V. Nội dung của luận văn:
2.4 Kết luận chương 2
Do trỡnh độ khoa học càng ngày càng phỏt triển mà trờn thế giới cũng như ở nước ta , vật liệu mới và cụng nghệ mới trong cụng trỡnh bảo vệ vựng bờ biển ngày càng cú nhiều hỡnh thức, nhiều loại được ứng dụng.
Ứng dụng vật liệu mới và cụng nghệ mới vào cỏc cụng trỡnh cụ thể cần phải căn cứ vào cỏc điệu kiện :
- Điều kiện địa hỡnh, địa chất của vựng bờ sụng hay cửa biển
- Ở nước ta do điều kiện khớ hậu,thời tiết ở ba miền khỏc nhau, đặc biệt giú bĩo, súng xảy ra ở mức độ khỏc nhau nờn cần cú những biện phỏp thớch hợp
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CễNG TRèNH BẢO VỆ BỜ TẠI KHU VỰC CễNG VIấN PHÚ THUẬN - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH” 3.1. Cơ sở khoa học của giải phỏp
Cỏc giải phỏp cụng trỡnh bảo vệ bờ bao gồm cỏc giải phỏp cụng trỡnh tạm thời và cỏc giải phỏp cụng trỡnh lõu dài
− Cỏc giải phỏp cụng trỡnh tạm thời như: bú cành cõy, rồng đỏ, bú cành cõy bọc đỏ, hàng rào bú cành cõy gõy bồi, kết hợp trồng cỏ với cỏc cấu kiện bờ tụng, thảm cỏ nhõn tạo. Cỏc dạng cụng trỡnh này ớt tốn kộm nhưng cú tuổi thọ ngắn.
− Cỏc giải phỏp cụng trỡnh lõu dài như: kố (gia cố bờ), đập mỏ hàn, đập hướng dũng, đập chặn dũng. Cỏc loại cụng trỡnh này cú kết cấu bề chắc, tuổi thọ dài. Dự ỏn cụng viờn Phỳ Thuận được quy hoạch với quy mụ khỏ lớn, bao gồm 2 khu chức năng chớnh là khu chức năng cụng viờn và khu chức năng đụ thị, được bố trớ mở ra sỏt bờ sụng. Do đú, cụng trỡnh bảo vệ bờ ở khu vực này khụng những phải đạt yờu cầu về kết cấu bền chắc, lõu dài mà cũn phải đỏp ứng được yờu cầu về cảnh quan mụi trường cho cụng viờn.
Trong số cỏc dạng cụng trỡnh bảo vệ bờ thỡ:
− Đập mỏ hàn: cụng trỡnh cú tỏc dụng thu hẹp lũng sụng, bảo bệ bờ bằng cỏch tỏc động trực tiếp làm thay đổi hướng của dũng chảy, đẩy dũng chủ lưu ra xa bờ, chống xúi lở.
− Đập hướng dũng: cũn gọi là đập thuận dũng, là cụng trỡnh theo phương dọc, thõn đập tương đối dài, song song hoặc lệch với phương dũng chảy một gúc nhỏ; đập thuận dũng cú tỏc dụng thu hẹp lũng sụng, hướng dũng chảy theo một phương nhất định, cú thể kết hợp với cỏc tường chắn để gõy bồi.
− Đập chặn dũng (đập khúa): là cụng trỡnh cú kết cấu bao gồm thõn đập và 2 đầu đập gắn với 2 bờ lạch, loại cụng trỡnh này chắn ngang dũng chảy khụng cho nước tràn qua, nhằm bịt bớt luồng lạch, tậptrung nước cho dũng chủ chớnh.
− Cụng trỡnh gia cố bờ (kố): là cụng trỡnh bảo vệ bờ trực tiếp bằng cỏch tạo một lớp ỏo phủ bờn ngồi để chống lại tỏc động của súng và dũng chảy đến bờ. Cụng trỡnh gia cố bờ tỏc động trực tiếp lờn lũng dẫn, tăng khả năng chống đỡ của nú
Địa hỡnh của khu vực nghiờn cứu thuộc loại địa hỡnh đồng bằng thấp, tương đối bằng phẳng, cao độ mặt đất từ 0,5-2m, lũng sụng rộng và sõu ngoại trừ rạch Bà Bướm cú chiều sõu nước tương đối nhỏ. Hai bờn bờ sụng chủ yếu là cõy dừa nước.
3.1.2 Đặc điểm địa chất tại khu vực ngĩ ba Đốn đỏ
Căn cứ vào kờt quả khảo sỏt địa chất tại khu vực nghiờn cứu do viện thủy lợi miền nam thực hiện từ thỏng 5 đến thỏng 10 năm 2010 với 5 hố khoan địa chất, mỗi hố sõu 70m, được bố trớ theo hỡnh 3.1:
Hố khoan 1: Nằm ở bờ sụng Nhà Bố, cao trỡnh mặt đất tự nhiờn là +1,685m. Hố khoan 2: Nằm ở bờ sụng Nhà bố, cao trỡnh mặt đấttự nhiờn là +1,62m. Hố khoan 3: nằm ở bờ rạch Bà Bướm, cao trỡnh mặt đất tự nhiờn là 1,217m. Hố khoan 4: Nằm ở bờ sụng Sài Gũn, cao trỡnh mặt đất tự nhiờn là +1,403m. Hố khoan 5: Nằm ở bờ sụng Sài Gũn, cao trỡnh mặt đất tự nhiờn là +1,92m.
Hỡnh 3-1: Cỏc hố khoan địa chất khu vực nghiờn cứu
Lớp 1:Bựn sột màu xỏm xanh
Bựn sột, màu xỏm xanh, xỏm đen, chiều dày lớp thay đổi khỏ lớn, nằm phõn bố từ mặt đất tự nhiờn đến 22.9m ở hố HK1, 31.5m (HK2), 30.0m (HK3), 27.5m (HK4) và 13.8m (HK5), chiều dày trung bỡnhcủa lớp này là 25.5m..
Lớp 2: Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi năng (M2I-S)
Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi năng (M2I-S), tớnh dẻo trung bỡnh, màu xỏm nõu, xỏm xanh, xỏm vàng, trạng thỏi dẻo mềm đến dẻo cứng. Lớp này xuất phõn bố khụng đều tại cỏc hố khoan khảo sỏt, lớp này cú sự đan xen trong nền đất. Nằm phõn bố chủ yếu dưới lớp 1, chiều dày lớp khụng đều.
Lớp 3: Đất cỏt (SLM-C), chứa nhiều bụi và sột, màu xỏm vàng.
Đất cỏt (SLM-C), chứa nhiều bụi và sột, màu xỏm vàng, bảo hũa nước, kết cấu chặt vừa đến chặt. Nằm phõn bố dưới lớp 2, cú vị trớ nằm ngay dưới lớp 1, đến dày lớp thay đổi trong phạm vị từ 2,2m đến 14,5 m, chiều dày trung bỡnh lớp này 6,9m
Lớp 4: Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi nặng (M2I-S)
Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi nặng (M2I-S), dẻo trung bỡnh, màu xỏm xanh, xỏm nõu, nõu vàng, trạng thỏi nửa cứng đến dẻo cứng. Lớp này xuất hiện đều
Lớp 5a: Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi nặng (M2I-S).
Đất sột bỡnh thường (C2I-S), đất bụi nặng (M2I-S), dẻo trung bỡnh, màu nõu đỏ, xỏm xanh, nõu vàng, trạng thỏi nửa cứng. Lớp này xuất hiện trong cỏc hố khoan HK 3, HK4,HK5 và nằm kẹp trong lớp 5, tạo thành nờm sột, chiều dày lớp khụng đều thay đổi từ 1,5 đến 7,5m., chiều dày trung bỡnh lớp này 4,3 m.
Bảng 3.1: Chỉ tiờu cơ lý đặc trưng của cỏc lớp đất
TT Đặc trưng cơ lý Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5a Lớp 5 1 Số mẫu thớ nghiệm i 60 10 21 9 7 68 2 Thành phần cỡ hạt P, % Hạt sột 44,2 37,3 5,0 34,8 52,5 4,7 Hạt bụi 42,6 22,1 5,2 30,7 29,1 5,7 Hạt cỏt 13,2 38,6 89,1 34,5 18,4 89,1 Hạt sỏi sạn 2,0 0,7 0,0 0,0 0,5 3 Độ ẩm tự nhiờn W , % 81,33 26,30 21,81 25,65 25,83 22,19 4 Khối lượng thể tớch tự nhiờn γwtc, g/cm3 1,506 1,960 2,027 1,983 1,984 2,025 γwI , 1,496 1,934 1,973 1,961 1,940 2,016
TT Đặc trưng cơ lý Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5a Lớp 5 g/cm3 γwII , g/cm3 1,500 1,945 1,995 1,970 1,960 2,020 5 Khối lượng thể tớch bảo hồ γbh , g/cm3 1,520 1,980 2,040 1,999 2,000 2,036 6 Khối lượng thể tớch khụ γctc , g/cm3 0,834 1,553 1,665 1,579 1,579 1,659 7 Khối lượng riờng ρ 2,650 2,710 2,667 2,722 2,730 2,662 8 Độ bĩo hũa G, % 98,00 95,36 96,51 96,23 96,19 97,27 9 Độ rỗng n, % 68,51 42,71 37,56 42,00 42,19 37,67 10 Hệ số rỗng eo, % 2,199 0,748 0,603 0,726 0,734 0,607 11 Giới hạn chảy WL , % 53,76 38,23 36,88 41,09 12 Giới hạn dẻo Wp , % 32,64 21,70 22,47 22,69 13 Chỉ số dẻo Ip , % 21,13 16,53 14,41 18,40 14 Độ sệt B 2,31 0,28 0,22 0,17 15 Gúc ma sỏt trong tiờu chuẩn
ϕtc 3031’ 13060’ 28018’ 14019 14037 28006 16 Lực dớnh tiờu chuẩn Ctc (kG/cm2) 0,070 0,302 0,094 0,310 0,316 0,087 17 Gúc ma sỏt trong tớnh toỏn 1 ϕtt 1 (độ) 3 002’ 13026’ 27053’ 13057 14002 27031 18 Lực dớnh tớnh toỏn 1 Ctt1, (kG/cm2) 0,067 0,288 0,085 0,300 0,297 0,081 19 Gúc ma sỏt trong tớnh toỏn 2 ϕtt 2 ( độ) 3 011’ 13042’ 28006’ 14006 14015 27044
- a0.25-0.5 0,490 0,054 0,046 0,051 0,051 0,042 - a0.5-1.0 0,298 0,036 0,025 0,033 0,033 0,022 - a1.0-2.0 0,171 0,022 0,016 0,021 0,022 0,014 - a2.0-4.0 0,090 0,015 0,010 0,015 0,015 0,009 - a4.0-8.0 0,010 0,006 0,010 0,010 0,006 22 Moduyn biến dạng E1-2 , (kG/cm2) 5,20 58,64 77,20 61,16 60,88 87,74 23 Hệ số thấm K , cm/s 7,10E-06 2,13E-06 6,28E-04 8,85E-07 6,12E-07 6,44E-04
Căn cứ vào kết quả khảo sỏt và thớ nghiệm ta thấy rằng đất nền trong khu vực xõy dựng thuộc trầm tớch Holoxen hệ Đệ Tứ cú nguồn gốc sụng biển hỗn hợp hệ tầng Nhà Bố Cần Giờ. Đất lớp 1 thuộc phụ thống trờn (aIV2-3) cú sức chịu tải rất kộm, tớnh nộn lỳn rất cao, khụng thớch hợp cho việc đặt múng cụng trỡnh. Dưới lớp đất yếu là đất thuộc trầm tớch cổ Pleitoxen gồm cỏc lớp đất: cỏt pha sột, ỏ sột, sột đan xen nhau cú khả năng chịu lực tốt hơn. Theo Bựi Phỳ Mỹ và Nguyễn Đức Trung lập năm (1968-1970) lớp đất 2 thuộc phụ thống giữa hệ tầng Cần Giờ (amIV 2-3cg), do cỏc lớp đất này ở trạng thỏi dẻo mềm đến dẻo cứng. Cỏc lớp 3, 4, 5, 5a thuộc hệ tầng Bỡnh Chỏnh phụ thống dưới (am IV 1-2bc) là cỏt hạt mịn, trung đến hạt thụ đụi chổ chứa sạn sỏi trũn cạnh và sột ở trạng thỏi cứng nửa cứng, kết cấu chặt , cú sức chịu tải cao, tớnh nộn lỳn nhỏ nhưng nằm ở khỏ sõu, tại khu vực xõy dựng lớp này nằm cỏch mặt đất tự nhiờn từ 20.5 đến 34,2 m. Vỡ vậy khi xõy dựng cụng trỡnh cú tải trọng lớn chịu lực ngang cần cú phương ỏn gia cố nền bằng cọc để truyền tải trọng xuống lớp đất này. Chiều sõu xử lý cần tớnh toỏn căn cứ vào tải trọng cụng trỡnh.
3.2. Cỏc phương ỏn đề xuất:− Phương ỏn 1: Cọc bờ tụng cốt thộp kết hợp với bản chắn đất − Phương ỏn 1: Cọc bờ tụng cốt thộp kết hợp với bản chắn đất Tru ù ủ e ứn, b o ỏ trớ 20m / 1 trú Tru ù la n c a n BTC T M200 VệếA LÓT M 100, DAỉY 10C M BTC T M250 VệếA LÓT M 100, DAỉY 10C M A i =1% m = 1.5 M a ởt ủ a ỏt tửù nhiẽn C o ùc ly ta õm D500 M ử ùc nử ụ ực sõng m a x m = 2.0 C ửứ nhử ùa PVC C NS40 C o ùc ly ta õm D500 Hỡnh 3-2: Hỡnh minh họa phương ỏn 1
− Phương ỏn 2: Phần chõn kố đúng cọc vỏn BTCT dự ứng lực, cố định đầu cọc bằng dầm mũ. Phần bờ phớa trong đúng cọc BTCT.Phần mỏi bằng cỏc tấm bờ tụng tự chốn cú mố phỏ súng TSC 178 m = 3.0 C óc va ựn BTDệL W600-B, L =28m M a ởt ủ a ỏt tửù nhiẽn M ử ùc nử ụ ực sõng m a x C óc BTC T 35x35, L=12.0m Tim c õng trỡnh i =1% m = 2.0 C Va ỷi ủ ũa ky ừ thua ọt
− Thời gian thi cụng kộo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt và đời sống nhõn dõn
− Tuổi thọ cụng trỡnh khụng cao
Phương ỏn 2 :
a) Ưu điểm:
− Quỏ trỡnh thi cụng khụng cần mặt bằng rộng, bởi giải toả mặt bằng rất tốn kộm.
− Tuổi thọ cụng trỡnh cũng được nõng cao, bởi cọc vỏn BTCT dự ứng lực
được sản xuất từ những vật liệu cú cường độ cao, khả năng chịu lực tốt nờn giảm được rất nhiều trọng lượng vật tư cho cụng trỡnh, dễ thay thế cọc mới khi những cọc cũ gặp sự cố.
− Sau khi thi cụng sẽ tạo thành 1 bức tường bờ tụng kớn nờn khả năng chống xúi cao b) Nhược điểm:
− Cụng nghệ sản xuất,thi cụng phức tạp
− Giỏ thành cao hơn cọc đúng truyền thống
Khu vực dự ỏn là nơi dõn cư tập trung và phỏt triển kinh tế sầm uất. Đõy là nơi nhập lưu của ba con sụng lớn nờn diễn biến lũng sụng phức tạp.Dũng chảy cú tớnh thuận nghịch, khụng ổn định và cú sự xỏo trộn giữa nước mặn và nước ngọt.Địa chất khu vực dự ỏn là nền yếu với lớp bựn rất dầy.
Do đú chọn phương ỏn 2 để đảm bảo tớnh bền vững ,ổn định cho cụng trỡnh cũng như thuận tiện trong việc thi cụng.
3.4 Cụng nghệ thiết kế cừ bản bờ tụng cốt thộp dự ứng lực
Nguyờn tắc chung để tớnh toỏn thiết kế tường cừ bản BTCT dự ứng lực là tớnh toỏn khả năng chịu tải và biến dạng của tường cừ, tớnh toỏn khả năng ổn định hệ tường cừ bản BTCT dự ứng lực và đất nền thỏa mĩn cỏc điều kiện sau:
− Bản thõn tường cừ bản khụng bị phỏ hoại : Để đảm bảo điều kiện này cần tớnh toỏn nội lực ( mụ men) xuất hiện khi cừ bản làm việc Mtt để thiết kế lựa chọn loại cừ bản cú Mc > Mtt
− Tồn bộ khối đất, cụng trỡnh và hệ thống neo khụng bị trượt, để khống chế điều kiện này, cần tớnh toỏn kiểm tra ổn định để từ đú tỡm ra mặt trượt nguy hiểm nhất và hệ số ổn định Kmin min
− Tồn bộ hệ thống cừ bản khụng bị xoay, chuyển vị đứng và ngang vượt quỏ giới hạn cho phộp, do vậy phải tớnh toỏn kiểm tra sự cõn bằng của ỏp lực đất tỏc dụng lờn tường cừ.
− Hệ thống neo gồm bệ neo và thanh neo phải ổn định: cần tớn toỏn nội lực (lực kộo) xuất hiện trờn thanh neo và lựa chọn giải phỏp neo hợp lý.
Trỡnh tự tớnh toỏn bao gồm cỏc bước sau:
− Bước 1 : Tớnh toỏn xỏc định nội lực và chiều dài cừ
− Bước 2 : Thiết kế cừ bản bờ tụng cốt thộp dự ứng lực
− Bước 3 : Thiết kế thanh neo và dầm ốp tường cừ
− Bước 4 : Kiểm tra ổn định tổng thể của tường cừ và nền
− Bước 5 : Kết luận
Quy trỡnh cụng nghệ thiết kế tường cừ bản bờ tụng cốt thộp dự ứng lực cụ thể như sau :
3.4.1 Tớnh nội lực và chiều dài cừ ( Bước 1)
Theo giỏo trỡnh “ cụng trỡnh bến cảng ” .Việc tớnh toỏn ổn định bản thõn tường cừ bản dựa trờn lý thuyết ỏp lực đất của Coulomn và Rankine.Tường cừ bản thường ở dạng thẳng đứng nờn để đơn giản húa, cỏc tớnh toỏn được dựa trờn một số giả thiết sau:
− Mặt đất trước và sau tường nằm ngang
− Khụng xột ma sỏt giữa đất và tường
− Tường xem như thẳng đứng
Cỏc hệ số ỏp lực đất xỏc định theo cỏc cụng thức : + Hệ số ỏp lực đất chủ động : 2 0 45 2 a K =tg −ϕ
Tường cừ bản khụng neo được nghiờn cứu theo sơ đồ hỡnh 3-4 .Theo hướng tớnh toỏn, ta xem tường cọc bản làm việc sẽ xoay quanh điểm O.Mực nước trước và sau tường cú độ cao bằng nhau nờn ỏp lực nước sẽ khụng xột đến tớnh toỏn.
− Ở vựng (a) chỉ cú ỏp lực chủ động tỏc dụng lờn tường
− Ở vựng (b),phớa trước tường cú ỏp lực đất chủ động và phớa sau tường cú ỏp lực đất bị động tỏc dụng.
− Ở vựng (c), phớa trước tường cú ỏp lực bị động và phớa sau tường cú ỏp lực chủ động. Mực nước áp lực bị động áp lực chủ động O áp lực chủ động Vùng A Vùng B Vùng C cát cát áp lực chủ động áp lực chủ động (a) (b) (c)
Hỡnh 3-4: Sơ đồ tớnh toỏn tường cừ bản khụng neo Ta xột 2 trường hợp
a Tường được đúng vào trong đất cỏt
Biểu đồ phõn bố ỏp lực đất thực tế theo hỡnh 3-4b .Để thuận lợi cho việc xỏc lập cụng thức tớnh toỏn, ta đơn giản húa sự phõn bố ỏp lực đất theo đường thẳng theo hỡnh 3-4c
Mặt nạo vét Mực nước D C E F H B G D L L5 L3 L2 L1 P 2 Z1 Z P4 P2 P5 P1 A 2 γ (kp-k )a cát γ ϕ C =0 cát γ ϕ C =0 cát γ ϕ C =0 L Mmax
(a) Sự thay đổi biểu đồ ỏp lực đất rũng ( b)Sự thay đổi biểu đồ mụ men Hỡnh 3-5: Tường cừ bản khụng neo đúng vào đất cỏt
Giả sử mực nước ở cỏch mặt đất một khoảng cỏch là L1, chiều cao AD là L= L1 + L2 đất đắp cú gúc ma sỏt trong là ϕ , ta cú :
1 1. .1 a
P =γ L K
1
γ : Trọng lượng riờng của đất,
Tương tự ở độ sõu Z= L1+L2 ta cú P2 =( .γ1L1+γ2.L2).Ka
2:
γ Trọng lượng riờng đẩy nổi của đất,
Áp lực đất chủ động tỏc động trước tường trong khoảng D đến O là [ 1. 1 2. 2 2.( 1 2) .]
a a
P = γ L +γ L +γ z− −L L K
Áp lực đất bị động tỏc động sau tường ở độ sõu z là :
2( 1 2) p p P =γ z− −L L K Áp lực rũng tỏc dụng lờn tường ở độ sõu z là : 1 1 2 2 2 1 2 2 2