Nghiên cứu giải pháp xử lý nền tường chắn lũ đê sông Lạch Tray - TP Hải Phòng

8 1.2Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình trên đê sông và tường chắn .... Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế tài liệu khả

L ỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền tường chắn lũ đê sông Lạch Tray – TP H ải Phòng đoạn từ K14+680 đến K15+280”

Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên Các kết

quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ

một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Nếu vi phạm

học viên xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Nhà trường

Tác gi ả luận văn

Bùi Nam Giang

L ỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn thạc sĩ

kỹ thuật: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền tường chắn lũ đê sông Lạch Tray – TP

H ải Phòng đoạn từ K14+680 đến K15+280” đã hoàn thành theo đúng nội dung đã

được phê duyệt trong đề cương nghiên cứu

Trước hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Công trình đã đào tạo, quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình

học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Trường Thầy đã trực tiếp

tận tình hướng dẫn cụ thể, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho tác giả để hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả ngày hôm nay

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà N ội, Ngày 02 tháng 08 năm 2017

Tác gi ả luận văn

Bùi Nam Giang

M ỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả đạt được 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1Tổng quan về công trình tường chắn lũ, tường chắn kết hợp với đường giao thông 3 1.1.1 Phân loại tường chắn 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng tường chắn trên thế giới và việt nam 8

1.2Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình trên đê sông và tường chắn 12

1.2.1.Tổng quan về nền đất yếu 12

1.2.2.Các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đê sông và tường chắn 13

1.3 Kết luận chương I 25

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN TƯỜNG CHẮN LŨ TRÊN ĐÊ 26

2.1 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán 26

2.1.1 Áp lực đất lên tường chắn 26

2.1.2 Phân tích ổn định tổng thể công trình tường chắn lũ trên nền đất yếu 35

2.2 Giải pháp xử lý nền tường chắn lũ 43

2.2.1 Giải pháp xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép 43

2.2.2 Giải pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất 48

2.3 Kết luận chương II 62

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN TƯỜNG CHẮN LŨ ĐÊ SÔNG LẠCH TRAY – TP HẢI PHÒNG ĐOẠN TỪ K14+680 ĐẾN K15+280 64

3.1 Giới thiệu tổng quan về công trình 64

3.1.1 Vị trí địa lý 64

3.1.2 Các điều kiện địa chất, thủy văn cơ bản 65

3.1.3 Đặc điểm quy mô công trình 67

3.2 Các tài liệu tính toán 67

3.3 Thiết kế giải pháp xử lý nền tường chắn lũ 67

3.3.1 Phân tích lựa chọn giải pháp 67

3.3.2 Các thông số của công trình 68

3.3.3 Phương án 1:Tính toán, thiết kế xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép 70

3.3.4 Phương án 2:Tính toán, thiết kế xử lý nền theo phương pháp cọc xi măng đất 73

3.4 Tính toán ổn định cho tường chắn 76

3.4.1 Lựa chọn phương pháp tính toán 76

3.4.2 Giới thiệu phần mềm tính toán 77

3.4.3 Tính toán với phương án 1: Xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép 78

3.4.4 Tính toán với phương án 2: Xử lý nền bằng cọc xi măng đất 82

3.4.5 Phân tích kết quả tính 87

3.5 Kết luận chương III 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 92

DANH M ỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường cứng 4

Hình 1.2: Các loại tường chắn được phân loại theo nguyên tắc làm việc của tường 5

Hình 1.3: Các loại tường chắn phân loại theo góc nghiêng của tường 6

Hình 1.4: Các dạng tường chắn phân loại theo kết cấu của tường 7

Hình 1.5: Các dạng tường lắp ghép, rọ đá và tường đất có cốt 8

Hình 1.6: Công trình đê biển St Peterburg – Nga 9

Hình 1.7: Công trình trường chắn sóng tại tỉnh Iwate – Nhật Bản 10

Hình 1.8: Xây dựng tường chắn sóng tại Kesennuma – Nhật Bản 10

Hình 1.9: Tường chắn đê biển Cát Hải – Hải Phòng 11

Hình 1.10: Tường chắn lũ đê sông Lòng Tàu 11

Hình 1.11: Sụt lún gây hư hỏng tường chắn đê sông Cần Thơ 12

Hình 1.12: Thi công xử lý nền đất yếu bằng đệm cát 15

Hình 1.13:Xử lý nền đất yếu bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 16

Hình 1.14: Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp làm chặt đất 18

Hình 1.15: Gia tải trước bằng cách sử dụng khối đắp hoặc áp suất chân không 20

Hình 1.16 : Hình ảnh về thi công ép cọc bê tông cốt thép 23

Hình 1.17 : Hình ảnh về thi công cọc đất - xi măng 24

Hình 2.1 : Sơ đồ tính áp lực đất chủ động theo Coulomb 27

Hình 2.2: Sơ đồ xác định áp lực đất bị động theo Coulomb 30

Hình 2.3: Sơ đồ xác định áp lực đất chủ động theo Rankine 32

Hình 2.4: Sơ đồ xác định áp lực đất bị động theo Rankine 34

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán tường chắn khi tải trọng phân bố đều liên tục 35

Hình 2.6: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn 36

Hình 2.7: Chuyển vị phần tử tam giác 41

Hình 2.8: Sơ đồ tính lún 49

Hình 2.9: Bố trí cọc trộn khô 51

Hình 2.10: Bố trí cọc trùng nhau theo khối 51

Hình 2.11: Bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất 51

Hình 2.12 Bố trí cọc trộn ướt trên biển 52

Hình 2.13: Công nghệ thi công cọc xi măng đất 52

Hình 2.14 : Sơ đồ bố trí cọc cát 59

Hình 2.15: Sơ đồ tính lún nền đất khi xử lý bằng cọc cát 61

Hình 3.1: Vị trí xây dựng công trình tường chắn lũ đê sông Lạch Tray 64

Hình 3.2: Mặt cắt dọc địa chất điển hình đê sông Lạch tray 66

Hình 3.3: Cột địa tầng tại vị trí lỗ khoan HP-99 69

Hình 3.4: Mặt cắt ngang điển hình của tường chắn 70

Hình 3.5: Mô hình đất nền tại vị trí mặt cắt tính toán phương án cọc BTCT 78

Hình 3.6: Sơ đồ lưới phần tử phân tích phương án cọc BTCT 79

Hình 3.7: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát trong các giai đoạn thi công PA1 80

Hình 3.8: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát trong các giai đoạn thi công PA1 80 Hình 3.9: Tổng chuyển vị khi công trình hoàn thiện phương án 1 cọc BTCT 81

Hình 3.10 : Kết quả tính hệ số ổn định tổng thể công trình theo PA1 82

Hình 3.11: Mô hình đất nền tại vị trí mặt cắt tính toán phương án xử lý nền bằng cọc xi măng đất 83

Hình 3.12: Sơ đồ lưới phần tử phân tích phương án cọc xi măng đất 83

Hình 3.13: Vị trí các điểm kiểm tra chuyển vị theo PA2 84

Hình 3.14: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát trong các giai đoạn thi công PA2 84 Hình 3.15: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát trong các giai đoạn thi công PA2 85 Hình 3 17: Kết quả tính hệ số ổn định tổng thể công trình theo phương án 2 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Sơ đồ thi công trộn khô 53

Bảng 2.2 Sơ đồ thi công trộn ướt 55

Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 67

Bảng 3.2: Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại hố khoan HP-99 69

Bảng 3.3: Bảng tính sức kháng của đất nền tại vị trí lỗ khoan HP-99 71

Bảng 3.4: Kết quả tính toán nền tương đương 74

Bảng 3.5: Bảng tính sức kháng của đất nền tại vị trí lỗ khoan HP-99 75

Bảng 3.6: Bảng kết quả tính chuyển vị các điểm khảo sát PA1 79

Bảng 3.7: Kết quả tính toán chuyển vị tổng theo từng giai đoạn 81

Bảng 3.8: Bảng kết quả tính chuyển vị các điểm khảo sát PA2 84

Bảng 3.9: Kết quả tính toán chuyển vị tổng theo từng giai đoạn 86

Bảng 3.10: Bảng so sánh kết quả tính toán theo phương án 1 và phương án 2 87

MỞ ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Thành phố Hải Phòng là nơi có vị trí quan trọng về Kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng của vùng Bắc bộ và của cả nước Hải Phòng là đầu mối giao thông đường biển phía Bắc, sông ngòi ở Hải Phòng khá nhiều với mật độ dày đặc; đây là nơi tất cả hạ lưu của sông Thái Bình đổ ra biển Chính vì vậy hệ thống sông của Hải Phòng sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của biến đổi khí hậu, do đó các chương trình ứng phó với biến đổi khí hậu của thành phố có ý nghĩa rất lớn đối với sự an toàn của các khu dân cư đô thị

và hạ tầng cơ sở ven sông Phát triển cơ sở hạ tầng và quy hoạch khu dân cư ứng phó với biến đổi khí hậu là mục tiêu trọng tâm của thành phố, trong đó nâng cấp, cải tạo hệ thống đê sông phù hợp với biến đổi khí hậu và nước biển dâng là việc làm rất quan trọng

Các tuyến đê sông của Thành phố Hải Phòng đều nằm trên nền đất yếu chủ yếu là bùn sét màu xám, xám đen, đôi chỗ kẹp lớp cát mỏng trạng thái chảy, có chiều sâu trung bình từ 10-20m Để các công trình ổn định chịu được các tác động của môi trường thì các biện pháp xử lý nền đất yếu là rất quan trọng Tường chắn lũ đê sông Lạch Tray bên cạnh việc hạn chế tác động của nước lũ còn kết hợp đường giao thông sau lưng tường Vì vây đề tài nghiên cứu giải pháp xử lý nền cho tường chắn lũ đê sông Lạch Tray là có ý nghĩa và thiết thực, từ việc nghiên cứu này chúng ta có thể đưa ra giải pháp xử lý nền phù hợp với điều kiện địa chất khu vực đảm bảo công trình ổn định và phát huy tốt chức năng của công trình; kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu

quả quản lý kỹ thuật, kinh tế đối với dự án xây dựng

3 N ội dung nghiên cứu

Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Tổng quan những vấn đề về tường chắn lũ trên đê kết hợp đường giao thông;

- Đặc điểm, điều kiện làm việc của tường chắn lũ trên đê kết hợp đường giao thông;

- Các phương pháp xử lý nền đất yếu và phương pháp xử lý nền cho tường chắn;

- Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán xử lý nền tường chắn;

- Thiết kế giải pháp xử lý nền tường chắn lũ đê sông Lạch Tray – Tp Hải Phòng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa hình, địa chất, tài liệu thủy văn, hải văn, …);

- Phân tích và tính toán lý thuyết để lựa chọn phương pháp tính toán, thiết kế giải pháp

- Nắm được cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế giải pháp xử lý đất yếu;

- Đề xuất phương pháp tính toán và giải pháp phù hợp xử lý nền cho tường chắn lũ;

- Kết quả ứng dụng thiết kế phương án xử lý nền cho công trình thực tế là tường chắn

lũ đê sông Lạch Tray phù hợp với địa hình địa chất khu vực và đảm bảo ổn định và

hiệu quả

1.1.1 Phân lo ại tường chắn [1]

Để phân loại tường chắn có rất nhiều cách khác nhau: phân loại theo độ cứng, phân

loại theo nguyên tắc làm việc, phân loại theo chiều cao,…

1.1.1.1 Phân lo ại tường chắn theo độ cứng

Theo tiêu chuẩn xây dựng, tường chắn được coi là một kết cấu tuyệt đối cứng (tường

cứng) nếu như dưới tác dụng của các lực tính toán được xác định có kể tới độ uốn của

bản thân tường và độ biến dạng của nền tường, chuyển vị của lưng tường bằng hoặc

nhỏ hơn 1/5000 chiều cao của phần tường đang xét kể từ đỉnh móng tới mặt cắt tính toán Trong trường hợp đó, trạng thái ứng suất của đất đắp sau tường có thể đạt trạng thái cân bằng chủ động, bị động hoặc cân bằng đàn hồi, tùy theo độ lớn và hướng chuyển vị tương hỗ giữa đất và tường

Tường chắn mềm là tường chắn có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất Tường mềm

thường là tấm gỗ, thép,… ghép lại trường hợp tường mềm (thường là tường cừ, tường ngăn bằng gỗ), do biến dạng và chuyển vị của bản thân tường quá lớn, dưới tác dụng

của các loại tải trọng và tác động bên ngoài, trạng thái ứng suất trong khối đất đắp sau tường rất khác với trạng thái ứng suất tương ứng so với tường tuyệt đối cứng

Tường chắn cứng là tường chắn không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có

chuyển vị tịnh tiến và xoay Nếu tường cứng và xoay quanh mép dưới, nghĩa là đỉnh tường có xu hướng tách rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ là biểu đồ phân bố áp lực của đất rời có dạng đường thẳng và có

trị số cường độ áp lực đất lớn nhất ở chân tường (Hình 1.1a) Đối với đất dính (đất sau

lưng tường) thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi cong và cũng có trị số cường

độ áp lực đất lớn nhất ở chân tường (hình 1.1b) Nếu tường cứng xoay quanh mép trên, nghĩa là chân tường rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì theo kết quả thí nghiệm biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức

độ chuyển vị của tường và ở vào khoảng giữa lưng tường (hình 1.1c) Tường chắn

cứng thường là những khối bê tông, bê tông đá hộc, gạch đá xây nên gọi là tường khối Tường chắn bằng bê tông cốt thép có dạng tấm hoặc bản nhưng tạo với bộ phận khác

của công trình thành những khung hoặc hộp cứng cúng được xếp loại tường cứng

Hình 1.1: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường cứng

1.1.1.2 Phân lo ại tường chắn theo nguyên tắc làm việc

Tường chắn là loại công trình thường xuyên chịu lực đẩy ngang (áp lực đất, nước), do

đó tính ổn định chống trượt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định nói chung

của tường Theo quan điểm này tường chắn được chia thành các loại sau:

- Tường trọng lực (hình 1.2a): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng bản thân của tường Các loại tường cứng đều thuộc loại tường trọng lực

- Tường bán trọng lực (hình 1.2b): độ ổn định được đảm bảo không những chỉ do

trọng lượng bản thân của tường, và bản móng mà còn do khối đất nằm trên bản móng

Loại tường này thường làm bê tông cốt thép nhưng chiều dày của tường cũng khá lớn (do đó loại tường này có tên gọi là tường dày)

- Tường bản góc (hình 1.2c): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng Tường và móng là những tấm bản, tấm bê tông cốt thép

mỏng nên trọng lượng bản thân của tường và móng không quá lớn tường bản góc có

dạng chữ L nên có khi gọi là tường chữ L

- Tường mỏng (hình 1.2d): sự ổn định của loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nền Do đó loại tường này còn gọi là tường cọc và tường

cừ Để giảm bớt độ sâu chôn trong đất của tường và để tăng độ cứng của tường người

ta thường dùng dây neo

Hình 1.2: Các loại tường chắn được phân loại theo nguyên tắc làm việc của tường

1.1.1.3 Phân lo ại theo chiều cao của tường

- Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn 5m

- Tường cao: có chiều cao lớn hơn 10m

Loại tường chắn có chiều cao vào khoảng trung gian của hai loại trên (từ 5 – 10m) được xếp vào loại tường trung bình

1.1.1.4 Phân lo ại theo góc nghiêng của lưng tường

Theo cách phân loại này, tường được phân thành tường dốc và tường thoải

- Tường dốc lại phân ra tường dốc thuận (Hình 1.3a) và tường dốc nghịch (hình 1.3b) Trong trường hợp của tường dốc khối đất trượt có một mặt giới hạn trùng với lưng tường

- Nếu góc nghiêng α của lưng tường lớn quá một mức nào đó thì khối đất trượt sau lưng tường không lan đến lưng tường (hình 1.3c); tường loại này gọi là tường thoải

Hình 1.3: Các loại tường chắn phân loại theo góc nghiêng của tường

1.1.1.5 Phân lo ại tường chắn theo kết cấu

Về mặt kết cấu, tường chắn được chia thành tường liền khối và tường lắp ghép

Tường liền khối: làm bằng bê tông, bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay bằng bê tông

cốt thép

Mặt cắt ngang của tường liền khối rất khác nhau Một số dạng tường này được gọi với

những tên gọi khác nhau (hình 1.4):

- Hình chữ nhật (hình 1.4a);

- Hình thang có ngực tường riêng (hình 1.4b);

- Hình thang có lưng tường nghiêng (hình 1.4c);

- Hình thang có lưng và ngực tường nghiêng (hình 1.4d);

- Hình thang nghiêng về phía đất đắp (hình 1.4e);

- Có móng nhô ra phía trước (hình 1.4g);

Hình 1.4: Các dạng tường chắn phân loại theo kết cấu của tường

Tường lắp ghép: gồm các cấu kiện bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép đúc sẵn ghép lại

với nhau theo những sơ đồ kết cấu định sẵn Tùy theo sơ đồ kết cấu lắp ghép, tường

lắp ghép thường có các loại sau đây:

- Kiểu chữ L: Gồm những khối và tấm bê tông cốt thép lắp ráp lại (hình 1.5a)

- Kiểu hàng rào: gồm nhiều thanh bê tông cốt thép làm trụ đứng hay trụ chống và các

bản ghép lại ( hình 1.5b)

- Kiểu hộp một tầng hay hai tầng, trong hộp đổ đầy cát sỏi (hình 1.5c)

- Kiểu chuồng gồm nhiều thanh đặt dọc ngang xen kẽ nhau, trong chuồng đổ cát sỏi (hình 1.5d)

- Tường rọ đá: gồm các rọ đá nối ghép với nhau (hình 1.5e)

- Tường đất có cốt (hình 1.5f)

Hình 1.5: Các dạng tường lắp ghép, rọ đá và tường đất có cốt

Việc lựa chọn kết cấu tường chắn cần phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế, kỹ thuật, yêu cầu và điều kiện thi công, tính chất và tình hình địa chất của công trình Tường

chắn trọng lực bằng bê tông có ưu điểm dễ thi công, tính chống nứt chống thấm cao,

tiết kiệm thép nhưng nhược điểm của nó là khối lượng bê tông nhiều, chưa tận dụng

hết được khả năng chịu lực của bê tông, ứng suất vì nhiệt lớn, cho nên việc sử dụng

chỉ hạn chế cho những tường có chiều cao không lớn

Tường chắn bằng bê tông cốt thép có ưu điểm là lựa chọn được mặt cắt hợp lý, khối lượng bê tông giảm nhỏ, có thể tiến hành lắp ghép dễ dàng

1.1.2 Tình hình nghiên c ứu, ứng dụng tường chắn trên thế giới và Việt Nam

Ngày nay, tường chắn lũ là công trình khá phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới; đã

có rất nhiều các quốc gia áp dụng có hiệu quả công trình tường chắn lũ để ngăn nước

lũ, nước biển dâng bảo vệ các công trình hạ tầng và dân cư ven sông, ven biển

Công trình đê biển bảo vệ thành phố St Peterburg – Nga

Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và Vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn Gorki, Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25,4km Hệ thống đê biển St

Peterburg được xây dựng với mục đích bảo vệ thành phố khỏi ngập lụt khi nước biển dâng lên với tần suất 0,01%, kết hợp với làm đường giao thông vành đai 6 làn xe Căn

cứ vào các điều kiện địa chất công trình trên toàn chiều dài tuyến, kết cấu đê sử dụng

vật liệu xây dựng tại chỗ đảm bảo cho độ bền vững cần thiết của công trình trong điều

kiện ngập nước, chống được các tác động mạnh của sóng biển và lực va của băng trôi

Phần đỉnh đê có tính triệt tiêu sóng nhờ mái dốc bằng đá hộc, mái dốc nối tiếp phía trên bằng các tấm bê tông cốt thép chuyển tiếp đến đỉnh tường chắn sóng cao 8m

Hình 1.6: Công trình đê biển St Peterburg – Nga

Đê biển Nhật Bản

Nhật Bản là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng của động đất và sóng thần nhiều nhất trên thế giới Từ những năm 1980 Nhật Bản đã cho xậy dựng các bức tường

chắn sóng để đối phó tình trạng thiên tai của quốc gia này Tường chắn sóng đê biển

tại làng Fudai tỉnh Iwate đã bảo vệ người dân ở đây vượt qua được trận sóng thần năm

2011

Hình 1.7: Công trình trường chắn sóng tại tỉnh Iwate – Nhật Bản

Với ứng hiệu quả của tường chắn sóng trong việc phòng chống thiên tai, chính phủ nước này đã cho xây dựng hàng loạt công trình tường chắn sóng để bảo vệ các địa phương ven biển trước các thảm họa tương tự

Hình 1.8: Xây dựng tường chắn sóng tại Kesennuma – Nhật Bản

Các công trình ở Việt Nam

Tại Việt Nam đã có rất nhiều các công trình tường chắn lũ, chắn sóng được xây dựng

với mục đích đối phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng

- Công trình đê biển Cát Hải – Hải Phòng: Tuyến đê biển Cát Hải dài hơn 2km được

cải tạo, nâng cấp với mục đích đảm bảo tuyến đê ổn định với thiết kế chống bão cấp

10, mức triều 5% Công trình bao gồm việc xây dựng tường chắn với cao độ đỉnh tường là +5.20m

Hình 1.9: Tường chắn đê biển Cát Hải – Hải Phòng

- Tường chắn lũ đê sông Lòng Tàu – huyện Cần Giờ: Công trình có chiều dài gần 1,5km, dọc theo sông Lòng Tàu để ngăn nước triều bảo vệ cánh đồng muối Thiềng

Liềng

Hình 1.10: Tường chắn lũ đê sông Lòng Tàu

M ột số sự cố công trình tường chắn:

Trong quá trình làm việc đã có một số vấn đề xảy ra với các công trình tường chắn như

kết cấu công trình bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé hoặc do các

biện pháp xử lý nền chưa đảm bảo cho công trình ổn định khi đi vảo sử dụng

Hình 1.11: Sụt lún gây hư hỏng tường chắn đê sông Cần Thơ Bên cạnh đó cũng có những nguyên nhân khác như các tải trọng tác dụng lên tường

chắn quá lớn cũng gây phá hoại công trình Vì vậy, với công trình tường chắn lũ thường được xây dựng ven các con sông , ven biển khu vực có nền địa chất yếu để đảm bảo công trình hoạt động ổn định và hiệu quả thì việc nghiên cứu, phân tích và đánh giá điều kiện địa chất của công trình để từ đó đưa ra được các phương án xử lý

nền hợp lý cho công trình là rất cần thiết

1.2 T ổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình trên đê sông và tường chắn

1.2.1 T ổng quan về nền đất yếu

Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng trên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là

một bài toán khó đối với người xây dựng; đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình

Những thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Hải Phòng, TP Hồ Chí Minh đều nằm trên lưu vực đồng bằng sông Hồng và sông Mê Kông Đây là khu vực có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu Thực tế này đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu

Nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; sức chịu tải bé (0.5 – 1kg/cm2); đất

có tính nén lún lớn; hệ số rỗng e lớn (e > 1); độ sệt lớn (B >1); môđun biến dạng bé (E

< 50daN/cm2); khả năng chống cắt (C) bé; khả năng thấm nước bé; hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G >0.8, dung trọng bé Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí không gian, điều kiện vật lý và khí hậu, …

mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau; các loại nền đất yếu thường gặp như:

- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp

- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước; thành phần hạt rất mịn; ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực

- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân

hủy các chất hữu cơ có ở đầm lầy( hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%)

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể loại đất này khi chịu tải trọng động thì sẽ chuyển sang trạng thái gọi là cát

chảy

- Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị sụt lún

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất

yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của đất để làm cơ sở và đặt ra các giải pháp xử lý móng phù hợp Đây

là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình trên

nền đất yếu

1.2.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đê sông và tường chắn

Hiện nay có khá nhiều giải pháp xử lý nền đắp trên nền đất yếu, tóm tắt lại có các giải

- Cải thiện sự ổn định của nền đắp (làm thoải mái đắp, tăng chiều rộng đáy đê, làm bệ

phản áp, giảm trọng lượng khối đắp, cho nền đắp chôn sâu vào đất yếu)

- Tăng khả năng chịu tải của nền bằng thay đổi chỉ tiêu cơ lý (tăng φ, C) của đất yếu

- Tăng nhanh tốc độ cố kết hoặc giảm độ lún tổng cộng (như làm đệm cát, cọc cát, cột đất gia cố vôi, nền cọc)

Nói chung các biện pháp xử lý nền đều có liên quan cả vấn đề ổn định và lún Mỗi trường hợp cụ thể đều có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, việc chọn biện pháp nào cần phải phân tích kỹ, đầy đủ

1.2.2.1 X ử lý nền đất yếu bằng giải pháp thay thế nền

Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với móng và thay thế bằng đất có cường độ chống cắt lớn

Giải pháp này thường rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian lún,

giảm kích thước của móng và chiều sâu chôn móng do sức chịu tải của đất nền tăng lên Đặc biệt thích hợp là trường hợp đất yếu có bề dày nhỏ hơn vùng ảnh hưởng của

tải trọng công trình Chiều sâu đào đất yếu cần thiết có thể xác dịnhđược thông qua tính toán theo nguyên tắc nền đất sau khi đào có khả năng chịu được tải trọng của công trình phía trên

Phương pháp thay thế nền có những tác dụng chính sau đây:

- Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình, lớp đệm cát (đệm đất,…) đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới;

- Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đồng đều của công trình, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền;

- Làm tăng khả năng ổn định khi công trình có tải trọng ngang;

- Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn truyền lên

- Bề dày lớp đất yếu từ 3m trở xuống, trường hợp này thường đào bỏ toàn bộ đất yếu Khi bề dày tầng đất yếu vượt quá 4-5m thì có thể đào một phần sao cho lớp đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2 – 1/3 chiều cao đất đắp

Các loại vật liệu thay thế:

- Vật liệu thay thế là cát (đệm cát): thuận lợi cho thi công bằng bơm cát, thời gian cố

Hình 1.12: Thi công xử lý nền đất yếu bằng đệm cát

1.2.2.2 X ử lý nền đất yếu bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng

Lún do cố kết nền đất sét yếu tạo ra nhiều sự cố cho nền móng công trình Cần nhiều

thời gian để hoàn thành cố kết thứ nhất do tính thấm của đất sét nhỏ Để rút ngắn thời gian cố kết này, thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với nén trước bằng

khối đắp tạm thời hay áp lực chân không.Thiết bị tiêu nước thẳng đứng có nhiều loại

với các đặc trưng vật lý khác nhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất Có hai loại đường thấm thẳng đứng: giếng cát và bấc thấm Tác dụng của đường thấm

thẳng đứng là tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm

độ rỗng, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng quá trình cố kết của đất yếu, tăng sức

chịu tải và làm cho đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.Để tăng nhanh tốc

độ cố kết, ta thường kết hợp biện pháp xử lý bằng bấc thấm, giếng cát với biện pháp gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 – 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm t mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

Hình 1.13:Xử lý nền đất yếu bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng

Việc quyết định chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm là một vấn đề kinh tế - kỹ thuật đòi

hỏi người thiết kế cần phải cân nhắc dựa vào phân bố độ lún của các lớp đất yếu theo chiều sâu dưới tác dụng của tải trọng đắp đối với mỗi trường hợp thiết kế cụ thể Không nhất thiết phải bố trí đến hết phạm vi của tải trọng đắp mà chỉ cần bố trí đến

một độ sâu có trị số độ lún cố kết của các lớp đất yếu, từ đó trở lên chiếm một tỷ lệ đủ

lớn so với trị số lún cố kết Sc dự báo được sao cho nếu tăng nhanh tốc độ cố kết trong

phạm vi có bố trí giếng hoặc bấc này là đủ đạt được tiêu chuẩn về độ lún cố kết cho phép [2]

Cải tạo đất bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng thường phục vụ cho thiết kế hạ tầng cơ

sở cần phát triển lún cố kết nhanh hơn như móng công trình đê chắn sóng, tuyến đường giao thông, đất đắp nền đường cầu vượt, nền móng bể chứa chất lỏng trên vùng

đầm lầy, nền băng sân bay

1.2.2.3 X ử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật

Từ năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước trên thế

giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu Đặc biệt từ những năm 1990 trở lại đây, các nước Asean đã áp dụng phổ biến vải địa kỹ thuật với 6 chức năng cơ bản là: ngăn

cách, lọc nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo

vệ và ngăn nước Phương pháp vải địa kỹ thuật cũng đã được áp dụng lần đầu tại Việt Nam từ cuối những năm 90 của thế kỷ 20 trên quốc lộ 5, quốc lộ 51, quốc lộ 10 và đường Láng – Hòa Lạc (Hà Nội)

Các loại vải địa kỹ thuật đã và đang được nhiều công ty trên khắp thế giới sản xuất

rộng rãi Trong xây dựng công trình, vải địa kỹ thuật thực hiện năm chức năng chính:

- Tiêu nước, thoát nước

Đối với những đoạn đê tương đối cao, cần thi công trong một mùa qua vùng đất yếu có

thể dùng vải địa kỹ thuật để gia cố nền và thân đê Đặt các lớp vải địa kỹ thuật lên bề

mặt phân cách giữa thân đê và nền đê, đồng thời đặt các lớp vải địa kỹ thuật ở các cao trình khác nhau trong thân đê nằm song song với mặt nền Lớp vải địa kỹ thuật đặt ở

mặt nền có tác dụng phân cách nền đê và thân đê, làm cho khối đất đắp không bị lún chìm vào nền, áp lực đất đắp phân bổ tương đối đồng đều vào mặt nền tạo điều kiện cho nền cố kết từ từ Lớp vải địa nằm ngang trong thân đê có tác dụng phân bổ áp lực đều theo từng cao trình mặt cắt ngang đê, tăng độ bền chống trượt và giảm mặt cắt ngang đê.[3]

1.2.2.4 X ử lý nền đất yếu bằng phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học

Phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học là một trong những phương pháp cổ điển nhất, được sử dụng rất phổ biến trên thế giới Bản chất của phương pháp này là dùng các thiết bị cơ giới như xe lu, máy đầm, búa rung làm chặt đất Các yếu tố chính làm ảnh hưởng đến khả năng đầm chặt của đất gồm: Độ ẩm, công đầm, thành

phần hạt, thành phần khoáng hóa, nhiệt độ của đất và phương thức tác dụng của tải

trọng Mục đích làm chặt đất là phải xác định độ ẩm tốt nhất (Wopt) ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất (γdmax)

Hình 1.14: Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp làm chặt đất

Do được làm chặt, các chỉ tiêu về độ bền của đất tăng lên đáng kể, tính biến dạng và tính thấm giảm đi Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường giao thông, sân bay, các công trình thủy lợi và trong xây dựng dân dụng và công nghiệp Có một số phương pháp làm chặt đất bằng cơ học như sau:

- Làm chặt đất bằng đầm rơi:

Bản chất của phương pháp này là dùng đầm rơi bằng vật nặng (vật đầm) làm chặt đất

Vật đầm thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gang, có khối lượng từ 2 – 4 tấn, cho rơi từ độ cao từ 4 – 5m Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính,

khối lượng và chiều cao rơi của vật đầm cũng như tính chất của đất Thông thường, độ

chặt của đất tăng lên ở các lớp trên mặt và giảm đi ở các lớp phía dưới

- Làm chặt đất bằng đầm lăn:

Bản chất của phương pháp này là dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất Phương pháp này thường được sử dụng khi làm đường giao thông Tùy thuộc vào trọng lượng xe lu

và số lần đầm mà chiều sâu làm chặt có thể đạt đến 0,5 – 0,6m Khi dùng đầm lăn có

mặt nhẵn, do chiều dày lớp đất được đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thường thấp, chất lượng đầm không đều, khối lượng thể tích của đất giảm theo chiều sâu Vì vậy, đối với các công trình đắp đất lớn dùng đầm mặt nhẵn không hiệu quả Đối với các loại đất dính dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lượng đầm đều hơn và tạo ra mặt ráp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau

Hiện nay, người ta còn sử dụng cả đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất

rời Mức độ đầm chặt phụ thuộc vào số lần đầm, chiều dày lớp đầm, áp suất bánh xe,

tải trọng xe, vận tốc di chuyển của xe cũng như độ ẩm và cấu tạo của đất Muốn đất được đầm chặt đều thì tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại vị trí đầm

- Làm chặt đất bằng đầm rung:

Phương pháp làm chặt đất bằng đầm rung chủ yếu dùng để nén chặt đất cát Nếu hàm lượng sét trong đất nhỏ hơn 6% thì hiệu quả nén chặt thường gấp 4 – 5 lần so với các phương pháp đầm nén khác Bản chất của phương pháp này là dùng các chấn động tạo

ra các dao động liên tục có tầng số cao và biên độ nhỏ, làm cho tính toàn khối của đất

bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến chỗ trống giữa các hạt có kích thước lớn hơn Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng (tần số dao động

của máy trùng với tần số giao động của đất đầm)

1.2.2.5 X ử lý nền đất yếu bằng phương pháp nén trước

Công trình xây dựng trên nền đất yếu sẽ chịu lún đáng kể Do vậy, trước đó người ta

đã chất tải buộc nền đất lún xuống đến mức cần thiết Trong thời gian chất tải, độ lún

và áp lực nước được quan trắc Lớp gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản

xảy ra Công trình vẫn tiếp tục lún do đất có tính dẻo cao, nhưng biên độ lún khi đó sẽ

chỉ bằng một phần nhỏ, khoảng 5 – 10% so với trường hợp không chất tải trước Tải

trọng do công trình gây ra có tính lâu dài, đến hết tuổi thọ của công trình, trong khi

chất tải trước chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn Tuy nhiên do chất tải trước khá lớn nên mặc dù nền đất chưa đạt tới cố kết hoàn toàn nhưng cũng để đạt độ lún yêu cầu

Hình 1.15: Gia tải trước bằng cách sử dụng khối đắp hoặc áp suất chân không

Chất tải trước được tiến hành ngoài hiện trường bằng cách đổ đất, đắp các bao cát,

chất gạch, đá và các loại vật liệu xây dựng khác, trong đó bao cát là giải pháp phổ biến

nhất Tuy nhiên không dễ đạt được một tải trọng lớn, đạt độ cao 5 – 6m Do vậy cường

độ chất tải trước thường chỉ đạt 80 – 100 Kpa, tức là thích hợp với các công trình vừa

và thấp tầng

1.2.2.6 X ử lý nền đất yếu bằng cọc cát [4]

Gia cố nền bằng cọc cát nhằm mục đích làm tăng độ chặt của nền, thay đổi kết cấu

nền, nâng cao khả năng chịu tải, giảm tính biến dạng của nền, để thoat mãn các trạng thái giới hạn của nền công trình

Về ưu điểm của phương pháp:

- Giúp cho nước lỗ rỗng trong đất thoát ra nhanh, làm cho quá trình cố kết của đất nhanh hơn vầ có độ lún nhanh ổn định hơn;

- Đất được nén chặt thêm, độ rỗng của đất giảm và cường độ của nền được tăng lên;

- Thi công đơn giản bằng các vật liệu rẻ tiền (cát thô, sạn sỏi) nên chi phí thấp hơn đêm cát

Phạm vi sử dụng của cọc cát:

- Cọc cát thường dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày ≥ 3m Không nên dùng cọc cát khi lớp đất yếu có bề dày quá lớn

1.2.2.7 X ử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép

Xử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến rộng rãi và phổ

biến tại Việt Nam Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn áp dụng cho công trình có tải trọng không lớn và chiều sâu lớp đất yếu không quá sâu Cọc bê tông cốt thép có hai loại:

cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông cốt thép ứng suất trước Cọc thường có hình vuông, cạnh cọc có kích thước phổ biến là 0,2 – 0,4m; với cọc bê tông cốt thép thường thì mác bê tông hay sử dụng là 250 – 350 Kg/cm2; còn với cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì mác bê tông là 350 – 450 Kg/cm2 Cọc bê tông cốt thép ứng

suất trước có nhiều ưu điểm như sức chịu tải lớn

Thép chịu lực chính của cọc bê tông cốt thép (thép dọc theo chiều dài cọc) thường sử

dụng thép AII hoặc cao hơn Số lượng và kích thước thép được xác định theo tính toán

kết cấu cọc (cả trong thi công lẫn trong khai thác) đường kính không nên bé hơn φ12,

số thanh chọn chẵn và bố trí đối xứng Thép đai cọc bê tông cốt thép đúc sẵn tương ứng với các quy định sử dụng của cấu kiện bê tông cốt thép Việc bố trí thép đai trong

cọc có thể có bước thay đổi, chủ yếu để tiết kiệm Trong trường hợp này cốt đai bố trí dày ở hai đầu và thưa dần vào giữa

- Cấu tạo đoạn mũi cọc: Đoạn mũi cọc có cấu tạo hai đầu mũi khác nhau, đầu cọc có

cấu tạo thích hợp với nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng thi công (đóng hoặc ép) trong khi đầu mũi chịu tác động của lực tập trung có thể có khi gặp chướng ngại vật cứng bất

ngờ trong đất Trong trường hợp biết chắc không tồn tại các dị vật cứng cần phải khắc

phục trong đất nền có thể chế tạo mũi cọc giống đầu cọc, điều này không những dễ dàng cho chế tạo cọc mà việc đóng cọc cũng đã được chứng tỏ là ít bị nghiêng lệch hơn cọc có mũi nhọn

- Cấu tạo đoạn nối: Đoạn nối có hai đầu giống nhau và giống đầu cọc của đoạn mũi

cọc Chiều dài đoạn nối có thể khác chiều dài đoạn cọc mũi chủ yếu là tùy thuộc vào địa chất khu vực và biện pháp thi công mà quyết định

- Móc cẩu: Thép móc cẩu nên sử dụng thép thuộc nhóm AI Số lượng và khoảng cách tùy thuộc vào chiều dài đoạn cọc mà lựa chọn Nếu chiều dài đoạn cọc Ld ≤ 6 – 7m,

chỉ nên bố trí hai móc cẩu cách đều đầu cọc một đoạn a = (0,2 – 0,25)Ld; với đoạn cọc dài Ld≤ 7 – 8m nên bố trí ba móc cẩu: hai móc cách đều đầu cọc một đoạn a ≈ 0,21Ld; móc thứ ba cách một đầu b ≈ 0,3Ld Trong thực tế, móc thứ ba cho cọc dài nhiều khi không được bố trí sẵn, thay vào đó có thể đặt lỗ xỏ thanh treo hoặc buộc dây Ở Việt Nam, phương pháp xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn là phổ biến nhất Hiện nay cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc được áp dụng khá phổ biến ở Việt Nam nó thường được sử dụng để xử lý nền của các công trình có tải trọng không quá lớn, chiều sâu lớp đất yếu không quá sâu Việc dùng móng cọc BTCT là cần thiết bảo đảm công trình được an toàn trong các trường hợp sau:

- Khi lớp đất nằm trên, ép co lớn và quá yếu để chống đỡ tải trọng của kết cấu phía trên truyền cho, cọc được dùng để truyền tải trọng tới lớp đá gốc hay lớp đất cứng chắc nằm dưới hoặc tới các lớp đất ở xung quanh cọc nhờ sức kháng ma sát ở mặt ranh giới đất cọc

- Khi chịu tải trọng nằm ngang, móng cọc có thể chống uốn khi đang chống đỡ tải trọng thẳng đứng của công trình Trường hợp này xảy ra khi thiết kế xây dựng các công trình chắn đất và các nhà cao tầng chịu lực gió hay động đất;

- Công trình xây dựng trên nền đất trương nở hay sụt lở có khả năng thay đổi thể tích khi độ ẩm thay đổi, áp lực trương nở có thể rất cao nên dùng móng nông thì không an toàn, có thể thay thế bằng móng cọc với độ sâu dưới đó xảy ra co ngót và trương nở;

Hình 1.16 : Hình ảnh về thi công ép cọc bê tông cốt thép

1.2.2.8 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất – xi măng đất

Cọc đất – xi măng là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu vớimục đích gia cố

của công nghệ là làm tăng cường độ, khống chế biến dạng, giảm tính thấm của đất

yếu;tức là cải thiện các đặc trưng của đất như nâng cao khả năng chịu tải của đất bằng cách cứng hóa tại chỗ

Khả năng ứng dụng của công nghệ này tương đối rộng rãi như: làm tường hào chống

thấm cho đê đập, gia cố nền móng công trình xây dựng, chống thấm mang cống và đáy

cống, ổn định tường chắn, chống trượt mái, gia cố đất yếu xung quanh đường hầm, gia

- Thiết bị thi công đơn giản

- Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn

- Quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt

Nhược điểm:

- Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá,

hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng

- Không thi công được nếu phần bề mặt ngập nước

- Chiều sâu xử lý trong khoảng từ 15 - 20m

b Công ngh ệ trộn ướt

Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố với áp lực khoảng 20MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa

Ưu điểm của phương pháp này là:

- Thi công được trong nước

- Phạm vi áp dụng rộng

- Có thể xuyên qua các lớp đất cứng

- Phạm vi xử lý đến 50m

Nhược điểm của phương pháp:

- Thiết bị thi công phức tạp, đòi hỏi người điều khiển phải thành thạo

Hình 1.17 : Hình ảnh về thi công cọc đất - xi măng

1.3 K ết luận chương I

Ở trong chương I, tác giả đã giới thiệu về công trình tường chắn lũ bao gồm khái niệm, cách phân loại tường chắn lũ theo điều kiện làm việc, theo biện pháp kết cấu Công trình tường chắn trên đê kết hợp đường giao thông là công trình khá phổ biến hiện nay,

đã được áp dụng nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam mang lại hiệu quả trong việc ngăn lũ, ngăn nước biển dâng Nhưng bên cạnh đó cũng có những sự cố xảy ra với các công trình tường chắn do việc xử lý nền chưa đảm bảo ổn định cho công trình

Đồng thời trong chương này cũng đề cập tới khái niệm về nền đất yếu để từ đó đưa ra

một số giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình trên đê sông và tường chắn Qua đó cho ta thấy mỗi phương pháp xử lý nền có những ưu điểm khác nhau nhưngđược xây

dựng trên nguyên lý chung nhất là cải tạo tính chất cơ lý của đất yếu, tăng sức chịu tải cho nền, giảm độ lún của nền Tùy thuộc vào điều kiện địa chất và đặc điểm của công trình mà áp dụng phương pháp xử lý nền hợp lý cho công trình

Đối với công trình tường trên đê sông, với đặc điểm địa chất phức tạp, việc khảo sát chính xác về đặc điểm địa chất sẽ giúp ta phân tích, đánh giá để đưa ra được biện pháp

xử lý nền một cách hợp lý mang lại hiệu quả cho công trình khi đưa vào sử dụng Công trình tường chắn lũ trên đê kết hợp đường giao thông là công trình có vai trò quan trọng, yêu cầu phải tuyệt đối an toàn do vậy công tác xử lý nền đất yếu được chú

trọng Phương pháp xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép, cọc xi măng đất hay cọc cát

là những giải pháp phù hợp với các công trình đê sông, tường chắn kết hợp đường giao thông; những nơi có nên đất yếu và có tải trọng tác dụng lên đất nền phức tạp

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN TƯỜNG CHẮN LŨ TRÊN ĐÊ

Ngày nay, công trình tường chắn lũ đã xuất hiện nhiều trong các công trình ven sông; ven biển, rất có hiệu quả trong việc phòng chống lũ nhằm ứng phó với tình hình biến đổi khí hậu hiện nay Công trình tường chắn lũ thường được xây dựng trên đê ven các con sông, ven biển những khu vực có nền địa chất yếu; vì vậy để công trình đảm bảo

ổn định trong quá trình sử dụng ta cần phải tính toán được các loại áp lực tác dụng lên tường chắn; phân tích, đánh giá được ổn định của công trình vàlựa chọn được giải pháp xử lý nền hợp lý cho công trình

2.1 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán

2.1.1 Áp l ực đất lên tường chắn [5]

Tùy thuộc vào điều kiện làm việc của tường chắn đối với khối đất mà có thể hình thành các loại áp lực đất khác nhau

- Nếu tường đứng yên, khối đất sau lưng tường ở trạng thái cân bằng tĩnh và gây ra áp

lực đất tĩnh tác dụng lên tường ( ký hiệu là E0)

- Nếu tường bị khối đất đẩy về phía trước (khối đất ở trạng thái chủ động) thì áp lực đất giảm dần khi độ dịch chuyển của tường tăng Khi chuyển dịch của tường đủ lớn thì cường độ chống cắt của đất đạt giá trị lớn nhất và khối đất sau tường đạt trạng thái cân

bằng giới hạn chủ động, tức là mặt trượt trong khối đất xuất hiện Áp lực đất tác dụng lên tường do khối trượt gay ra lúc đó gọi là áp lực đất chủ động (ký hiệu là Ecđ)

- Nếu tường bị ngoại lực xô về phía khối đất thì khối đất sẽ chống lại sự dịch chuyển

của tường, lực chống này sẽ tăng khi độ dịch chuyển của tường tăng Khi tường chuyển dịch đủ lớn thì cường độ chống cắt của đất đạt giá trị lớn nhất và khối đất sau tường đạt trạng thái cân bằng giới hạn bị động, tức là mặt trượt sẽ xuất hiện trong khối đất Áp lực chống tác dụng lên tường do khối đất gây ra lúc đó gọi là áp lực đất bị động (ký hiệu là Ebđ)

Tóm lại độ lớn chuyển dịch của tường và hướng dịch chuyển của tường có ảnh hưởng

trực tiếp tới tính chất và giá trị áp lực đất tác dụng lên tường Việc xác định chính xác

các loại áp lực đất đóng vai trò quan trọng trong tính toán thiết kế công trình Dưới đây tác giả xin trình bày một số phương pháp xác định áp lực đất lên tường chắn

2.1.1.1 Tính toán áp l ực đất theo lý thuyết của C.A.Coulomb

Lý luận áp lực đất của C.A.Coulomb được xây dựng trên các giả thiết cơ bản sau:

- Tường chắn tuyệt đối cứng và không biến dạng

- Mặt trượt trong đất là mặt phẳng và đi qua chân tường

- Khối trượt là vật rắn tuyệt đối, chỉ những điểm trên mặt trượt thỏa mãn điều kiện cân

bằng giới hạn

- Khối đất sau tường là đất rời

Nguyên lý tính toán của lý luận Coulomb: xét sự cân bằng của khối trượt dưới sự tác

dụng của các lực, từ đó tìm ra tổng giá trị, phương chiều, vị trí điểm đặt của áp lực đất

a Xác định áp lực đất chủ động

Hình 2.1 : Sơ đồ tính áp lực đất chủ động theo Coulomb Xét một tường chắn bất kỳ có lưng tường tạo với phương thẳng đứng 1 góc α, mặt đất

tạo với phương ngang 1 góc β Giả thiết mặt trượt chủ động BC bất kỳ, các lực tác

dụng lên khối trượt ABC bao gồm:

W – trọng lượng khối trượt ABC

W = dtABC * 1m * γ

R – Phản lực trên mặt trượt BC làm với pháp tuyến của mặt này một góc φ

E – Lực đẩy của đất làm với pháp tuyến của lưng tường góc δ

φ – Góc ma sát trong của đất đắp sau tường

δ – Góc ma sát giữa lưng tường và đất đắp

Hai phản lực R và lực đẩy E đều nằm dưới đường pháp tuyến của mặt trượt tương ứng Điều kiện để khối trượt ABC cân bằng là đa giác lực phải khép kín Từ đa giác lực ta có:

W sin( ) sin

Vì

cos

H AB

2 2

1 cos( ) cos( ) sin( )

2 cos sin( ) sin( )

Trong đó γ,H, , , ,α β ϕ δ đã biết còn ε là góc nghiêng của mặt trượt giả thiết, như vậy

E là hàm số của ε (E=f(ε)) Giá trị cực đại Emax của hàm E chính là áp lực chủ động tác

dụng lên tường chắn cần tìm Muốn xác định Emax cần dùng phương pháp cực trị hàm

E = f(ε) với điều kiện: dE 0

dε =

Từ biểu thức (2.2) ta xác định được giá trị ε Thay ε vào công thức trên ta xác định được giá trị áp lực đất chủ động:Ecđ = 1 2.

Trong đó: Kcđ – hệ số áp lực đất chủ động theo lý luận Coulomb

H – Chiều cao tường chắn

γ – Trọng lượng riêng của đất đắp

Để xác định cường độ áp lực đất chủ động tại độ cao z bất kỳ ta có thể lấy đạo hàm của

nghiêng với pháp tuyến lưng tường một góc δ (Hình 2.1)

b Xác định áp lực đất bị động

Hình 2.2: Sơ đồ xác định áp lực đất bị động theo Coulomb Tương tự như việc xác định áp lực đất chủ động, người ta cũng giả thiết một mặt trượt

bị động BC bất kỳ Các lực tác dụng lên khối trượt ABC bao gồm:

W – trọng lượng khối trượt ABC

W = dtABC*1m*γ

R – Phản lực trên mặt trượt BC làm với pháp tuyến của mặt này một góc φ

E – Lực đẩy của đất làm với pháp tuyến của lưng tường góc δ

φ – Góc ma sát trong của đất đắp sau lưng tường

δ – Góc ma sát giữa lưng tường và đất đắp

Hai phản lực R và lực chống E đều nằm trên đường pháp tuyến của mặt trượt tương ứng

Xét điều kiện cân bằng của khối trượt ABC và dùng phương pháp tìm cực trị để xác định áp lực bị động của đất

Từ điều kiện cân bằng của đa giác lực ta có:

Trong đó: γ – Trọng lượng riêng của đất đắp

H – Chiều cao tường chắn

Kbđ =

2

2 2

cos ( )sin( ) sin( )cos cos( ) 1

Kbđ – Hệ số áp lực đất bị động theo lý thuyết Coulomb

Cường độ áp lực đất bị động tại điểm bất kỳ theo chiều cao của tường có thể xác định theo biểu thức:

2

2.1.1.2 Tính toán áp l ực đất theo lý thuyết của Rankine

W.J.W.Rankine căn cứ vào trạng thái ứng suất trong vật thể bán không gian vô hạn và điều kiện cân bằng giới hạn tại một điểm trong bán không gian đó đã tìm ra phương pháp tính toán áp lực đất

Các giả thiết khi tính toán áp lực đất theo lý thuyết của Rankine:

- Khi khối đất sau tường đạt trạng thái cân bằng giới hạn chủ động (do khối đất đẩy tường về phía trước – Phía không có đất), hoặc trạng thái cân bằng giới hạn bị động (do ngoại lực xô tường về phía sau – về phía đất) thì mọi điểm trong khối trượt đều ở

trạng thái cân bằng giới hạn và thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn Mohr –

Coulomb

- Lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, mặt tường trơn nhẵn không có ma sát

a Xác định áp lực đất chủ động

Hình 2.3: Sơ đồ xác định áp lực đất chủ động theo Rankine

Giả sử khối đất sau tường đạt trạng thái căn bằng giới hạn chủ động, ta xét trạng thái ứng suất tại điểm M

φ và c lần lượt là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất sau tường

Thay (2.8) và (2.9) vào công thức (2.10) ta có: