Ứng dụng giải pháp tường kè trên cọc bê tông cốt thép chống sạt lở bờ sông maspero thành phố sóc trăng tỉnh sóc trăng

Trong rất nhiều giải pháp xử lý để bảo vệ bờ sông thì giải pháp cọc bê tông kết hợp tường kè là một trong những giải pháp đang được sử dụng để giải quyết những vấn đề trên và có nhiều ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày……tháng……năm ……

Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: THÁI HẢI TRÍ MSHV: 12834706

Ngày, tháng, năm sinh: 14/01/1974 Nơi sinh: Sóc Trăng

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (CT) Mã ngành: 605861

1 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP TƯỜNG KÈ TRÊN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỐNG SẠT LỞ BỜ SÔNG MASPERO TP SÓC TRĂNG TỈNH SÓC TRĂNG

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

-Tàilệu ham k ảo

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/11/2014

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN

Tp HCM, ngày……tháng …… năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN TS LÊ BÁ VINH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,

động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho tôi lòng đam

mê nghiên cứu khoa học: PGS.TS Võ Phán

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những người

đã truyền đạt cho tôi hiểu được phương pháp tiếp cận và giải quyết vấn đề một cách khoa

học, đây là hành trang quý giá mà tôi sẽ luôn gìn giữ sau khi ra trường và làm việc Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp vừa qua

Trân trọng!

Học viên

Thái Hải Trí

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của đề tài 1

2 Nội dung nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Tổng quan về đất yếu 5

1 3 Nguyên nhân dẫn đến sạt lở ở khu vực ĐBSCL hiện nay 6

1.3.1 Do địa chất bờ sông 6

1.3.2 Do thủy triều 6

1.3.3 Do ảnh hưởng của thiên tai 6

1.3.4 Do ảnh hưởng của việc khai thác cát trái phép 7

1.3.5 Do ảnh hưởng của tác động bên ngoài 7

1.4 Một số sự cố về tường kè ở vùng ĐBSCL 9

1.5 Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay 11

1 5.1 Giải pháp dùng rọ đá 11

1.5.2 Cừ Larsen 12

1.5.3 Cừ ván bê tông dự ứng lực 13

1.5.4 Tường kè và cọc bê tông cốt thép 16

1.5.5 Sơ lược về tường chắn đất 16

a./ Khái niệm về tường chắn đất 16

b./ Cấu tạo về tường kè 16

1.5.6 Sơ lược về móng cọc 17

a./ Cấu tạo về móng cọc bê tông cốt thép 17

b./ Các dạng cọc trong đất nền 17

c./ Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp 18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ TRÊN CỌC BÊ

TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 20

2.1 Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng 20

2.1.1 Các dạng tải trọng 20

2.1.2 Phân loại tải trọng 20

2.2 Tính toán đối với tường chắn 21

2.2.1 Áp lực nước 21

2.2.2 Áp lực đất chủ động 21

2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn 22

2.3.1 Phương pháp Rankine 22

2.3.1.1 Lý thuyết căn bằng giới hạn 22

2.3.1.2 Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực đất Rankine 23

2.3.1.3 Tính áp lực chủ động của Rankine 24

2.3.1.4 Tính áp lực bị động của Rankine 25

2.3.2 Phương pháp Coulomb 25

2.3.2.1 Nguyên lý cơ bản tính toán 25

2.3.2.2 Áp lực đất chủ động 26

2.3.3 Xét sự căn bằng của một điểm 26

2.4 Các phương pháp tính toán tải trọng ngang 27

2.4.1 Tường chịu tải trọng ngang 27

2.4.2 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 28

2.4.2.1 Sơ đồ phân bố tải trọng lên đầu cọc 28

2.4.2.2 Mô hình nền Winkler 29

2.4.2.3 Ổn định nền quanh cọc 32

2.4.2.4 Kiểm tra ổn định trượt sâu (lật) 33

2.5 nhận xét 33

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS ĐỂ TÍNH TƯỜNG KÈ CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 34

3.1 Lý thuyết biến dạng 34

3.1.2 Rời rạc hóa theo lưới phần tử hữu hạn 35

3.1.3 Vật liệu đàn hồi 36

3.1.4 Phương pháp tính lặp 38

3.2 Lý thuyết cố kết 39

3.2.1 Phương trình cơ bản của lý thuyết cố kết 39

3.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán cố kết 40

3.3 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 40

3.3.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 43

3.3.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà 44

3.3.3 Hệ số thấm 45

3.3.4 Thông số độ cứng của đất nền 45

3.3.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền 47

3.4 Nhận xét: 48

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÈ SÔNG MASPERO THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG-TỈNH SÓC TRĂNG 49

4.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất công trình 49

4.1.1 Giới thiệu về công trình 49

4.1.2.Điều kiện địa hình - thủy văn 51

4.1.3 Đặt điểm địa chất công trình 52

4.2 Cấu tạo công trình Kè sông Maspero 55

4.3 Áp dụng tính toán tường kè 56

4.3.1.Áp dụng tính toán giả thuyết 1 (Cao trình đỉnh kè +2,40) 56

4.3.1.1 Tính toán ổn định tường chắn cho ba trường hợp 58

A/.Trường hợp 1: Trong giai đoạn xây dựng (Áp lực đất, tải trọng xe thi công, tải trọng nhà, áp lực nước sông) 58

a/.Các loại tải trọng đứng (Tính cho 4m dài) 58

b/ Các trường hợp tính toán áp lực ngang 59

c/ Kiểm tra ổn định lật tường chắn (đối với điểm O nằm phía ngoài sông) 60

nhà, áp lực nước sông) 61

a/ Các trường hợp tính toán áp lực ngang 61

b/ Kiểm tra ổn định lật tường chắn (đối với điểm O nằm phía ngoài sông) 63

c/ Kiểm tra ổn định nền 63

C/ Trường hợp 3: Trong giai đoạn sửa chữa (Áp lực đất, áp lực nước ngầm, tải trọng nhà) 64

a/ Các trường hợp tính toán áp lực ngang 64

b/ Kiểm tra ổn định lật tường chắn (đối với điểm O nằm phía ngoài sông) 65

c/ Kiểm tra ổn định nền 65

D/.Tổng hợp 66

4.3.1.2 Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc 66

4.3.1.3 Tính chuyển vị công trình 68

4.3.2.Áp dụng tính toán giả thuyết 2 (Cao trình đỉnh kè +2,90 ) 69

A/.Tổng hợp 69

B/.Chuyển vị và góc xoay đỉnh kè 69

4.4 Mô phỏng đánh giá khả năng ổn định trong điều kiện làm việc đồng thời của tường kè và cọc 70

4.5 Kết luận chương 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

KẾT LUẬN 77

KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Hình 1.1 Sạt lở bờ sông tại huyện Kế Sách tỉnh Sóc Trăng 4

Hình 1.2 Nạn khai thác cát bừa bải hiện nay 7

Hình 1.3 Tàu cao tốc chạy trên sông 8

Hình 1.4 Mật độ nhà dân dày đặc, hiện tượng lấn chiếm bờ sông khá phổ biến 8

Hình 1.5 Bờ kè Phong Điền (Cần Thơ) bị sạt lở 10

Hình 1.6 Sự cố sạt lở kè Nhơn Mỹ, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng 10

Hình 1.7 Rọ đá 11

Hình 1.8 Cừ Larsen tại công trình 12

Hình 1.9 Cọc ván bê tông dự ứng lực tại công trình 14

Hình 1.10 Tường kè và cọc bê tông cốt thép 17

Hình 1.11 Cọc bê tông cốt thép tiến diện vuông 18

Hình 2.1 Biểu đồ áp lực nước 21

Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất chủ động 22

Hình 2.3 Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn 22

Hình 2.4 Trạng thái chủ động và bị động của Rankine 23

Hình 2.5 Áp lực chủ động của đất 24

Hình 2.6 Áp lực đất chủ động 26

Hình 2.7 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời 27

Hình 2.8 Quy luật biến đổi của hệ số nền 30

Hình 2.9 Sơ đồ tác động của Moment và tải trọng ngang lên cọc 31

Hình 3.1 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong thí nghiệm nén 3 trục CD 41

Hình 4.1 : Vị trí xây dựng công trình 50

Hình 4.2 Tường kè bảo vệ bờ sông Maspero thực tế 50

Hình 4.3 Mặt cắt tường kè bảo vệ bờ sông Maspero 51

Hình 4.4 Cấu tạo tường kè 55

Hình 4.5 Cấu tạo cọc 56

Hình 4.6 Cấu tạo tường kè 56

Hình 4.7 Tổ hợp lực lên bản tường kè 58

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Xác định hệ số nền K 30 Bảng 4.1 Tóm tắt đặc trưng cơ lý tiêu chuẩn của các lớp đất 54 Bảng 4.2 Tóm tắt các đặc trưng cơ lý của đất nền sử dụng cho bài toán mô phỏng 70

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và của tỉnh Sóc Trăng nói riêng Vấn đề về các sự cố trong ngành xây dựng như thông tin từ các báo đài đã và đang xảy ra thường xuyên hơn, mà trong đó sự cố trong các công trình trình thủy lợi ngày càng nhiều Trong thời gian gần đây, những dự án kè bảo vệ công trình ven sông hay các dự án kè ven sông thường xuyên xảy ra sự cố làm ảnh hưởng rất lớn đến Ngân sách Nhà nước và nguy hại

đến tài sản và tính mạng của người dân

Hiện nay, với sự phát triển về kinh tế, yêu cầu phát triển hạ tầng kỹ thuật là rất lớn, trong đó việc xây dựng các công trình ven sông tại các khu vực đông dân

cư, tại các bến chợ ở ven sông để thuận lợi trong việc vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hóa phục vụ nhu cầu mưu sinh cho cộng đồng đòi hỏi phải đảm bảo được tính ổn định và bền vững Với đặc thù Đồng bằng sông Cửu Long là khu vực có

hệ thống sông rạch chằng chịt, nền đất khu vực nhìn chung là đất yếu, việc xây dựng các công trình cần được tính toán đảm bảo ổn định là rất cần thiết

Với tình hình chung như vậy, việc tìm ra giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất khu vực, đảm bảo ổn định, kinh tế và mỹ quan là những yêu cầu đặt ra đối với những người làm công tác xây dựng Trong rất nhiều giải pháp xử lý để bảo

vệ bờ sông thì giải pháp cọc bê tông kết hợp tường kè là một trong những giải pháp đang được sử dụng để giải quyết những vấn đề trên và có nhiều phương pháp tính toán đang được sử dụng đối với giải pháp này Việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp hợp lý cho tường cũng như so sánh các phương pháp tính toán để chọn ra kết quả tin cậy là điều hết sức cần thiết

Tại tỉnh Sóc Trăng, kênh Maspero chảy ngang qua thành phố Sóc Trăng và dọc theo đường Lý Thường Kiệt từ trung tâm thành phố đến ngã tư Sung Đinh giáp sông Saintar, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều sông Hậu Được sự đầu

tư của Nhà Nước Bờ Kè Sông Maspero đã và đang được xây dựng, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp Cọc bê tông kết hợp tường kè là đề tài cần được

quan tâm và nếu được có thể nhân rộng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất về thiệt hại và tăng đến mức cao nhất về hiệu quả kinh tế, mỹ quan và ổn định trong khu vực

2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu là phân tích ổn định tường kè với điều kiện tự nhiên và

địa chất thực tế trong điều kiện làm việc đồng thời của tường kè và cọc để tính

toán ổn định mái dốc cặp bờ sông Nội dung nghiên cứu các vấn đề sau :

-Đánh giá khả năng ổn định của tường kè

-Nghiên cứu chuyển vị và nội lực tường khi thay đổi chiều cao tường

-Phân tích, so sánh các kết quả tính toán

3 Phương pháp nghiên cứu

-Nghiên cứu về lý thuyết:

Tổng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về chuyển vị và nội lực của tường kè theo phương pháp giải tích

-Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn:

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm tính toán Plaxis

để mô phỏng phân tích ổn định và biến dạng cho công trình tường kè bảo vệ bờ

sông Maspero thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài nghiên cứu, tính toán tìm ra quy mô tường kè thích hợp với địa chất khu vực lựa chọn đảm bảo chống sạt lở và tạo cảnh quan đẹp cho bờ sông

- Giải quyết vấn đề ổn định tại vị trí công trình và các vùng lân cận bằng giải pháp hợp lý đảm bảo an toàn và mang lại hiệu quả kinh tế cao

-Đề tài làm rõ ưu, nhược điểm của kết cấu kè sử dụng, đưa ra loại tường kè phù hợp làm cơ sở cho việc ứng dụng hiện tại và trong tương lai phục vụ cho nhu cầu xây dựng công trình bảo vệ bờ sông ở nơi thị trấn, thành phố, nơi tập trung

đông dân cư….cụ thể là khu vực thành phố Sóc Trăng tỉnh Sóc Trăng

-Dùng phần mềm Plaxis mô phỏng, dự đoán các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình thi công làm giảm nguy cơ gây hại đến công trình

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP

CHỐNG SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY

1.1 Đặt vấn đề

Công trình kè bảo vệ công trình ven sông nhằm mục đích chống sạt lở bờ sông và tạo vẻ mỹ quan cho các công trình dọc hai bờ sông, chống sạt lở gây hậu quả nghiêm trọng hàng năm về tiền của và tính mạng người dân đã xảy ra ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long Để hạn chế đến mức thấp nhất về những thiệt hại nói trên, được sự quan tâm của các cấp chính quyền, nhà nước đã đầu tư tiền tỷ từ ngân sách nhưng kết quả mang lại không hoàn toàn như mong muốn Nguyên nhân chính là gần đây các sự cố đã xãy ra liên tục có thể trong quá trình thi công hoặc sau khi các công trình được đưa vào sử dụng, cũng có thể do thiên tai mà trong quá trình tính toán thiết kế chúng ta không thể lường trước Điều này lại đặt

ra một nhiệm vụ cho các cấp chính quyền phải đảm bảo ổn định về chổ ở cho nhân dân, khắc phục sự cố tạo điều kiện phát triển về kinh tế xã hội

Hình 1.1 Sạt lở bờ sông tại huyện Kế Sách tỉnh Sóc Trăng

Để khắc phục sự cố sạt lở, có nhiều giải pháp tường chắn đã được thực hiện

như: tường chắn bêtông cốt thép, tường bêtông trọng lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình … Tường cọc bản cũng là một phương án được chọn để bảo vệ bờ sông, các công trình ven bờ, hiện nay đang được ứng dụng tại một số công trình tương đối quan trọng Nhu cầu về thiết kế công trình tường kè phù hợp với điều kiện địa chất khu vực là một nhu cầu có thực, việc tìm ra được giải pháp an toàn với chi phí hợp lý là mong muốn của rất nhiều kỹ sư xây dựng hiện nay

1.2 Tổng quan về đất yếu

Đất yếu là loại đất không có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ công

trình Hiện nay, không có định nghĩa rõ ràng về đất yếu và phần lớn các nước trên thế giới thống nhất định nghĩa về nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:

-Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N<2

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245:2000, đất yếu được định nghĩa như sau: “Nền đất 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, lực dính c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường CU ≤ 0.35daN/cm2

Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi

hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu Để

xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý

Địa chất ở Đồng bằng sông Cửu Long hầu hết là đất yếu, đặc biệt là khu vực

ven sông Tiền, sông Hậu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy dễ bị xói lở khi có tác động bên ngòai Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm chúng dễ bị cuốn trôi gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên trên

1 3 Nguyên nhân dẫn đến sạt lở ở khu vực ĐBSCL hiện nay

Hiện tượng sạt lở bờ sông ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long là do rất nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra trong đó có nguyên nhân do tự nhiên và cả các nguyên nhân do con người gây ra Nhìn chung hiện tượng sạt lở trên là do các nguyên nhân chủ yếu sau đây:

1.3.1 Do địa chất bờ sông

Địa chất bờ sông là một trong những yếu tố quyết định đến sự xói lở bờ Kết

quả khảo sát cho thấy đa phần địa chất các lớp đất bờ sông chủ yếu là bùn hữu cơ, bùn sét với trạng thái chảy, dẻo chảy và dẻo mềm Với cấu tạo địa chất như trên thì bờ sông rất dễ bị xói lở dưới tác động của ngoại lực và các yếu tố tác động khác

1.3.2 Do thủy triều

Sông ngòi khu vực đồng bằng sông Cửu Long chịu ảnh hưởng của thuỷ triều khá rõ rệt Chế độ thuỷ triều ở đây là nhật triều với 2 lần lên xuống trong ngày với biên độ triều từng vùng khác nhau nhưng tương đối lớn (thí dụ vùng huyện Kế Sách tỉnh Sóc Trăng có thời điểm lên đến từ 2m-2,5m) Dưới tác động của dòng thấm (khi nước dâng và rút), các hạt bùn, đất bờ sông sẽ bị cuốn ra ngoài và được dòng nước mang đi gây hiện tượng xói lở

1.3.3 Do ảnh hưởng của thiên tai

Do hiện tượng mưa bảo lớn làm nước ngấm vào trong đất, làm giảm khả năng liên kết giữa các hạt đất, đất trở nên yếu dần (sức chịu tải của đất giãm xuống) gây ra hiện tượng sạt lỡ bờ sông

Lũ cũng là một trong nhưng nguyên nhân gây xói lở, dưới tác động của dòng chảy lũ các hạt bùn, đất tại bờ sông sẽ bị cuốn trôi gây hiện tượng xói lở Dòng chảy lũ tại các sông miền Tây Nam Bộ không quá lớn và xảy ra với tần suất hiếm nhưng dưới tác động kết hợp của dòng chảy lũ và sóng tàu thì tốc độ sạt lở bờ sẽ xảy ra với mức độ rất lớn

1.3.4 Do ảnh hưởng của việc khai thác cát trái phép

Thời gian gần đây tình trạng khai thác cát ồ ạt ở các tỉnh ĐBSCL làm ảnh hưởng đến dòng chảy của các dòng sông gây ra tình trạng sạt lở đất nghiêm trọng

Hình 1.2 Nạn khai thác cát bừa bải hiện nay

1.3.5 Do ảnh hưởng của tác động bên ngoài

Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống giao thông thuỷ rất phát triển với lưu

lượng phương tiện giao thông đường thủy ngày càng tăng, mật độ tàu thuyền lưu thông trên sông luôn dày đặc với các tàu vận chuyển hàng hoá tải trọng lớn Dưới tác động của sóng tàu, lớp đất yếu tại bờ sông sẽ bị xói lở, mức độ sạt lở tuỳ thuộc vào độ mạnh yếu của sóng, sóng tàu càng lớn thì mức độ xói lở càng lớn đặc biệt

đối với sóng của các tàu vận tải lớn chạy sát bờ sông

Hình 1.3 Tàu cao tốc chạy trên sông

Hoạt động của con người cũng cĩ ảnh hưởng nhất định đến sự xĩi lở bờ khu vực này Sự khai thác hệ sinh vật trên sơng, một số cơng trình xây dựng tùy tiện lấn chiếm bờ sơng, lịng sơng làm thu hẹp mặt cắt ướt của dịng chảy Ngồi ra tình trạng xây dựng đê bao tràn lan trên các sơng thượng nguồn làm thay đổi các chế độ thuỷ động lực học của dịng chảy cũng là nguyên nhân gây ra sự xĩi lở này Mỗi nguyên nhân ít nhiều đều cĩ vai trị trong sự xĩi lở bờ sơng, đối với các tuyến sơng ở vùng đồng bằng sơng Cửu Long thì hiện tượng xĩi lở xảy ra mạnh

mẽ nhất là trong mùa mưa lũ bởi vậy cĩ thể khẳng định nguyên nhân chính gây ra

sự xĩi lở bờ sơng là do sĩng và dịng chảy mưa lũ kết hợp địa chất khá yếu tại khu vực đồng bằng sơng Cửu Long

Hình 1.4 Mật độ nhà dân dày đặc, hiện tượng lấn chiếm bờ sông khá phổ biến

1.4 Một số sự cố về tường kè ở vùng ĐBSCL

Trong thời gian gần đây, có một số sự cố của tường kè như: Năm 2004, UBND tỉnh Cần Thơ (cũ) triển khai công trình bờ kè trái rạch Khai Luông nằm cạnh bến Ninh Kiều với giá trị 9,4 tỷ đồng Hơn năm năm thi công, chủ đầu tư phải dừng do phát hiện lỗi nghiêm trọng trong thiết kế Theo đó, bờ kè gần bờ nhưng thiết kế xa bờ Khi thi công, bờ kè bị hổng chân, chẳng biết kè nơi nào

Điều lạ, công trình trị giá 9,4 tỷ đồng nhưng kinh phí khắc phục lên đến hơn 26,6

tỷ đồng Và cho đến nay, công trình tốn hàng chục tỷ đồng để sửa chữa nhưng còn dang dở, không biết đến bao giờ hoàn thành

Vào khoảng 23 giờ 30 ngày 08/09/2010 (ngày 01/08/2010) âm lịch Triều cường lên cao kết hợp với mưa và gió lớn đã làm phần đất phía trong khu vực tường kè (bao gồm 07 căn nhà tạm và chùa Bà) khu vực cách tường cọc ván khoảng 12m-15m bất ngờ sạt xuống, toàn bộ phần đất này đè lên đoạn tường cọc ván đã thi công xong trước đó khoảng 02 tháng Phần đất sạt xuống này đã đẩy toàn bộ cọc ván W350B L=16m và cọc neo (25x25)cm L=23,4m cùng hệ thống

đà neo dạt ra phía sông Hậu một đoạn dài khoảng 60m Trong đó đoạn bị thiệt hại

nặng nhất khoảng 20m sát với kênh hiện trạng, đoạn còn lại khoảng 40 m bị dạt ra phía sông Hậu đoạn xa nhất là 7,8m so với vị trí ban đầu

Tường kè ở Phong Điền (Cần Thơ) vào đầu năm 2007 làm khoảng 146 căn nhà bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân được xác định là do tư vấn thiết kế đã tính toán không đầy đủ các yếu tố địa chất và các yếu tố khác ảnh hưởng đến công trình như: tác động của tải do xe, tải do việc thu hẹp lòng sông … Công trình bờ

kè huyện Phong Điền dài gần 800m, được đầu tư xây dựng gần 13 tỷ đồng hoàn thành vào đầu năm 2007, chưa nghiệm thu đã bị sạt lở và trôi xuống sông hàng trăm mét, thiệt hại hơn 5 tỷ đồng Kinh phí khắc phục (gồm: giải tỏa, di dời 146

hộ dân; xây dựng khu tái định cư; gia cố bờ kè; xây dựng công viên bờ sông) lên

đến 58 tỷ đồng

Hình 1.5 Bờ kè Phong Điền (Cần Thơ) bị sạt lở

Khoảng 2h45 ngày 29.5, một vụ sạt lở cách chân cầu Rạch Mọp (xã Nhơn

Mỹ, huyện Kế Sách) chừng 100m đã làm sụp đổ đoạn bờ kè bằng bê tông cốt thép dài khoảng 24m thuộc dự án công trình bờ kè chợ Nhơn Mỹ nối dài Vụ sạt lở còn làm rạn nứt một đoạn thân kè gần 20m về hướng cầu Rạch Mọp và có nguy cơ đổ sụp rất cao

Hình 1.6 Sự cố sạt lở kè Nhơn Mỹ, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng

Ngoài ra, bờ kè sông Tiền tại thị xã Vĩnh Long cũng bị nghiêng ra sông, khối đất sau lưng tường bị lún sụp Nguyên nhân được xác định là do các trận lũ lớn năm 1995 và 1996 làm xói lở bờ sông ở phía dưới các tấm đan bêtông cốt thép giữa các cọc Các cọc BTCT làm bờ kè và cọc neo đều bị nghiêng ra phía sông

1.5 Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay

1 5.1 Giải pháp dùng rọ đá:

Rọ đá hay thảm đá là một cái hộp hình khối mà ở đó chúng ta có thể bỏ đá vào để sử dụng gia cố cho các công trình Chúng là các hệ thống hình lưới có liên kết thành các khối hình học và phía trong là đá xếp, rất đơn giản

động xâm thực ăn mòn của môi trường với lõi thép bên trong Một số công trình

ăn mòn đặc biệt, rọ đá và thảm đá được làm hoàn toàn bằng hợp chất polymer vì

chúng có đặc tính trơ vượt trội dưới tác động ăn mòn so với các vật liệu khác

Rọ đá được dùng chủ yếu cho các công trình sau :

- Tường chắn đất, mố cầu

- Chống xói bờ sông, biển

- Lát mái và đáy kênh

- Bảo vệ mái đê, kè

- Đập tràn, bậc nước, dốc nước

1.5.2 Cừ Larsen

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

Hình 1.8 Cừ Larsen tại công trình

Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác là cừ thép, cừ Larssen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) được sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp

Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn

có thể được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế trong đó cọc ván thép (thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn,

đất được lấp đầy bên trong và bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép với

móng cọc ống thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên dưới Tường cọc thép này cũng được ngàm vào bê tông giống như cọc ống

Bên cạnh công trình cảng, nhiều công trình bờ kè, kênh mương, cải tạo dòng chảy cũng sử dụng cọc ván thép do tính tiện dụng, thời gian thi công nhanh,

độ bền chịu lực tốt

Lĩnh vực mà cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất hiện nay đó là làm tường vây chắn đất hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời Ta có thể thấy cọc ván thép được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nước ngầm, trạm bơm,

bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương

+ Ưu điểm:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử dụng)

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé

- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế + Nhược điểm:

- Nhược điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu) Tuy nhiên nhược

điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như

sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao

1.5.3 Cừ ván bê tông dự ứng lực

Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại “cọc ván BTCT dự ứng lực” với kiểu dáng hình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rất có hiệu quả ở Nhật trong nhiều năm qua

Hình 1.9 Cọc ván bê tông dự ứng lực tại công trình

Cọc ván PC được ứng dụng vào Việt Nam năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu (lớn nhất Việt Nam) - với sự giúp

đỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự hướng dẫn trực tiếp công nghệ thi

công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván bê tông ứng lực trước - Tiến sĩ ITOSHIMA, Công ty C&T đã thi công hoàn hảo hệ thống các kênh dẫn chính và các kênh nhánh với tổng chiều dài cừ 42.000m chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m

đưa nước từ sông Thị Vải vào để giải nhiệt cho các Turbin khí Hiện nay kênh này

vẫn bền vững và Nhật bản đã chuyển giao công nghệ này cho ta

+ Ưu điểm:

- Rẻ hơn cừ larsen

- Để hạ cừ nếu không phải trong thành phố thì có thể dùng búa Diezen để

đóng, đơn giản rẻ tiền và nhanh

- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc chịu nén của bê tông và chịu kéo của thép, tiết diện chịu lực ma sát tăng từ 1.5 ÷ 3 lần so với loại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất nền tăng)

- Khả năng chịu lực tăng: mô men chống uốn, xoắn cao hơn cọc vuông

bê tông thường, do đó chịu được mômen lớn hơn

- Sử dụng vật liệu cường độ cao (bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu Cường độ chịu lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối Tuổi thọ cao

- Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau

- Chế tạo trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹ quan đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trên mặt đất

- Kết cấu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít Với bề rộng cọc lớn

sẽ phát huy tác dụng chắn các loại vật liệu, ngăn nước Phù hợp với các công trình

có chênh lệch áp lực trước và sau khi đóng cọc như ở mố cầu và đường dẫn

- Cường độ chịu lực cao: tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng và khả năng chịu lực của ván

- Thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, bởi giải toả mặt bằng rất tốn kém, chỉ cần xà lan và cẩu vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc

là thi công được

- Trong xây dựng nhà cao tầng ở thành phố dùng móng cọc ép, có thể dùng cọc ván BTCT dự ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc,

đất không bị dồn về những phía có thể gây hư hại những công trình cận kề (như

làm nứt tường, sập đổ ) Đây là một giải pháp thay thế tường trong đất (dày tối thiểu 600 - với chi phí xây lắp rất cao) hoặc tường cừ larsen trong một số trường hợp như những trường hợp phải để cừ lại (có một số trường hợp cạnh nhà dân, khi rút cừ lên thì nhà dân bị nứt)

- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường

- Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực )

- Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện

- Ma sát âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu lực như cọc ma sát trong vùng đất yếu

- Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn chế độ sâu hạ cọc

1.5.4 Tường kè và cọc bê tông cốt thép

Đây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong phạm vi rộng không cần

những thiết bị thi công quá hiện đại, phức tạp trong việc phòng chống sạt lở công trình ven sông, tiết kiệm nhiều chi phí đầu tư xây dựng so với các giải pháp khác Tuy nhiên còn phụ thuộc nhiều vào chiều cao mái dốc và điều kiện địa chất của khu vực đất nền mà quyết định chọn lựa giải pháp cho phù hợp

1.5.5 Sơ lược về tường chắn đất

a./ 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…

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

Mục đích:

- Để giữ đất sau lưng tường được cân bằng, khỏi bị trượt, tụt xuống

- Chống sạt lở công trình mới xây dựng bên cạnh công trình cũ

- Chống thành hố móng, hố đào sâu

- Chống sạt lở bờ sông, bờ kè

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

b./ Cấu tạo về tường kè

Tường kè sử dụng ở đây giống như Tường bản góc hay còn gọi là tường chữ L có cấu tạo thí dụ như sau:

Tường đứng (bản tường): chiều cao tường 180cm chiều dày 25cm

Tường bản đáy: bề rộng 2 m, chiều dày 30cm

Chiều dài cọc L=20m

Hình 1.10 Tường kè và cọc bê tông cốt thép 1.5.6 Sơ lược về móng cọc

a./ Cấu tạo về móng cọc bê tông cốt thép

Cọc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, cọc được đóng hay thi công đổ tại chổ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn

Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng

của công trình lên các cọc Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống qua hệ đài bản chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ đài

Có thể phân ra làm đài tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc Coi đài móng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất cứng Dưới tác dụng của tải trọng thì chuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hay là mặt cắt ngàm cọc trước phẳng sau vẫn phẳng) do đó thông thường cọc ở vị trí biên sẽ

Khi có tải trọng ngang lớn cọc đóng đứng không đủ khả năng chịu lực ta có thể đóng cọc xiên Độ xiên của cọc giúp cho cọc tăng khả năng chịu lực, khi tải ngang do lực thắng xe, do áp lực nước chảy trong vùng có ảnh hưởng thủy triều,…có thể đóng xiên khoảng 200

hoặc có thể hơn tùy thiết bị đóng cọc

c./ Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp

+ Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông

Hình 1.11 Cọc bê tông cốt thép tiến diện vuông

Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 200x200, 250x250, 300x300,…thường được sử dụng cọc rỗng hoặc cọc đặc trong các công trình dân dụng, cầu đường, công trình thủy vv…có tiết diện cọc tùy theo yêu cầu tải trọng công trình

1.6 Nhận xét

Do cấu tạo địa chất ở khu vực đồng bằng sông cửu long mà điển hình là tỉnh Sóc Trăng có lớp đất yếu có bề dày đáng kể gần bề mặt nên giải pháp móng cọc thường được lựa chọn cho các công trình Công trình kè trên cọc bê tông cốt thép là giải pháp hiệu quả để giải quyết được tình trạng sạt lở và tạo vẽ mỹ quan cho khu vực bờ kè Việc lựa chọn phương án xây dựng vẫn chưa có sự nghiên cứu,

so sánh để tìm giải pháp tối ưu mà thường dựa trên cảm tính của người thiết kế,

trong khi điều này đòi hỏi phải đánh giá về chiều sâu lớp đất yếu, tải trọng công trình bên trên, chênh lệch chiều sâu giữa đất trước và sau lưng tường Việc nghiên cứu giải pháp để đảm bảo ổn định cho các công trình ven bờ tại Đồng bằng sông Cửu Long là hết sức cần thiết trong điều kiện đất yếu tại khu vực này

Đối với giải pháp rọ đá bảo vệ bờ sông tuy là giải pháp vừa kinh tế vừa dể

thi công nhưng tuổi thọ công trình thấp và không mỹ quan nên không là lựa chọn

lý tưởng trong khu đô thị

Đối với giải pháp cừ ván bê tông dự ứng lực tuy có nhiều ưu điểm nhưng

không thể đóng trong khu vực đông dân cư và thiết bị thi công phải hiện đại và độ chính xác phải cao, giá thành đóng cao hơn cọc thông thường

Vì vậy giải pháp tường kè trên cọc bê tông cốt thép là giải pháp hợp lý nhất trong khu vực thành phố vì dể thi công thời gian thi công nhanh, kinh tế và tạo

được vẽ mỹ quan cho khu vực

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ TRÊN CỌC BÊ

TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

2.1 Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng

2.1.1 Các dạng tải trọng

+ Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tĩnh): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu không biến đổi trị số, hoặc biến số của chúng so với số bình quân có thể

bỏ qua không tính như trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực của đất, …

+ Tải trọng khả biến (tải trọng động): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu có biến đổi trị số mà số biến đổi của chúng so với số bình quân không thể

bỏ qua được như tải trọng động mặt sàn, ô tô, cầu trục hoặc tải trọng xếp đống vật thiệu, …

+ Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu không nhất định xuất hiện, nhưng hễ có xuất hiện thì hệ số rất lớn và thời gian duy trì tương đối ngắn như động đất, lực phát nổ, lực va đập, …

2.1.2 Phân loại tải trọng

+ Khi đạt cực đại có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo bị động, ký hiệu là Ep (kN/m)

Tải trọng thi công như: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữa tường cừ, … Tải trọng phụ do sự biến đổi về nhiệt độ và sự co gót của bê tông gây ra Tùy theo loại kết cấu chắn giữ khác nhau

* Tải trọng ngoài

Bao gồm các tải trọng xe thi công, tải trọng sử dụng và tải trọng tàu thuyền khi neo đậu, vv …

2.2 Tính toán đối với tường chắn

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

2.2.1 Áp lực nước:

Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn đất, ngoài áp lực đất còn có áp lực nước của nước ngầm dưới mặt đất, áp lực này gọi là áp lực thủy tỉnh E0(kN/m)

Hình 2.1 Biểu đồ áp lực nước 2.2.2 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)

Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất chủ động 2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn

2.3.1 Phương pháp Rankine

2.3.1.1 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 là:

2α = 90 + φ => α = 450 + φ/2 (2-1)

Hình 2.3 Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn

2.3.1.2 Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực đất Rankine

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 2.4 Trạng thái chủ động và bị động của Rankine

2.3.1.3 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

c h

γ

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 a (2-6)

Hình 2.5 Áp lực chủ động của đất

2.3.1.4 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

2.3.2.1 Nguyên lý cơ bản tính toán

Theo lý thuyết Coulomb khi tính áp lực đất tác dụng lên tường chắn 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(

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

2 2

2

βεεδ

βϕϕδε

δε

εϕ

2.3.3 Xét sự căn bằng của một điểm

Đối với đất rời

Nếu điểm A ở trạng thái cân bằng giới hạn φ = φmax

Ta có:

sin φmax =

3 1

3 1

σσ

đối với đất cát

Định luật Mohr – Rankine:

- Nếu ømax < φ điểm A ổn định

- Nếu ømax = φ điểm A ở trạng thái cân bằng

- Nếu ømax > φ điểm A mất ổn định

) (

4 ) (

x z

xz x

z

σσ

τσ

Hình 2.7 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời

2.4 Các phương pháp tính toán tải trọng ngang

2.4.1 Tường chịu tải trọng ngang

Cường độ áp lực đất chủ động tại mặt đất tự nhiên:

- hệ số áp lực đất chủ động

Cường độ áp lực đất chủ động tại độ sâu z = L 1, ngay dưới mực nước ngầm:

Tại độ sâu z, tính từ mặt đất sau tường, áp lực chủ động là:

2.4.2 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998

2.4.2.1 Sơ đồ phân bố tải trọng lên đầu cọc

Tải trọng tác dụng lên cọc gồm các tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất đắp trên đài σz và trọng lượng bản thân của đài p1, áp lực ngang của đất là H và momen tại đáy đài là M

Đối với móng cọc có số cọc lớn hơn hoặc bằng 3 cọc, có momen và

lực ngang nằm trong mặt phẳng nằm ngang hai cọc thì momen đã chuyển thành

lực dọc trong cọc, còn lực nằm ngang ở đỉnh cọc được chia đều cho số lượng cọc (ta xem móng cứng tuyệt đối)

ổn định của nền đất này xung quanh cọc được Tarzaghi đề cặp đến trong các bài

báo và trong giáo trình của ông trong những năm 1950

Tính toán nội lực và chuyển vị thân cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang, hiện nay tương đối phổ biến khi xem cọc là dầm trên nền đàn hồi, theo giả thuyết

hệ số nền Winkler phản lực của đất ở bất cứ điểm nào của thân cọc cũng đều tỷ lệ với điểm ấy của thân cọc Phương pháp này gọi là phương pháp dầm trên nền đàn hồi

Dưới tác động của tải trọng ngang, chuyển vị ngang của cọc càng lớn khi

áp lực (tức là phản lực đàn hồi của đất) σ càng lớn, mà độ lớn của áp lực quyết

định bởi tính chất của đất, độ cứng của thân cọc, hình dạng mặt cắt của cọc vào

trong đất, vv … độ lớn của áp lực có thể biểu diễn bằng công thức sau đây:

C là hệ số nền theo chiều ngang của đất (gọi tắt là hệ số nền),

là chỉ tiêu phản ánh tính đàn hồi của nền đất, biểu thị cho lực phải tác dụng vào để sinh ra một đơn vị biến dạng cho một đơn vị diện tích đất trong giới hạn đàn hồi,

độ lớn của nó có liên quan với loại đất nền, tính chất cơ lý của đất nền

Hình 2.8 Quy luật biến đổi của hệ số nền

Ta coi cọc như dầm có độ cứng EI dưới tác dụng của tải trọng phân bố theo quy luật náo đó, phương trình vi phân của đường cong đàn hồi của cọc có dạng

U d