Lựa chọn giải pháp hợp lý đảm bảo ổn định bờ sông sài gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh bình dương,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Thuận lợi và khó khăn trong tính toán công trình ổn định bờ sông trên nền đất yếu theo phương pháp giải tích .... Ứng dụng phần mềm Plaxis trong tính toán các giải pháp kết cấu ổn định c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

PHẠM NGỌC BẢY

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH

BỜ SÔNG SÀI GÒN ĐOẠN THUỘC ĐỊA PHẬN TỈNH

BÌNH DƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

PHẠM NGỌC BẢY

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH

BỜ SÔNG SÀI GÒN ĐOẠN THUỘC ĐỊA PHẬN TỈNH

BÌNH DƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ : 60 – 58 – 30

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2013

LỜI CẢM ƠN

Ngay từ khi bắt đầu đề tài, cũng như trong quá trình triển khai đề tài và hoàn thành được đề tài của mình, tác giả đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các cơ quan liên quan

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu Nhà trường, Phòng

Tổ chức – Hành chính, các Phòng ban trong Nhà trường, Ban Đào tạo – Trường Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở 2 đã giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành đề tài của mình

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn

PGS.TS Nguyễn Văn Hùng - Phó Giám đốc Thường trực trường Đại học

Giao thông vận tải - Cơ sở 2, thầy đã hướng dẫn tận tình, hỗ trợ và giúp đỡ tác giả với bầu nhiệt huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Đề tài thể hiện một góc nhìn của tác giả về vấn đề nghiên cứu, chính vì vậy tác giả chân thành cảm ơn và sẽ tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để hoàn thành đề tài; tác giả cũng mong muốn đem những kết luận, kiến nghị của đề tài vào những ứng dụng thực tế ngành giao thông vận tải

Xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

KS Phạm Ngọc Bảy

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

1 Tính cấp thiết của đề tài 5

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6

4 Phương pháp nghiên cứu 6

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6

6 Hạn chế của đề tài 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẠT LỞ VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG 8

1.1 Tổng quan tình hình sạt lở ven sông Sài Gòn 8

1.2 Tổng quan về các giải pháp ổn định công trình ven sông 14

1.2.1 Giải pháp tường chắn dạng mềm 14

1.2.1.1 Cấu tạo điển hình tường chắn dạng mềm 14

1.2.1.2 Mặt cắt ngang của cọc ván 17

1.2.1.3 Hư hỏng điển hình của tường chắn dạng mềm 20

1.2.2 Giải pháp tường chắn tường bê tông cốt thép nền cọc đóng 22

1.2.2.1 Cấu tạo điển hình tường chắn tường bê tông cốt thép nền cọc đóng 22

1.2.2.2 Hư hỏng điển hình của tường bê tông cốt thép trên nền cọc đóng 24

1.2.3 Giải pháp tường chắn tường có cốt 26

1.2.4 Giải pháp kè mái nghiêng 27

1.2.5 Giải pháp kè tường cọc xi măng đất 28

1.2.6 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các giải pháp ổn định công trình ven sông phổ biến hiện nay 30

1.3 Qui hoạch xây dựng công trình ven sông đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương 32

1.4 Phân vùng địa chất 33

1.5 Nhận xét chương 1 34

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH VEN SÔNG35 2.1 Lý thuyết tính toán theo phương pháp giải tích 35

2.1.1 Sự phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân 35

2.1.2 Lực tập trung tác dụng trên mặt đất 36

2.1.3 Lực tập trung tác dụng nằm ngang trên mặt đất 37

2.1.4 Lực tập trung tác dụng trong lòng đất 38

2.1.5 Tải trọng đường thẳng 39

2.1.6 Tải trọng hình băng 40

2.1.7 Tải trọng phân bố tam giác 40

2.1.8 Tính toán ổn định tổng thể công trình 41

2.1.8.1 Các giả thiết tính toán 41

2.1.8.2 Phương trình cân bằng mômen 43

2.1.8.3 Phương trình cân bằng lực 44

2.1.8.4 Phương trình cân bằng giới hạn tổng quát 44

2.2 Tính toán thiết kế các giải pháp ổn định bờ sông điển hình 45

2.2.1 Giải pháp tường chắn dạng mềm 45

2.2.1.1 Sơ đồ khối tính toán tường chắn dạng mềm 45

2.2.1.2.Tiêu chuẩn đánh giá tường cứng, tường mềm 47

2.2.1.3 Tính toán công trình tường chắn tường một tầng neo 48

2.2.1.4 Tính toán ổn định trượt sâu công trình tường chắn 53

2.2.1.4.1 Sơ đồ tính toán ổn định trượt 53

2.2.1.4.2 Cách xác định tâm trượt nguy hiểm 54

2.2.2 Giải pháp tường chắn tường bê tông cốt thép nền cọc đóng 56

2.2.2.1 Sơ đồ khối tính toán tường chắn bê tông cốt thép trên nền cọc đóng 56

2.2.2.2 Nguyên tắc tính toán 58

2.2.2.2.1 Xác định vị trí tâm đàn hồi 59

2.2.2.2.2 Xác định góc quay của bệ 61

2.2.2.2.3 Xác định phản lực ngang tác dụng tại các đầu cọc 62

2.2.2.2.4 Tính ổn định công trình tường chắn bệ cọc cao 63

2.3 Thuận lợi và khó khăn trong tính toán công trình ổn định bờ sông trên nền đất yếu theo phương pháp giải tích 67

2.3.1.Thuận lợi trong thiết kế 67

2.3.2 Khó khăn trong thiết kế 67

2.4 Lý thuyết tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 70

2.4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán 70

2.4.2 Ứng dụng phần mềm Plaxis trong tính toán các giải pháp kết cấu ổn định công trình bờ sông 72

2.5 Nhận xét chương 2 74

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG

SÀI GÒN ĐOẠN THUỘC ĐỊA PHẬN TỈNH BÌNH DƯƠNG 75

3.1 Nguyên tắc lựa chọn kết cấu ổn định bờ sông 75

3.2 Lựa chọn thông số đầu vào trong tính toán 77

3.3 Kết quả tính toán giải pháp tường chắn mềm 78

3.3.1 Kết cấu của tường chắn không neo 79

3.3.2 Kết cấu của tường chắn 1 tầng neo 80

3.3.3 Kết cấu của tường chắn kết hợp vải địa kỹ thuật 82

3.3.4 So sánh kinh tế kỹ thuật của tường chắn dạng mềm 84

3.4 Đề xuất giải pháp tường chắn bán liên tục 88

3.4.1.Cơ sở và trình tự thiết kế 88

3.4.2 Phân tích tính toán thiết kế tường TBL 90

3.5 Kết quả tính toán giải pháp tường chắn bê tông cốt thép trên nền cọc đóng 92 3.5.1 Kết cấu của tường chắn không neo 93

3.5.2 Kết cấu của tường chắn 1 tầng neo 96

3.5.3 Kết cấu của tường chắn kết hợp vải địa kỹ thuật 98

3.5.4 So sánh tính kinh tế kỹ thuật của tường chắn trên nền cọc đóng 100

3.6 Đề xuất giải pháp hợp lý ổn định công trình ven sông Sài Gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương 104

3.7 Nhận xét chương 3 105

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

4.1 Kết quả nghiên cứu 106

Những tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo 106

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây vấn đề mất ổn định công trình ven sông Sài Gòn xảy

ra thường xuyên và có chiều hướng diễn biến phức tạp Điều này đã gây ra những ảnh hưởng lớn đến hệ thống hạ tầng kỹ thuật; tính mạng và tài sản của nhân dân; các công trình văn hoá, di tích lịch sử; mất đất ven sông

Nguyên nhân gây mất ổn định công trình ven sông do các hiện tượng khai thác cát bất hợp lý làm thay đổi dòng chảy, xây dựng các công trình không theo qui hoạch lấn chiếm hành lan an toàn ven sông, cho phép tàu thủy tải trọng lớn lưu thông qua lại trên sông gây ra hiện tượng sóng vỗ sạt lở công trình ven sông

Công tác thiết kế xây dựng công trình ven sông theo kinh nghiệm, để an toàn các đơn vị tư vấn thiết kế đã sử dụng kết cấu chưa hợp lý như: lựa chọn chiều sâu cọc quá lớn, áp dụng giải pháp đắt tiền cho công trình nhỏ nên hiệu quả kinh tế kỹ thuật không cao Một số giải pháp truyền thống như: giải pháp đóng cừ tràm, kè mái nghiêng, sau thời gian đưa vào khai thác sử dụng chưa hiệu quả Gần đây một số công trình sử dụng giải pháp mới như: tường chắn cọc ván dự ứng lực, tường bê tông cốt thép trên nền cọc, tuy nhiên giải pháp cấu tạo và tính toán chưa hợp lý nên hiệu quả về mặt kinh tế kỹ thuật chưa cao

Để có cơ sở đưa ra các giải pháp hợp lý tác giả đã đưa ra nhiều giải pháp đảm bảo ổn định, giá thành hạ, nghiên cứu khắc phục các tồn tại hiện nay trong công tác

tư vấn thiết kế

Theo qui hoạch của tỉnh Bình Dương đến năm 2015, sẽ có tuyến đường ven sông Sài Gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương, phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế xã hội

Chính vì vậy, việc nghiên cứu ”lựa chọn giải pháp hợp lý đảm bảo ổn định

bờ sông Sài Gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương”, để đưa ra những đặc

điểm chung nhất về dạng địa tầng cơ bản cũng như những giải pháp đảm bảo ổn

định công trình ven sông là cần thiết Đề tài giúp các tư vấn và chủ đầu tư có thêm giải pháp lựa chọn trong quá trình đầu tư xây dựng công trình không những có ý nghĩa địa phận tỉnh Bình Dương còn có ý nghĩa khu vực đồng bằng sông Cửu Long

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đề xuất những giải pháp cấu tạo và tính toán hợp lý đảm bảo ổn định bờ sông Sài Gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp khác nhau trong điều kiện địa

chất khác nhau, đưa ra giải pháp cấu tạo và tính toán hợp lý

Phạm vi nghiên cứu: Lĩnh vực nghiên cứu về giải pháp hợp lý đảm bảo ổn định

công trình ven sông có phạm vi khá rộng lớn Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều giải pháp được đưa vào sử dụng tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể Trong nội dung của luận án tác giả chỉ tập trung phân tích một số giải pháp kết cấu thường được sử dụng bao gồm:

- Giải pháp sử dụng tường chắn dạng mềm (cọc ván dự ứng lực, cọc ống thép );

- Giải pháp sử dụng tường chắn trên nền cọc;

Với các điều kiện như chiều cao đất đắp thay đổi từ 3-4.5m, chiều dày lớp đất yếu từ 12-18m và khu vực chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 18m

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp lý thuyết theo giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn, kết hợp với số liệu thống kê thực tế Dựa vào các công trình đã và đang được triển khai để phân tích, đánh giá, trên kết quả đó để đưa

ra những giải pháp hợp lý đảm bảo ổn định bờ sông với điều kiện cụ thể của khu vực nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Cung cấp cơ sở khoa học lựa chọn chuyển vị ngang hợp lý

Ý nghĩa thực tiễn: cung cấp cơ sở thực hiện các giải pháp cấu tạo hợp lý công trình ổn định ven sông cho các chiều cao đắp và địa chất khác nhau trên đoạn sông Sài Gòn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương

6 Hạn chế của đề tài

Do điều kiện kinh nghiệm chuyên môn, quan trắc thực tế chưa thực hiện được

và thời gian nghiên cứu làm luận án có hạn nên lượng thông tin thu thập được còn hạn chế Việc phân tích các giải pháp ổn định bờ sông Sài Gòn đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương chỉ dựa trên các yếu tố địa chất đặc trưng chưa đi sâu cụ thể

Vì chưa có điều kiện quan trắc nên độ tin cậy của đề tài chỉ mang tính lý thuyết; Trong tương lai cần kết hợp quan trắc để kiểm tra lại sự phù hợp của giải pháp cấu tạo và lý thuyết tính toán

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẠT LỞ VÀ CÁC GIẢI PHÁP

ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG

Nội dung chương sẽ giới thiệu những nét cơ bản nhất về các vấn đề hiện trạng

sử dụng bờ sông, các giải pháp ổn định bờ sông đã và đang được áp dụng, phân vùng địa chất và qui hoạch xây dựng các công trình ven sông trong tương lai

1.1 Tổng quan tình hình sạt lở ven sông Sài Gòn

Sông Sài Gòn bắt nguồn từ lưu vực Hớn Quản, tỉnh Bình Phước chảy qua địa

phận tỉnh Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh, rồi đổ vào sông Đồng Nai ở mũi

Đèn Đỏ thuộc huyện Nhà Bè và gọi là sông Nhà Bè (tức là dòng hợp lưu của hai

sông Đồng Nai và Sài Gòn)

Hình 1 1: Mặt bằng tổng thể sông Sài Gòn Sông Sài Gòn dài 256 km, chảy dọc trên địa phận thành phố dài khoảng 80km,

có lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m³/s, bề rộng tại thành phố khoảng 225m

Sông này có các cảng lớn thuộc hệ thống Cảng Sài Gòn Ngoài ra, ở Thành phố

Hồ Chí Minh còn có một hệ thống kênh rạch chằng chịt: Thầy Cai, Láng The, Bàu Nông, rạch Tra, Tường chắn Cát, An Hạ, Tham Lương, Cầu Bông, Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Tường chắn Nghé, Lò Gốm, Kênh Tẻ, Tàu Hũ, Kênh Ðôi

Hình 1 2: Bình đồ sông Sài Gòn chảy qua địa phận Bình Dương Trong những năm gần đây vấn đề mất ổn định nền đường của các tuyến ven sông khu vực phía Nam xảy ra thường xuyên và có chiều hướng diễn biến phức tạp Điều này đã gây ra những ảnh hưởng lớn đến hệ thống giao thông; tính mạng và tài sản của nhân dân; công trình hạ tầng cơ sở dọc bố trí dọc theo các tuyến đường giao thông; các công trình văn hoá, di tích lịch sử; mất đất đai

Sạt lở do tăng tải trọng trên bờ sông, điển hình vụ sạt lở xảy ra ở cảng Trường

Thọ, quận Thủ Đức, TP HCM nằm trên nhánh sông Sài Gòn bất ngờ bị sạt lở kéo theo gần 100 thùng hàng container chứa bột mì và lúa mạch nằm dưới nước Thiệt hại khoảng 10 tỷ đồng

Hình 1 3: Khu vực bãi container bị sạt

lở chất cao nằm sát nơi bị sạt lở Hình 1 4: Những container đƣợc

Sạt lở do sự lấn chiếm khi xây dựng các công trình ven sông gây thu hẹp dòng

chảy

Hình 1 5:Những nhà dân bi sạt lở kéo ra sông

Sạt lở do nạn khai thác cát trái phép, khai thác cát vƣợt khối lƣợng cho phép,

Hình 1 6:Khai thác cát trên sông Hình 1 7: Khu vực bị sạt lở nạn khai thác cát

Sạt lở do các giải pháp thiết kế thi công, khai thác công trình ven sông chƣa

Hình 1 10: Đoạn sông Sài Gòn bị thay đổi dòng chảy, do tác động của con người và tự

nhiên.

Sạt lở do địa chất của khu vực bờ sông yếu, chiều dày lớp đất yếu thay đổi

trung bình từ 10÷30m

Luận văn thạc sĩ 13 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng

D, S: MÉu KND vµ mÉu lÊy tõ mòi SPT U: MÉu nguyªn d¹ng

>50 50

10/04/2008 11/04/2008

1 / 2

21.50

21.50 1

25.00

3.50 3a

32.4 4 6 9 15

2.00 - 2.40 U1-1

4.00 - 4.40 U1-2

6.00 - 6.40 U1-3

8.00 - 8.40 U1-4

10.00 - 10.40 U1-5

12.00 - 12.40 U1-6

14.00 - 14.40 U1-7

16.00 - 16.40 U1-8

18.00 - 18.40 U1-9

20.00 - 20.40 U1-10

22.00 - 22.40 U1-11

24.00 - 24.40 U1-12

26.00 - 26.40 D1-13

28.00 - 28.40 D1-14

30.00 - 30.40 U1-15

32.00 - 32.40 D1-16

Hình 1 11: Địa chất của khu vực ven sông Sài Gòn, lớp đất yếu dày 21.5m

Khu vực có nhiều kho bãi chứa vật liệu, nhà máy nằm cặp bờ sông, tàu tải

trọng lớn ra vào thường xuyên Do vậy, khả năng sạt lở lan rộng và tăng nhanh rất cao

Hình 1 12 Tàu tải trọng lớn trên sông

Hình 1 13 Sạt lở nhà dân do tàu tải trọng lớn đi lại trên sông

1.2 Tổng quan về các giải pháp ổn định công trình ven sông

1.2.1 Giải pháp tường chắn dạng mềm [9]

1.2.1.1 Cấu tạo điển hình tường chắn dạng mềm

Hình 1 14: Cấu tạo công trình tường chắn tường cọc không neo

Tường chắn không neo có những bộ phận chính sau: dầm mũ, tường mặt, đất lấp sau tường

Hình 1 15: Thanh giằng và khối neo

Hình 1 16: Thanh giằng và tường neo

Hình 1 17: Tường ván có neo

Hình 1 18: Thanh giằng và khung giữ chữ A

Hình 1 19: Neo cọc H chịu kéo

Cọc ván dự ứng lực có cốt thép đai được bố trí với khoảng cách (a=40-50cm), cốt chủ thường là cốt thép dự ứng lực loại tao cáp 12.7mm, số lượng tao cáp tuỳ theo chiều dài cọc loại cọc

2) Cọc ván thép

Cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau

Hình 1 22: Mặt cắt ngang cọc ván thép Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép hoặc cọc thép hình H nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc

Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiên chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thông thường từ 9 đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lên đến 72m

Nhược điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi

sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu) Tuy nhiên nhược điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao

3) Cọc ván bản nhựa cường độ cao [19]

Cừ bản nhựa (CBN5) sản phẩm của Công ty Đạt Hòa [19] được sản xuất từ nhựa Vinyl tổng hợp, chất lượng tương đương song giá thành thấp hơn nhiều so với các sản phẩm ngoại nhập

Ưu điểm của CBN5 có tính ổn định cao, không thấm nước, không bị ăn mòn bởi môi trường nhiễm phèn, nhiễm mặn, hóa chất, độ bền trên 20 năm Các đặc tính trên khiến CBN5 phù hợp với nhiều công trình như tường chắn bờ sông; tường chắn trục

lộ giao thông, tường chắn ngăn sự xâm thực nguồn nước mặn; xây dựng bờ kè, bờ bao cho công trình xây dựng nhà ở ven sông, kênh rạch, công trình xử lý nước thải… CBN5 được phối trộn tỷ lệ thích hợp chất phụ gia UV chống tia bức xạ mặt trời giúp sản phẩm có khả năng kháng tia cực tím tốt nhất, ngăn chặn quá trình lão hóa, nứt gãy sản phẩm trong điều kiện địa lý, khí hậu của đồng bằng sông Cửu Long

Hình 1 23: Cọc bản nhựa thi công kè chống sạt lở cửa biển U Minh Hạ

Bảng 1 1: Các thông số cở bản của CBN5[19]

1.2.1.3 Hư hỏng điển hình của tường chắn dạng mềm

Hình 1 24: Hư hỏng do trượt sâu

Hình 1 25: Hư hỏng quay do chiều sâu cọc ván không thích hợp

Hình 1 27: Hƣ hỏng neo

1.2.2 Giải pháp tường chắn tường bê tông cốt thép nền cọc đóng

1.2.2.1 Cấu tạo điển hình tường chắn tường bê tông cốt thép nền cọc đóng

Hình 1 28: Bệ cọc cứng với tường cừ trước và sau

Mác bê tông làm bệ ≥ 20MPa, độ chôn sâu của cọc trong bệ không nhỏ hơn

chôn sâu vào bệ ≥ 20d (với cốt thép gai) và ≥ 40d (đối với cốt thép tròn), để thỏa mãn điều kiện liên kết ngàm Độ chôn sâu của cọc có thể lấy bằng 5cm, đài cọc 10

÷ 15cm

1) Cọc bê tông cốt thép

Có thể là bê tông cốt thép thường hoặc bê tông cốt thép ứng suất trước có mác

bê tông ≥ 30MPa có khả năng chịu lực lớn

- Đối với cọc bê tông cốt thép dạng lăng trụ đặc P = (60 ÷ 80)T và có thể > 100T;

- Đối với cọc bê tông cốt thép dạng trụ ống đường kính ≥ 1,40m thì P = 700 ÷ 800T;

- Kích thước cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông có thể chọn: 25 × 25cm; 30

×30cm; 35 × 35cm; 40 × 40cm; 45 × 45cm;

- Cọc bê tông cốt thép dạng trụ ống có đường kính (1,0÷ 2,0)m; bề dày thành ống(8 ÷ 20)cm

Hình 1 29: Tiết diện ngang cọc BTCT

2) Cọc thép

Được sử dụng nhiều trong thời gian gần đây, có khả năng đóng sâu vào trong đất rắn, trong khi cọc gỗ và bê tông cốt thép không đóng được Sử dụng với các công trình yêu cầu độ sâu lớn Cọc được cấu tạo từ các ống thép, cọc ván thép, thép hình

- Cọc ống thép: được cấu tạo từ các ống thép có đường kính (0,25 ÷ 2,0)m bề

dày thành ống (10 ÷ 16)mm và lớn hơn Trong nhiều trường hợp bề dày thành ống được cấu tạo thay đổi theo chiều sâu để phù hợp với điều kiện chịu lực của cọc nhằm tiết kiệm thép (vật liệu)

- Có cọc ở vị trí mũi cọc người ta chế tạo cánh xoắn cánh có thể 1 ÷ 1,5 vòng, đường kính cánh (2÷4) đường kính của cọc, vì thế khả năng chịu lực thẳng đứng của cọc tăng lên rất nhiều

- Cọc được tạo từ thép hình: được tạo từ các cọc ván thép larsen IV, V, bằng cách hàn suốt chiều dài thân cọc Phía trong thường được đổ đầy bê tông có lõi cốt thép

Độ xiên của cọc thuộc vào tình hình chịu lực của cọc và điều kiện, khả năng thi công Cọc càng xiên thì chịu lực ngang càng tốt nhưng thi công lại khó khăn hơn,

độ xiên thường lấy 3: 1 ÷ 10 :1

+ Đối với nước ngoài: 3:1 ÷ 5:1;

+ Việt Nam hiện nay: 5:1 ÷ 10:1

Khi bố trí cọc xiên phải chú ý sao cho có thể thi công thuận tiện, các cọc xiên không đâm vào các cọc khác trong nền cọc đồng thời bảo đảm sơ đồ làm việc của cọc phù hợp với sơ đồ tính toán (nếu chọn là bài toán phẳng);

Sơ đồ bố trí cọc xiên theo mặt bằng có thể như sau:

Hình 1 30: Bố trí cọc xiên đối xứng qua trục công trình

1.2.2.2 Hư hỏng điển hình của tường bê tông cốt thép trên nền cọc đóng

Trên (hình 1.31) trình bày những hư hỏng có thể xảy ra tại chỗ tiếp giáp giữa tường chắn trên nền cọc đóng và đất đắp Dưới tác dụng của tải trọng nền đắp, nền đất yếu sẽ bị lún và gây ra các lực ma sát âm tác dụng lên cọc mà giá trị của nó có khi còn lớn hơn nhiều khả năng chịu tải của cọc Mặt khác biến dạng của nền đất yếu còn tác dụng lên cọc các lực đẩy ngang khá lớn Vì vậy khi thiết kế kết cấu móng cọc cần phải xem xét đầy đủ các lực này

Hình 1 31: Quay tường chắn do biến dạng của cọc [5]

Hình 1 32: Hư hỏng tường chắn kè Gành Hào- Tỉnh Bạc Liêu

Hình 1 33: Phá hoại do cọc không đủ khả năng chịu lực

Hình 1 34: Phá hoại do mất ổn định tổng thể, chuyển vị ngang

1.2.3 Giải pháp tường chắn tường có cốt

Hình 1 35: Cấu tạo kết cấu tường chắn có cốt

Tường chắn sử dụng lưới địa kỹ thuật với bề mặt là gạch block Lưới được trải

nằm ngang liên kết với các tấm hoặc các khối ốp mặt ngoài nhằm chống lại các lực cắt của khối sụt trượt tiềm năng, và có thể xây các tường chắn cao tới 17m với mái dốc đến 900

Lưới địa kỹ thuật 1 trục dùng 2 loại: 3 lớp dưới dùng E’GRID 65R và 5 lớp trên dùng EGRID 50R Chiều dài neo lưới: 5m, khoảng cách giữa các lớp lưới là 0.4m

Sử dụng gạch Block kích thước (KT): 20x20x40cm, trên dầm móng BTCT đá 1x2 f’c= 25Mpa (M300) KT 60x80cm, trên 1 hàng cọc ống DƯL D350A đóng thẳng, khoảng cách cọc 4.5m cọc dài 26m Phía trong lớp gạch là lớp cấp phối đá dăm thoát nước dày 30cm

Bên trong phần gia cố lưới được đắp cát hạt trung trên nền cừ tràm đường kính 8-10cm, dài 4m mật độ 25 cây/m2 Bên trên là lớp cát lót dày 10cm kết hợp với lớp

đá dăm dày 30cm Ngoài ra sử dụng thêm 2 lớp lưới địa kỹ thuật 2 trục E’GRID

3030 để gia cường thêm nhằm tạo sư ổn định cho nền bờ kè hạn chế sự lún lệch cho công trình

Bên ngoài tường dùng rọ đá (1x2x0.3)m trên nền cừ tràm 9 cây/m2

chống xói chân

Phía trên tường gạch bố trí dầm mũ BTCT f’c= 21 Mpa ( M 250) KT 40x55cm

1.2.4 Giải pháp kè mái nghiêng

Hình 1 36: Cấu tạo giải pháp kè mái nghiêng

Kè xiên với mái dốc 1:1.5 với bề mặt là gạch Block bê tông (BT) kích thước 30cmx30cm với bề mặt hoa văn tạo mỹ quan đẹp cho công trình Sử dụng gạch

Block KT: 30x30x12cm, trên nền đất mái dốc 1:1.5 có sử dụng vải địa kỹ thuật phân cách và lớp bê tông lót đá 1x2 f’c = 13Mpa (M150, phía chân mái dốc là chân khay BTCT đá 1x2 f’c= 25Mpa (M300) KT 55x80cm, trên nền cừ tràm đường kính 8-10cm, dài 4m mật độ 25 cây/m2

Bên trong phần gia cố lưới địa kỹ thuật được đắp cát san lấp đầm chặt K ≥0.9 trên nền cừ tràm có đường kính 8-10cm, dài 4m mật độ 25 cây/m2 Phía trên nền cừ tràm là lớp cát lót dày 10cm kết hợp với 2lớp lưới địa kỹ thuật 2 trục E’GRID 3030

1.2.5 Giải pháp kè tường cọc xi măng đất

Hình 1 37: Cấu tạo điển hình kè dùng tường xi măng đất

Hình 1 38: Mặt bằng bố trí tường cọc xi măng đất

Ngoài ra còn một số giải pháp như dùng thảm thực vật để giảm xói mòn, giảm tốc độ dòng chảy: một số loại cây thường được sử dụng là: Bần chua; Dừa nước; Vẹt đen; lục bình;

Hình 1 39: Dùng thảm thực vật để chống sạt lở bờ sông và công trình ven sông

Giải pháp dùng cừ tràm/ bạch đàn gia cố + bao tải đất/cát, vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, lưới cừ tràm …: áp dụng gia cố tạm thời, cục bộ có chiều dài

ngắn; chiều sâu cung trượt từ 3 – 5m

Gia cố mái taluy bằng rọ đá hộc, đá hộc xây và tấm bê tông đúc sẳn: Sử

dụng để gia cố bờ sông chịu tác dụng của nước chảy và sóng vỗ [5]

1.2.6 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các giải pháp ổn định công trình ven sông phổ biến hiện nay

Ưu điểm Mỹ quan công trình đẹp tạo được

cảnh quan thông thoáng cho toàn

bộ khu vực ven sông

Diện tích công trình chiếm dụng

lòng rạch tương đối ít khoảng

0.5m tính từ mép đỉnh kè thiết kế

Công trình có tuổi thọ cao, thích

hợp với các công trình tường chắn

chịu tải trọng ngang lớn

Mỹ quan công trình đẹp tạo được cảnh quan thông thoáng cho toàn bộ khu vực ven sông

Diện tích công trình chiếm dụng lòng rạch tương đối ít khoảng 0.5m tính từ mép đỉnh

kè thiết kế

Công trình có tuổi thọ cao, thích hợp với các công trình tường chắn chịu tải trọng ngang lớn

Mỹ quan công trình đẹp tạo được cảnh quan thông thoáng cho toàn bộ khu vực ven sông

Diện tích công trình chiếm dụng lòng rạch tương đối ít khoảng 0.5m tính từ mép đỉnh

kè thiết kế

Công trình có tính ổn định cao, giá thành rẽ hơn các phương án tường chắn bê tông cốt thép khác

Thi công đơn giản có thể thực hiện bằng thủ công

Mỹ quan công trình đẹp tạo được cảnh quan thông thoáng cho toàn bộ dự án

Chi phí đầu tư xây dựng thấp hơn phương án kè đứng

Cần có thiết bị cơ giới để thi công ép cọc

Chi phí đầu tư xây dựng công trình cao hơn phương án kè xiên

Cần có thiết bị cơ giới để thi công ép cọc

Diện tích chiếm dụng lòng rạch tương đối lớn khoảng 5.0m tính từ mép đỉnh kè thiết kế

Do địa chất tại vị trí công trình tương đối yếu, nền công trình có khả năng xảy ra hiện tượng lún cố kết sau khi công trình được xây dựng

Phạm vi

áp dụng

- Nếu dùng cọc ván bê tông dự

ứng lực chỉ áp dụng khi chiều dài

cọc ván nhỏ hơn 25m

- Nếu áp dụng cọc ván thép có thể

dùng với bất kỳ chiều sâu nào

- Áp dụng cho tất cả các nền địa chất có lớp đất yếu lớn

Áp dụng cho tất cả các nền địa chất có lớp đất yếu lớn

Dùng cho công trình có tuổi thọ ngắn, sông không có dòng chảy lớn và mực nước thủy triều dao động thấp

1.3 Qui hoạch xây dựng công trình ven sông đoạn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương

Đường ven sông Sài Gòn chạy qua huyện Thuận An và thị xã Thủ Dầu Một Đây

là tuyến đường trọng điểm của tỉnh Bình Dương được đầu tư xây dựng để chào mừng

sự kiện thị xã Thủ Dầu Một lên Thành Phố [18]

Hình 1 40: Phối cảnh đường ven sông Sài Gòn, tỉnh Bình Dương [18]

Dự án đường ven sông Sài Gòn – Thị xã Thủ Dầu Một (TDM) có tổng chiều dài 15,5km qua địa bàn thị xã TDM, ven bờ sông Sài Gòn từ giáp Vàm Bà Lụa thuộc phường Phú Thọ đến cầu Ông Cộ thuộc xã Tân An; Sẽ có nhiều công trình phụ được thiết kế dọc tuyến đường này nhằm làm bật lên giá trị đa dụng của nó như: sân khấu nước, nhà thủy tạ, tường chắn tàu, quảng trường, cửa hàng lưu niệm, cửa hàng hoa tươi

Đây là hành lang quan trọng trong việc ngăn lũ, phục vụ sinh hoạt của nhân dân,

mở rộng du lịch ven sông Mặt cắt đường cho hai làn xe rộng 10,5m, hành lang bên phía sông rộng hơn 5m; phần lá chắn đê bao ở vùng đô thị dùng tường chắn đảm bảo

ổn định; mỹ quan; thực hiện đồng bộ giữa xây dựng đường ven sông với hệ thống chiếu sáng, cây xanh…

Hình 1 41: Bản đồ qui hoạch cơ sở hạ tầng tỉnh Bình Dương đến năm 2030[18]

1.4 Phân vùng địa chất

Sau khi nghiên cứu hồ sơ [18] phân vùng địa chất khu vực như sau: Lớp đất yếu dày trung bình lần lượt như sau: vùng 1 (12m); vùng 2 (18m);

1.5 Nhận xét chương 1

Có rất nhiều giải pháp ổn định công trình ven sông qua phân tích ưu nhược cho thấy việc lựa chọn giải pháp cấu tạo ảnh hưởng đến giá thành, ổn định công trình Trong thực tế khai thác ổn định công trình chịu ảnh hưởng của tải trọng, điều kiện khai thác như kênh rạch, tốc độ dòng chảy Trong khi đó tiêu chuẩn chưa đề cập đến các yếu tố này dẫn đến trong thực tế có nhiều giải pháp cấu tạo chưa hợp lý về mặt chịu lực và giá thành

Giải pháp cấu tạo hợp lý là giải pháp đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế ứng với từng điều kiện địa chất, khai thác

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH VEN SÔNG

Trình bày, lý thuyết tính toán theo phương pháp giải tích và tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn Những thuận lợi, khó khăn và các vấn đề tồn tại trong thiết kế cấu tạo và phương pháp tính toán hiện nay Các giải pháp kết cấu ổn định công trình ven sông như: tường chắn dạng mềm, tường chắn bê tông cốt thép trên nền cọc đóng

2.1 Lý thuyết tính toán theo phương pháp giải tích [9]

2.1.1 Sự phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân

Trước khi tải trọng ngoài tác dụng, đất ở trạng thái cân bằng tĩnh học Giả thiết xem mặt đất là một mặt phẳng nằm ngang thì tại một điểm bất kỳ cách mặt đất một độ sâu Z, ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây nên:

Hình 2 1: Phân bố ứng suất do tải trọng bản thân

- Ứng suất σ tại một điểm trong nền đất gồm ứng suất hữu hiệu σ’ và áp lực nước

lỗ rỗng u, theo Terzaghi:

` u

 0

z

z z dz

 0 0

K0=1-sinφ’ (φ’ là góc ma sát trong điều kiện cắt thoát nước)

Hệ số áp lực ngang có thể tính theo từ lý thuyết đàn hồi ký hiệu là ξ;

1

v v

 

- Đất được xem là môi trường bán không gian vô hạn, nên mặt phẳng đứng là đối xứng

do đó ứng suất cắt tại mọi điểm là bằng 0

- Đất có nhiều lớp, ứng suất do trọng lượng bản thân như sau:

1

n

z i i i

γi, hi - trọng lượng riêng, bề dày ứng với lớp đất i;

- Đất nằm trên mực nước ngầm, lấy ứng với trạng thái tự nhiên; đất nằm dưới mực nước ngầm phải sử dụng trọng lượng riêng đẩy nổi

Hình 2 2: Tính ứng suất tại điểm M dưới nền đất do tác dụng tải trọng tập trung Giải phương trình chiếu xuống ba trục x,y,z:

Ứng suất pháp tuyến:

3 5

32

z

P z R





     

2 2

32

zy yz

P z y R

 



2 5

32

xz zx

P z x R

R x y z , x,y,z, là tọa độ của điểm cần tính

2.1.3 Lực tập trung tác dụng nằm ngang trên mặt đất

Đối với trường hợp lực tập trung nằm ngang tác dụng trên mặt đất có một ý nghĩa rất lớn đối với các công trình chịu tải trọng ngang Bài toán này đã được nhà khoa học Trung Quốc (Huang Wen-Hsi) giải quyết với biểu thức tính ứng suất thẳng đứng: