Ứng dụng hệ tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc ly tâm để ổn định bờ sông cái lớn, thị xã long mỹ, hậu giang

Để đó g góp hêm cơ sở k oa học phục vụ công á xây dựn mới nâng cấp kè bảo vệ bờ sôn của ỉn Hậu Giang p ù hợp với địa chất điều kiện kinh ế của từng vù g, đ ng hời thích ứn với t nh hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG CÔNG DANH

ỨNG DỤNG HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN

HỆ CỌC LY TÂM ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG CÁI LỚN, THỊ

XÃ LONG MỸ, HẬU GIANG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 201 9

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Phán

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Tô Văn Lận

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Việt Tuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 09 tháng 01 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Lê Bá Vinh – Chủ tịch hội đồng.

2 PGS.TS Tô Văn Lận – Phản biện 1.

3 TS Nguyễn Việt Tuấn – Phản biện 2.

4 PGS.TS Trần Tuấn Anh – Ủy viên.

5 TS Đỗ Thanh Hải – Thư ký.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐẶNG CÔNG DANH MSHV: 1770122

Ngày, tháng, năm sinh: 04/3/1978 Nơi sinh: Vĩnh Long

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

MS ngành: 605802011

1- TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng hệ tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc ly tâm

để ổn định bờ sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ, Hậu Giang

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Chương 3: Ứng dụng tính toán hệ tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc ly tâm để

ổn định bờ sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ, Hậu Giang

Kết luận và kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/8/2018

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỞNG KHOA

PGS.TS Võ Phán PGS.TS Lê Bá Vinh TS Lê Anh Tuấn

Qua luận văn thạc sĩ này, chúng em xin bày tỏa lòng cảm ơn sâu sắc đến toàn thể Quý Thầy Cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng dạy và truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Võ Phán đã dành nhiều tâm huyết giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá giúp cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường Thầy đã hướng dẫn giúp chúng em hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báo và giúp đỡ rất nhiều trong suốt chặn đường vừa qua, đặc biệt là luôn động viên và giúp đỡ chúng em hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn phòng đào tạo sau Đại học và trường Đại học Bách Khoa TP

Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành khóa học cao học

Với những hiểu biết của bản thân mặc dù đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những sai sót khi thực hiện luận văn, kính mong Quý Thầy Cô hãy bỏ qua và chỉ dẫn, góp ý chân thành để chúng

em hoàn thiện thêm kiến thức của mình

TP.HCM, ngày 02 tháng 12 năm 2018

Đặng Công Danh

Để đó g góp hêm cơ sở k oa học phục vụ công á xây dựn mới nâng cấp

kè bảo vệ bờ sôn của ỉn Hậu Giang p ù hợp với địa chất điều kiện kinh ế của từng vù g, đ ng hời thích ứn với t nh hình biến đổi khí hậu,nước biển dâng rên toàn cầu việc nghiên cứu để giải quyết c c ồn ại nhằm phục vụ ốt hơn công áxây dựng hệ hống kè bảo vệ bờ sông ro g c c đô hị và cô g rình rên địa bàn ỉnh

là rất cấp hiết Qua đó, nhiều công rìn kè bảo vệ ven sông đã được hực hiện và

có rất nhiều oại kết cấu công rìn được sử dụn n ư: tường chắn đất trên nền cọc BTCT,tường chắn rên hệ cọc bê ôn ứn suấttrước,….…

Qua kết quả n hiên cứu đề ài “Ứn dụng hệ ường kè bê ông cốt thép rên

hệ cọc y âm để ổn định bờ sôn CáiLớn,thị xã Lon Mỹ,Hậu Gian ” học viên đã tổng hợp và rút ra c c kếtquả sau:

Kết quả ín oán chuyển vị ngang của đỉn đầu cọc ính bằng phương pháp phần ử hữu hạn Plaxis 2D ớn hơn phương p áp giải t ch khoảng 14,2% Khi t nh theo pháp giải t ch chỉ mang ính gần đúng,bên cạnh đó khi tnh heo p ương pháp phần ử hữu hạn a có hể mô phỏng được bài toán àm việc đúng heo hực ế

Khi phân tích ổn định trượt sâu của công trình, kết quả phân tích cho thấy hệ

số ổn định tổng thể theo phân tích phương pháp phần tử hữu hạn lớn hơn hệ số ổn định phân tích theo phương pháp cân bằng giới hạn khoảng 24,6%

Áp dụng chươn rìn Geoslo e V.2 07 để giải quyết bài toán ổn định ổng thể (trượt sâu) công rình kè một c ch nhanh chóng và chín xá Qua đó xá định được hệ số ổn định heo Fel enius và Bish p à chên ệch khoảng 2 %

Nhằm đảm bảo tính ổn định và biến dạng của cả hệ kè cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các yếu tố như: sự xói lở đất ở chân tường cọc, nước chảy tràn bờ khi lũ rút, tải trọng động, ma sát âm và những ảnh hưởng khi gặp khu vực có xói lở dạng hàm ếch

To contribute more scientific basis for the new construction and upgrading

of river bank embankments in Hau Giang province in line with the geology and economic conditions of each region and at the same time adapt to the changing situation Climate change, sea level rise across the globe research to address the shortcomings to better serve the construction of river bank embankment system in the city and works in the province is very urgent As a result, many river bank embankments have been constructed and there are many types of structures used such as: retaining walls on reinforced concrete piles, retaining walls on prestressed concrete pile systems, etc

Based on the research results of the project "Application of reinforced concrete wall system on centrifugal pile system to stabilize the banks of Cai Lon river, Long My town, Hau Giang", the participants synthesized and extracted the following results :

The results of calculating the horizontal displacement of the crest of the pile head

by the finite element method Plaxis 2D are about 14,2% larger than the analytical method When calculating the analytical method is only approximate, in addition, when calculated by the finite element method, we can simulate the problem of working in the real world

When analyzing stability and sliding depth of the work, the analysis results show that the overall stability coefficient according to the finite element method analysis

is greater than the stability coefficient analyzed by the limit equilibrium method of

about 24,6%

Apply the Geoslope V.2007 program to solve the problem of overall stability (deep sliding) embankment works quickly and accurately The Fellenius

In order to ensure the stability and deformation of the gecko system, further study

on the influence of factors such as soil erosion at the foot of the pile wall, overflowing water when the floods are withdrawn, dynamic load, negative friction and effects when encountering areas of frog-like erosion

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Võ Phán

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích đánh giá trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan và chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 12 năm 2018

Học viên thực hiện

Đặng Công Danh

FS: Hệ số an toàn ổn định.

Rg: Tổng cá lực chống trượt (lực giữ).

Rt : Tổng c c lực gây trượt.

Rtđ : Lực gây trượt do khối đất tạo ra

Rtp: Lực gây trượt do tải trọng gây ra.

Ze Chiều sâu ín đổi

Le Chiều dàicọc rong đấtt nh đ i

Kts: Hệ số ổn định rượt sâu của ường

Fs:Hệ số an oàn

τm, Sm: Lực cắt ở đáy mảnh

τf: Sức chống cắt

l: Chiều dài dọc theo đáy mảnh

W: Trọng luợng của mảnh

T: Lực cắt tạo ra dọc theo đáy mảnh

R1 và R2: Các lực bên tạo bởi mảnh kề

E1, E2: Lực pháp tuyến giữa các mảnh

X1,X2:Lực iếp uyến giữa c ùc mảnh

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU………… 1

1 Tính cấp thiết của đề tài… ……… 1

2 Mục tiêu nghiên cứu…… ………2

3 Phương pháp nghiên cứu……… 2

4 Tính khoa học và tính thực tiễn của đề tài… 2

5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài… ……3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG 4

1.1 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông 5

1.1.1 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông tại thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang… 5

1.1.2 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông tại thị xã Ngã Bảy, tỉnh Hậu Giang 6

1.1.3 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông tại thị xã Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang… …………7

1.2 Các giải pháp kết cấu công trình bảo vệ bờ sông hiện nay 9

1.2.1 Tường góc BTCT trên nền cọc bê tông ly tâm hoặc BTCT………… 9

1.2.2 Kè mái nghiêng sâu……….……….10

1.3 Một số dạng mất ổn định kết cấu công trình bảo vệ bờ sông trên địa bàn tỉnh Hậu Giang 11

1.3.1.Một số dạng mất ổn định kết cấu công trình bảo vệ bờ sông 11

1.3.2 Nguyên nhân gây mất ổn định công trình bảo vệ bờ sông trong quá trình thi công và vận hành ……… 12

1.4 Tổng quan về phương pháp tính toán ổn định công trình kè bảo vệ bờ sông 14

1.5 Nhận xét chương 1 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BTCT TRÊN NỀN CỌC BÊ TÔNG LY TÂM 17

2.1 Phương pháp giải tích 17

2.1.1 Tường chắn 17

2.1.2 Phương pháp tính toán đối với tường chắn 19

2.1.2.1 Phương pháp Rankine 19

2.1.2.2 Phương pháp Coulomb 23

2.1.3 Móng cọc 25

2.1.3.1 Sơ lượt về móng cọc 25

2.1.3.2 Tính toán cọc chịu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 10304:2014 26

2.1.4 Kiểm tra ổn định kè 31

2.2 Tính toán ổn định nền công trình theo phương pháp cân bằng giới hạn 31

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng bằng phương pháp phần tử hữu hạn – Phần mềm plaxis… ……….33

2.3.1 Lý thuyết biến dạng của Plaxis ……… 33

2.3.2 Định luật Hooke…… …….38

2.3.3 Mô hình Mohr - Coulomb 38

2.3.4 Mô hình ứng xử không thoát nước của đất bằng phần mềm Plaxis 40

2.3.5 Phân tích hệ số an toàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn……… 40

2.4 Nhận xét……… ……… ………41

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN HỆ CỌC LY TÂM ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG CÁI LỚN, THỊ XÃ LONG MỸ, HẬU GIANG……… …42

3.1 Giới thiệu quy mô công trình 42

3.2 Điều kiện địa chất công trình bờ kè sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ 43

3.2.1 Cấu tạo địa chất……… ………….43

3.2.2 Đặt điểm địa chất công trình……… …… ….44

3.3 Tính toán và đánh giá độ ổn định kè bằng phương pháp giải tích 45

3.3.1 Cấu tạo công trình kè bảo vệ bờ song Cái Lớn, thị xã Long Mỹ 45

3.3.2 Tính toán ổn định tường chắn cho hai trường hợp 46

3.3.2.1.Trường hợp 1: Trong giai đoạn xây dựng (Áp lực đất, tải trọng xe thi công, áp lực nước sông) 47

3.3.2.2 Trường hợp 2: Trong giai đoạn khai thác (Áp lực đất, áp lực nước ngầm, tải trọng xe, áp lực nước sông) 50

3.3.2.3 Kiểm tra cường độ đất nền dưới bản đáy tường 53

3.3.2.4 Tính chuyển vị công trình 54

3.3.2.5 Tính áp lực ztại mỗi điểm trong đất ……… 57

3.3.2.6 Tính Momen dọc trục Mz của cọc……….57

3.3.2.7 Tính Lực cắt dọc trục Qz của cọc……… …… 57

3.3.3 Sức chịu tải của cọc theo theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 60

3.4 Tính toán ổn định tổng thể công trình bờ kè trong điều kiện làm việc đồng thời của tường kè và cọc bằng phần mềm SLOPE/ W 61

3.4.1 Cơ sở số liệu tính toán bằng phần mềm SLOPE/W 61

3.4.2 Kết quả tính toán ….63

3.5 Phân tích ổn định biến dạng của cọc và tường kè làm việc đồng thời bằng phương pháp phần tử hữu hạn 67

3.5.1 Sơ đồ cấu tạo của kè……… …… 67

3.5.2 Dữ liệu đầu vào và tính toán theo cấu tạo……… .67

3.5.3 Kết quả tính toán……… 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

I KẾT LUẬN 81

II KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BTCT TRÊN

HỆ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM 17

Bảng 2.1 Xác định hệ số K 28

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN HỆ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG CÁI LỚN, THỊ XÃ LONG MỸ, HẬU GIANG 42

Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý của lớp cát san lấp 44

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 44

Bảng 3.3: Giá trị các hệ số A0, B0, C0, 55

Bảng 3.4 Bảng tính ứng suất, lực cắt và momen của cọc theo độ sâu cọc 57

Bảng 3.5 Bảng xác định ∑mffsili……… 61

Bảng 3.6 Các tính chất của đất và tường cọc BTCT………62

Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán hệ số ổn định tổng thể……… 63

Bảng 3.8 Bảng so sánh kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định ………… … 66

Bảng 3.9 Đặc trưng của cát san lấp……… 68

Bảng 3.10 Đặc trưng của lớp đất lớp 1……… 69

Bảng 3.11 Đặc trưng của lớp đất lớp 2………69

Bảng 3.12 Đặc trưng của lớp phụ lục……… …… 70

Bảng 3.13 Đặc trưng của cọc……….……… 70

Bảng 3.14 Đặc trưng tường chắn……….70

Bảng 3.15 Đặc trưng của bản đáy……… 71

Bảng 3.16 Bảng so sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang bằng Phương pháp giải tích và phần mềm Plaxis……… 79 Bảng 3.17 Bảng so sánh kết quả tính toán hệ số an toàn ổn định tổng thể theo phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp phần tử hữu hạn……… 80

Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT

THÉP ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG……… 4

Hình 1.1: Sơ đồ định hướng Quy hoạch Vùng tỉnh Hậu Giangđến năm 2030, tầm nhìn đến 2050) ………4

Hình 1.2: Tuyến kênh chính kênh Xà No 5

Hình 1.3: Kè Trần Hưng Đạo, thị xã Ngã Bảy 6

Hình 1.4: Sơ đồ Quy Hoạch thị xã Long Mỹ Đến Năm 2030 7

Hình 1.5: Kè sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ 8

Hình 1.6: Kết cấu kè Tường góc BTCT trên nền cọc 9

Hình 1.7: Kết cấu Kè mái nghiêng sâu 10

Hình 1.8: Tường bị chuyển dich ra phía sông 11

Hình 1.9: Hở tường cừ làm sụt lún vỉa hè kè sông Nàng Mau, huyện Vị Thủy 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BTCT TRÊN HỆ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM 17

Hình 2.1: Cấu tạo hệ tường góc trên nền cọc bê tông ly tâm 18

Hình 2.2: Biểu đồ áp lực nước sông tác động lên tường kè 18

Hình 2.3: Biểu đồ áp lực đất chủ động 19

Hình 2.4: Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn 20

Hình 2.5: Trạng thái chủ động và bị động của Rankine 21

Hình 2.6: Áp lực chủ động của đất 22

Hình 2.7: Áp lực đất chủ động 24

Hình 2.8: Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời 25

Hình 2.9: Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực 26

Hình 2.10: Quy luật biến đổi của hệ số nền 28

Hình 2.11: Sơ đồ tác động của Moment và tải trọng ngang lên cọc 30

Hình 2.12: Phân tích các lực tác dụng lên mảnh 32

Hình 2.13: Quan hệ ứng suất và biến dạng trong mô hình nền đàn hồi – dẻo thuần túy……… 39

THÉP TRÊN HỆ CỌC LY TÂM ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG CÁI LỚN, THỊ XÃ

LONG MỸ, HẬU GIANG……….……… 42

Hình 3.1: Mặt cắt địa chất .43

Hình 3.2: Cấu tạo công trình kè bảo vệ bờ sông Cái Lớn thị xã Long Mỹ 45

Hình 3.3 Mô hình tính toán các áp lực ngang 47

Hình 3.4: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cọc 54

Hình 3.5: Biểu đồ áp lực ngang cọc tiết diện D35cm……… ….59

Hình 3.6: Biểu đồ momen dọc thân cọc D35cm 59

Hình 3.7: Biểu đồ lực cắt dọc thân cọc tiết diện D35cm 60

Hình 3.8: Sơ đồ tính toán ổn định tổng thể bờ kè hệ tường góc BTCT bảo vệ bờ sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ, trường hợp Tường góc nằm ….64

Hình 3.9: Kết quả tính toán BISHOP ổn định tổng thể bờ kè hệ tường góc BTCT bảo vệ bờ sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ, trường hợp Tường góc nằm trên nền đất tự nhiên……… 64

Hình 3.10: Kết quả tính toán BISHOP ổn định tổng thể bờ kè hệ tường góc BTCT bảo vệ bờ sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ, trường hợp Tường góc nằm trên nền cọc bê tông ly tâm……….……… 65

Hình 3.11: Kết quả tính toán FELLENIUS ổn định tổng thể bờ kè hệ tường góc BTCT bảo vệ bờ sông Cái Lớn thị xã Long Mỹ, trường hợp Tường góc nằm trên nền cọc bê tông ly tâm……….…….66

Hình 3.12: Cấu tạo công trình kè bảo vệ bờ sông Cái Lớn, ……… …… 67

Hình 3.13: Mô hình tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis)……… ……….72

Hình 3.14: Áp lực nước lỗ rỗng……… ….72

Hình 3.15: Ứng suất có hiệu……… … 73

Hình 3.16: Kết quả lưới biến dạng……… ……….73

Hình 3.17: Chuyển vị ngang tổng thể……… 74

Hình 3.18: Chuyển vị đứng tổng thể……… 74

Hình 3.19: Cung trượt tổng thể……….75

ngang……… …… 75

Hình 3.21: Kết quả chuyển vị tổng thể của của tường và cọc theo phương đứng……… 76

Hình 3.22: Kết quả chuyển vị của cọc theo phương ngang và đứng ……… ….76

Hình 3.23: Biểu đồ Moment và Lực cắt của cọc……… 77

Hình 3.24: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường và bản đáy……….77

Hình 3.25: Biểu đồ chuyển vị đứng của tường và bản đáy……… 78

Hình 3.26: Biểu đồ moment của tường và bản đáy……… 78

Hình 3.27: Biểu đồ lực cắt của tường và bản đáy……….79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Hậu Giang là tỉnh nằm trong vùng ĐBSCL, được thành lập từ 26/11/2003 do tách từ Tỉnh Cần Thơ cũ Tỉnh lỵ hiện nay là Thành Phố Vị Thanh thuộc khu vực nội địa của đồng bằng sông Cửu Long, có vị trí trung gian giữa vùng thượng lưu sông Hậu (An Giang, thành phố Cần Thơ) với vùng ven Biển Đông (Sóc Trăng, Bạc Liêu) Hậu Giang là tỉnh trung tâm châu thổ sông Mê Kông phí tây giáp với Tỉnh Kiên Giang, phía Bắc giáp với Thành Phố Cần Thơ

và Vĩnh Long, phía Nam giáp với Bạc Liêu, phía Đông giáp Tỉnh Sóc Trăng Hậu giang là tỉnh có hệ thống kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.300km

Theo dự báo mực nước biển dâng của Bộ TNMT, đến năm 2030 mực nước biển ĐBSCL sẽ tăng 17cm, và đến năm 2050 sẽ tăng 28-33cm Theo kịch bản biến đổi khí hậu của Việt Nam, đến cuối thế kỷ này, nhiệt độ trung bình ở ĐBSCL có thể tăng thêm 1,3 - 2,8 độ C, mưa có thể tăng 4-8%, nước biển dâng theo kịch bản thấp là 0,65m, trung bình là 0,75m và cao là 1,0m Nước biển dâng cao 1,0m có thể làm 39% diện tích ở ĐBSCL bị ngập, 35% dân số bị ảnh hưởng

Riêng với tỉnh Hậu Giang sẽ ngập khoảng 79,4% diện tích đất tự nhiên toàn tỉnh

Địa chất tại Hậu Giang chủ yếu là nền đất mềm yếu, khả năng chịu lực kém Vấn đề xói lở đã và đang gây nên những tổn thất rất lớn, là mối đe dọi nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản của nhân dân và nhà nước trong vùng

Mặt khác, Thị Xã Long Mỹ, Tỉnh Hậu Giang là thị xã được thành lập từ ngày 15 tháng 5 năm 2015 theo Nghị Quyết 933/NQ-UBTVQH13 Thị Xã Long

Mỹ là đô thị mới thành lập với tổng diện tích là 14.400ha và nằm hoàn toàn trong khoảng giữa vùng Tây Sông Hậu, địa hình thấp và bằng phẳng, có hệ thống kênh rạch chằng chịt, vì vậy việc xây dựng mới, cải tạo nâng cấp cơ sở hạ tầng rất được quan tâm nhằm lập lại trật tự xây dựng, di dời các công trình xây dựng lấn chiếm mặt sông để đảm bảo an toàn giao thông thủy, thoát lũ, đảm bảo an toàn cuộc sống của người dân, ngăn chặn tình trạng tái lấn chiếm, xây cất nhà trái phép Giải quyết từng bước vấn đề cải thiện môi sinh, môi trường cho dân cư sinh sống trong khu vực ven bờ kè Tạo cảnh quan, thông thoáng không gian khu vực và tạo điều

kiện giải trí cho dân và kết hợp vui chơi, thể thao dọc tuyến kè, nâng cao đời sống văn hoá của nhân dân Tạo điều kiện phát triển du lịch cho địa phương

Chính vì vậy việc cần phải có những biện pháp công trình bảo vệ bờ sông phù hợp với điều kiện địa chất khu vực, ứng phó với hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng đảm bảo ổn định và xử lý nền đất yếu đạt hiệu quả kinh tế, thời gian thi công, đảm bảo yêu cầu chất lượng và mỹ quan công trình là vô cùng cần

thiết nhằm giải quyết vấn đề này, học viên muốn chọn lựa đề tài “ Ứng dụng hệ tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc ly tâm để ổn định bờ sông Cái Lớn, thị

Xã Long Mỹ, Hậu Giang” Với ứng dụng giải pháp này nhằm giúp học viên

nắm vững hơn các loại kè nhằm ổn định kè cặp bờ sông

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá tính ổn định và biến dạng của nền dưới tường cọc bê tông ly tâm bảo vệ bờ sông Cái Lớn Thị Xã Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

- Kiểm tra chuyển vị ngang của tường chắn BTCT trên nền cọc bê tông ly tâm

- Phân tích ổn định trượt sâu của công trình bảo vệ bờ sông sử dụng tường chắn BTCT trên nền cọc bê tông ly tâm, theo phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp phần tử hữu hạn

3 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang theo phương pháp giải tích

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D và phần mềm Geoslope mô phỏng và tính

toán để phân tích ổn định và biến dạng kết cấu của kè

So sánh kết quả nghiên cứu các loại giải pháp công trình khác nhau và đưa

ra các kiến nghị khi đưa công trình vào ứng dụng trong thực tế

4 Tính khoa học và tính thực tiễn của đề tài

a Tính khoa học

Khi tính toán cần phải đưa ra nhiều giải pháp chống sạt lở cho các công trình ven sông hiện nay là rất cần thiết và cấp bách, áp dụng tính toán sao cho đảm bảo cho công trình nghiên về an toàn và hiệu quả kinh tế, phù hợp với điều

kiện phát triển của từng vùng và từng khu vực, đã được áp dụng nhiều ở khu vực

ĐBSCL

b Tính thực tiễn

Việc nghiên cứu, ứng dụng giải pháp bờ kè kết hợp cọc bê tông ly tâm

trong việc chống sạt lở bảo vệ cho công trình bờ sông Cái Lớn là hết sức cần

thiết nhưng phải đảm bảo tính hợp lý, tiết kiệm, rút ngắn thời gian thi công, tạo

mỹ quan đô thị

5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đề tài chỉ nghiên cứu và tính toán cho khu vực trên địa bàn, tỉnh Hậu

Giang chưa nghiên cứu đến các vùng khác

- Tính toán cho một công trình cụ thể có chiều cao công trình cũng như

chiều dày tầng đất yếu cụ thể, chưa đặc trưng cho tất cả các công trình bảo vệ bờ

sông ở các địa bàn khác nhau trong tỉnh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG HỆ TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG

Tỉnh Hậu Giang diện tích tự nhiên khoảng 1.602,45km², với các đơn vị hành chính gồm: thành phố Vị Thanh, thị xã long mỹ, thị xã Ngã Bảy và 4 huyện (Châu Thành, Châu Thành A, Phụng Hiệp, Vị Thủy) Quy mô dân số năm 2012

là 773.556 người, mật độ dân số 483 nguời/km² (theo đồ án quy hoạch Vùng

Hình 1.1: Sơ đồ định hướng Quy hoạch Vùng tỉnh Hậu Giang

đến năm 2030, tầm nhìn đến 2050

Tỉnh Hậu Giang nằm trên các trục giao thông đường bộ quan trọng, như quốc lộ 1A, quốc lộ 61, quốc lộ 61B, quốc lộ Nam Sông Hậu, Quản Lộ Phụng Hiệp; và các tuyến giao thông đuờng thủy quan trọng như sông Hậu, kênh Xà

No, kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp, sông Cái Lớn Tỉnh nằm vị trí gần cảng biển quốc tế Cái Cui và cảng hàng không quốc tế Cần Thơ

1.1 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông trên địa bàn tỉnh Hậu Giang

1.1.1 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông tại thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang

Tuyến kênh Xà No nằm trong tuyến giao thông thủy Tp Hồ Chí Minh - Cà Mau (1 trong 8 tuyến giao thông thủy quan trọng của đồng bằng sông Cửu Long) Kênh Xà No có quy mô kênh cấp II, chiều rộng luồng chạy tàu được thiết kế là 22m, chiều rộng kênh tối thiểu là 50m Khu vực này là trung tâm kinh tế của vùng rộng lớn, nằm giữa vùng đồng bằng với nhiều khả năng phát triển nông lâm ngư nghiệp Giao thông thủy tại đây gần như đảm nhận vận chuyển toàn bộ khối lượng hàng hoá cho vùng, cùng với vận chuyển hành khách làm cho mật độ phương tiện qua lại tuyến kênh tại đây có mật độ rất lớn

- Trung tâm thành phố Vị Thanh hiện đang xây dựng tuyến kè bảo vệ

bờ kênh xáng Xà No giai đoạn 1 với tổng chiều dài khoảng 5km Trong đó

bờ phía Nam xây dựng khoảng 3,8km và bờ phía Bắc là 1,2km

Hình 1.2: Tuyến kênh chính kênh Xà No

1.1.2 Một số hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông tại thị xã Ngã Bảy, tỉnh Hậu Giang

Khu vực Ngã Bảy là nơi giao nhau của 7 nhánh sông: kênh xáng Búng Tàu, kênh Lái Hiếu, kênh Xẻo Môn, kênh Xẻo Vông, kênh Phụng Hiệp - Cái Côn, kênh Mang Cá, kênh Sóc Trăng Trong đó kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp là trung tâm, 1 trong 8 tuyến đường thủy quan trọng của đồng bằng sông Cửu Long Kênh Quản

Lộ - Phụng Hiệp có quy mô kênh cấp II, chiều rộng luồng chạy tàu được thiết kế là 50m, chiều rộng mặt kênh từ 70 ÷ 80m Khu vực này là trung tâm kinh tế của vùng rộng lớn, nằm giữa vùng đồng bằng với nhiều khả năng phát triển nông lâm ngư nghiệp Giao thông thủy tại đây gần như đảm nhận vận chuyển toàn bộ khối lượng hàng hoá cho vùng, cùng với vận chuyển hành khách làm cho mật độ phương tiện qua lại tuyến kênh tại đây có mật độ rất lớn (được thể hiện tại hình 1.3).

Hình 1.3: Kè Trần Hưng Đạo, thị xã Ngã Bảy

1.1.3 Một số hỡnh thức kết cấu cụng trỡnh bảo vệ bờ sụng tại thị xó Long

Mỹ, tỉnh Hậu Giang

Thị xó Long Mỹ là một điểm dân c- tập trung đ-ợc hình thành lâu đời, dân c- phát triển dọc hai bên bờ sông Cái Lớn và kênh Trà Ban - đặc thù của một đô thị cảnh quan vùng sông n-ớc Sau khi Vị Thanh và Long Mỹ chia tách thành 02 huyện độc lập thì Long Mỹ có nhiều cơ hội phát huy tiềm năng kinh tế, đầu t- xây dựng có nhiều chuyển biến

Hỡnh 1.4: Sơ đồ Quy Hoạch thị xó Long Mỹ Đến Năm 2030

- Khu vực mang đặc điểm chung của vựng chõu thổ sụng mờ kụng Thủy văn ảnh hưởng trực tiếp điều kiện thủy văn của sụng Cỏi Lớn và hệ thống sụng rạch đồng bằng

- Sụng Cỏi Lớn, đoạn từ cầu Long Mỹ đến cầu Phỳ Xuyờn cú chiều rộng khoảng 60 ữ 70m, cao độ tim luồng từ -3,0 ữ -4,0m (hệ cao độ Hũn Dấu) Ven

bờ cú cao độ khỏ cạn, từ -0,5 ữ -1,0m

Đoạn từ cầu Phú Xuyên đến kênh Ba Ly có chiều rộng khoảng 50 ÷ 55m, cao độ tim luồng từ -3,0 ÷ -4,0m (hệ cao độ Hòn Dấu) Ven bờ có cao độ khá cạn, từ -0,5 ÷ -1,0m, hai bên đã được nhân dân và chính quyền địa phương xây dựng kè bảo vệ tạm thời, hiện đang bị hư hỏng nặng Phía bờ Bắc là khu dân cư sinh sống ven sông đông đúc Phía bờ Nam là khu sinh hoạt của chợ Long Mỹ ven sông

Tại vị trí cầu Trà Ban 2 có chiều rộng hẹp khoảng 25 ÷ 30m, đáy kênh nông khoảng -2.5m Hai bên bờ nhà dân sinh sống với đặc điểm phần lớn là nhà 1 tầng

và nhà lá Phía ngoài kênh được bảo vệ bằng các loại kè bê tông, kè cừ tràm…

- Qua hình 1.5 cho thấy tuyến kè hiện hữu hiện và hai bên bờ đã xây dựng mới 2 đoạn kè BTCT: đoạn kè phía bờ trái dài khoảng 352m, phía bờ phải dài khoảng 285m với công viên cây xanh, vỉa hè chạy dọc theo kè Kết cấu kè hiện hữu dạng bản chắn sau tường cọc

Hình 1.5: Kè sông Cái Lớn, thị xã Long Mỹ

1.2 Các giải pháp kết cấu công trình kè bảo vệ bờ sông hiện nay

Công trình kè là một trong những phương pháp được sử dụng rất phổ biến ở nước ta dùng để ổn định, chống sạt lở, xói mòn cho bờ sông hiện nay Nhiệm vụ chính của kè được thiết kế nhằm mục đích bảo vệ bờ sông, tránh cho bờ kè bị ảnh hưởng của dòng chảy, tránh sự va đập bào mòn của sóng từ đó ổn định được bờ kênh, bờ sông

Tùy theo điều kiện của địa chất của vùng chúng ta có thể thiết kế và chọn độ cao thích hợp cho kè, bề dày của kè được lựa chọn tùy theo địa hình của bờ sông

có thể do áp lực sóng lớn hoặc nhỏ, thủy triều cao hoặc thấp,

Có nhiều dạng công trình kè được xây dựng để giữ ổn định, chống xói lở và bảo vệ bờ sông Tùy vào từng điều kiện cụ thể mà các dạng công trình này được

sử dụng một cách hợp lý nhất Có thể tổng hợp thành các loại giải pháp sau:

1.2.1 Tường góc BTCT trên nền cọc bê tông ly tâm hoặc cọc BTCT

Hình 1.6: Kết cấu kè Tường góc BTCT trên nền cọc

- Ưu điểm:

+ Công trình có tính ổn định, tuổi thọ công trình cao do kết cấu chịu lực được đặt trên nền đất chịu lực Đồng thời kết cấu chân kè do đặt dưới mực nước dao động nên không chịu ảnh hưởng nhiều bởi thi công nạo vét luồng và tác động của dòng chảy

do sóng tàu gây ra

+ Giải pháp kết cấu và biện pháp thi công thông dụng, phù hợp với năng lực các đơn vị thi công trong khu vực

+ Khả năng chịu lực của công trình cao do toàn bộ tải trọng đứng của công trình được đặt trên nền đất tốt

+ Kết hợp cùng với thảm đá chống xói mặt ngoài, kết cấu có khả năng chống

sạ lở và xói lở cao

- Nhược điểm:

+ Cần thiết phải giải phóng mặt bằng toàn bộ các công trình trong phạm vi yêu cầu Đồng thời, cần thiết phải thi công hạ tải nền công trình trước khi thi công đóng cọc

1.2.2 Kè mái nghiêng sâu

Hình 1.7: Kết cấu Kè mái nghiêng sâu

- Giải pháp kè mái nghiêng ổn định bằng chính bản thân mái dốc, gia cố mái bằng tấm bê tông liên kết mềm, thảm bê tông FS bơm trong nước. Do vậy, mái

bờ kênh phải tương đối thoải (m3) và kéo dài sâu vào bờ, diện tích chiếm đất khá lớn

- Giải pháp này đơn giản về mặt tính toán và thi công công trình

- Các công trình bị mất ổn định là do trượt sâu

1.3 Một số dạng mất ổn định kết cấu công trình bảo vệ bờ sông trên địa bàn tỉnh Hậu Giang

1.3.1.Một số dạng mất ổn định kết cấu công trình bảo vệ bờ sông

+ Tuyến công trình đã bị dịch chuyển, không còn giữ được theo hình dáng thiết kế ban đầu Nhiều phân đoạn tường kè bị dịch chuyển như (hình 1.8)

Hình 1.8 Tường bị chuyển dich ra phía sông

+ Nhiều phân đoạn tường kè bị nứt, vỡ khi dịch chuyển Mác bê tông của các phân đoạn kè này thấp, không đạt so với yêu cầu thiết kế

+ Khối đất đắp sau kè không có biện pháp hạn chế lún nên độ lún tổng cộng trong quá trình khai thác sẽ đạt khoảng 35 ÷ 50cm > độ lún cho phép (8cm) Trong quá trình sử dụng, nếu không có biện pháp xử lý nền, khi khối đất đắp bị lún sẽ tác động vào tường kè

+ Quá trình thi công không có thí nghiệm xác định cường độ đất nền sau khi gia cố cừ tràm nên không có số liệu chỉ tiêu cơ lý của nền đất sau gia cố dưới đáy công trình

+ Đất đắp sau kè là đất hỗn hợp giữa cát san lấp và đất yếu tự nhiên nên không có số liệu về chỉ tiêu cơ lý

+ Tài liệu địa chất chưa đầy đủ, vẫn còn thiếu một số chỉ tiêu về hệ số thấm, sức kháng cắt tại hiện trường

Hình 1.9: Hở tường cừ làm sụt lún vỉa hè kè sông Nàng Mau, huyện Vị Thủy

1.3.2 Nguyên nhân gây mất ổn định công trình bảo vệ bờ sông trong quá trình thi công và vận hành

Về nguyên tắc, đất yếu không được dùng làm nền móng công trình, mà phải thay một phần hay hoàn toàn chúng bằng loại đất tốt hơn hoặc phải có các biện pháp để cải thiện nền đất yếu trước khi xây dựng công trình

Đánh giá ổn định của kết cấu kè bảo vệ bờ xuất phát từ nguyên lý cơ bản: Sức chống cắt của đất trên mặt trượt (trượt vòng cung, phẳng hay gãy khúc) phải lớn hơn các lực gây trượt Có hai trường hợp xảy ra:

- Theo tính toán, mái dốc không ổn định nhưng thực tế công trình sau khi hoàn công và khai thác công trình vẫn ổn định, có thể lý giải như sau:

+ Kết quả thí nghiệm trong phòng về sức chống cắt của đất thấp hơn thực

tế do phương pháp thí nghiệm và tính không nguyên dạng của mẫu thí nghiệm + Trong quá trình thi công, đất nền đã được cải thiện bằng việc đắp đất từng bước, làm tăng độ cố kết và giảm áp lực lỗ rỗng nên khả năng chống trượt của đất nền được tăng lên

- Ngược lại với trường hợp trên, khi tính toán công trình ổn định, nhưng bị

sự cố trong khi thi công hay sau một thời gian khai thác, có thể lý giải như sau:

Có sự tăng áp lực lỗ rỗng trong quá trình thi công và khai thác Áp lực lỗ rỗng

tăng cao, dẫn đến ứng suất pháp có hiệu bằng không (q-u) = 0 Khi đó, không những sức kháng cắt theo ma sát bằng không mà sức kháng dính cu cũng không tồn tại; trạng thái của đất lúc này gần như là một dung dịch nước đặc

Tăng áp lực lỗ rỗng trong đất sét yếu xuất hiện do 2 nhóm nguyên nhân:

a Khách quan:

- Do sự thay đổi mực nước: các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng cũng như hiện trường chưa phản ánh sự biến đổi của đất trong trường hợp thủy triều thấp

và cao hoặc nền đất không và có ngập nước

- Do ảnh hưởng của sóng, dòng chảy: Phương tiện qua lại thường xuyên tạo sóng, truyền vào nền đất yếu trong quá trình thi công và khai thác Sóng làm tăng áp lực lỗ rỗng phía sau và sâu xuống đất của mái dốc do sự thay đổi thất thường và nhanh chóng của sóng khi mực nước thay đổi

- Các ảnh hưởng khác: Chân mái dốc sâu hơn so với chân mái dốc thiết

kế, do các nguyên nhân:

+ Xói chân do tác động của dòng chảy, thủy triều, sóng tàu

+ Sóng vỗ bờ làm xói đất tại chân kè

+ Do tác động bởi sự vận chuyển của dòng bùn cát ven bờ, dòng chảy lũ

b Chủ quan:

Các thao tác khi thi công không hợp lý cũng dẫn đến tăng áp lực lỗ rỗng: + Nạo vét mái dốc gần chân kè trước khi đóng cọc: trong quá trình đóng

sẽ gây ra dịch chuyển và xáo trộn, tạo điều kiện thâm nhập nước vào đất nền

+ Chất tải lên đỉnh hoặc phía sau kè

+ Nạo vét chân mái dốc sâu hơn thiết kế

+ Nạo vét tạo thành một dốc đứng, để nó tự đổ xuống theo góc nghỉ tự nhiên, tạo ra mái dốc thiết kế Đất tạo mái dốc này sẽ bị mềm hóa nên có chỉ tiêu

cơ lý thấp hơn tính toán

+ Trình tự thi công không hợp lý, tạo ra sóng bùn trong lõi vật liệu đắp + Không có các biện pháp thoát nước thích hợp, gây tích tụ nước

1.4 Tổng quan về phương pháp tính toán ổn định công trình kè bảo vệ

bờ sông

- Các vấn đề chính trong việc tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ sông bao gồm ổn định mái dốc, ổn định hệ gia cố bờ kênh, ổn định mái

- Biểu thức tổng quát tính toán ổn định tổng thể công trình

- Tính toán ổn định tổng thể là một trong những nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế Trong một số trường hợp, nhất là khi bờ kè được xây dựng trên nền đất yếu thì việc tính toán ổn định tổng thể của công trình là một trong những nội dung chính, quyết định việc lựa chọn phương án kết cấu bờ kè

- Bản chất việc tính toán ổn định tổng thể là kiểm tra ổn định của nền đất

có xét đến ảnh hưởng chống trượt của các cấu kiện mà mặt trượt cắt qua, chống lại các tải trọng và tác động gây mất ổn định công trình

- Tính toán ổn định tổng thể là xác định hệ số an toàn ổn định của công trình làm việc đồng thời với nền đất Thông qua hệ số an toàn ổn định để đánh giá khả năng giữ được trạng thái làm việc bình thường của công trình trong mối tương tác với môi trường xung quanh Hệ số an toàn ổn định được mở rộng theo các hướng sau:

- Theo tương quan giữa lực chống trượt và lực gây trượt

- Theo các đặc trưng cường độ của nền đất

Hệ số an toàn ổn định tính theo công thức:

t

g S

+ Tổng lực gây trượt:

Rt = Rtđ + Rtp

Rtđ – lực gây trượt do khối đất tạo ra

Rtp – lực gây trượt do tải trọng ngoài như: hoạt tải (tải trọng hàng hoá, xe, thiết bị), áp lực sóng, áp lực nước, áp lực nước lỗ rỗng… gây ra

Hệ số an toàn ổn định của công trình tính theo hướng này về bản chất là coi

hệ số an toàn ổn định của công trình cũng là hệ số an toàn ổn định của phần nền đất nằm dưới công trình Công trình ổn định được là nhờ nền, nền ổn định được

là nhờ sức chống trượt của từng phân tố đất Công trình được coi là ổn định khi

 s

F  ; trong đó  F là hệ số an toàn ổn định cho phép, phụ thuộc vào các yếu S

tố:

- Tầm quan trọng của công trình cụ thể là cấp công trình

- Tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán

- Điều kiện làm việc của công trình

- Độ tin cậy của các kết quả thí nghiệm khảo sát nền đất và các yếu tố khác

1.5 Nhận xét chương 1.

Sạt lở bờ sông thường xuyên xảy ra ở Hậu Giang và vùng lân cận, nguyên nhân cơ bản là do sự thay đổi sức kháng cắt của đất nền do tác động của các yếu

tố chủ quan và khách quan khác nhau

Khi lựa chọn các giải pháp kết cấu kè bảo vệ bờ sông cần phải đảm bảo điều kiện về biến dạng nền và chống trượt, đồng thời phải đáp ứng về yêu cầu mỹ quan, đặc biệt là các công trình xây dựng trong vùng đô thị

Qua tìm hiểu một số giải pháp trên tác giả nhận thấy lựa chọn giải pháp “kết cấu tường kè bê tông cốt thép trên hệ cọc bê tông ly tâm ứng suất trước

trong công trình bảo vệ bờ sông” là cần thiết, là giải pháp đảm bảo yêu cầu về

biến dạng và chống trượt cho nền đất yếu ven sông Giải pháp này có thể ứng dụng thích hợp với vùng đất có tầng đất yếu dày, nền đất đắp cao và đảm bảo yêu cầu về mỹ quan đô thị Trong đó, việc phân tích và đánh giá khả năng ổn định của bờ kè là một yêu cầu cần được thực hiện

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG KÈ BTCT TRÊN

HỆ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM

Kè tường góc trên nền cọc bê tông ly tâm làm việc thông qua sự cân bằng giữa áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động của khối đất trước và sau tường Cho nên bài toán chủ yếu là giải quyết bài toán về áp lực đất

2.1 Phương pháp giải tích

Để đơn giản quá trình tính toán ta phân tích kè tường góc trên nền cọc bê tông ly tâm ra thành 2 phần là tường chắn và móng cọc bê tông ly tâm

2.1.1 Tường chắn

a Sơ lượt về tường chắn

- Khái niệm về tường chắn đất:

Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt trượt Xây dựng kết cấu tường chắn đất để tăng cường ổn định của công trình chịu các áp lực ngang của đất Các bộ phận của công trình chịu các loại áp lực ngang của đất như: tường các tầng hầm, mố cầu, tường chắn đất, tường chắn cống thoát nước, đường hầm, bờ kè là bản tường…v…v…

Tường chắn được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi và công trình thủy công

+ Chống thấm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy công

- Cấu tạo về tường kè

Tường kè sử dụng giống như Tường bản góc hay còn gọi là tường chữ L

có cấu tạo như sau: Tường đứng (bản tường), tường bản đáy, cọc bê tông ly tâm ứng suất trước tại hình 2.1

Hình 2.1: Cấu tạo hệ tường góc trên nền cọc bê tông ly tâm

b Các loại áp lực

Khi tính toán kết cấu chắn giữ, các áp lực tác dụng vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ gồm áp lực đất, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực này làm cho kết cấu chắn giữ chuyển vị

- Áp lực đất chủ động

Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của áp lực đất đắp mà lưng tường dịch chuyển theo chiều đất đắp Khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà giảm dần đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trị nhỏ nhất, gọi là áp lực chủ động Ea (kN/m) sơ đồ tính thể hiện hình 2.3

Hình 2.3: Biểu đồ áp lực đất chủ động

2.1.2 Phương pháp tính toán đối với tường chắn

2.1.2.1 Phương pháp Rankine

a) Lý thuyết căn bằng giới hạn

Khi một điểm nào đó trong đất ở trạng thái phá hủy cắt, thì α của góc kẹp giữa mặt cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính O1 tại biểu đồ tính hình 2.4 là:

2α = 90 + φ => α = 450 + φ/2 (2-1)

Hình 2.4: Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn

b) Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực đất Rankine

Như hình 2.5 cho thấy nếu trong thể đất bán vô hạn lấy một mặt cắt thẳng đứng, ở độ sâu z mặt AB lấy một phân tố nhỏ, ứng suất hướng pháp tuyến σx , σz

vì trên mặt AB không có ứng suất cắt nên σx, σz đều là ứng suất chính Khi thể đất ở và trạng thái cân bằng đàn hồi σx = K0γz và σz = γz Vòng tròn ứng suất O1

ở điểm này không tiếp xúc với đường bao cường độ chịu cắt khi σz không đổi σx

giảm dần vòng tròn ứng suất O2 tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn σz , σx lần lượt là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất khi đó ta

có trạng thái chủ động Rankine trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành góc kẹp

450 + φ/2 với mặt phẳng ngang Khi σz không đổi σx tăng lớn dần Vòng tròn ứng suất O3 cũng tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn Khi đó σz là ứng suất chính nhỏ nhất, còn σx là ứng suất chính lớn nhất trong thể đất, hai tổ mặt trượt làm thành góc 450 - φ/2 với mặt nằm ngang khi đó ta có trạng thái bị động Rankine

Áp lực tác dụng lên lưng tường AB của tường chắn đất, tức là trạng thái ứng suất trên mặt AB ứng với phương chiều, độ dài lưng tường trong thể đất bán

vô hạn khi đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn Lý thuyết Rankine cho rằng có thể dùng tường chắn đất để thay thế một bộ phận của thể đất bán vô hạn theo lý thuyết Rankine chỉ có một điều kiện biên tức là tình trạng bề mặt của thể đất vô hạn mà không kể đến điều kiện biên trên mặt tiếp xúc lưng tường với thể đất

Hình 2.5: Trạng thái chủ động và bị động của Rankine

c) Tính áp lực chủ động của Rankine

Khi lưng tường thẳng đứng, mặt đất đắp nằm ngang thì cũng vận dụng

lý thuyết cân bằng giới hạn để tính áp lực đất chủ động Nếu dưới lưng tường AB dưới tác động của áp lực đất làm cho lung tường tách khỏi đất lắp di động ra ngoài tới A’B’ khi đó thể đất sau lưng tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, tức là trạng thái cân bằng chủ động Rankine lấy một phân tố đất ở độ sâu z chỗ lưng tường thì ứng suất theo chiều đứng của nó σz = γz là ứng suất chính lớn nhất

σ1 ứng suất theo phương ngang σx là ứng suất chính nhỏ nhất cũng tức là áp lực đất chủ động cần tính toán Pa, σ3 = Pa, σ1 = γz thay vào công thức ta được áp lực

đất chủ động Rankine (tính toán theo cấu tạo tại hình 2.6)



2

0 

(2-5) Khi bề mặt đất đắp sau lưng tường có tải trọng phân bố đều liên tục q tác động khi tính toán có thể cho ứng suất đứng σz ở độ sâu z tăng thêm một lượng q tức là áp lực đất chủ động ở tại vị trí cần tính là:

Pa = (γz+q)Ka – 2c K (2-6)

Trong đó: q tải trọng ngoài

Hình 2.6: Áp lực chủ động của đất

d) Tính áp lực bị động của Rankine

Một tường chắn đất có lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, nếu tường đẩy về phía đất đắp, dưới tác dụng của ngoại lực, khi đất phía sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn ta sẽ có trạng thái bị động Rankine Xét một phân tố đất ở độ sâu z của lưng tường thì ứng suất σz = γz là ứng suất chính nhỏ

nhất σ3 ứng suất ngang σx là ứng suất chính lớn nhất σ1, cũng tức là pp Cho σ1 =

pp, σz = γz thay vào sẽ được công thức tính áp lực đất bị động Rankine

Đất cát:

pp = γz tan2 (450 + φ/2) = γz Kp (2-7) Đất sét:

pp = γz tan2 (450 + φ/2) + 2c tan(450 + φ/2) = γz Kp+2c K p (2-8)

Trong đó:

Từ công thức trên có thể biết, áp lực đất bị động pp phân bố thành đường thẳng theo độ sâu z Hợp lực đất bị động tác dụng lên lưng tường có thể tìm thấy bằng diện tích hình phân bố của pp

Đất cát:

Ep = 1/2 γz2Kp (kN/m) (2-10) Đất sét:

2.1.2.2 Phương pháp Coulomb

a) Nguyên lý cơ bản tính toán

Theo lý thuyết Coulomb khi tính áp lực đất tác dụng lên tường chắn thể hiện như hình 2.7 thì:

+ Tường cứng

+ Mặt trượt được xem là phẳng

+ Lưng tường là mặt trượt thứ 2

+ Lăng trụ trượt được xem là khối gắn tuyệt đối

+ Đất xem như vật thể rời không có lực dính

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

2 2