Phân tích tính toán ổn định công trình bến cầu tàu khu vực cảng giao long bến tre

Áp dụng phân tích tính toán cho công trình bến cầu tàu khu vực Cảng Giao Long-Tỉnh Bến Tre, tác giả thực hiện tính toán công trình bến cầu tàu dạng móng cọc đài cao và phương án gia cố n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH TRUNG

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU KHU VỰC CẢNG GIAO LONG - BẾN TRE

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

- šµ› -

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN XUÂN THỌ Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Khoá (Năm trúng tuyển): 2007

1- TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích tính toán ổn định công trình Bến cầu tàu khu vực Cảng Giao Long - Bến Tre

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về ổn định công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu

Chương 2: Các giải pháp xử lý ổn định công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu Chương 4: Phân tích tính toán ổn định nền móng công trình bến cầu tàu thuộc cảng Giao Long - Bến Tre

Kết luận- kiến nghị

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN XUÂN THỌ

Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp là sự tổng hợp của toàn bộ kiến thức mà tác giả đã tiếp thu được trong khoảng thời gian học tập chương trình Cao học tại Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng Trong quá trình thực hiện tác giả đã nghiêm túc nghiên cứu tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước, tiến hành công tác lấy mẫu thí nghiệm ngoài hiện trường để phục vụ luận văn Đến hôm nay, khi quyển luận văn này đã hoàn thành, tác giả xin chân thành cảm ơn:

Tác giả xin cảm ơn tất cả các thầy cô tham gia giảng dạy chuyên ngành đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quí báu trong suốt quá trình đào tạo

Tác giả xin gởi lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Trần Xuân Thọ, người đã quan tâm, hướng dẫn tận tình trong thời gian thực hiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Bến Tre đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong công tác để tác giả hoàn thành khóa học này

Tác giả cũng xin cảm ơn các kỹ sư của Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ và Thiết Bị Công Nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh và Công ty

cổ phần tư vấn thiết kế Cảng-Kỹ Thuật Biển đã rất nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong công tác thí nghiệm trong phòng

Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè thân hữu vì những sự giúp

đỡ, động viên trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2009 Học viên thực hiện

TRẦN THANH TRUNG

TÓM TẮT

Nội dung luận văn thực hiện phân tích tính toán ổn định công trình bến cảng dạng cầu tàu trên nền đất yếu Trong luận văn tác giả đề xuất giải pháp gia cố nền đất yếu ven sông bằng cọc đất xi măng cho loại công trình bến cầu tàu liền bờ, nhằm mục đích vừa gia tăng khả năng chống trượt của mái dốc khi phải nạo vét sâu vừa hạn chế được độ lún lệch giữa công trình bến và nền đường bên trong Áp dụng phân tích tính toán cho công trình bến cầu tàu khu vực Cảng Giao Long-Tỉnh Bến Tre, tác giả thực hiện tính toán công trình bến cầu tàu dạng móng cọc đài cao và phương án gia cố nền đường bằng cọc đất xi măng theo phương pháp giải tích, kiểm chứng lại bằng mô hình tính toán kết hợp đồng thời giữa kết cấu công trình và đất nền thông qua chương trình Plaxis 8.2, Plaxis 3D Tunnel và Solpe/W

Những kết quả nghiên cứu trên có thể sử dụng để tính toán thiết kế cho các công trình bến cảng ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với điều kiện tương tự Tác giả hy vọng nội dung nghiên cứu sẽ giúp ích một phần trong công tác tư vấn thiết kế thi công cho các nhà thầu trong xây dựng công trình bến cảng, đồng thời tháo gỡ được những vấn

đề mà lâu nay đã gây nhiều phiền toái cho các kỹ sư trong việc xử lý nền móng công trình trên nền đất yếu ven sông

ABSTRACK

The thesis is focused on analysing and calculating the stability of the landing pier on the soft soils The soft soil improvement by soil-cement deep mixing is applied to landing pier in order to increase the stability of slope failure and reduce the differential settlements between the wharves and the internal road base The Giao Long port is applied to be analysed and calculated the stability and deformation of the landing pier constructions with overground pilework foundation and internal road base with the soft soil improvement by deep cement mixing columns, using the analytic and finite element method such as Plasix 8.2, Plasix 3D Tunnel and Slope/W

The obtained results can be used for the design of other landing pier with the same condition in the Mekong Delta The author hopes the research will help a part of the working design consultant for contractors in the port constructions, and remove the problems that may cause troubles for engineers in the process of ground engineering on the riparian soft ground

MỞ ĐẦU 1

1 Giới thiệu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học 2

6 Phạm vi nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Đất yếu trong xây dựng công trình bến cảng 4

1.2 Tổng quan về địa chất ven sông khu vực Bến Tre 6

1.3 Tổng quan về công trình bến cầu tàu 7

1.3.1 Khái niêm về công trình bến cầu tàu 7

1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến công trình cầu tàu 7

1.3.3 Các dạng công trình bến cầu tàu 7

1.3.4 Tải trọng tác động 8

1.4 Một số công trình cầu tàu trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long 8

1.4.1 Cầu tàu ở cảng cá Tắc Cậu - Kiên Giang 8

1.4.2 Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát - Bạc Liêu 9

1.4.3 Cầu tàu 10000DWT ở cảng biển Cần Thơ 10

1.5 Nhận xét 11

CHƯƠNG 2 : CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 12

2.1 Một số phương pháp thông dụng để cải tạo nền đất yếu 12

2.1.1 Cọc cát 12

2.1.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát 13

2.1.3 Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm 14

2.1.4 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 15

2.1.5 Gia cường nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ 17

2.2 Các giải pháp kết cấu bến dạng tường cừ trên nền đất yếu 20

2.2.1 Nguyên tắc chung về giải pháp kết cấu bến nói chung và tường cừ nói riêng cho nền đất yếu 20

2.2.2 Các loại kết cấu bến tường cừ dùng cho nền đất yếu 21

2.3 Các giải pháp kết cấu dạng bến cầu tàu trên nền đất yếu 24

2.3.1 Các đặc điểm nổi bật của kết cấu cầu tàu 24

2.3.2 Các loại kết cấu cầu tàu dùng cho nền đất yếu 25

2.4 Nhận xét 28

CHƯƠNG 3 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 30

3.1 Đặt vấn đề 30

3.2 Tính toán cọc đơn 32

3.2.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu làm cọc 32

3.2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo điều kiện đất nền 32

3.2.3 Cọc chịu tải trọng ngang 33

3.3 Móng cọc đài cao 36

3.3.1 Phương pháp tính toán cọc tương đương trong trường hợp cọc chịu lực dọc trục 37

3.3.2 Phương pháp tính toán cọc tương đương trong trường hợp cọc chịu lực ngang .38

3.3.3 Xác định chiều dài cọc tương đương của móng cọc bệ cao cứng 41

3.3.4 Ổn định của nền đất dưới mũi cọc 43

3.4 Phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng 43

3.4.1 Giải pháp gia cố cọc đất xi măng cho công trình bến cầu tàu 44

3.4.2 Phương pháp thi công cọc đất xi măng .46

3.4.3 Phương pháp tính toán cọc đất xi măng .46

3.5 Tính toán độ lún lệch của nền đường với công trình cầu tàu 53

3.6 Tính toán ổn định tổng thể công trình 56

3.6.1 Phương pháp tính toán theo lý thuyết cân bằng giới hạn 58

3.6.2 Phương pháp tính toán theo mặt trượt giả định 59

trượt .61

3.7.1 Tính toán lực kháng trượt theo phương pháp giải tích 62

3.7.2 Tính toán lực kháng trượt theo phương pháp đồ giải 63

3.7.3 Tính toán lực kháng trượt theo phương pháp tương tác ma sát 66

3.8 Phân tích tính toán ổn định công trình bằng phương pháp Phần tử hữu hạn 67 3.9 Nhận xét 70

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU THUỘC CẢNG GIAO LONG - BẾN TRE 72

4.1 Giới thiệu về công trình Cảng Giao Long-Bến Tre 72

4.2 Đặc điểm địa hình-địa chất công trình 74

4.2.1 Đặc điểm địa hình 74

4.2.2 Đặc điểm địa chất 74

4.3 Tính toán công trình bến cầu tàu 2000DWT theo phương pháp cọc tương đương 76

4.3.1 Tải trọng tác động lên cầu tàu .80

4.3.2 Chiều dài chịu nén, chịu uốn của cọc .80

4.3.3 Phân phối lực ngang .81

4.3.4 Sơ đồ tải trọng .83

4.3.5 Kết quả tính toán chuyển vị và nội lực trong cọc 84

4.4 Tính toán cọc đất xi măng và độ lún của khối gia cố 88

4.4.1 Các thông số của cọc đất xi măng theo thí nghiệm nén nở hông 88

4.4.2 Khả năng chịu tải của cọc đất xi măng theo điều kiện đất nền 90

4.4.3 Tính toán ứng suất thẳng đứng phân bố lên cọc đất xi măng dưới tác dụng của tải trọng ngoài 91

4.4.4 Tính toán độ lún của khối gia cố đất xi măng dưới tác dụng của tải trọng ngoài .94

4.5 Tính toán ổn định tổng thể công trình 95

4.5.1 Tính toán ổn định tổng thể công trình theo lý thuyết mặt trượt cung tròn của K.Terzaghi 95

4.5.2 Tính toán ổn định tổng thể công trình bằng chương trình SLOPE/W 99

pháp Phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis 102

4.6.1 Các thông số đất nền được mô phỏng theo mô hình Hardening Soil 102

4.6.2 Mô hình tính toán bằng phần mềm Plaxis 8.2 và Plaxis 3D Tunnel 105

4.7 Kết quả tính toán ổn định nền móng công trình bằng phương pháp Phần tử hữu hạn 107

4.7.1 Chuyển vị của đất nền 107

4.7.2 Độ lún lệch giữa cầu tàu và nền đường 109

4.7.3 Phân bố ứng suất trong đất nền 111

4.7.4 Hệ số ổn định trong quá trình thi công và sử dụng 116

4.7.5 Chuyển vị ngang của cọc bê tông cốt thép 116

4.7.6 Mômen uốn trong cọc bê tông cốt thép 119

4.8 Nhận xét 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121

1 KẾT LUẬN 121

2 KIẾN NGHỊ 122

3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về phát triển cơ sở

hạ tầng rất lớn và cấp thiết, trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông bến cảng, công trình trên nền đất yếu bền vững và hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu phát triển một số công nghệ mới trong thi công xây dựng công trình Để kiểm soát được biến dạng và ổn định của một số công trình hạ tầng quan trọng như bến cảng cầu tàu, đường vào cầu đắp cao, bãi hàng chứa Container và nhiều công trình ven sông để thuận tiện cho công tác giao thông vận tải phục vụ cho các khu công nghiệp vùng, chúng ta thường sử dụng các giải pháp thông dụng như đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm, vải địa kỹ thuật, cọc bê tông cốt thép Những công nghệ đã sử dụng thường khó kiểm soát được biến dạng lún và ổn định công trình, thời gian thi công kéo dài hoặc không thể thi công trên diện rộng, và đôi khi không hiệu quả đối với các vị trí nằm ở ven sông Mặt khác còn gặp nhiều khó khăn trong việc xứ lý chuyển tiếp phần cứng và mềm của công trình

Mặt khác việc phân tích tính toán đánh giá các công trình móng cọc đài cao như bến cầu tàu, mố trụ cầu hiện nay bằng phương pháp giải tích hoặc mô phỏng tính toán bằng các phần mềm tính toán kết cấu cũng chưa phản ánh chính xác bản chất làm việc đồng thời giữa nền đất và công trình và qui luật phân bố ứng suất và biến dạng trong móng cọc đài cao

Để góp phần làm rõ các vấn đề trên, trong luận văn thạc sĩ này sẽ đi sâu vào phân tích tính toán ổn định mô hình bến cầu tàu liền bờ (một dạng móng cọc đài cao) tiếp giáp với nền đường và bãi hàng thường được sử dụng trong các công trình bến cảng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu cuối cùng kỳ vọng đạt được là kiến nghị giải pháp móng cọc hợp lý cho công trình cũng như đề ra được phương pháp tính toán móng cọc đài cao thích hợp để ứng dụng thiết kế nền móng cho công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu, đồng thời đề

ra giải pháp gia cố hợp lý cho phần nền tiếp giáp với bến Mục đích nhằm kiểm soát được ổn định và biến dạng của toàn bộ công trình, và giảm thiểu đến mức tối đa khả năng trượt, lún lệch, đảm bảo an toàn công trình trong quá trình vận hành và khai thác

3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu là phân tích tính toán ổn định công trình Bến cầu tàu khu vực cảng Giao Long - Bến Tre Bao gồm các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về ổn định công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu

Chương 2: Các giải pháp xử lý ổn định công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định nền móng công trình bến cầu tàu trên nền đất yếu

Chương 4: Phân tích tính toán ổn định nền móng công trình bến cầu tàu thuộc cảng Giao Long - Bến Tre

Kết luận- kiến nghị

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về ứng xử của móng cọc bê tông cốt thép của công trình bến cầu tàu dưới tác dụng của tải trọng dọc trục và tải trọng ngang theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước

Nghiên cứu tính toán ổn định của phần nền đường kho bãi tiếp giáp với công trình bến cầu tàu

Khoan lấy mẫu đất tại công trình bến cầu tàu khu vực cảng Giao Long, tiến hành thực hiện hai thí nghiệm ba trục theo sơ đồ cố kết - không thoát nước (CU) và cố kết - thoát nước (CD) để xác định các thông số chống cắt hữu hiệu của đất nền

Tiến hành thí nghiệm xác định cường độ xi măng đất với các hàm lượng khác nhau để xác định cấp phối phù hợp khi xử lý nền đất yếu

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis để mô phỏng phân tích tính toán ổn định cho công trình bến cầu tàu khu vực cảng Giao Long- Bến Tre

5 Ý nghĩa khoa học

Xác định phương pháp phù hợp khi tính tóan móng cọc đài cao làm việc đồng thời với nền và đưa ra phương pháp xử lý phần chuyển tiếp giữa phần cứng (móng cọc) và phần mềm (nền đường và kho bãi), biện pháp gia cố nền đất yếu ven sông để

phục vụ cho công tác thiết kế các công trình bến cảng khu vực tỉnh Bến Tre nói riêng

và Đồng bằng sông Cửu Long nói chung

6 Phạm vi nghiên cứu

Do thời gian hạn chế nên chỉ tập trung phân tích tính toán ổn định cho một công trình ở Bến Tre chứ chưa mở rộng cho các khu vực khác Mặt khác các giải pháp tính toán do học viên đưa ra cũng chưa được kiểm nghiệm tính hiệu quả cho các công trình thực tế

Ngoài ra việc phân tích tính toán cũng chưa xét đến ảnh hưởng của thủy triều và xói mòn đến các phương pháp gia cố

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Đất yếu trong xây dựng công trình bến cảng

Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và

TCXD 245:2000 "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 cắt nhanh không thoát nước từ 0.15daN/cm 2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0 o đến 10 o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u ≤0.35daN/cm 2

" Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về

chuẩn N như sau:

Các giáo sư Larionov, Hoàng Văn Tân đã thống nhất đất yếu trong xây dựng nên phân làm ba nhóm: á cát, á sét, bùn với các chỉ tiêu cơ lý như trong bảng 1

Trong thực tế ít tồn tại đất yếu chỉ đơn thuần là cát hoặc là sét, vì vậy trong mỗi loại đất yếu thường có cả sét, cả cát, và cát bùn nên được phân ra á cát, á sét, bùn sét Việc phân thành nhóm trong bảng 1 chỉ theo nghĩa tương đối, vì hiện nay còn nhiều quan niệm phân loại khác nhau Ở Việt Nam việc nghiên cứu về đất yếu ở cả hai khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng Bắc Bộ, nơi tập trung khá nhiều cảng sông và cảng biển vẫn chưa được tiến hành một cách có hệ thống Tuy nhóm nghiên cứu Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Tường, Phạm Xuân và Nguyễn Hải đã có một số công bố về đất yếu, song tài liệu này chỉ phù hợp cho xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, chưa thể vận dụng cho công trình bến cảng Những tài liệu khảo sát địa chất gần đây về địa chất ở một số cảng như Cảng Sài Gòn, Cần Thơ, Năm Căn, Cái Mép, Thị Vải, Cà Mau đều có nhiều lớp đất yếu được ghép chung vào các nhóm á cát, á sét, bùn Cách phân loại này tuy còn mang tính chung chung, nhưng vẫn bảo đảm tính khái quát cho hiện trạng ở các vùng đất yếu cho các cảng ở Đồng bằng sông Cửu Long Ở mục 1.4 sẽ đề cập một số cảng biển và cảng sông đã gặp phải trên nền đất yếu

Nhóm đất yếu Các chỉ tiêu

1.1 Tổng quan về địa chất ven sông khu vực Bến Tre

Trên bức ảnh vũ trụ chụp từ vệ tinh bay cao cả ngàn cây số, Bến Tre hiện ra như một lưỡi phù sa mới của sông Tiền, mang đặc trưng riêng của đồng bằng sông Cửu Long là tính bằng phẳng rất cao Chênh mức tuyệt đối giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất là 3,5 m, một điều khó biểu diễn trên mặt cắt bình thường của nhà địa chất Phần đất thấp gồm có 2 loại Trước hết là các lòng máng của những dòng sông cổ

và mới, đã bị lấp toàn phần hoặc từng phần bởi trầm tích lũ hiện nay Loại thứ hai là những vũng mặn cổ Loại này chỉ có độ cao từ 1 đến 1,5 m và đa số bị ảnh hưởng triều rất mạnh

Cuối cùng là đất trũng thật thấp, luôn luôn ngập nước mực triều trung bình, gồm

có đất đầm mặn và bãi thủy triều Loại này khó vượt quá cao độ 0,5 m

Tỉnh Bến Tre có dáng hình gần như một tam giác cân, có trục Tây Bắc – Đông Nam, cạnh đáy tiếp giáp với biển Đông có chiều dài khoảng 65 km, hai cạnh hai bên là sông Tiền và sông Cổ Chiên

Khu vực sông Tiền là trầm tích phù sa trẻ có bề dày lớn và biến đổi phức tạp Địa chất ven sông Tiền được cấu thành bởi các lớp bùn sét, sét pha cát xen kẹp với các lớp cát pha sét trạng thái từ chảy đến dẻo cứng hoặc cứng Lớp đất yếu nằm bên trên có chiều sâu từ 0m đến 15m, bên dưới là các lớp đất sét và á sét trạng thái dẻo cứng Lớp đất yếu bên trên có khả năng chịu lực rất kém, không thuận lợi cho việc sử dụng làm nền cho các công trình, nếu sử dụng phải có biện pháp gia cố hoặc cải tạo đất Ngoài

ra, trong công tác thiết kế nạo vét hoặc đắp cần phải tính toán chính xác hệ số mái dốc

để tránh hiện tượng trượt trong quá trình thi công cũng như sử dụng Từ 15m đến 20m

là lớp đất tương đối đối tốt, có khả năng chịu tải từ trung bình đến cao Từ 20m trở đi

là lớp đất sét cứng có khả năng chịu tải cao rất thuận lợi cho việc sử dụng làm lớp chịu lực cho cọc khi có nhu cầu xây dựng các công trình như bờ kè, bến cảng Có thể phân loại theo Hình 1.1 như sau :

TÊN HỐ KHOAN (N BORE HOLE)

ĐỘ SÂU (DEPTH) (m)

CAO ĐỘ (ELEVATION) (m)

K/ CÁCH LẺ (SPACE ODD) (m)

K/C CỘNG DỒN (SPACE ADD) (m)

TÊN CỌC (NAME PICKET)

HK2

-3 35.00 30m

HK3

-6 65.00 30m

B

-6 70.00 5

Hình 1.1: Một dạng mặt cắt địa chất ven sơng điển hình

1.2 Tổng quan về cơng trình bến cầu tàu [3]

1.2.1 Khái niêm về cơng trình bến cầu tàu

Bến cầu tàu là bến đặt trên hệ mĩng cọc đài cao, gồm hai phần chính: đài cọc, hệ cọc (đứng và xiên), cĩ kết cấu phù hợp nhằm đảm bảo thuận lợi cho tàu tiến hành cơng tác bốc xếp hàng hĩa và các quá trình khác Chức năng cơ bản của cầu tàu là làm bước trung gian để vận chuyển hàng hĩa hay hành khách từ đường thủy (biển hay sơng) lên các phương tiện giao thơng khác và ngược lại

1.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến cơng trình cầu tàu

1.2.3 Các dạng cơng trình bến cầu tàu

Bến cầu tàu cĩ thể được phân loại như sau:

− Theo tương quan độ cứng giữa đài và cọc : Đài cứng, đài mềm

1.2.4 Tải trọng tác động

Các tải trọng và tác động lên công trình bến được phân thành hai loại: thường xuyên và tạm thời

lượng đất lấp trên công trình bến; thiết bị cố định đặt bên trên; áp lực chủ động của đất lấp sau công trình bến

phương tiện vận tải và hàng hóa đặt trên bến; phần gia tăng áp lực chủ động của đất do các thiết bị, phương tiện và hàng hóa đặt trên khu đất tiếp giáp công trình bến; áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến; tải trọng do sóng; tải trọng do tàu; tải trọng ngang do cần cẩu và một số tải trọng đặc biệt khác

1.3 Một số công trình cầu tàu trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long [10]

Hệ thống sông Cửu Long với hai sông chính là sông Tiền, sông Hậu và chín cửa sông : Cửa Tiểu, Cửa Đại, Cửa Ba Lai, Cửa Hàm Luông, Cửa Cổ Chiên, Cửa Cung Hầu, Cửa Định An, Cửa Bassac,Cửa Trần Đề, cùng với kênh rạch dày đặc với 2-

cho 12 tỉnh miền Tây Nam Bộ Song ở mọi nơi đều là sự bồi tích phù sa gây vô cùng khó khăn trong việc xây dựng các bến cảng-cầu tàu và các công trình ven sông khác Điển hình một số công cầu tàu được xây dựng trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long như sau :

1.3.1 Cầu tàu ở cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang

Cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang (Hình 1.2) bến cầu tàu được thiết kế dạng liền bờ, mặc dù chiều cao bến 5m, nhưng chiều rộng bến là 13.5m nhằm hạ mái dốc gầm bến m=2.5÷3 để đảm bảo yêu cầu ổn định cho công trình Lớp đất yếu tại đây dạng bùn sét

liền bờ là mở rộng mặt bến và bố trí bản chuyển tiếp phía sau bến

Hình 1.2: Cầu tàu 600DWT ở cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang

1.3.2 Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát-Bạc Liêu

Ở cảng cá Nhà Mát -Bạc Liêu (Hình 1.3), lớp đất yếu bùn sét ở trạng thái chảy có chiều dày 15÷19m là một trở ngại cho việc lựa chọn kết cấu bến sao cho vừa phù hợp với công năng của bến cá, vừa phù hợp với điều kiện địa hình khu nước chật hẹp của cảng Giải pháp kết cấu bến được chọn là cầu tàu cừ sau bê tông cốt thép, kết hợp nạo vét thay thế một phần lớp đất yếu phía trên bằng cát san lấp

Hình 1.3: Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát-Bạc Liêu

Tường cừ phía trong có chiều dài 21.5m đóng qua hết lớp đất yếu, cắm sâu vào lớp chịu lực 1.5÷2.5m Nền cọc bê tông cốt thép tiết diện 40x40cm dài 23m, trên mỗi khung ngang bố trí 4 cọc trong đó có 3 cọc đóng xiên 1/6 nhằm tạo ổn định cho tường

cừ Một yếu tố cần quan tâm nữa là độ thoải của mái dốc gầm bến phải đảm bảo ổn định cục bộ phía trước tường cừ

Việc thay thế một phần lớp đất yếu phía trên được kết hợp với xử lý gia cố nền bãi nhằm giải quyết triệt để vấn đề ổn định của nền và ổn định tổng thể cho bến Trong trường hợp này, việc lựa chọn giải pháp kết cấu bến kết hợp với gia cố cải tạo nền nhằm thỏa mãn điều kiện địa hình tự nhiên và chức năng nhiệm vụ công trình

1.3.3 Cầu tàu 10.000DWT ở cảng biển Cần Thơ

Tại cảng biển Cần Thơ bến cầu tàu 10.000DWT nằm trên nền đất yếu gồm 5 lớp: Lớp 1: Bùn sét màu xám xi măng, trạng thái chảy

Lớp 2: Sét màu xám nâu kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy

Lớp 3: Sét màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm

Lớp 4: Sét màu vàng trạng thái nửa cứng

Lớp 5: Sét pha màu xám nâu kẹp thấu kính cát trạng thái dẻo mềm

Cũng là giải pháp kết cấu cầu tàu cọc bê tông cốt thép cho cảng Cần Thơ song chiều rộng bến tới 39.1m và đóng tới 17 cọc trên một mặt cắt ngang (Hình 1.4) Tải

Hình1.4: Cầu tàu trên nền đất yếu ở cảng Cần Thơ

trọng bản thân của bến rất nhẹ, dầm chỉ có tiết diện 60x80cm, còn bản dày 30cm Ngay cả tường chắn đất phía sau cầu dẫn cũng phải đặt trên nền cọc dài tới 26m Tất

cả các cọc bê tông cốt thép 40x40cm của cầu chính đều dài tới 36m Cọc càng dài càng khó khăn cho công nghệ chế tạo, vận chuyển đóng cọc Tuổi thọ công trình cũng giảm

vì phải nối cọc, và thời gian thi công bị kéo dài vì phải đóng cọc trên giá đóng

1.4 Nhận xét

Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu Hiện nay việc nghiên cứu đất yếu ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long còn rất nhiều hạn chế và chưa có hệ thống, thường chỉ phù hợp cho các công trình dân dụng và công nghiệp, chưa thể vận dụng cho xây dựng công trình bến cảng Trong khi đó nhiều công trình bến cảng ở Đồng bằng sông Cửu Long thường được xây dựng trên nền đất yếu hoặc quá yếu Trong tương lai còn phải mở rộng, cải tạo xây mới nhiều công trình cảng biển, cảng sông mà giải pháp kết cấu đặt trên nền đất yếu gây rất nhiều khó khăn cho công tác thiết kế Vì thế việc nghiên cứu ổn định công trình bến cảng trên nền đất yếu

là một vấn đề hết sức cấp bách và cần thiết

CHƯƠNG 2

CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH

BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

Hiện nay các công trình bến cầu tàu ở các cảng thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đều được xây dựng trên nền đất yếu hoặc rất yếu Đặc điểm địa hình ở Đồng bằng sông Cửu Long là tính bằng phẳng rất cao, vì vậy khi xây dựng các công trình bến cảng với tải trọng lớn thường phải nạo vét rất sâu Điều này gây ra sự mất ổn định công trình do trượt sâu và chuyển vị ngang lớn trong suốt một thời gian dài của quá trình thi công và khai thác sử dụng Vì vậy khi xây dựng công trình bến cầu tàu phải có biện pháp xử lý nền đất yếu ven sông tiếp giáp với công trình và lựa chọn các giải pháp kết cấu bến thích hợp

2.1 Một số phương pháp thông dụng để cải tạo nền đất yếu [2][8]

Các công trình đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết :

áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét

do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn

đất

nước

Sau đây là một số phương pháp chung để cải tạo nền đất yếu:

2.1.1 Cọc cát

Tác dụng của cọc cát là nén chặt đất nền và làm cho trọng lượng riêng, mođun

nền) Làm giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều Tăng khả năng chống trượt đối với công trình chịu tải trọng ngang

Ưu điểm:

− Cát là vật liệu địa phương, dễ tìm kiếm, rẻ, dễ chuyên chở, ít bị nước biển xâm thực Khi dùng cho công trình gần biển thì nên dùng loại cát có xuất xứ từ biển

án cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép, cọc thép và các loại cọc cứng khác

Nhược điểm:

có hệ số rỗng lớn hơn 1 thì hiệu quả nén chặt của cọc cát là rất ít

2.1.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát

Đối với các loại đất bùn, than bùn và đất dính ở trạng thái bão hòa nước mà đặc điểm của chúng có biến dạng lún lớn kéo dài theo thời gian, có thể kéo dài hàng chục năm và sức chịu tải thấp Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng các phương pháp tiêu nước thẳng đứng như giếng cát, bấc thấm kết hợp với biện pháp gia tải trước

Giếng cát là phương pháp tiêu nước thẳng đứng được dùng sớm nhất để làm tăng nhanh tốc độ cố kết nền đất và tạo độ lún trước trong quá trình gia tải, làm tăng sức chịu tải của nền đất yếu (Hình 2.2) Khi bố trí giếng cát kết hợp với gia tải trước, nhờ gradien thủy lực được tạo ra do nén trước, nước lỗ rỗng thoát chủ yếu theo phương ngang về phía tâm giếng cát Sau đó sẽ thoát tự do theo phương thẳng đứng về phía các lớp đất dễ thấm nước Nhờ đó hệ thống giếng cát trong nền đất yếu sẽ giúp rút

ngắn chiều dài đường thấm, giảm thời gian cố kết dẫn đến tăng nhanh khả năng chịu tải của đất nền theo thời gian Thơng thường giếng cát cĩ đường kính d=(30-60)cm và chiều dài sâu tới 25m

Ưu điểm:

Nhược điểm:

yếu khơng lớn

Tầng đất tốt

Đệm cát >=0.5m Tải trọng phụ tạm thời

Hình 2.2: Gia tải trước kết hợp giếng cát

2.1.3 Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm

Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng cơng trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng bản nhựa (PVD) thốt nước (Hình 2.3) Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập

kỷ 1980 Cơng nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết

Trong cơng nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thốt nước thẳng đứng rất cần

thiết lặp hệ quan trắc lún

Ưu điểm:

lượng lớn

Nhược điểm:

lớn (>20m) Điều này làm cho khĩ khăn khi gặp các lớp đất yếu cĩ bề dày lớn

Tầng đất tốt

Hình 2.3: Gia tải trước kết hợp bấc thấm

2.1.4 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân khơng

Nguyên lý cơ bản của phương pháp gia cố nền bằng bơm hút chân khơng là loại

bỏ áp lực khơng khí trong khu vực cần xử lý được biệt lập và bịt kín bằng cách tạo chân khơng trong một thời gian xác định trước

Quá trình bơm hút chân khơng là quá trình duy trì hệ thống thốt nước hữu hiệu bên dưới màng kín khí để tống nước lỗ rỗng và khơng khí trong suốt quá trình bơm dẫn để đẩy nhanh quá trình cố kết đất nền, tạo độ lún trước hiệu quả tương đương với phương pháp gia tải trước (Hình 2.4)

Ưu điểm:

nhau để thiết kế nên các thơng số thi cơng phù hợp

chuyển, san lấp, dỡ tải

tục để gia tải

Nhược điểm:

hướng làm cho dất nền co lại gây ra vết nứt trên mặt đất và lân cận vùng đang xử lý

lớp thấu kính cát thì cần phải đĩng các cọc ván thép bao quanh khu vực cần xử lý để ngăn chặn sự rị rỉ áp lực chân khơng, điều này sẽ làm tăng chi phí đầu tư

Nền đất yếu

Dung dịch Bentonite

Hệ thống thu nước chính

Màng kín khí

Hệ thống bơm hút nước

và bơm hút chân không

Tầng đất tốt

Đệm cát >=0.5m Băng thoát nước ngang

Bấc thấm

Hình 2.4: Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân khơng

2.1.5 Gia cường nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp với vải địa kỹ thuật

Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, hoặc khoan phun Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất tốt hơn, giảm

độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình

Thông qua hiệu ứng vòm trong khối đất đắp và hiệu ứng màng trên vải địa kỹ thuật, phần lớn công trình bên trên được truyền vào mũ cọc và tập trung vào các đầu coc (Hình 2.5) Phần còn lại ở tại các vị trí giữa các mũ cọc sẽ sinh ra hiệu ứng vòm bên trên khối đất đắp, khối đất đắp bên trên vòm sẽ truyền trực tiếp vào các mũ cọc, khối đất đắp bên dưới vòm sẽ truyền hoàn toàn vào vải địa kỹ thuật và được phân bố vào các mũ cọc

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật là một trong những phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay, phù hợp sử dụng gia cố trên diện rộng như nền nhà kho, xưởng, các công trình ổn định ven bờ sông

Ưu điểm:

tra chất lượng, dễ thi công và rút ngắn thời gian hơn các phương pháp gia tải khác

Mũ cọc Hiệu ứng màng

trong vải ĐKT

Đất cứng Đất yếu

Hiệu ứng vòm trong khối đắp Đất đắp

Cọc đất xi măng là một trong nhữnh phương pháp làm tăng nhanh chĩng sức chống cắt của đất bằng cách dùng các loại máy chuyên dụng khoan sâu vào trong nền đất yếu Sau khi khoan tới độ sâu thiết kế của trụ dùng vịi phun áp lực cao để phun xi măng hoặc vữa xi măng theo tỉ lệ pha trộn hợp lý qua thí nghiệm vào trong đất dưới sâu qua một ống cĩ lỗ phun, sau đĩ được trộn cơ học bằng các cánh quay Sau khi xi măng gặp nước trong lỗ rỗng thì hiện tượng thủy hợp xảy ra làm tăng nhanh cường độ hỗn hợp của đất và xi măng Hỗn hợp này cĩ sức chống cắt tăng theo thời gian Phương pháp cọc đất trộn xi măng cĩ các tác dụng tăng cường khả năng chịu tải của đất nền, tăng khả năng chống biến dạng của đất nền

Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vơi sử dụng

Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vơi Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khơ của đất

Ưu điểm:

nay

Hanbook, 2003)

kích cỡ khác nhau Ở Nhật Bản, máy trộn sâu có thể là một trục trộn cho đến bốn trục trộn Với máy nhiều trục, các trục này được gắn với cánh quay và quay ngược chiều nhau khi trộn đất với xi măng để tạo ra cọc đất gia cố có chất lượng tốt, đồng đều Đường kính cọc có thể từ 0.5 cho đến 1m Gần đây ở Nhật Bản đã xuất hiện các thiết

hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác

Nhược điểm:

thiết bị thi công chưa được phổ biến ở các khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Phạm vi sử dụng:

khó sửa chữa

Đồng bằng sông Cửu Long

Hình 2.6: Quá trình thi công cọc đất xi măng

2.2 Các giải pháp kết cấu bến dạng tường cừ trên nền đất yếu[10]

2.2.1 Nguyên tắc chung về các giải pháp kết cấu bến nói chung và tường cừ nói riêng cho nền đất yếu

Bến tường cừ là loại kết cấu tường mỏng được đóng sâu vào trong đất

Kết cấu tường cừ phù hợp nhất khi đất bên dưới cao trình nạo vét là đất rời trung bình hoặc chặt, đất dính chặt đến cứng Bến tường cừ được chọn làm giải pháp kết cấu bến trên nền đất yếu dựa trên các nguyên tắc sau :

Kết cấu phải nhẹ

Điều này làm giảm một cách chủ động tải trọng tác dụng vào nền Để đạt được yêu cầu này bến thường được cấu tạo bằng các cấu kiện mỏng : tường thép, tường bê

tông cốt thép ứng suất trước, các thanh kéo với tiết diện nhỏ

Tạo ra ma sát tối đa giữa nền đất và kết cấu bến

Tường cừ là cấu kiện đóng sâu vào trong nền đất nên ma sát càng tăng khi chiều sâu cừ càng lớn Tăng ma sát theo cả phương ngang và phương đứng (bằng thanh neo, bản neo, bản giữ neo, cọc neo, cốt trong đất )

Đảm bảo được độ ổn định và độ bền

Đây là nguyên tắc bắt buộc cho bất kỳ một giải pháp kết cấu nào Khía cạnh ổn định được hiểu đầy đủ bao gồm : trượt sâu, trượt nông, lật, xói, ổn định cục bộ, ổn định tổng thể, ổn định tấm vỏ Nói chung là phải thỏa mãn các tính toán theo hai nhóm trạng thái tới hạn thứ I và thứ II theo tiêu chuẩn thiết kế bến cảng sông và cảng biển

Tính thực thi cao

Ở mỗi khu vực, một bến cảng cụ thể đều có các hoàn cảnh cung cấp vật liệu, thiết

bị, khả năng thi công, thậm chí cả trình độ cán bộ kỹ thuật cũng rất khác nhau Mặt khác giải pháp bến được chọn phải phù hợp với khả năng kinh phí được cấp

2.2.2 Các loại kết cấu bến tường cừ dùng cho nền đất yếu

Từ kinh nghiệm phong phú của nhiều nước trên thế giới có thể khái quát thành

12 giải pháp chụ thể về bến tường cừ dùng cho nền đất yếu như sau :

- Được sử dụng nhiều cho các cảng sông

H

T

2 1

- Sử dụng cho các bến nước sâu, cho

đê vây thi công ụ khô, âu tàu, mố cầu

- Khoảng cách l phải chọn sao cho lăng thể đá đổ là dãi hữu hạn

4 Tường cừ kép bán đầy đủ

H

t Bản BTCT

- Tường trước bến cĩ dạng tường gĩc bằng BTCT

- Số neo n = 1 bằng thép trịn

- Giữa hai tường cừ đổ đá hộc và rất khĩ làm việc đồng đều

chắn do hàng cọc trong tạo nên

Bản giử neo

- Thích nghi với bến cĩ thiết bị bốc xếp di động

- Chiều rộng B chọn sao cho áp lực đất lên cừ giảm đến mức tối đa (mặt trượt chủ động gặp mép trong của tấm BTCT)

- Thực chất đây là bến cầu tàu cừ trước, bản giảm tải chính là đài

8 Tường cừ có trụ neo cập tàu độc lập

H

k

t

MNTC

- Kết cấu loại này thích nghi với cảng dầu

- Bản thân cừ vẫn phải đặt thanh neo trên mực nước thi công

- Bản thân tường cừ giữ chức năng là vỏ bọc

- Thường dùng cho kết cấu kè bờ hoặc bến tàu nhỏ

- Chiều dài cọc chéo dài hơn chiều dài

cừ

- Đầu cọc nối cứng với cừ bằng dầm ngắn BTCT

bằng vải địa kỹ thuật

- Mỗi bậc gia cường tối đa cao 2m

- Nên gia cường tới đáy bến

- Vật liệu trong túi vải địa kỹ thuật

2.3 Các giải pháp kết cấu dạng bến cầu tàu trên nền đất yếu[3][10]

2.3.1 Các đặc điểm nổi bật của kết cấu cầu tàu

Trong mọi trường hợp chọn giải pháp bến cầu tàu trên nền đất yếu, cầu tàu đài cao thường được xếp vào loại giải pháp kết cấu bến khả thi nhất Sở dĩ có được tính ưu việt này bởi lẽ kết cấu cầu tàu có những đặc điểm nổi bật sau:

trọng lực, thậm chí ít hơn cả so với kết cấu bến tường cừ và bến mái nghiêng Kết cấu bến cầu tàu nói chung, đặc biệt là loại kết cấu cầu tàu đài mềm chủ yếu bao gồm các thanh dài mảnh, các tấm mỏng Nếu các cấu kiện bê tông cốt thép dự ứng lực thì trọng lượng bản thân còn giảm hơn Ở một số nước công nghiệp tiên tiến toàn bộ các cấu kiện cầu tàu đều là cấu kiện bê tông cốt thép dự ứng lực hoặc được kết hợp cấu kiện bê tông cốt thép xen lẫn với cấu kiện thép có cường độ cao

ở các nhà máy cán thép và các nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép Vì vậy các kích thước chính của từng cấu kiện có mức độ chính xác cao và trọng lượng bản thân nằm trong khuôn khổ qui định được tiêu chuẩn hóa, được định hình cụ thể Nói một cách khác kết cấu cầu tàu mang tính công nghiệp cao; các cấu kiện được chế tạo bằng các công nghệ cao, hiện đại, liên tục được cải tiến

hiện trên các phương tiện nổi : tàu đóng cọc, ponton chở các thiết bị vật liệu

chống mũi của cọc Đối với nền đất yếu tổng các ứng suất ở mũi cọc rất nhỏ có thể coi bằng không, cho nên để tăng ma sát hoặc tăng chiều sâu đóng cọc hoặc tăng chu vi cọc (cọc phình, cọc xoắn, tiết diện vành khuyên ) Đây là điều dễ xử lý khi các số liệu khảo sát địa chất của các lỗ khoan chưa đủ hoặc thiếu chính xác

Đối với các bến nước sâu với các đặc điểm trên, cầu tàu vẫn luôn đứng vào hàng các giải pháp được chọn Nhất là khi bến chịu tác động của tải trọng sóng, dòng chảy thì các cọc góp phần làm suy giảm áp lực ngang thậm chí cả áp lực đẩy nổi của sóng Sóng đi qua các cọc luôn tạo thành dòng chảy bao làm cho sóng phản xạ rất ít, chỉ lướt qua hoặc tràn qua các cấu kiện và bị chiết giảm nhiều

2.3.2 Các loại kết cấu cầu tàu dùng cho nền đất yếu

Dưới đây là các loại kết cấu cầu tàu ở trên thế giới đã ứng dụng cho nền đất yếu

lần chiều dài tự do

- Tuổi thọ không cao, thích nghi với tàu nhỏ và dao động mực nước không đáng kể

- Tận dụng được ma sát phía trong lòng ống

- Đây là kết cấu hiện địa có độ bền cao

- Cấu tạo địa chất gồm 3 lớp:

- Không có dầm, nên trọng lượng đài giảm đáng kể

2.5 10.85

-35.9

2 3

-9

- Cùng với cọc xoắn, cọc phình là loại cọc treo, chỗ phình gấp 2 lần chiều rộng cọc

- Chỉ làm phình ở hai phía trong cùng mặt phẳng ngang của cọc

- Sau khi đóng cọc xong, phải từ

các cấu kiện ở đầu cọc

bằng cát

+2.5 0.0

10.5 10.5

a

-1 -3.5

1:7

1:2 5

4 3 1

- Lớp bùn 2 hầu như được thay thế bằng lớp cát 1 Các lớp còn lại: á sét

3, sét 4

- Đài bằng bản BTCT không dầm

- Lớp cát 1 thay thế phải là cát biển, nếu bến xây dựng ngoài biển

7 Cầu tàu có chiều rộng bến lớn và mái

dốc thoải

3

4 5 -15.75

-10.5

0.4

+3.83

- Lớp bùn chảy 3 và sét, bùn 5 khá dày trải suốt theo mặt cắt ngang của bến

- Chiều rộng của bến B = 52,5m được đặt trên hàng cọc trụ ống BTCT

- Bến được xây dựng ở cảng Belavan

- Indonesia

ống thép có cánh

-8.7 -8.7

- Mỗi cọc ống thép có 4 cánh ở mũi

- Cừ trước là cừ Larsen

- Đã được xây dựng ở cảng Đức

Humburg Lắp ráp đài ngay khi đóng cọc xong

-19 -11.55

- 4 0 +5.55

1

2 3

4

5

- Kết cấu gồm cừ thép 1, cọc lăng trụ BTCT ứng suất trước 2, các giếng cát

3, lớp bùn 4, lớp cát 5

- Khoảng cách giữa các giếng cát l =

- Tất cả cọc và cừ đều đóng sâu đến lớp cát 5

10 Cầu tàu cừ trước xiên, cọc neo xiên có dạng

-15.85

-6

0.0 +1.4

11 Cầu tàu có neo và trụ tựa độc lập

- Các cọc thép có cánh ở cả 4 phía

2.4 Nhận xét

Với đặc điểm chung của vùng Đồng bằng sông Cửu Long là địa hình tương đối bằng phẳng, bờ sông có dạng thoai thoải, cùng với các đặc điểm của kết cấu bến được phân tích trong chương 2, ta lựa chọn kết cấu cầu tàu đài cao trên nền đất yếu để nghiên cứu tính toán

Trong các giải pháp xử lý nền đất yếu, cọc đất xi măng có khả năng ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều công trình như tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố nền móng cho các công cho các công trình xây dựng, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu xung quanh đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn So với các giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc đất xi măng có ưu điểm là xử lý sâu (đến 50m), thích hợp cho các loại đất yếu (từ cát thô đến bùn yếu), thi công được trong cả điều kiện nền ngập sâu trong nước, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế

rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác Vì vậy trong việc nghiên cứu phân tích tính toán

ổn định công trình bến cầu tàu, ta lựa chọn giải pháp cọc đất xi măng để gia cố nền đất yếu Mục đích nhằm giải quyết các vấn đề sau :

− Tăng cường khả năng ổn định và chịu tải của nền đường, bãi hàng

trình nạo vét sâu

Phân tích tính toán móng cọc đài cao trong công trình bến

Khi phân tích tính toán công trình bến cầu tàu trên nền cọc ta thường gặp sơ đồ kết cấu nền cọc gồm các cọc đóng thẳng đứng, xiên, gối cọc chéo hoặc trụ tựa dưới dạng móng cọc cao cứng Mặt khác, các cọc này đóng trong nền đất có mặt đất thuộc các phần nằm ngang của chân và đỉnh mái đất và cả trên mặt mái đất Việc tính toán công trình như thế thường gặp rất nhiều khó khăn và phức tạp Để giải quyết vấn đề trên chúng ta cần phân tích ứng xử của cọc bê tông cốt thép của công trình cầu tàu dưới tác dụng của tải trọng dọc trục và tải trọng ngang theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước, lựa chọn mô hình tính toán cho bài toán thực tế Từ đó chọn lựa phương pháp tính toán móng cọc đài cao phù hợp

Phân tích giải pháp gia cố nền và xử lý lún lệch giữa công trình cầu tàu và nền đường, bãi hàng bằng cọc đất xi măng

Phần nền tiếp giáp với công trình bến thông thường có dạng mái dốc ven sông, rất dễ mất ổn định (lún, trượt) khi đắp cao và chịu tác dụng của tải trọng trong quá trình thi công và sử dụng Hiện nay có nhiều giải pháp gia cố nền được sử dụng như đã nêu trong chương 2, nhưng việc sử dụng giải pháp cọc đất xi măng cho công trình bến cảng ở Đồng bằng sông Cửu Long chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy trong chương này chúng ta tiến hành phân tích tính toán giải pháp gia cố nền bằng cọc đất xi măng với khả năng chống trượt (khi được gia cố với dạng tường chắn) và khả năng hạn chế lún lệch giữa phần tiếp giáp giữa phần nền đường, kho bãi bên trong với công trình bến, vừa rút ngắn được thời gian thi công (khi được gia cố với dạng cột theo lưới ô vuông hoặc tam giác)

Phân tích tính toán ổn định tổng thể công trình có xét đến ảnh hưởng của nền cọc thông qua lực kháng trượt của cọc