạt lở bờ kênh Hòa Bình là do nhiều nguyên nhân khác nhau gây
ra, trong đó, có nguyên nhân do tự nhiên và cả các nguyên nhân do con người. Nhìn
chung hiện tượng sạt lở trên là do các nguyên nhân chủ yếu sau đây:
- Địa chất bờ kênh là một trong những yếu tố quyết định đến sự xói lở bờ. Kết quả khảo sát địa chất cho thây cấu tạo địa chất các lớp đất bờ kênh bao gồm bùn hữu co, bùn sét với trạng thái chảy, dẻo chảy và dẻo mềm. Với cau tạo địa chất như trên thì bờ kênh rất dé bị xói lở dưới tác động của dòng chảy và các yếu tố tac động
khác như khai thác cát sông.
- Chế độ thủy văn trên địa bàn huyện Hòa Binh là vùng ven biển chịu ảnh hưởng của chế độ hải văn Biển Đông với bán nhật triều không đều. Dưới tác động của dong thâm (khi nước dang và rút), các hạt bùn, đất bờ kênh sẽ bị cuốn ra ngoai
va được dòng nước mang di gây hiện tượng xói lở.
- Dưới tác động của sóng do các phương tiện, lớp đất yếu tại bờ kênh bị xói lở, mức độ sạt lở tuỳ thuộc vào độ mạnh yếu của sóng, sóng tàu càng lớn thì mức độ
x01 lở càng lớn, đặc biệt đôi với sóng của các tàu vận tải lớn chạy sát bờ kênh.
- 49 -
- Hoạt động của con người cũng có ảnh hưởng nhất định đến sự xói lở bờ khu vực này. Sự khai thác hệ sinh vật trên kênh, lấn chiếm bờ kênh, lòng kênh làm thu hẹp mặt cắt ướt của dong chảy. Điều này dẫn tới sự gia tăng vận tốc dòng chảy.
Ngoài ra, tinh trạng xây dung đê bao tran lan trên các kênh thượng nguồn làm thay đối các chế độ thuỷ động lực học của dòng chảy cũng là nguyên nhân gây ra sự xói
lở này.
Mỗi nguyên nhân ít nhiều đều có vai trò trong sự xói lở bờ kênh, đối với tuyến kênh Hòa Bình kết quả điều tra tại khu dân cư ven kênh cho thấy hiện tượng xói lở xảy ra mạnh mẽ nhất trong mùa mưa. Bởi vậy có thé khang định nguyên nhân chính gây ra sự xói lở bờ kênh là do sóng và dong chảy kết hợp địa chat khá yếu khu vực
Do đoạn kênh Hòa Bình là đoạn kênh tương đối thắng, nguyên nhân sạt lở chính là do co hẹp diện tích dòng chảy va sự gia tăng số lượng tau thuyén qua lại nên chọn hướng công trình là không tác động gì đến dòng chảy chính, chỉ tăng cường sức chịu đựng của bờ, băng cách bọc cho bờ một lớp áo che chở cho bờ đất mềm yếu phía trong. Công trình được chọn lựa là kè bảo vệ bờ. Công trình kè sử dụng kết cấu bản chắn BTCT sau cọc kết hợp dầm - cọc neo
3.1.2. Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng bờ kè
Căn cứ hồ sơ khảo sát địa chất công trình thông qua các hố khoan doc theo tuyến kè, cấu tạo dia chat có thé được phân theo các lớp chính như sau:
* Lớp 1: Bun sét lẫn bụi, màu xám nâu xám ghi lẫn xám den, trạng thái chảy.
Bé dày biến thiên từ 16,0 + 20,3m. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 như sau:
- Độ âm (W): 70,2%
- Dung trọng tự nhiên: y: 15,54 KN/mỶ
- Ty trọng G,: 2,623
- Hệ số rỗng (e,): 1,874
- Giới hạn chảy (W_): 60,8%
- 50 -
- Gidi han dẻo (Wp): 30,6%
- Chỉ số dẻo (Ip): 30,2%
- Độ sệt (B): 1,31
- Góc ma sat trong (@): 20°
- Lực dính (e): 8,0 KN/m?
- Mô đun tong bién dang (E¡.;): 940 KN/m?
Trong lớp 01 bắt gặp lớp phụ la: sét lẫn bụi xen kẹp cát mịn, mau xám ghi xám den, trạng thái chảy. Bề dày lớp biến thiên từ 1,5 + 3,0m
* Lớp 2: Sét lẫn bụi cát mịn, màu nâu vàng xám trắng đến nâu hồng, trạng thái dẻo cứng. Bé dày phát hiện biến thiên từ 9,7 + 11m. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1
như sau:
- Độ âm (W): 30,1%
- Dung trọng tự nhiên: y: 18,7 KN/mỶ
- Ty trọng G,: 2,699
- Hệ số rỗng (e,): 0,877
- Gidi hạn chảy (W_): 42,6%
- Gidi hạn dẻo (Wp): 21,5%
- Chỉ số dẻo (Ip): 21,1%
- Độ sệt (B): 0,41
- Góc ma sát trong (@): 22°
- Lực dính (c): 15,8 KN/m?*
- Mô dun tổng biến dang (E.¿): 10.200 KN/m7 3.2. Cơ sở thiết kế
-51-
Căn cứ theo yêu câu sử dụng, kêt cầu công trình được chọn lựa bô trí sơ bộ như ở hình 3.1.
BONG BAU KE Sooo 1000 2000 2000
BEN CHIE BANG CÁO Ere, SONEEN BEX TRANG TRE
BỀN HÔI ĐIỆN Kar LAN CÁN Gane ÚC.
Ông TEEN H THẺ XÂY đều ote TƯỜN HTÉT DAY am mr
TT ces cen x94 danlr en? ươm:
CÁN ths Ce ie ad va tvSố la THAT: PIT Dm etn
SJ
2/22 yy6/46 Ề ⁄24)) Ẳ Ề
YyyyYf fy V20 Wi,
⁄⁄⁄⁄ YIM IN đi
LA 2.
Hình 3.1 Mặt cắt công trình kè ven sông Hòa Binh (Bạc Liêu)
`4q
Na: CALVES.
- Cao trình đỉnh kè được tính toán theo Hướng dan thiết kế đê biển 14TCN
130-2002.
V Đỉnh kè = Z, + Hạ + a
Trong đó:
- Z;: Mực nước cao thiết kế: Z, = 1,32m.
- a: Trị số gia tăng an toàn: a = 0,3m (xét đến nước dâng) - Hạ: Chiểu cao sóng do tàu: Hy, =0,40m
V Dinh kè = Zp + Hy + a= 1,32 + 0,40 + 0,3 = 2,02m.
Các thông số tuyến kè:
_52-
- Phương án kết cấu: Kè bảo vệ bờ có kết cầu bản chắn BTCT sau cọc kết hop với dầm - cọc neo:
+ Coc trước BTCT M300, kích thước 30x30cm, dài 22m.
+ Tường va bản chắn đất dày 20cm.
+ Dam mũ liên kết cọc và tường, bản chăn đất: 50x70cm.
+ Coc neo: cọc BTCT M300 30x30cm, dài 22m.
+ Dam neo BTCT M300 kích thước 30x50cm.
- Thông số cơ bản tuyến kè:
+ Cao trình đỉnh kè : +2,20m (hệ cao độ Hòn Dấu).
+ Cao trình via he : +2,25m (hệ cao độ Hòn Dâu).
+ Mực nước cao thiết kế: +1,32m (hệ cao độ Hòn Dau).
+ Mực nước thấp thiết kế: -1,69m (hệ cao độ Hòn Dấu).
3.3. Tính toán và kiểm tra ỗn định của tường chắn
3.3.1. Tải trọng tác động lên tường kè
Áp lực đất tác dụng lên tường kè:
* Áp lực chủ động của đất tác dụng lên tường kè xác định theo công thức:
ử, =(q+7,h,)Â, ~ â|Ä,
Trong đó:
+ q: hoạt tải tác dung phân bồ đều. q = 0,31/mˆ + +¡: Trọng lượng riêng của lớp đất thứ i:
+ h;: Chiều cao của lớp dat thứ i.
+ c: lực dính don vi.
+ @: góc ma sát trong của dat.
- 53-
+24: Hệ số áp lực chủ động.
A, = tg? (45 =5)
++Đối với đất cát: 1, =/g?(45° >) = 1g7(45" = =0.39
++Đối với lăng thể đá sau kè:
a, =tg?(459 —') = ¡g°(45° — 25) = 0.26
2 2 - Tại cao trình: +2,20m
ổ, =(q+?h,)Ä =ea|^„ = (0,3 )*0,39 = 0,12T/m”
- Tai cao trình: +0,80m
ổ, =(4+7h,)„ — e|^„ = (0,3 +0,05*2,5+0,15*2,3+1,6*1,5)*0,39= 1,24T/m’.
- Tại cao trình: +0,60m
ổ, =(q+7,,)4„—ea|A„ = 0,00T/m”.
- Tai cao trình: -1,20m
ổ, =(4+7h,)„ cf, = (1.8*2,3)*0,26 = 1,07T/m’.
Ap lực sóng do tau gây ra tac dụng lên tường kè:
Chiều cao sóng do xác định theo công thức:
V? adm od g VA,
h,, =2 S
Trong do:
+ d, val, : Mon nước và chiêu dai san.
d, = 1.2m, l¡ =9,0m
_ 54-
+đ: Hệ sô đây lượng rẽ nước của tâu.
+ Vadm. Vận tốc cho phép (Theo điều kiện khai thác) của tau.
1-k A
Voằ = oo 6 cos wee oak. lệ
kạ: Tỷ sô giữa diện tích ướt của mặt căt ngang của tâu trên diện tích
mặt cắt ướt của kênh.
b: Bé rộng kênh tại mép nước.
A: Diện tích mặt cắt ướt của kênh.
- Kết quả tính toán chiều cao sóng do tau gây ra: hg, = 0,40m
Lực neo tàu tác dụng lên tường kè:
* Tai trọng do gió tac dụng lên tau.
Wq = 73,6.10°. Aq. Vq°.é W, = 49,0.10°.A,. Va. &
Trong do:
+ Wq_Wn: Thanh phần ngang và dọc của lực gió. (KN) + Aq, An: Diện tích cản gio theo hướng ngang và hướng đọc tàu. (m’)
+ Vq_Vn : Thành phần ngang và dọc của vận tốc gió có suất bảo đảm
2%. (m/s)
+¢€ :Hệ SỐ phụ thuộc vào kích thước vật can gió.
* Tai trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu.
Oy = 0,59.AL. Ve Ny = 0,59.A¢. Vụ
Trong do:
+ Qy. Ny: Thanh phan ngang va doc ctia luc dong chay.(KN)
-_55-
+ A, , A, : Diện tích cản nước theo hướng ngang và hướng doc tàu. (m’)
+ V,, Vạ : Thành phân ngang va đọc của vận tốc dòng chảy có suất bảo đảm
2%. (m/S)
* Tổng hợp lực đo gió và dòng chảy.
- Thanh phan ngang: Q=W,+ Q, (KN) - Thanh phan doc: N=W,t Ny (KN)
Bang 3.1 Bang tinh luc neo tau
Phuong ngang Phuong doc
Truong hop Day Rỗng Day | Rong
hang hang hang hang
Hệ s6é 1,00 1,00 1,00 1,00 Hệ số a, /a, 0,10 0,12 1,20 1,30 Vận tốc gió (m/s) 17 17 17 17 Diện tích chan gió A,/A, (m') 19,6 23,52 8.75 9,48
Lực do gió W,/W, (T) 0,58 0,69 0,17 0,19
Vận tốc dòng chảy (m/s) 0,50 0,50 0,50 0,50 Diện tích chắn nước A¡/A+ (m') 15,47 0,00 2,98 0,00
Lực do dòng chảy Q,/N,, (T) 0,23 0,00 0,04 0,00
Tổng hợp lực 0,81 0,69 0,22 0,19
- 56 -
Bảng 3.2 Bảng phân phối lực neo tại bến cập tàu
bến
Bến S=S.si
30} 0/1) S=— Qu S,= Qo S„=S.cosœ.cosB
50T n.sin @.cos ổ n np
Bang 3.3 Bang gia tri luc neo tai bén cap tau
Loại bến Truong hop | Qtoi(T) | Sứ) S4) | Su) | SyCP) Bến 50T Khai thác 0,61 1,61 0,81 1,40 0 Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên tường kè:
Khi mực nước trên kênh xuống thấp nhất (mực nước -1.69m với tần suất 95%), kết hợp với lượng nước mặt thâm xuống đất sẽ hình thành một dòng thấm chảy ra kênh tạo nên áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên tường kè. Đề hạn chế áp lực thuỷ tĩnh này, đơn vị Tư van dé nghị giải pháp xử lý kết cấu kè như sau:
- Phía trên mặt via hè bố trí các ống thoát nước PVC D60 với khoảng cách 2m/6ng nham tiéu thoat lượng nước mặt trên mặt ke.
- Phía trên bản đáy tường kè, bố bố trí các ống thoát nước PVC D60 với khoảng cách 2m/ông nhằm tiêu thoát lượng nước ngầm phía trên ban đáy.
- Phía dưới ban đáy bố trí tang lọc ngược phía sau các bản chan dat lắp ghép nham làm giảm áp lực đất tác dụng lên bản chan dat cũng như tăng khả năng tiêu
thoát nước sau kè.
= Với giải pháp xử lý như trên, áp lực nước thuỷ tinh tac dụng lên tường kè
là không đáng ké so với các lực tác dụng khác.
3.3.2. Kiểm tra 6n định tông thé công trình - Theo tài liệu địa chất, khu vực xây dựng công trình gồm có hai lớp đất cơ bản, các chỉ tiêu cơ lý tổng hop của các lớp dat được thé hiện ở mục 3.1.
_57-
- Ngoài số liệu thí nghiệm trong phòng còn có số liệu khoan khảo sát thí nghiệm hiện trường (thí nghiệm cắt cánh hiện trường) để đánh giá sức kháng cắt thực tế của các lớp dat ngoài hiện trường. Kết qua thí nghiệm sức chống cắt ngoài hiện trường sẽ sử dụng để tính toán kiểm tra 6n định công trình. Sức chống cắt nguyên dạng từ thí nghiệm cắt cánh sẽ được nhân với một hệ số hiệu chỉnh ụ có xét đến thành phan cấu tạo của đất nên, tốc độ cắt cánh và tính phá hoại liên tiếp của
nên đât và phụ thuộc vào chỉ sô dẻo.
Cac thông sô tính toán sức khang cat của các lớp dat ở các độ sâu khác nhau của
hồ khoan nguy hiểm nhất từ thí nghiệm khoan cắt cánh được thé hiện ở bảng 3.4.
Bảng 3.4 Kết quả cắt cánh công trình kè Hòa Bình (Bạc Liêu)
STT Độ sâu Sức chống cắt Hệ số Sức chống cắt nguyên
(m) nguyên dang Sy diéu dang tính toán Sur
(KG/cm’) chinh p (KG/cm’)
| 2 9,70 0,90 8,73
2 4 11,80 0,90 10,62
3 6 13,10 0,90 11,79
4 8 15,20 0,90 13,68
5 10 18,70 0,90 16,83
6 12 20,70 0,90 18,63
7 14 21,80 0,90 19,60
Tai trong tinh toan:
- Hoạt tải khai thác trên mặt ke, tai trong do người di lại : q = 0,3 T/m?
- 58 -
- Tai trong do 6 tô đi lai trên đường giao thông sau kè được quy đồi thành tải phân bố đều q = 1,5T/m’ (tương ứng với đoàn xe 6 tô H13 + H18).
- Tai trọng thi công : Xe lu D260 trọng lượng 6T lu len đường ngay sau tường
kè được quy đổi thành tải phân bố déu q = 1,0T/m2.
Nguyên tắc tính toán:
Tính toán ổn định tổng thé kè bo sử dụng phương pháp cân băng giới hạn tong quát, sử dụng phan mém tính toán GEO - SLOPE của Canada dé tính toán, công thức xác định hệ số ồn định công trình sử dụng phương pháp Bishop.
1 (eq. Y
| 282. cl, bn, + F(—)1 | Cosa, R, 1 4
K,= m, =Q+—1g0/gg,)J nh Y 3
sina.+W.— 7
Ị Jj
Trong do:
l;; Chiều dai cung trượt trong phạm vi mảnh i.
n: Tong s6 manh truot duoc phan manh trong pham vi khối trượt.
ọ;¡: Góc giữa pháp tuyến của cung li với phương của lực Qi
R¡: Bán kính đường cong của cung trượt.
C¡ và ọ¡ : Lực dính và góc ma sát trong của lớp đất chứa cung trượt |;
của mảnh trượt 1.
Qi: Trọng lượng bản thân của mảnh thứ 1.
W;: Lực động dat gây ra.
F;: Lực giữ chống trượt (nếu có rải vai địa kỹ thuật tăng cường. lực cắt
cọc hay một loại tương tự khác).
Y: Cánh tay đòn của lực W¡.
Yi: Cánh tay don của lực Fi,
_ 59 -
Trường hợp tính toán:
- Mực nước chon tính toán: MNimin = -1,69m.
- Mực nước ngâm phía trong kè chọn: + 1,32m.
- Chon mặt cắt ngang bat lợi nhất dé tiến hành kiểm tra tính toán.
- Hệ số 6n định cho phép theo tiêu chuẩn TCXDVN285-2002 công trình thủy lợi các yêu cau chủ yếu về thiết kế, hệ số 6n định cho phép đối với công trình cấp IV: [K] > 1,15
3.72=0.5+1.9*1.8 T/m2
pop oy yy
20
—_ $=1584 ph=5 e7 — <i -1.69c cat canh = 8.73
10.62
11.79
13.68
16.83
18.63
Hình 3.2 So đồ mặt cắt tính toán hệ số ồn định bằng phương pháp cung trượt lăng
trụ tròn
Kết quả tính toán hệ số 6n định băng phương pháp cung trượt lăng tru trên theo phương pháp phân mảnh cổ điển cho giá trị hệ số 6n định:
K= 1,17 > [K] : Công trình đảm bảo điều kiện ồn định 3.4. Phân tích kết cau và điều kiện thi công dé chọn lựa phương án cho công
trình kè Hòa Bình (Bạc Liêu)
- 60 -
3.4.1. Phương án 1: kè bản chắn giữa cọc chữ T kết hợp dầm - cọc neo (kè hiện
hữu):
ane SA =~
————..ở.
=
ĐIỆN CHIẾU BENG CC) 0n, Đôn es = Tad a
ee oe ee
En =a Ties STLT ae, OY io
ce ơ : SS
nu:
⁄ 2 33⁄5! Lư Mis, ⁄
29B hệ Hình 3.3 Mặt cắt phương án 1 công trình kè ven sông Hòa Bình (Bạc Liêu)H4
Kè tường góc được thiết kế với chiều dài phân đoạn 25,0m, bao gôm các phan
Sau:
- Tường kè: cao trình đỉnh +2,2m. Tường kè BTCT M300 dày 20cm được xây
dựng bao gồm dầm dọc BTCT 50x50cm trên nền cọc BTCT M300, dang chữ T kích thước 25x35 (55)cm, dài 22m, khoảng cách 2m. Phía sau hang cọc là bản chăn dat
BTCT M300 dày 15cm, cao 2,5m.
- Hệ neo: kết câu neo bang cọc đôi xiên 6:1 BTCT M300, kích thước 30x30cm, dài 22m với khoảng cách 4m. Sử dụng dam neo BTCT M300, kích thước 30x50cm dé liên kết với hang cọc trước.
- Suất đâu tu xây lắp 1m dài kè theo PA] là: 36,62 triệu đông
-61-
3.4.2. Phương án 2: Kè dạng khung tường chăn.
BUONO aA) KE £000
iy1,
\
LALLA 2