Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho móng công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

Nhưng một vấn đề lớn đặt ra là hầu hết các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng ngay trên nền địa chất thềm sông, nơi đa phần là đất yếu, gây khó khăn trong quá trình thiết kế và thi

1

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế mạnh mẽ của đất nước ta, hệ thống sông ngòi dày đặc đóng vai trò vô cùng quan trọng Ngoài vai trò quan trọng trong việc giao thông vận tải đường thủy nội địa, hệ thống sông ngòi kênh rạch ở nước ta còn là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, nước tưới tiêu phục vụ nông, lâm nghiệp, là nguồn cung cấp thủy sản và đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết và thoát lũ, đảm bảo an toàn cho cuộc sống người dân Bên cạnh những mặt lợi do hệ thống sông ngòi đem lại, hàng năm chúng ta phải đối phó với rất nhiều khó khăn không nhỏ do hệ thống sông ngòi như: lụt lội, sạt lở bờ… Đặc biệt trong những năm gần đây sự biến đổi của khí hậu toàn cầu càng làm cho quá trình xói bồi, biến hình lòng sông càng diễn ra nghiêm trọng và phức tạp Sự sạt lở bờ sông, đê bao chống lũ… sẽ còn gây ra nhiều tổn thất lớn đến kinh tế xã hội của đất nước cũng như đời sống nhân dân Vì vậy việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông ngòi phòng ngừa sự cố là hết sức cần thiết

và cấp bách Nhưng một vấn đề lớn đặt ra là hầu hết các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng ngay trên nền địa chất thềm sông, nơi đa phần là đất yếu, gây khó khăn trong quá trình thiết kế và thi công để đảm bảo tính an toàn của công trình cũng như của cả hệ thống sông

Đề tài nghiên cứu, phân tích các khó khăn trong quá trình xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu, từ đó đề xuất biện pháp khắc phục hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của của các công trình bảo vệ bờ

II Mục đích nghiên cứu

1 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho móng công trình bảo vệ

bờ sông trên nền đất yếu

2 Đề xuất biện pháp khắc phục sự cố

III Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

1 Đối tượng nghiên cứu

IV Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh, thống kê, lấy ý kiến chuyên gia

Nghiên cứu các giải pháp khắc phục sự cố trong thiết kế và thi công công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đưa ra giải pháp hợp lý về kết cấu móng cũng như biện pháp thi công để đảm bảo an toàn cũng như kinh tế cho công trình bảo vệ bờ sông

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ

TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đất và tính chất xây dựng của đất

1.1.1 Khái niệm đất, nền đất yếu

Trong những trường hợp khác nhau, thuật ngữ đất được dùng mang sắc thái khác nhau về ý nghĩa Trong lĩnh vực địa chất, đất là các lớp vật liệu rời, hình thành do đá bị phong hóa và phân vụn ra không cố kết và phân bố từ mặt đất xuống

đá cứng Trong lĩnh vực xây dựng, đất là nơi tiến hành công việc ở trên đó, trong

đó và bằng đất

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền tự nhiên cho công trình xây dựng Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, công trình thủy nếu gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình Đất yếu là một trong những đối tượng được đặc biệt quan tâm nghiên cứu và yêu cầu biện pháp xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu

1.1.2 Thuộc tính của đất và tính chất xây dựng của đất

a) Thuộc tính của đất

Đất có những thuộc tính riêng biệt so với các loại vật liệu khác như sau:

- Đất có nhiều pha cấu thành: đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu thay đổi

từ thời điểm này sang thời điểm khác bên trong khối đất

- Đất là vật liệu phi tuyến: đường quan hệ ứng suất - biến dạng không phải là đường thẳng do có đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu không giống nhau với mọi phương

- Đất có liên kết đặc biệt

- Đất có thể tích lỗ rỗng rất lớn

- Đất có tính phân tán

4

- Đất đa dạng về thành phần và cấu trúc

- Khi chịu tải trọng công trình, đất nền có những thuộc tính cơ bản sau :

+ Đất nền chỉ chịu được lực nén và lực cắt

+ Cường độ của đất nền khá nhỏ nhưng biến dạng lại lớn

+ Độ biến dạng của đất nền tăng dần theo thời gian khi có tải trọng tác dụng không đổi, đó là hiện tượng cố kết và từ biến của đất nền

Những yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết của đất là: thành phần cơ giới, độ

ẩm đất, cấu trúc của đất, hàm lượng mùn và thành phần cation hấp phụ trong đất Ðất có thành phần cơ giới nặng do chứa nhiều sét nên tính liên kết của chúng rất lớn, ngược lại đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, do có tỷ lệ các hạt cát cao nên có tính liên kết kém Ðộ ẩm đất chi phối đến khả năng liên kết của đất, ở những loại đất có tính liên kết lớn như đất sét nếu đất càng khô thì tính liên kết của đất thể hiện càng mạnh

- Tính dính của đất

Tính dính của đất là khả năng kết dính của đất với những vật tiếp xúc với chúng Giống như tính liên kết của đất, tính dính phụ thuộc thành phần các cấp hạt trong đất, kết cấu và độ ẩm đất Những loại đất có tỷ lệ các cấp hạt sét cao với các thành phần khoáng sét càng cao thì tính dính của chúng càng lớn, trong các thành phần khoáng sét thì montmorilonit, illit có tính liên kết và tính dính cao hơn hẳn các khoáng sét kaolinit và các hydroxit sắt Ngược lại với tỷ lệ sét, khi đất có hàm lượng mùn càng lớn thì càng làm giảm tính dính của đất Hầu hết đất bắt đầu có tính dính cao khi độ ẩm trong đất đạt 60 - 80% độ trữ ẩm cực đại

5

- Tính dẻo của đất

Tính dẻo hay độ dẻo của đất thường thể hiện khi đất ở trạng thái ẩm, có khả năng nặn tạo được những hình dạng nhất định và có thể giữ nguyên được hình dạng đó khi không có lực bên ngoài tác động Ðất có chứa 15% hàm lượng sét trở lên thì bắt đầu có biểu hiện tính dẻo rõ, tính chất này có liên quan đến bản chất tự nhiên của các hạt sét khi chúng hấp phụ nước

- Tính trương và tính co của đất

Tính trương và tính co của đất là đặc tính thể tích của đất tăng lên khi ẩm và

bị co lại khi khô Tính trương co của đất có liên quan đến sự xâm nhập và mất nước giữa các tinh tầng khoáng sét do đó đặc tính này phụ thuộc chủ yếu vào thành phần và hàm lượng sét có trong đất và thành phần các cation hấp phụ trong đất

 Trong xây dựng, các vấn đề phổ biến được tổng hợp lại như sau:

- Đào đất: để chuẩn bị cho hiện trường xây dựng và các công tác phục vụ nó, đất được đào và di chuyển đi Bài toán ở đây liên quan chặt chẽ tới các vấn đề chống đỡ

- Chống đỡ đất: cần xác định khả năng tự chống đỡ thực sự của các mái dốc

tự nhiên và nhân tạo (khối đắp), khi đào hố móng (hào, hầm …) và các công trình đào cắt khác (đường…), cần thiết xác định nhu cầu và phạm vi đòi hỏi công trình chống đỡ bên ngoài

- Dòng thấm: khi đất có tính thấm, nước có thể chảy qua nó, khi đó, các vấn

đề đặt ra sẽ là lưu lượng và hiệu quả của chuyển động thấm được đặt ra

- Đất như là môi trường chống đỡ: khối đất ở dưới và kề với công trình, là một phần của hệ thống nền móng và các tính chất của đất trong vai trò là môi trường chống đỡ phải được khảo sát

- Công trình xây dựng dùng đất: đất được dùng phổ biến làm vật liệu xây dựng trong thi công đường, sân bay, đê đập, khối đắp… cũng giống như các vật liệu khác như bê tông, thép… đất cần được xác định và đánh giá các tính chất trước khi sử dụng và tiến hành đo lường nhằm giám sát chất lượng để có công trình đảm bảo chất lượng

6

1.2 Các chỉ tiêu phân loại đất yếu

Đất yếu là loại đất có có sức chống cắt nhỏ và tính biến dạng (ép lún) lớn, khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2).Nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thường mất ổn định toàn khối hoặc lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến công trình Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng

Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu

1.2.1 Theo nguyên nhân hình thành

Loại đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:

- Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu

cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , á sét e ≥ 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ 0 - 10° hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35 daN/cm2 Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8)

- Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường

có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với

7

loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như trên Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

Lượng hữu cơ có từ 20 - 30% : Đất nhiễm than bùn

Lượng hữu cơ có từ 30 - 60% : Đất than bùn

Lượng hữu cơ trên 60% : Than bùn

1.2.2 Phân loại theo trạng thái tự nhiên (chỉ tiêu cơ lý)

Như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt

Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B:

Wd: là độ ẩm ở trạng thái giới hạn dẻo

Wnh: là độ ẩm ở trạng thái giới hạn nhão

Nếu B > 1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

Nếu 0,75 < B ≤ 1 là đất yếu dẻo chảy

Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại I, II, III:

- Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1-2 ngày;

- Loại II: Loại có độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy;

- Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm:

Chỉ tiêu

Loại đất

Hàm lượng nước tự nhiên (%)

Độ rỗng

tự nhiên

Hệ số co ngót (Mpa-1)

Độ bão hoà (%)

Góc nội ma sát (o) (chịu cắt nhanh) Đất sét > 40 > 1,2 > 0,50 > 95 < 5

Các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng để bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến dạng do dòng chảy mặt, và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát đi theo những hướng xác định theo mục đích chỉnh trị sông

Công trình bảo vệ bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh trị, nhằm bảo vệ các điều kiện làm việc có lợi của một con sông, bảo vệ bờ chống xói lở, bảo vệ dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông

1.3.2 Các dạng công trình bảo vệ bờ sông phổ biến

Các công trình bảo vệ bờ sông phổ biến là tường chắn, kè bảo vệ mái, kè mỏ hàn, ngưỡng điều chỉnh bùn cát, các hệ thống lái dòng đặc biệt

 Công trình bảo vệ dạng tường chắn

Tường chắn đất là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt trượt Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thuỷ lợi… Khi làm việc tường chắn đất tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất

Khi thiết kế tường chắn đất cần tính toán chính xác cẩn thận và đầy đủ tải trọng tác dụng lên tường chắn đặc biệt là áp lực chủ động của đất lên tường chắn không những đảm bảo được an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm được nhiều chi phí xây dựng

 Kè bảo vệ mái

Đất á sét

(Đất bột) > 30 > 0,95 > 0,30 > 95 < 5

9

Kè là lớp gia cố bờ sông để chống lại sự xói lở do tác động của sóng và dòng chảy Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Các tác động này sinh ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài

và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Các tác động này sinh ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật

 Kè mỏ hàn

Có tác dụng lái dòng chảy trong sông đi theo những hướng xác định Kè có kết cấu một đầu gối vào bờ, một đầu nhô ra phía sông, nhưng không chắn hết chiều rộng lòng sông Nhiệm vụ của kè mỏ hàn là để hướng dòng chảy gần bờ đi theo hướng của tuyến chỉnh trị Đây là hệ thống công trình không gây thu hẹp lòng dẫn một cách liên tục nhưng tạo đường bờ mới theo các điểm cố định làm dềnh nước

và chuyển động nước không đều ở các vị trí này Vì các mỏ hàn phân chia thành các khoang bờ và các tuyến chỉnh trị làm ngăn cản dòng chảy hoặc giảm tốc độ dòng chảy ở trong các khoang tạo nên bờ mới do bùn cát lắng đọng

 Kè mỏ hàn mềm

Kè mỏ hàn mềm đuợc làm bằng phên và cọc hay bãi cây chìm để điều khiển bùn cát đáy, gây bồi, chống xói bờ và chân dốc có vị trí và tác dụng giống như đập mỏ hàn, nhưng có kết cấu mềm, cho phép nước chảy xuyên thông qua thân

- Ngưỡng điều chỉnh bùn cát

Là các ngưỡng bố trí chìm dưới đáy và đặt ngang theo hướng dòng chảy ở gần công trình lấy nước để điều khiển bùn cát đáy, hạn chế lượng bùn cát vào cửa lấy nước

- Các hệ thống lái dòng đặc biệt

Là hệ thống để hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói trôi bãi bồi, bảo

vệ các đoạn bờ xung yếu…

Như đã nói ở trên, hình thức bảo vệ mái đê sông phổ biến nhất là kè bảo vệ mái Tùy theo hình thức kết cấu và vật liệu sử dụng mà kè bảo vệ mái có thể phân

10

ra làm nhiều loại khác nhau Nhưng trong đó tất cả đều gồm 3 phần chính: chân kè, thân kè và đỉnh kè Thân kè là phần bảo vệ mái dốc từ chân đến đỉnh Đỉnh kè là phần bảo vệ đỉnh mái dốc Từng phần theo từng điều kiện cụ thể có cấu tạo chi tiết

để đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía sông và từ phía đất thân đê hoặc bờ

Hình 1.1 Một số dạng kết cấu kè

a Kè đá hộc lát khan, chân kè lăng thể đá đổ

b Kè tấm bản bê tông lát mái, chân khay cọc BTCT hoặc cọc gỗ

c Kè tấm bản bê tông lát mái, chân khay ống bê tông nhồi đá hộc

a) Chân kè

Để đảm bảo ổn định cho công trình gia cố mái đê, cần bố trí chân kè ở vị trí nối tiếp chân đê và bãi Loại hình và kích thước chân kè được xác định tùy theo tình hình xâm thực bãi, chiều cao sóng Hs và chiều dày của thân kè Chân kè đa phần bị ngập trong nước, thường xuyên chịu sự xói mòn của dòng chảy Nếu phần chân kè mất ổn định thì toàn bộ phần thân công trình phía trên sẽ bị mất ổn định

+ Chân khay bằng cọc gỗ

+ Chân khay bằng cọc bê tông cốt thép

Hình 1.2 Một số dạng kết cấu chân kè

Sự tác động của các áp lực từ môi trường nước vào các kết cấu kè và tải trọng sinh ra từ phía bên trong thân đê, có thể mô phỏng bằng một hệ tương tác giữa 3 môi trường: Nước - Đất - Công trình Mô tả sự làm việc theo sơ đồ này như sau:

- Quá trình I là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thủy lực nh- sóng, vận tốc trung bình của dòng chảy được mô phỏng là tải trọng phía ngoài Pn(y,t)

- Quá trình II là quá trình chuyển hoá từ tải trọng phía ngoài tới phía bên trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với đất thân đê gọi

là tải trọng phía trong Pt (y,t)

- Quá trình III là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía

Có nhiều loại kết cấu kè bảo vệ mái dốc đê, mái dốc bờ sông, có thể khái quát hoá thành một số loại chính như sau:

- Đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung bằng đá xây Loại này được dùng tương đối phổ biến (xem hình 1.2)

- Khối bê tông đúc sẵn lát độc lập như hình 1.2, khối bê tông liên kết theo cơ chế tự chèn

- Một số hình thức khác: bê tông Asphalt, trồng cỏ, vải địa kỹ thuật

c) Đỉnh kè

Đỉnh kè thường bao gồm tường chắn sóng, rãnh thu nước…và có thể kết hợp

cả đường giao thông Tác dụng bảo vệ của đỉnh kè thường là không quan trọng bằng các kết cấu phía dưới Đỉnh kè chủ yếu phục vụ cho mục đích sử dụng kết hợp một số trường hợp đỉnh kè có tường chắn sóng thì kết hợp để ngăn sóng từ sông, biển… tràn qua đỉnh

13

Cừ tràm L=4,7m;

Þ > 4,2 cm; đóng 25 cây/m²

m=1,0 +2.70

+0.40

Cọc BTCT Cừ tràm L=4,7m;

1.Tường BTCT trên bệ cọc BTCT 2 Tường BTCT cĩ neo

Thảm đá dày 0,30m

Vải địa kỹ thuật loại 2

Đá hộc xây dày 30cm Bê tông đá 4x6 M100 dày 10cm

Đất đắp K>=0,9 +0.40

+2.70

Cừ tràm L=4,7m;

Þngọn> 4,2 cm; đóng 25 cây/m²

PHÍA SÔNG HƯỚNG DÂN CƯ

3.Tường kè trên hệ cọc tràm 4.Tường gĩc cĩ bản chống

Hình 1.3 Mơt số dạng cơng trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu phổ biến

Vật liệu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng

Các loại cơng trình bảo vệ bờ được xây dựng chủ yếu bằng vật liệu địa phương, vật liệu khai thác tại chỗ, trong một số trường hợp đặc biệt sẽ cần đến những vật liệu nhân tạo Tuy nhiên, những vật liệu này cơ bản cần đạt được những yêu cầu sau:

- Cĩ thể khai tác tại chỗ hoặc vận chuyển thuận tiện, chi phí gia cơng thấp, cĩ trữ lượng lớn và cĩ thể huy động sự đĩng gĩp của nhân dân

- Bền, dẻo, dễ biến hình ứng với biến hình của lịng sơng hoặc phạm vi cần bảo vệ, chống xĩi và khĩ bị mục nát

- Các loại vật liệu thường sử dụng trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ là:

- Đất: ngày nay đất ít được sử dụng vào mục đích bảo vệ bờ mà chủ yếu được

sử dụng để xây dựng lớp lõi của đê Tùy theo điều kiện sử dụng (cĩ thực vật hoặc khơng cĩ) và điều kiện tiếp xúc (cĩ tiếp xúc với dịng chảy hay khơng) mà cĩ thể

sử dụng các loại đất khác nhau

14

- Đá: ngoại trừ các loại đá bị phá hoại trong nước và các loại đá có trọng lượng riêng quá nhỏ (nhỏ hơn 1,7T/m3) Tất cả các loại đá dăm, cuội, sỏi… đều có thể sử dụng để xây dựng công trình bảo vệ bờ Tùy theo bộ phận công trình, vị trí xây dựng và mục đích sử dụng mà lựa chọn các loại đá khác nhau và kích thước khác nhau

- Tre, cây thân gỗ: tùy theo nhu cầu sử dụng có thể dùng các loại cây này chỉ bằng thân hoặc cả tán cây Các loại cây này được sử dụng nhằm mục đích chống xói cục bộ hoặc phối hợp với các công trình khác để bảo vệ bờ sông, tăng bồi lắng…

- Cây cỏ: loại cỏ được sử dụng chủ yếu là cỏ Vetiver, loại cỏ này có khả năng chịu ngập nước lớn, rễ cắm sâu vào đất nên chịu sóng tốt, chống xói cho khu bờ cần bảo vệ Ngoài ra, nhân dân ta từ lâu đời đã trồng nhiều loại cây để bảo vệ bờ sông, kênh rạch như tre, bần, mắm, dừa nước

- Bê tông, bê tông cốt thép, nhựa đường và các loại vật liệu khác có cường độ cao: tùy vào mức độ quan trọng của đoạn bờ đê cần bảo vệ mà có thể sử dụng các loại vật liệu này trong việc xây dựng công trình bảo vệ bờ Tuy giá thành vật liệu cao, nhân công xây dựng lớn nhưng do độ bền cao nên ngày nay các loại vật liệu này ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các công trình bảo vệ bờ

1.3.3 Đặc điểm và điều kiện thi công

Thi công công trình bảo vệ bờ sông cũng như các công trình thủy lợi khác, đều có những đặc điểm nổi bật sau :

- Xây dựng trên lòng sông, bãi bồi, móng nhiều khi nằm sâu dưới mặt đất tự nhiên của lòng sông, nhất là dưới mực nước ngầm nên trong quá trình thi công không tránh khỏi ảnh hưởng bất lợi của thủy triều, dòng nước mặt, nước ngầm và nước mưa

- Đại đa số các công trình dùng vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ

- Công trường trải trên một diện tích hẹp ngang và có chiều dài lớn, tập kết và vận chuyển vật liệu xây dựng khó khăn

15

1.3.4 Các sự cố thường gặp và nguyên tắc xử lý sự cố đối với kè bảo vệ mái

a) Các sự cố thường gặp đối với kè bảo vệ mái

Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Sự tác động của các

áp lực từ môi trường nước vào các kết cấu kè và tải trọng sinh ra từ phía bên trong thân đê, có thể mô phỏng bằng một hệ tương tác giữa 3 môi trường: Nước - Đất - Công trình Quá trình làm việc này được mô tả như sau:

- Quá trình I là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thủy lực như sóng, vận tốc trung bình của dòng chảy được mô phỏng là tải trọng phía ngoài Pn(y,t)

- Quá trình II là quá trình chuyển hoá từ tải trọng phía ngoài tới phía bên trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với đất thân đê gọi

là tải trọng phía trong Pt (y,t)

- Quá trình III là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía Căn cứ vào kết cấu cụ thể của từng loại kè, tình hình tác dụng của các tải trọng mà tiến hành thiết lập các bài toán tính ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, và tính toán kết cấu cho kè

Một sự cố ở đê thường bắt nguồn từ những hư hỏng dẫn tới một bộ phận hoặc toàn bộ kết cấu bị mất ổn định theo một hình thái phá hoại nào đó làm cho nó không còn đảm nhận được chức năng làm việc được giao nữa

Kè bảo vệ mái là một bộ phận của mặt cắt đê Vì vậy, các hư hỏng của kè có liên quan đến hư hỏng của đê Thường có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố Sự tác dụng của sóng đối với kè bảo vệ mái dốc là nguyên nhân trực tiếp và được xem là nguyên nhân chính Sau đây là một số hư hỏng kè thường gặp và nguyên nhân trong từng trường hợp

 Các hư hỏng do tác dụng của sóng

Sóng lớn tác dụng: gây trượt mái với mặt trượt vòng cung lớn Dưới tác dụng của những đợt sóng lớn lên mái kè, nước thấm vào trong mái đất làm đất bị bão hòa nước Khi sóng xuống thấp, mái đất sẽ bị trượt theo những cung trượt trụ tròn lớn, gây hư hỏng cho đê và kè bảo vệ mái

16

Sóng vừa và nhỏ: Tác động đến mái dốc như của sóng lớn nhưng chiều cao tác động nhỏ nên không làm mái dốc bị trượt, nhưng những tác dụng thường xuyên của sóng làm kết cấu mái bị trượt cục bộ từng phần, ảnh hưởng đến tính chỉnh thể của kết cấu và không đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình làm việc

Ngoài ra, những tác động thường xuyên của sóng còn gây hiện tượng ăn mòn mặt lớp gia cố, bảo vệ bờ, gây ra những hư hỏng cục một trên mặt công trình

Sự tác dụng thường xuyên của sóng vào kết cấu kè mái còn gây ra một lực tác động đến những đơn nguyên của kết cấu kè gây ra chuyển vị những đơn nguyên này làm kè mất ổn đỉnh Với những đơn nguyên còn lại sẽ bị dồn lại dưới tác dụng của sóng làm kết cấu kè mái bị mất ổn định Vì vậy khi tính toán kết cấu

kè mái cần xác định trọng lượng của viên đá hoặc đơn nguyên kết cấu này để đảm bảo kết cấu kè làm việc ổn định

Sự tác động của sóng còn gây ra xói nền kè và kết cấu bảo vệ chân kè Nếu thi công không đảm bảo kỹ thuật làm kết cấu chuyển tiếp bảo vệ chân kè này liên kết kém (độ rỗng lớn) dễ gây mất ổn định chân và nền kè, làm phá hỏng toàn bộ kết cấu bảo vệ mái phía trên Để đảm bảo kết cấu kè bảo vệ mái làm việc ổn định dưới tác dụng của sóng và dòng chảy, kích thước của viên đá bảo vệ chân kè phải được tính toán để đảm bảo ổn định

 Những hư hỏng do tác dụng của dòng triều

Dòng triều tác dụng lên mái dốc và kết cấu bảo vệ mái đều đặn hàng ngày, nhưng không gây ra những tác động lực như sóng Dòng triều chỉ làm kết cấu đê phía trong bị bão hòa nước Khi triều rút, mực nước trong đê vẫn còn cao, gây trượt cả phần mái đê và phần thềm đê bằng những mặt trượt phức hợp bao gồm cả mái đê và thềm đê

 Hư hỏng do nền

Nền đê bị lún làm kết cấu đê phía trên bị lún theo, tách ra khỏi phần kết cấu bảo vệ mái, gây mất ổn định công trình

17

Nền đê là đất rời, đất cát, khi công trình làm việc, mực nước dâng cao, phần đất rời dưới nền công trình bị bão hòa nước, có thể gây nên hiện tượng cát chảy, mạch sủi làm rỗng phần nền dưới công trình, làm hư hỏng toàn bộ công trình

 Những hư hỏng do tầng lọc và các nguyên nhân khác

Tắc tầng lọc, tầng lọc bị đảo lộn: làm phần nước bão hòa trong mái đê không thoát ra ngoài được, gây nên hiện tượng đẩy nổi kết cấu bảo vệ mái, bục mái…

Kết cấu bảo vệ mái không thoát nước, tạo thành dòng chảy dưới kết cấu mái : gây nên những dòng thấm lớn và xói ngầm phía dưới kết cấu bảo vệ mái

Mất ổn định cục bộ mái do những tác động cục bộ lên bề mặt kết cấu mái

b) Nguyên tắc lựa chọn giải pháp xử lý sự cố

Do việc xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ có những đặc điểm như:

- Tính chất phức tạp khi tìm nguyên nhân

- Tính nguy hiểm cao do khả năng phát sinh sự cố bất chợt và tiềm ẩn

- Tính liên quan cao do sự ảnh hưởng lẫn nhau của nhiều cấu kiện

- Sự phức tạp trong chọn lựa (nhanh, chậm, an toàn, kinh tế, khả thi)

- Sự phức tạp cao về mặt kỹ thuật thiết kế và thi công

- Cần tính trách nhiệm cao về kỹ thuật và con người để thực hiện

Nên trong quá trình xử lý, giải quyết sự cố đối với công trình bảo vệ bờ sông cần giữ các nguyên tắc sau:

- Tư liệu liên quan đến sự cố phải đầy đủ

- Thỏa mãn những yêu cầu cơ bản trong xử lý sự cố: an toàn, tin cậy, không

để lại di chứng, thỏa mãn yêu cầu sản xuất hoặc sử dụng

- Hợp lý về mặt kinh tế

- Thỏa mãn yêu cầu về vật liệu, trang thiết bị và điều kiện kỹ thuật

18

- Thi công thuận tiện, an toàn

Lựa chọn giải pháp xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông

Giải pháp xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông dù tuân theo những nguyên tắc trên nhưng vẫn phải linh hoạt trong từng trường hợp vì sự cố không bao giờ giống nhau ở mức độ đa dạng, phức tạp và điều kiện xử lý Trong phạm vi luận văn, học viên chỉ xin đề cập đến một vài trường hợp xử lý cụ thể với những sự cố liên quan đến nền công trình thường gặp

Để xử lý sự cố đê cần căn cứ vào nguyên nhân phát sinh sự cố, cấp của đoạn

đê, chiều cao đê, điều kiện địa chất nền đê, yêu cầu phòng thấm và ổn định của đoạn đê để đề ra và lựa chọn được phương án hợp lý về kỹ thuật và kinh tế

- Giếng cát, bấc thấm, dải thoát nước bằng chất dẻo: Biện pháp này nhằm tăng nhanh cố kết thoát nước của đất nền là đất sét mềm, đất bùn sét Giếng cát có đường kính ống thép từ 20 cm đến 40 cm, được hạ theo phương pháp rung, hoặc xói nước Bấc thấm, dải thoát nước bằng chất dẻo dùng khi chiều dày tầng đất yếu cần xử lý không lớn

- Khống chế tốc độ thi công đắp đất: Biện pháp này nhằm tăng cố kết đất nền trong thời kỳ thi công, giảm lún, giảm nứt khối đắp Dùng những biện pháp bố trí công trường thi công để đất đắp hoặc đất nền công trình ổn định lún, hạn chế trương nở hoặc lún dư…

19

- Đầm xung kích, đầm chấn động, dùng cọc nhồi: Các biện pháp này nhằm làm chặt đất, áp dụng gia cố nền đê là nền sét mềm, bùn sét, hoặc cát hạt nhỏ pha bùn sét

 Xử lý nền đê nhiều lớp đất yếu

Nền đê là đất yếu nhiều lớp thường có cấu tạo địa chất phức tạp Trong nền thường có nhiều lớp đất yếu xen kẽ, có các thấu kính bùn sét hữu cơ, bùn cát hạt mịn chảy lỏng xen kẹp Tuy vậy có thể phân ra làm 2 loại dạng nền, với các biện pháp xử lý chính như sau:

- Xử lý nền đê nhiều lớp thuộc loại đất sét mềm, bùn sét: Trong trường hợp này, tuy nền không thấm nước mạnh, nhưng vì khả năng chịu tải của nền kém, dễ xảy ra lún, trượt vòng cung Để xử lý, có thể sử dụng các biện pháp đã nêu ở mục

xử lý nền đê mềm yếu, trong đó biện pháp tầng phản áp phía đồng và biện pháp giếng cát thoát nước tăng nhanh cố kết của đất nền là 2 biện pháp chính

- Xử lý nền đê nhiều lớp có tầng cát thấm mạnh: Trong trường hợp nền đê có tầng cát thấm mạnh thông trực tiếp với sông, thường xảy ra biến hình thấm như lỗ sủi, mạch sủi, bãi sủi, mạch đùn, bục đất, giếng phụt Chúng ta có thể sử dụng các biện pháp đã nêu ở mục xử lý nền đê mềm yếu, trong đó biện pháp khối phản áp và giếng giảm áp phía đồng là những biện pháp chủ yếu

+ Tầng phản áp

20

Khối phản áp nhằm đảm bảo ổn định khi đắp đê trên nền sét mềm, bùn sét, hoặc sét trương nở Chiêù cao và chiều rộng của khối phản áp xác định thông qua tính toán ổn định

Giải pháp này chỉ dùng khi đặt công trình trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền để đạt, cả trong quá trình đắp và quá trình đưa vào khai thác lâu dài Tuy nhiên giải pháp này không giảm được thời gian lún cố kết và không những không giảm được độ lún mà còn tăng thêm độ lún (do thêm tải trọng của bệ phản áp ở hai bên) Ngoài ra, nó còn có nhược điểm là khối lượng đắp lớn và diện tích chiếm đất lớn Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét

Hình 1.4 Khối phản áp

+ Giếng giảm áp

Giếng giảm áp có 2 loại: Giếng đào giảm áp, và giếng bơm

Giếng đào tự phun có cấu tạo như giếng nước ăn, họat động theo nguyên tắc

tự phun, nhưng phải có kết cấu lọc ngược để tránh xói ngầm và kết cấu chèn bịt kỹ thành giếng để tránh đùn sủi ở mặt tiếp xúc của thành giếng Giếng đào có ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ thi công, sử dụng được vật liệu địa phương, nhưng có nhược điểm là tự phun nên năng lực hạ thấp áp lực thủy động lên đáy tầng phủ hạn chế,

dễ bị tắc, họat động không đều

21

Hình 1.5 Giếng đào giảm áp

Giếng bơm giảm áp cấu tạo bằng ống thép, có đầu lọc chống xói ngầm Thường bố trí giếng thành hệ thống gồm 1 hàng, 2 hàng hoặc nhiều hàng dọc theo chân đê phía đồng Mỗi giếng được nối với ống thu nước và nối vào máy bơm Về mùa lũ, khi cần giảm áp lực thủy động lên đáy tầng phủ, vận hành máy bơm, nước ngầm sẽ được bơm xả vào khu vực qui định Thi công hạ giếng bằng phương pháp khoan xoay kết hợp xói nước đầu mũi khoan

Giếng bơm có ưu điểm là chủ động thoát nước ngầm, giảm áp lực thủy động lên đáy tầng phủ Năng lực thoát nước ngầm và giảm áp cao hơn giếng tự chảy Tuy nhiên có nhược điểm là vốn đầu tư lớn, đòi hỏi thiết bị bơm và cấu tạo giếng phức tạp hơn

Hình 1.6 Giếng bơm giảm áp

22

 Lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn bục đất, giếng phụt

Lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn, bục đất, giếng phụt là hậu quả với diễn biến và mức độ khác nhau, gây ra bởi tác động thủy lực của dòng thấm có áp trong tầng bùn cát của nền đê, làm cho tầng phủ ít thấm nước phia trên bị chọc thủng, cuốn theo bùn cát lên mặt nền

Nguyên tắc xử lý:

- Giảm cột nước chênh lệch thượng hạ lưu bằng giếng quây, bờ quây kết hợp

có máng đón và dẫn nước tràn ra ngoài

- Giảm áp lực thủy động của dòng thấm có áp bằng hình thức giếng giảm áp

- Lọc và thoát nước thấm, ngăn không cho cốt đất trong nền thoát ra

- Làm khối phản áp hoặc tầng gia trọng ở chân đê phía đồng để chống lại tác dụng đẩy bục tầng phủ của dòng thấm có áp dưới nền

Hình 1.7 Giếng quây lọc ngược giảm cột nước chênh lệch

Biện pháp thường được sử dụng là đắp bờ bao, có thể rải vải lọc địa kỹ thuật, hoặc phên rơm, chặn đá hộc, đổ cát sỏi, đá dăm, đá hộc theo từng lớp lọc ngược

24

1.4 Nhận xét

Công trình bảo vệ bờ sông có vai trò quan trọng trong công tác phòng ngừa

sự cố sạt lở bờ sông, đê bao chống lũ, xói bồi, biến hình lòng sông… Việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông là hết sức cần thiết và cấp bách Tuy nhiên hầu hết các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng ở vùng đất yếu Công trình cấu thành từ nhiều bộ phận với kết cấu khác nhau nên tính toán phức tạp và rất dễ xảy

ra sự cố trong quá trình thi công và khai thác, đặc biệt là sự cố đối với kết cấu móng

Vì vậy, để đảm bảo cho công trình được an toàn, khai thác có hiệu quả thì bên cạnh việc kiểm soát chất lượng thi công, việc chọn kết cấu móng phù hợp với địa chất đáy là hết sức cần thiết

25

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU MÓNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ

BỜ SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 2.1 Tính toán mặt cắt ngang công trình bảo vệ bờ sông

- Trọng lượng bản thân lớp gia cố

- Sự va đập của tàu thuyền và các vật nổi khác

a) Tải trọng sóng

Khi sóng tác dụng lên kè, dòng chảy do sóng tác dụng xuất hiện dọc theo mái và qua kè (lớp lọc và lớp ngoài cùng) Lúc sóng leo trên mái, lực sóng hướng ngược với hướng trọng lực nên không nguy hiểm so với sóng trườn xuống Sóng trườn xuống kéo theo 2 cơ chế quan trọng là :

- Dòng chảy xuống của sóng tạo lực kéo lớp bề mặt và hạ thấp đường bão hòa, gradien dòng chảy của lớp lọc, có thể gây mất ổn định kè như xói ngầm đất nền, gây sạt trượt mái kè, nhất là những nơi mái dốc

- Khi sóng trườn xuống vị trí thấp nhất cũng là lúc một con sóng khác xuất hiện sẽ tác động lên mái Thời điểm ngay trước khi sóng tác động, hiện diện một

“tường sóng“ với áp lực lớn phía dưới bị trí thấp nhất của sóng trườn Phía trên vị trí này bề mặt kè hầu như khô với áp lực nhỏ Tương tác áp lực cao và thấp này sẽ gây ra phá hoại mái bảo vệ

Trong tính toán sóng đối với công trình bảo vệ bờ, vấn đề chính được quan tâm là lực tác động Để tính toán được các tác động này, cần phải xác định được

26

các yếu tố tạo sóng Các yếu tố tạo sóng được xét ở đây bao gồm gió (hướng, vận tốc, thời gian thổi liên tục), đà sóng, chiều sâu nước phía trước công trình và sự biến đổi của các yếu tố này theo thời gian Các thông số của sóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố và chỉ khi hội đủ một số điều kiện nhất định thì sóng mới đạt được chiều cao lớn nhất (ứng với một mức đảm bảo đã cho)

 Tốc độ gió

Tốc độ gió dùng để tính toán sóng là tốc độ gió ghi được ở độ cao 10m so với mặt nước tính toán, ký hiệu là w10 Tốc độ gió tại một điểm khác và thời điểm khác được xác định như sau :

kđ : hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

Khi đo trên điều kiện bãi cát bằng phẳng, kđ=1

Bảng 2.1 Bảng xác định giá trị kđ Tốc độ gió

27

+ Dạng địa hình B: Các thành phố có nhà cao < 25m, kể cả ngoại ô, các vùng rừng rậm và các địa hình tương ứng có vật chướng ngại phân bố đều khắp, với chiều cao các vật chướng ngại > 10m so với mặt đất

+ Dạng địa hình C: Các khu thành phố có nhà cao hơn 25m

k10- Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10 m trên mặt nước, xác định theo bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng xác định hệ số chuyển đổi k10 Khoảng cách máy đo

ri lên tia chính

r0 r1 r2 r3 r4 r5

r1 r2

r3 r4 r5

Vận tốc gió tính toán khi đà sóng nhỏ hơn 100km được phép xác định theo

số liệu quan trắc thực tế đối với vận tốc gió cực đại hằng năm không xét đến độ dài thời gian có gió

Khi đà sóng lớn hơn 100km thì vận tốc gió tính toán phải xác định có xét tới

sự phân bố theo không gian của nó

 Mực nước trước công trình

Mực nước cao nhất dùng để tính toán chiều cao sóng leo đồng thời để tính toán vận tốc, áp lực sóng tác dụng lên mái dốc công trình để từ đó xác định được hình thức và chiều cao gia cố Mực nước tính toán là mực nước cao nhất năm có tần suất đảm bảo tương ứng với các cấp công trình theo bảng 2.4

Bảng 2.4 Tần suất tính toán ứng với từng cấp công trình

Cấp công trình Đặc biệt I - II III - IV

Nếu trong số liệu tính toán tần suất mực nước chưa kể đến chiều cao nước dâng do gió thì cần cộng thêm giá trị số nước dâng tính toán vào mực nước tính toán do sóng

Mực nước thấp nhất (mực nước chết) dùng để xác định giới hạn dưới của lớp gia cố

 Các yếu tố của sóng

Khoảng cách giữa đỉnh sóng và chân sóng là chiều cao sóng Hs

Khoảng cách nằm ngang giữa 2 đỉnh sóng hoặc 2 chân sóng gọi là chiều tài sóng Ls

Vùng sóng nước sâu:

h = 0.5 Ls, các yếu tố của sóng không chịu ảnh hưởng của đáy sông, biển Vùng sóng nước nông:

hpg < h < 0.5 Ls, địa hình đáy có ảnh hưởng đến các yếu tố của sóng ở đây hpg

là độ sâu phân giới gây sóng vỡ

Vùng sóng đổ:

hđ < h < hpg, trong đó hđ là độ sâu nơi kết thúc sóng đổ

Vùng sóng leo:

30

h < hđ sau lần đổ cuối cùng, sóng hình thành dòng xung kích mạnh, trườn lên mặt dốc, leo lên đến độ cao nào đó thì rút xuống Trong vùng này các yếu tố hình dạng sóng không còn tồn tại

Khi trước công trình là bờ thoải liên tục thì trước hết phải xác định các yếu tố sóng tại vùng nước sâu, sau đó tính toán biến dạng của các yếu tố sóng nước sâu

đó trong quá trình truyền vào bờ, đi qua các vùng nước nông, sóng đổ và sóng leo

Trong đó giá trị áp lực sóng lớn nhất Pmax được tính theo công thức

 : trọng lượng riêng của nước

Hs : chiều cao sóng tính toán (với mực nước đảm bảo p%)

Ls : chiều dài sóng tính toán (với mực nước đảm bảo p%)

Độ sâu Z2 của điểm chịu áp lực Pmax được tính theo công thức :

Độ cao Z3 là chiều cao sóng leo

Ở các phần mái gia cố cao hơn và thấp hơn điểm 2 lấy trị số tung độ biểu đồ

32

Cường độ áp lực sóng âm được xác định theo công thức

pa no nb pa s

Trong đó, các trị số Kno, Knb, , Hs đã được giải thích ở trên

Hình 2.4 Đồ thị xác định áp lực sóng âm tương đối p pa

Khi có các bậc cơ hoặc có các trị số thay đổi độ nghiêng trên từng đoạn mái dốc của công trình thì tải trọng do sóng lên kết cấu gia cố mái cần được chính xác hoá theo các số liệu thí nghiệm mô hình Trường hợp kè trên nền cát thì phần tính toán áp lực sóng âm này không còn phù hợp

b) Áp lực đất

Do phần mái kè đã đảm bảo yêu cầu tự ổn định, áp lực đất tác dụng lên kết cấu bảo vệ bờ chủ yếu là áp lực tác động lên kết cấu chân kè Phần áp lực này chính là áp lực do mái dốc tác dụng lên và đồng thời với tải trọng của kết cấu bảo

vệ mái phía trên Kết cấu chân kè mái có thể được xem như kết cấu tường chắn đất với mặt đất nghiêng

Đối với bài toán áp lực đất, xác định được trị số, phương chiều của áp lực đất là chưa đủ mà còn cần phải biết quy luật phân bố của áp lực đất lên lưng tường Theo thuyết Culong với các phương pháp vừa nêu ở trên, ta chỉ mới xác định được trị số của áp lực đất chủ động theo phương xác định nhờ góc ma sát ngoài 0 của đất đắp

Từ những điểm nêu trên, thấy rằng phương trình mô men (2-12) chỉ cho ta liên hệ giữa cánh tay đòn r0 và r chứ không cho phép ta xác định được chúng, tức cũng không xác định được điểm đặt của Ecđ và R

Vì vậy để xác định điểm đặt của Ecđ còn phải thêm giả thiết thứ 5 như sau:

Khi tường chắn có chiều cao H bị xê dịch thì áp lực đất tác dụng lên phần trên trong phạm vi z i không phụ thuộc vào sự xê dịch của phần dưới

Hình 2.5 Phân bố áp lực đất chủ động trường hợp mặt đất nghiêng

Trong trường hợp tổng quát, mặt đất không bằng phẳng thì đường phân bố

áp lực đất có dạng phi tuyến và xác định được gần đúng theo trị số áp lực trung

bình từng đoạn nhỏ r

34

cd cd

E p

Với E cd i(1) trị số áp lực đất chủ động xác định với tường có chiều cao là z i1

trị số áp lực đất chủ động của tường cao là zi

Trường hợp mặt đất phẳng, đường phân bố áp lực đất có dạng tuyến tính, có trị số lớn nhất ở chân tường

Trong trường hợp mặt đất gãy (phẳng có bạt mái, có cơ ), biểu đồ phân bố

áp lực đất có dạng gãy và có thể xác định theo một trong ba phương pháp sau đây

cho trường hợp đất rời:

Trị số p1 xác định theo trị số Ecđ1 với tường cao là H+a và mặt đất ngang:

d1 1

Ecd   H K với

2 2

Đối với đất dính đắp sau tường chắn thì trường hợp góc   là rất thường

gặp mà đến này vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ Theo quy phạm tạm thời thiết kế tường chắn đất của ta (QP-23-65) và theo quy phạm Liên Xô về tường chắn đất cũng như tiêu chuẩn thiết kế tường chắn của các công trình thủy công của

ta (TCVN 9152:2012) khi gặp trường hợp   phải giải gần đúng bằng cách thay phần mái dốc của đất đắp bằng tải trọng phân bố đều Cách giải gần đúng này cũng cần phải bàn thêm vì nó dẫn tới kết quả không hợp lý do dự tồn tại của góc nghiêng giới hạn gh của khối đất dính đắp sau tường

Khi góc  tăng lên, góc trượt  cũng tăng lên và do đó trị số Ecđ cũng tăng lên Như đã nêu trên, đối với đất rời khi  tăng lên và có giới hạn trên là góc mái

37

tự nhiên (bằng góc  ) thì Ecđ tăng lên và có trị số lớn nhất (các điều kiện khác như nhau) khi   gh  Trị số lớn nhất ấy được xác định theo công thức (2-23)

Ta có: E cd(  gh)  A c( 0  c 0) (2-24)

Với A là trị số giới nội

Đối với đất dính, các quy luật nêu trên vẫn đúng nhưng do góc  của khối đất dính có thể lớn hơn góc ma sát trong  của đất dính rất nhiều lần lên khi mở rộng lý thuyết Culong cho đất dính cần thiết làm sáng tỏ mấy vấn đề liên quan đến góc  như sau:

- Đối với khối đất dính đắp sau tường chắn có tồn tại một góc gh không và nếu có trị số của nó bằng bao nhiêu?

- Trị số Ecđ bằng bao nhiêu khi góc  lớn bằng trị số gh

Để làm sáng tỏ những điều nêu trên, ta xét kết quả tính toán cho một trường hợp không có gì đặc biệt sau đây:

Hình 2.9 Ví dụ xác định góc nghiêng  của đất đắp Kích thước tường cho trên Hình 2.9 và các số liệu khác cho như sau:

khi   gh Đối với đất rời, gh ; đối với đất dinh gh có thể lớn hơn  rất

2.1.2 Xác định kích thước mặt cắt ngang công trình bảo vệ bờ sông

a) Trọng lượng ổn định của viên đá hoặc đơn nguyên trong kết cấu kè

Trọng lượng của đơn nguyên kết cấu mái kè được xác định theo công thức của Hudson như sau:

39

(2-28)

Trong đó :

G : trọng lượng tối thiểu của viên đá hoặc cấu kiện

B : trọng lượng riêng của viên đá hoặc đơn nguyên

 : trọng lượng riêng của nước

 : góc nghiêng của mái đê với mặt phẳng ngang

HSD : chiều cao sóng thiết kế, lấy bằng 1/3 chiều cao sóng có ý nghĩa

KD : hệ số ổn định, tùy thuộc vào dạng khối phủ, kết cấu kè KD lấy theo bảng 2.7

 : chiều dày lớp vỏ kè Sau khi tính toán trọng lượng viên đá như trên, lớp

vỏ kè được thi công bằng cách xếp các viên đá dựng đứng này lại với nhau

Hs, Ls : chiều cao và chiều dài sóng tính toán Hs = Hs1%.

Lt : chiều dài cạnh tấm bê tông theo phương vuông góc với đường mép nước

m : hệ số mái dốc

B

 ,  : trọng lượng riêng của bê tông và của nước

Tính chiều dày tấm bê tông theo Pilarczyk.K.W:

(2-31) Trong đó :

Hs : chiều cao sóng tính toán Hs = Hs(1/3).

(2-32)

υ: hệ số phụ thuộc hình dạng và cách lắp đặt Lấy theo bảng 2.8