Nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt lở công trình ở quận thốt nốt tp cần thơ

Do vậy mà đề tài “Nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt lở công trình ở quận Thốt Nốt thành phố Cần Thơ” là một trong những giải pháp cần thiết và p

NGUYỄN VĂN ẤU

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TƯỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG VIỆC CHỐNG SẠT LỞ CÔNG TRÌNH Ở QUẬN THỐT NỐT-TP.CẦN THƠ

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 11 năm 2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 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: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày ………tháng ………năm…………

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn Địa cơ nền móng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN VĂN ẤU Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 17-8-1985 Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng MSHV: 11860349

1 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TƯỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ TÔNG

CỐT THÉP TRONG VIỆC CHỐNG SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH Ở QUẬN THỐT NỐT TP.CẦN THƠ

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: Tổng quan về các nguyên nhân và giải pháp chống sạt lở cho công

trình ven sông hiện nay

CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường kè và cọc bê tông cốt thép chịu tải

trọng ngang

CHƯƠNG 3: Phân tích và ứng dựng chương trình phần mềm Plaxis để tính cọc

chịu tải trọng ngang CHƯƠNG 4: Ứng dựng tính toán cho công trình Kè bảo vệ phường Thốt Nốt

quận Thốt Nốt TP.Cần Thơ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : / /

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : / /

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

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

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian hai năm học tập và nghiên cứu, đến nay Luận văn Thạc sĩ

“Nghiên Cứu Giải Pháp Tường Kè Và Cọc Bê Tông Cốt Thép Trong Việc Chống

Sạt Lở Công Trình Ở Quận Thốt Nốt – TP Cần Thơ” đã được hoàn thành đúng thời

hạn Tuy thời gian học tập trên giảng đường có hạn chế, nhưng nhờ sự tận tình hướng dẫn không ngừng của các thầy cô bộ môn đã giúp em rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn các công trình xây dựng

Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật xây dựng, Phòng đào tạo Sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian theo học tại

Trường Em cũng xin cảm ơn Ban Giảng viên Lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng đã tận

tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu của thầy cô để

em vận dụng vào luận văn chuyên ngành của mình

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy PGS TS Võ Phán, trong thời gian qua Thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn để em có thể định hướng và hoàn thiện luận văn thạc sĩ của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Thành phố Cần thơ là một trong năm thành phố lớn trực thuộc Trung ương,

có vị trí thuận lợi như: nằm ở trung tâm vùng ĐBSCL, trên trục giao thương vùng

Tứ giác Long Xuyên, bán đảo Cà Mau, Đồng Tháp Mười và thành phố Hồ Chí Minh Do đó, nhu cầu về mở rộng diện tích xây dựng, cơ sở hạ tầng và các tuyến giao thông nối liền nhiều nơi trong khu vực là một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong việc thúc đẩy kinh tế xã hội phát triển

Bên cạnh đó, tình trạng sạt lở hàng năm trên các tuyến đường ven sông xuất hiện ngày càng nhiều và ngày một nghiêm trọng hơn, gây thiệt hại nặng nề về con người và tài sản của người dân nơi đây Hiện tại đã có nhiều giải pháp phòng chống xối lở và bảo vệ công trình hiệu quả như: tường cọc bản, cọc bê tông dự ứng lực… nhưng đa số các giải pháp này thường rất tốn kém và khó thực hiện Chính vì thế

trong đề tài luận văn này tác giả đưa ra giải pháp “Tường kè và cọc bê tông cốt thép” trong việc ổn định mái dốc Bản tường bê tông cốt thép có nhiệm vụ giữ lớp

đất mặt không trượt, bản tường được liên kết với cọc qua đài cọc Đây là giải pháp

có hiệu quả và dễ thực hiện trong phạm vi rộng, tiết kiệm chi phí đầu tư Do vậy mà

đề tài “Nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt lở công trình ở quận Thốt Nốt thành phố Cần Thơ” là một trong những giải

pháp cần thiết và phù hợp hiện nay trong việc phòng chống sạt lở cho công trình ở vùng đất yếu như ở quận Thốt Nốt thành phố Cần Thơ

ABSTRACT

Can Tho City is one of five cities directly under the Central Government, advantageous position as: located in the center of the Mekong Delta, trade axis Long Xuyen Quadrangle, Ca Mau Peninsula, Dong Thap Muoi and Ho Chi Minh city Therefore, demand for expansion of building, infrastructure, and roads connecting the various parts of the region is one of the key tasks in promoting social and economic development

Besides, the annual avalanche conditions on the road along the river to appear more and more seriously,it causes damage to people and their property Up

to now, there have been many solutions to prevent erosion and protection works effectively as: wall piles, prestressed concrete piles, … but the majority of these solutions are often costly and difficult to apply Therefore, in this thesis the authors

provide a solution “Retaining wall and reinforced concrete piles” for slope

stability The reinforced concrete walls with piles is responsible for keeping topsoil from moving This solution is effective and easy to implement in a wide range and

to save investment costs Therefore subject “Research to method for retaining wall with reinforced concrete piles to Protect the soil from slumping of Thot Not district in Can Tho City” is a necessary and appropriate solutions present in

the landslide prevention in soft soil area such as in Thot Not district Can Tho City

MỤC LỤC

Mở đầu Trang

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tính thực tiễn của đề tài 2

6 Giới hạn của đề tài 2

NỘI DUNG Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY 1 1 Nguyên nhân dẫn đến sạt lở ở ở khu vực ĐBSCL hiện nay 4

1.1.1 Nguyên nhân chủ quan 4

1.1.1.1 Ảnh hưởng do khai thác cát trái phép 4

1.1.1.2 Ảnh hưởng do tác nhân bên ngoài 4

1.1.2 Nguyên nhân khách quan 4

1.1.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảy 4

1.1.2.2 Ảnh hưởng do thiên tai 5

1.2 Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay 5

1.2.1 Rọ đá 5

1.2.1.1 Lịch sử hình thành 5

1.2.1.2 Phạm vi sử dụng 6

1.2.2 Cừ Larsen 6

1.2.2.1 Lịch sử hình thành 6

1.2.2.2 Phạm vi ứng dụng 7

1.2.3 Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực 9

1.2.4 Tường kè và cọc bê tông cốt thép 11

1.2.4.1 Sơ lược về tường chắn đất 11

1.2.4.2 Sơ lược về móng cọc 12

Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 15

2.1 Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng 15

2.1.1 Các dạng tải trọng 16

2.1.2 Phân loại tải trọng 16

2.2 Các tính toán đối với tường chắn 16

2.2.1 Áp lực nước 17

2.2.2 Áp lực đất chủ động 17

2.2.3 Áp lực đất bị động 18

2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn 19

2.3.1 Phương pháp Rankine 19

2.3.1.1 Lý thuyết căn bằng giới hạn 19

2.3.1.2 Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực Rankine 19

2.3.1.3 Tính áp lực chủ động của Rankine 20

2.3.1.4 Tính áp lực bị động của Rankine 22

2.3.2 Phương pháp Coulomb 23

2.3.2.1 Nguyên lý cơ bản tính toán 23

2.3.2.2 Áp lực đất chủ động 23

2.3.2.3 Áp lực đất bị động 24

2.3.3 Xét sự căn bằng một điểm 25

2.4 Các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang 26

2.4.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 26

2.4.1.1 Sơ đồ phân bố tải trọng lên đầu cọc 26

2.4.1.2 Mô hình nền Winkler 27

2.4.1.3 Ổn định nền quanh cọc 30

2.4.2 Theo dự báo sức chịu tải của Broms (1964) 31

Chương III PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS ĐỀ TÍNH CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 35

3.1 Lý thuyết biến dạng 35

3.1.1 Phương trình cơ bản của biến dạng liên tục 35

3.1.2 Rời rạc hóa theo lưới phần tử hữu hạn 36

3.1.3 Vật liệu đàn hồi 37

3.1.4 Phương pháp tính lặp 38

3.2 Lý thuyết cố kết 40

3.2.1 Phương trình cơ bản của lý thuyết cố kết 40

3.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán cố kết 41

3.3 Phạm vi sử dụng phầm mềm Plaxis cho công trình thực tế 41

Chương IV ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÈ BẢO VỆ PHƯỜNG THỐT NỐT QUẬN THỐT NÔT TP.CẦN THƠ 44

4.1 Sơ bộ về đặc điểm địa chất khu vực quận Thốt Nốt TP.Cần Thơ 44

4.1.1 Cấu tạo địa chất 44

4.1.2 Đặt điểm địa chất công trình 44

4.2 Sơ lược về công trình kè bảo vệ phường Thốt Nốt 45

4.3 Ứng dụng tính toán 46

4.3.1 Cấu tạo công trình kè bảo vệ phường Thốt Nốt 46

4.3.2 Áp dụng tính toán theo TCVN 48

4.3.3 Áp dụng theo phương pháp dự báo sức chịu tải ngang của Broms 67

4.4 Ứng dụng tính toán trong phần mềm Plaxis 69

4.4.1 Sơ đồ tính 69

4.4.2 Dữ liệu đầu vào 70

4.4.3 Kết quả tính toán 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 78 Kiến nghị 78 Tài liệu tham khảo 80

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Hệ số vượt tải .16

Bảng 2.2 Xác định hệ số nền K 28

Bảng 2.3 Sức chịu tải ngang cho phép khi chuyển vị ngang cho phép 1cm .32

Bảng 2.4 Giá trị  .34

Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý của lớp cát san lấp .44

Bảng 4.2 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 44

Bảng 4.3 Hệ số áp lực chủ động và bị động của đất 50

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm nén cố kết của lớp đất dưới mũi cọc (Lớp 2) 60

Bảng 4.5 Kết quả tính lún cho lớp đất dưới mũi cọc .60

Bảng 4.6 Bảng tính ứng suất, lực cắt và momen của cọc theo độ sâu cọc 62

Bảng 4.7 Bảng so sánh chuyển vị của cọc khi tiết diện thay đổi 63

Bảng 4.8 Bảng so sánh chuyển vị của cọc khi thay đổi khoảng cách dọc cọc B=300. 65 Bảng 4.9 Bảng so sánh chuyển vị của cọc B=300 khi chiều sâu cọc thay đổi 67

Bảng 4.10 Đặc trưng của cát san lấp .71

Bảng 4.11 Đặc trưng của lớp đất lớp 1 71

Bảng 4.12 Đặc trưng của lớp đất lớp 2 72

Bảng 4.13 Đặc trưng của cọc 72

Bảng 4.14 Đặc trưng của đài cọc 72

Bảng 4.15 Đặc trưng bản chắn 73

Bảng 4.16 Một phần giá trị chuyển vị trong cọc 76

Bảng 4.17 Giá trị một phần nội lực trong cọc .77

Bảng 4.18 Bảng so sánh kết quả tính toán theo giải tích và phần mềm Plaxis 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

1 Hình 1.1 Rọ đá (Gabion) 5

2 Hình 1.2 Rọ đá neo chữ L .5

3 Hình 1.3 Cấu tạo rọ đá 6

4 Hình 1.4 Thảm đá (Gabion Mattresses) 6

5 Hình 1.5 Cừ Larsen tại nhà máy 7

6 Hình 1.6 Cọc ván bê tông dự ứng lực 9

7 Hình 1.7 Tường kè và cọc bê tông cốt thép .12

8 Hình 1.8 Cọc bê tông cốt thép tiến diện vuông 13

9 Hình 1.9 cọc bê tông ly tâm dự ứng lực .14

10 Hình 2.1 Biểu đồ áp lực nước 17

11 Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất chủ động (cát) .18

12 Hình 2.3 Biểu đồ áp lực đất bị động đất dính .18

13 Hình 2.4 Vòng tròn ứng suất cân bằng ở điều kiện giới hạn 19

14 Hình 2.5 Trạng thái chủ động và bị động của Rankine .20

15 Hình 2.6 Áp lực chủ động của đất cát 22

16 Hình 2.7 Áp lực đất chủ động của đất dính 22

17 Hình 2.8 Áp lực đất chủ động .24

18 Hình 2.9 Áp lực đất bị động 25

19 Hình 2.10 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời 26

20 Hình 2.11 Quy luật biến đổi của hệ số nền .28

21 Hình 2.12 Sơ đồ tác động của Moment và tải trọng ngang lên cọc 29

22 Hình 2.13 Sơ đồ tìm Qu của cọc ngắn trong đất dính .33

23 Hình 2.14 Sơ đồ tìm Qa theo chuyển vị cho phép .34

24 Hình 3.1 Sơ đồ bài toán mô phỏng 42

25 Hình 3.2 Sơ đồ tính vùng ảnh hưởng của một cọc cần qui đổi 43

26 Hình 4.1 Cấu tạo công trình kè bảo vệ phường Thốt Nốt 45

27 Hình 4.2 : Vị trí xây dựng công trình 46

28 Hình 4.3 Cấu tạo tường kè (đơn vị cm) 47

29 Hình 4.4 Cấu mũi cọc 47

30 Hình 4.5 Cấu thân cọc 47

31 Hình 4.6 Cấu tạo đài cọc (đơn vị cm) 48

32 Hình 4.7 Cấu tạo bản tường .48

33 Hình 4.8 Các tải trọng tác dụng lên bản móng(cm) 49

34 Hình 4.9 Sơ đồ tính toán các áp lực lên bản chắn (cm) 50

35 Hình 4.10 Biểu đồ áp lực đất chủ động và bị động tác dụng lên bản tường53 36 Hình 4.11 Sơ đồ tính và biểu đồ moment bản tường 53

37 Hình 4.13 Bố trí thép bản tường 54

38 Hình 4.14 Mặt bằng bố trí cọc trong kè (cm) 56

39 Hình 4.15 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ cọc 57

40 Hình 4.16 Khối móng quy ước 58

41 Hình 4.17 Biểu đồ áp lực  zdọc thân cọc .63

42 Hình 4.18 Biểu đồ Moment Mz dọc thân cọc .64

43 Hình 4.19 Biểu đồ Lực cắt Qz dọc thân cọc .64

44 Hình 4.20 Biểu đồ áp lực ngang cọc tiết diện 300x300 .65

45 Hình 4.21 Biểu đồ momen dọc thân cọc Tiết diện 300x300 .66

46 Hình 4.22 Biểu đồ lực cắt dọc thân cọc tiết diện 300x300 66

47 Hình 4.23 Sơ đồ bài toán 69

48 Hình 4.24 Sơ đồ tính vùng ảnh hưởng của một cọc 70

49 Hình 4.25 Mô hình đầu vào 73

50 Hình 4.26 Biểu đồ áp lực nước 74

51 Hình 4.27 Biểu đồ ứng suất chính 74

52 Hình 4.28 Lưới biến dạng 75

53 Hình 4.29 Biểu đồ chuyển vị ngang và đứng của cọc 75

54 Hình 4.30 Biểu đồ lực cắt và moment của cọc 76

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây tình trạng sạt lở bờ sông diễn ra ngày càng nhiều

và mỗi lúc càng nghiêm trọng, nhất là ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Điển hình là kè Phong Điền thành phố Cần Thơ, ở khu vực phường Trung Nhất tuyến giao thông tỉnh lộ 921 nối liền quận Thốt Nốt và huyện Thới Lai

và một số vùng trên địa bàn tỉnh An Giang như nhà máy nước Thái Bình…đã làm thiệt hại rất lớn về người và tài sản ảnh hưởng đến chiến lược phát triển kinh tế và

an sinh xã hội của đất nước

Những vụ sạt lỡ trên đã gây ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống người dân cạnh

bờ sông ở khu vực ĐBSCL nói chung và quận Thốt Nốt nói riêng Để góp phần giải quyết tình trạng sạt lở diễn ra hết sức phức tạp và đa dạng Tác giả nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt

lở công trình ở quận Thốt Nốt thành phố Cần Thơ” là vấn đề cần thiết và cấp

bách để đảm bảo chiến lược phát triển kinh tế xã hội bền vững của quận Thốt Nốt nói riêng và cả Nước nói chung

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Hiện nay giải quyết tình trạng sạt lở bờ sông ta đã đưa ra nhiều giải pháp chống sạt lở như Rọ đá, Tường chắn đất, Cọc ván bằng thép (cừ Larsen), Cọc ván

bê tông dự ứng lực vv…Tuy nhiêu những giải pháp này thường có ưu và khuyết điểm khác nhau tùy thuộc vào mức độ sạt lở và điều kiện địa phương mà đưa ra giải

pháp hợp lý nhất Để thực hiện nhiệm vụ này tác giả xin đưa ra giải pháp “Kết hợp giữa tường kè và Cọc bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang” nhằm ổn định mái

dốc cặp bờ sông Đó cũng là đề tài mà tác giả nghiên cứu nhằm giải quyết tính toán các vấn đề sau đây:

a) Chuyển vị ngang n và góc xoay ở đầu cọc cần thỏa các điều kiện sau:

gh

gh S n







b) Tính toán ổn định của đất nền xung quanh cọc

c) Tính toán moment và lực cắt trong cọc dưới tác dụng của ngoại lực

d) Tính toán sức chịu tải ngang của cọc theo phương pháp Broms

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong nội dung nghiên cứu của đề tài cọc bê tông cốt thép kết hợp với bản bê tông cốt thép nhằm ổn định mái dốc cặp bờ sông Nhằm nghiên cứu các vấn đề sau:

- Phân tích ổn định của cọc khi thay đổi khoảng cách đặt cọc

- Phân tích ổn định của cọc khi thay tiết diện cọc

- Phân tích tính ổn định của cọc khi thay đổi chiều sâu chôn cọc

- Khả năng chịu tải trọng ngang cực hạn của cọc trong vùng đất yếu khi khống chế chuyển vị ngang ở đầu cọc

4 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 tính toán sức chịu tải ngang

So sánh kết quả tính toán lý thuyết và chương trình Plaxis

5 TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỂ TÀI

Tình trạng sạt lở xảy ra không những gây ra mất mát về tài sản và con người mà còn để lại gánh nặng lâu dài cho xã hội gánh chịu Thế nên 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

Bên cạnh đó, việc 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

Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt lở cho công trình ở quận Thốt Nốt TP.Cần Thơ để bảo vệ phường Thốt Nốt là một công trình tiêu biểu thể hiện được được tính khoa học và thực tiễn nêu trên

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Trong đề tài này tác giả chỉ đi sâu về lý thuyết tính toán, phạm vi giới hạn trong bài toán phẳng, thí nghiệm sức chịu tải và chuyển vị của cọc ngoài hiện trường còn hạn chế

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

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

1.1.1 Nguyên nhân chủ quan

1.1.1.1 Ảnh hưởng do khai thác cát trái phép

Trong thời gian gần đây, các vụ sạt lở xảy ra ngày càng nhiều là do tình trạng khai thác cát ồ ạt ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long gây nên tình trạng sạt

lở đất nghiêm trọng, một số Cồn, Bãi, Cù lao đứng trước nguy cơ biến mất Điển hình như tình trạng sạt lở nghiêm trọng ở cù lao An Bình, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long

1.1.1.2 Ảnh hưởng do tác nhân bên ngoài

ĐBSCL là vùng sông nước các tuyến đường về các tỉnh thành ở khu vực thường nằm cạnh bờ sông như tuyến quốc lộ 1A, quốc lộ 61, quốc lộ 91 …Đất nước ta đang từng bước phát triển, các tuyến giao thông ngày càng nhiều, lưu lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng, với vận tốc ngày nay nhanh, thắng gấp gây ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của đất từ đó dẫn đến sạt lở trên các tuyến đường Về đường thuỷ các phương tiện giao thông đường thủy như tàu chở cát, tàu dầu, ca nô…các loại tàu thuyền khác thường hay neo đậu và chạy tốc độ nhanh gây ra những cơn sóng lớn, tác dụng vào 2 bên bờ một lực lớn làm cho đất xung quanh không chịu được áp lực dẫn đến sự phá hoại liên kết giữa các hạt đất gây ra hiện tượng sạt lở Điển hình như sông Trà nóc thành phố Cần thơ, tuyến quốc lộ 91 cách cầu Ô Môn 100m quận Ô Môn về phía An Giang

1.1.2 Nguyên nhân khách quan

1.1.2.2 Ảnh hưởng do thiên tai

Nguyên nhân dẫn đến sạt lở là do mưa làm nước ngấm vào trong đất, làm giảm sức chịu tải của đất, đất trở nên yếu đần đi gây ra hiện tượng sạt lở

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

1.2.1.2 Phạm vi ứng dụng

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

1.2.2 Cừ Larsen

1.2.2.1 Lịch sử hình thành

Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ

để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng

Cho đến nay 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 1.5 Cừ Larsen tại nhà máy

1.2.2.2 Phạm vi sử dụng

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

+ Ư u 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

1.2.3 Cừ ván bê tông dự ứng lực

+ Lịch sử hình thành

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

+ 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)

+ Nhược điểm

- Gần khu vực nhà dân không dùng đóng ngoài ra nếu thi công phải tránh chấn động

- Trong khu vực xây chen phải khoan mồi rồi mới ép được cọc, nên tiến độ thi công tương đối chậm

- 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

1.3.4 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

1.3.4.1 Sơ lược về tường chắn đất

a./ Khái niệm về tường chắn đất [10],[13]

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 củ

- 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 như sau:

Tường đứng (bản tường): chiều cao tường 255cm chiều dày (25-15cm) Tường bản đáy: bề rộng 2 m, chiều dày 35cm

Chiều dài cọc L=14m

Hình 1.7 Tường kè và cọc bê tông cốt thép

1.3.4.2 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 có nội lực lớn

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 1.8 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

+ Cọc bê tông cốt thép tiết diện tròn

Cọc tròn thường được sử dụng như cọc bê tông ly tâm dự ứng lực có đường kính ngoài 300, 350, 400, 450, 500…

Hình 1.9 cọc bê tông ly tâm dự ứng lực

Nhận xét:

Qua tìm hiểu một số giải pháp vừa nêu trên tác giả nhận thấy để giải quyết tình trạng sạt lở xảy ra nhiều nơi với nhiều mức độ khác nhau như hiện nay đồng thời vẫn tiết kiệm được ngân sách nhà nước và đảm bảo được tính hiệu quả về kinh

tế lẫn kỹ thuật, tác giả đi sâu tìm hiều về tường kè và cọc bê tông cốt thép trong việc chống sạt lở cho công trình ven sông, đặt biệt là khu vực quận Thốt Nốt thành phố Cần Thơ

Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ VÀ 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, v v …

+ 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, vv …

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, vv … 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 Hệ số vượt tải của tải trọng phụ trong giai đoạn thi công được lấy như sau:

Bảng 2.1 Hệ số vượt tải

tải

1 Trọng lượng bản thân của kết cấu 1.1 (0.9)

2 Áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh 1.1 (0.9)

3 Áp lực thêm của đất lên tường khi có vĩa đất nghiên 1.1 (0.9)

4 Áp lực ngang của đất khi đổ bê tông và truyền qua đất lên

tường sau khi bê tông đông cứng 1.1 (0.9)

5 Áp lực thêm không đều hướng ngang của đất lên tường ngầm

Lực căn của neo:

+ Để chịu áp lực ngang của đất

+ Để tạo phụ tải chống đẩy nổi công trình

1.1 (0.9)

9 Áp lực đất phụ lên tường theo hướng ngang do tải trọng trên

mặt đất hoặc tường bị nghiêng 1.1 (0.9)

10 Áp lực chủ động và bị động của đất 1.1 (0.9)

11 Lực ma sát mặt bên khi hạ tường 1.1 (0.9)

12 Sức chống cắt của đất khi hạ tường 1.1 (0.9)

13 Sức chống của đất dưới đáy công trình (0.9)

Hệ số vượt tải trong dấu ngoặc được dùng khi tính công trình lúc hạ, đẩy nổi,

ổn định chống trượt, còn khi tính theo biến dạng thì hệ số vượt tải nên lấy bằng 1

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

Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất chủ động (cát)

2.2.3 Áp lực đất bị động

Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực di động theo chiều đất đáp, khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh tăng dần lên, liên tục cho đến khi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể đất

ở phía sau tường bị chèn đẩy lên Khi đó áp lực tăng đến trị số lớn nhất gọi là áp lực

bị động Ep(kN/m)

Hình 2.3 Biểu đồ áp lực đất bị động đất dính

2.3 Phương pháp tính toán áp lực lên tường chắn [2], [3], [9], [13],[14]

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 = 45 + φ/2 (2-1)

Hình 2.4 Vòng tròn ứng suất cân bằng ở điều kiện 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 (Hình 2.5b) 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 (Hình 2.5c) 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 (Hình 2.5c) 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 (Hình 2.5d) 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

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 chổ 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

c h



2

0 

(2-5) Trong đó:

Pa - áp lực đất chủ động kN/m2

γ - trọng lượng riêng của đất kN/m3

z - độ sâu từ điểm tính đến điểm đang xét

Ka - hệ số áp lực chủ động

c - lực dính kPa

φ - góc ma sát trong của đất

Ea - áp lực chủ động của đất

h0 - cao độ vùng chịu kéo

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)

Trong đó:

- q tải trọng ngoài

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:

Ep = 1/2 γz2Kp+ 2cZ K p (2-12)

2.3.2 Phương pháp Coulomb

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

2.3.2.2 Áp lực đất chủ động

Pa = γzKa – 2c K a (2-13)

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

2 2

(2-17)

Hình 2.9 Áp lực đất bị động

Tương tự trị Q sẽ biến đổi theo góc nghiêng α của mặt trước BC, nhưng trị

áp lực đất bị động phải là trị nhỏ nhất trong các phản lực Q Đó là vì khi tường chắn

bị đẩy về phía đất đắp, trị lực chống đổi Q trên mặt trượt nguy hiểm nhất là nhỏ nhất Khi tính Qmin, cũng tương tự như khi tính áp lực đất chủ động, có thể lấy:

dQ/d α = 0 (2-18)

Từ đó có thể dẫn ra công thức tính áp lực đất bị động Coulomb Ep

Ep = Qmin = 1/2H2γKp (2-19)

pa = γzKa + 2c K p (2-20) Trong đó:

- Kp là hệ số áp lực đất bị động, trị số của nó lại khác với lý thuyết Rankine,

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

2 2

K

Kp= tan2(450 - φ/2) (2-21) Chiều tác dụng của Ep làm thành góc δ với pháp tuyến của lưng tường Từ công thức tính Ep trên ta biết cường độ áp lực bị động Ep phân bố thành quy luật đường thẳng theo độ cao cửa thân tường

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

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

Ta có mối quan hệ:

σ3 = σ1tg2(450 + φ/2) + c ctg(450 - φ/2) (2-23) Đối với đất rời thì giá trị góc lệch cực hạn ømax:

sin2ømax = 2

2 2

) (

4 ) (

x z

xz x

Hình 2.10 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời

2.4 Các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang [1], [4], [5], [7], [8], [9], [15

2.4.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998

2.4.1.1 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) (Hình 2.11)

Khi tính toán cọc chịu tải ngang, đất xung quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi tuyến tính được mô phỏng bằng mô hình Winkler

i

i x z

y

y M n

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:

y

C y z

y  '

Hình 2.11 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 chung là:

0 4

4



 y z

z d

U d

Đất sét, á sét dẻo mềm IL = (0.5 – 0.75)

Á sét dẻo IL = (0 – 1)

Cát bụi e = (0.6 – 0.8)

2000 – 5000 Đất sét, á sét dẻo và nửa cứng IL = (0 – 0.5)

Á sét cứng IL < 0

Cát nhỏ e = (0.6 – 0.75)

5000 - 8000