(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm gần đây, tình hình sạt lở bờ sông trong tỉnh Long An ngày càng nghiêm trọng, nguyên nhân do dòng chảy mạnh, biến đổi khí hậu, lấn chiếm bờ sông, khai thác cát trộm, tàu thuyền lưu thông qua lại, đặc biệt trên tuyến sông Vàm Cỏ Tây đoạn qua thành phố Tân An

Để bảo vệ bờ sông chống sạt lở và phát triển đô thị Tân An, trong những năm gần đây tỉnh Long An đã đầu tư xây dựng nhiều tuyến kè, nhằm đảm bảo

an toàn cho các công trình hạ tầng và dân sinh trong khu vực, đồng thời tạo cảnh quan, phát triển giao thông đô thị cho thành phố Tân An

Điều kiện địa hình, địa chất sông Vàm Cỏ Tây tương đối phức tạp, lòng sông thường bị xói sâu, nền đất bùn yếu phân bố dọc theo bờ sông Đồng thời dòng chảy ven bờ khá lớn có thể gây sạt lở mạnh làm ảnh hưởng đến một số công trình đã và đang thi công

Đề tài “Nghiên cứu giải pháp ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An” là vấn đề cấp thiết Nhằm chọn giải pháp đặc trưng phù hợp và đề xuất kết cấu đảm bảo ổn định mỹ quan và kinh tế với điều kiện tự nhiên và xã hội khu vực thành phố Tân An, tỉnh Long An

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện tự nhiên của khu vực, đánh giá thực trạng

và những vấn đề ảnh hưởng đến ổn định công trình, đề xuất giải pháp kè đảm bảo ổn định, mỹ quan và kinh tế để bảo vệ bờ sông Vàm Cỏ Tây, thành phố Tân

An nói riêng và áp dụng cho địa bàn tỉnh Long An nói chung

3 Cách tiếp cận, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:

3.1 Cách tiếp cận, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Cách tiếp cận: Nghiên cứu các điều kiện tự nhiên trong khu vực và các giải pháp kè áp dụng ở Đồng bằng sông Cửu Long và vùng lân cận Phân tích, đánh giá số liệu, tính toán đưa ra giải pháp kè nhằm đề xuất giải pháp và phương pháp tính toán phù hợp;

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Kè bảo vệ và chống xói lở bờ sông Vàm Cỏ Tây khu vực Thành phố Tân An, tỉnh Long An

3.2 Phương pháp nghiên cứu:

Điều tra thu thập các số liệu, tài liệu của các tuyến kè đã được thiết kế ở sông Vàm Cỏ Tây và các khu vực có điều kiện tự nhiên tương tự;

Tham khảo các nghiên cứu, các báo cáo về sự cố, đánh giá nguyên nhân gây mất ổn định để rút kinh nghiệm khi đề xuất các giải pháp kè bảo vệ bờ cho khu vực;

ng dụng các phần mềm hiện đại để phân tích, tính toán điều kiện ổn định (lật, trượt, lún, bảo vệ mái áp dụng kiểm nghiệm với công trình thực tế đã thi công) Trong đó chủ yếu sử dụng phần mềm Geo Slope, Geo 5, Prosheet và Sap

2000 để phục vụ việc tính toán và đánh giá sự ổn định của công trình

4 Kết quả đạt được:

Đề xuất được giải pháp đảm bảo ổn định trên cơ sở phân tích xác định nguyên nhân gây mất ổn định bờ sông, bờ kè và đề xuất giải pháp kè phù hợp cho khu vực sông Vàm Cỏ Tây, thành phố Tân An, tỉnh Long An

1 Đánh giá nguyên nhân xói lở bờ sông và điều kiện tự nhiên: Địa hình,

địa chất, khí tượng thủy văn khu vực bờ sông Vàm Cỏ Tây, thành phố Tân An,

tỉnh Long An

2 Đề xuất kế cấu kè phù hợp đảm bảo ổn định và mỹ quan trên sông Vàm

Cỏ Tây, thành phố Tân An, tỉnh Long An

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG 1.1 Tình hình xây dựng kè ở Đồng bằng sông Cửu Long và những sự

cố đã xảy ra:

1.1.1 Tình hình xây dựng kè ở Đồng bằng sông Cửu Long:

Đặc trưng ở Đồng bằng sông Cửu Long là có địa chất nền khá yếu Do đó giải pháp kết cấu kè thường giống nhau Các giải pháp kè cứng và kè mềm được phân tích lựa chọn phụ thuộc vào dòng chảy, địa hình, địa chất và sự quan trọng của khu vực được bảo vệ Một số công trình tiêu biểu như Kè sông Vàm Cỏ Tây,

kè sông Thủ Thừa, kè sông Tiền, kè sông Hậu…

Hình 1.1 Kè sông Vàm Cỏ Tây, phường 2, thành phố Tân An - Long An

Hình 1.2 Kè Thủ Thừa trên sông Thủ Thừa – Long An

Hình 1.3 Kè Sông Tiền thành phố Mỹ Tho

Hình 1.4 Bờ kè Trung tâm Hành chính tỉnh Hậu Giang

Hình 1.5 Bờ kè Hồng Ngự - thị xã Hồng Ngự

1.1.2 Những sự cố công trình kè xảy ra:

Quá trình xói lở lòng, bờ sông được xem như một dạng thiên tai nặng nề có thể xảy ra khắp mọi nơi và diễn biến hết sức phức tạp Trong quá trình sạt lở, có

sự đan xen giữa hiện tượng dịch chuyển trượt, hiện tượng sụp đổ Hiện tượng sạt

lở thường được báo trước bằng các vết nứt sạt ăn sâu vào đất liền và kéo dài theo bờ sông, bờ biển Diễn biến phá hoại của sạt lở nhanh và đột ngột

Sạt lở bờ thường có xu hướng tái diễn nhiều năm, phạm vi ảnh hưởng rộng,

đe dọa phá hỏng cả cụm dân cư (sụt lún, nứt nhà cửa, mất đất 2 bên bờ sông vv .) đặc biệt là các cụm dân cư kinh tế lâu năm tại các vùng đồng bằng ven sông Thật ra, khó có thể thống kê một cách đầy đủ và chi tiết liên quan tới vấn

đề xói lở sông ngòi cũng như những nghiên cứu về xói lở bồi lấp lòng dẫn và chỉnh trị sông ngòi trong nước và trên thế giới Nhưng một cách tổng quan nhất

có thể dễ dàng nhận ra là trong những thập niên gần đây lũ lụt liên tục xảy ra nhiều kèm theo lũ lụt nó là xói lở - bồi lắng lòng dẫn sông ngòi gây phá hủy nhiều công trình dân sinh và gây tổn thất cho nhiều nền kinh tế Do đó cần thiết phải tập trung vào thực hiện các chương trình khai thác, tính toán được dòng chảy, dự báo được các biến động của sông, sử dụng hợp lý sông ngòi, phòng chống thiên tai, bảo vệ môi trường lãnh thổ

Quá trình xói, bồi, biến hình lòng dẫn, sạt lở bờ mái sông, bờ biển trong các điều kiện tự nhiên và có tác động của con người vô cùng phức tạp Việc xác định các nguyên nhân, cơ chế, tìm các giải pháp quy hoạch, công trình nhằm phòng, chống và hạn chế tác hại của quá trình sạt lở là việc làm có ý nghĩa rất lớn đối với sự an toàn của các khu dân cư, đô thị, đối với công tác quy hoạch, thiết kế và xây dựng các đô thị mới Quá trình nghiên cứu các giải pháp bảo vệ

bờ sông trên Thế giới đã được thực hiện liên tục trong hàng thập kỷ qua Nhiều giải pháp công nghệ bảo vệ bờ sông chống xói lở đã được đưa ra và đạt được những hiệu quả nhất định trong việc hạn chế xói lở, bảo vệ an toàn cho dân cư

và hạ tầng cơ sở ven sông Cho đến nay, việc nghiên cứu các giải pháp công

nghệ mới, cải tiến giải pháp cho công nghệ cũ nhằm nâng cao hơn công tác bảo

vệ bờ sông chống sạt lở vẫn đang được tiếp tục

Các công trình chống sạt lở bờ tiềm ẩn nhiều mối nguy hiểm dễ gây mất ổn định như xói chân, thiết kế không phù hợp, nền đất yếu, địa hình xói sâu, thi công không an toàn

Dưới đây là một vài hình ảnh về hiện tượng sạt lở bờ và khai thác cát trên sông, uy hiếp đe doạ trực tiếp đến an toàn bờ sông, các tuyến đê và tính mạng tài sản của nhân dân

Hình 1.6 Sạt lở bờ Kè sông Bảo Định, Tiền Giang

Hình 1.7 Chuyển vị Kè rạch Cái Khế, Cần Thơ (chuyển vị 50cm)

Hình 1.8 Sạt lở bờ Kè sông Cần Thơ (chuyển vị 50cm)

1.1.3 Phân tích các nguyên nhân chính gây sự cố các công trình đã được xây dựng:

1.1.3.1 Các nguyên nhân thông thường:

Các công trình bảo vệ bờ sông chịu tác động của rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên, bất thường mà con người không kiểm soát được như:

- Sự thay đổi điều kiện khí hậu, thủy văn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy động lực học dòng sông, tác động trực tiếp vào quá trình biến đổi lòng dẫn

và mất ổn định tuyến đường bờ

- Nền địa chất hai bên bờ sông thường rất yếu, độ ẩm đất cao và thay đổi theo mùa mưa và mùa khô;

- Các hệ thống sông ở đồng bằng sông của long nói chung và sông Vàm

Cỏ Tây nói riêng, hàng năm vào mùa lũ về nước từ thượng nguồn từ sông Mêkông đổ về rất mạnh gây ra sạt lở do dòng chảy và tác động từ tàu thuyền lưa thông vận chuyển hàng hóa gây sạt lở và nguy hiểm đến các tuyến đê

Người xử lý số liệu khảo sát địa hình (công tác nội nghiệp) chỉ xử lý trên máy mà không ra thăm quan thực địa công trình dẫn đến có sai sót mà không phát hiện ra

b Về thiết kế:

Đơn vị tư vấn thiết kế không đúng chuyên ngành, năng lực yếu kém

Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến, phần mền tính toán vào trong quá trình thiết kế còn hạn chế

Các tài liệu hướng dẫn thiết kế, tiêu chuẩn, quy phạm không được cập nhật thường xuyên

c Về thi công:

Trình độ thi công còn non kém, đội ngũ công nhân chủ yếu là công nhân chưa qua đào tạo, sử dụng các lao động thời vụ địa phương để phục vụ thi công; Biện pháp thi công chưa hợp lý, không tuân thủ nghiêm ngặt quy trình tổ chức thi công;

Công nghệ thi công còn lạc hậu, tiến độ không đảm bảo;

Khả năng ứng phó với các tình huống khẩn cấp khi xảy ra sự cố còn kém

d Về giám sát:

Đơn vị tư vấn giám sát không đúng chuyên ngành, năng lực kinh nghiệm yếu kém trong việc giám sát;

Giám sát thi công làm việc kiêm nhiệm (đảm nhiệm giám sát nhiều công trình)

và không thường xuyên có mặt ở hiện trường;

Cán bộ giám sát thi công mới ra trường thiếu kinh nghiệm thực tế

1.1.3.2 Một số nguyên nhân ứng với công trình cụ thể

Kết cấu công trình kè khá đơn giản, trong khi các tư vấn thiết kế tính toán

bố trí thép khá nhiều Do đó đa phần công trình mất ổn định là do nền móng, do công trình trên nền đất yếu, nền đắp nhiều gây chuyển vị lớn Khi công trình mất

ổn định tổng thể hoặc chuyển vị lớn gây phá hoại công trình

- Công trình kè Cái Khế, Cần Thơ: Có 30m kè tại khúc cong bờ lõm bị

chuyển vị 50cm do địa chất nền có lớp bùn dày 30m nhưng cọc chỉ dài 20m Bên cạnh đó phía sông không bảo vệ bị xói, tạo dốc đứng gây chuyển vị

Hình 1.9 Cắt ngang Kè Cái Khế, Cần Thơ

0.796

Name: Bun 1 Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 15 kN/m³ Cohesion: 10.5 kPa Phi: 0 °

Name: Bun 2 Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 15 kN/m³ Cohesion: 8.6 kPa Phi: 3.35 °

Name: Cat min Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 18.6 kN/m³ Cohesion: 2.5 kPa Phi: 25 ° Name: Lop 4

Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 18.05 kN/m³ Cohesion: 10.7 kPa Phi: 4.22 °

Name: Cat dap Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 18 kN/m³ Cohesion: 1.5 kPa Phi: 16.5 °

- Kè bờ sông Cần Thơ

MC 29 -2 9

MC 30 -3 0

MC 31 -3 1

MC 32 -3 2

1.087

1 12

7

1.127 1.2

87 1.4

07

1.40

7

0.898

ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ TẠI VỊ TRÍ SẠT LỞ (MC31)

Trường hợp có kể đến sức kháng cắt của cọc BTCT

Tính toán theo số liệu địa tầng khố khoang HK8B

(thông số lớp 1 tính theo số liệu cắt cánh hiện trường)

Lớp 2A Lớp 2

Lớp 3 Lớp 1 -0.8m

Khoảng cách -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76

Hình 1.12 Hiện trạng thực tế đã thi cơng đến trước thời điểm xảy ra sạt lở

cĩ gia tải trên đỉnh kè

1.2 Các kết quả nghiên cứu về cơng trình bảo vệ bờ sơng Vàm Cỏ Tây khu vực thành phố Tân An, tỉnh Long An:

Trên sơng Vàm Cỏ Tây thuộc thành phố Tân An, tỉnh Long An những năm gần đây được xây dựng khá nhiều cơng trình kè bảo vệ bờ sơng, ngồi nhiệm vụ bảo vệ bờ sơng cịn tạo mỹ quan cho khu vực Các kết cấu kè lựa chọn chủ yếu

là kè đứng kết hợp mái nghiêng và kè đứng cừ dự ứng lực Giới thiệu một số cơng trình kè đặc trưng sau:

- Kè điện lực Long An đến chợ cá Phường 2:

Hình 1.13 Vị trí tuyến Kè sông Vàm Cỏ Tây từ điện lực đến chợ cá

+ Khu vực lòng sông rộng khoảng 190m, lòng sông khá thoải, một số đoạn xói sâu đến cao trình -22m

+ Địa chất khu vực lớp lớp bùn mỏng, cao độ đáy lớp bùn từ -4,0m đến -6,0m + Kết cấu kè lựa chọn: Tường BTCT chữ L cao 1,70m trên nền cọc BTCT (1 hàng) dài 10m tiết diện 30x30cm Bên dưới tường là kè mái nghiêng mái

m = 2,50 lát tấm BT dày 15cm, dưới chân mái có dầm đỡ trên nền cọc Cơ kè tại cao trình -1,00m lát thảm đá

Hình 1.14 Cắt ngang Kè sông Vàm Cỏ Tây từ điện lực đến chợ cá

Hình 1.15 Phối cảnh Kè sông Vàm Cỏ Tây từ điện lực đến chợ cá

+ Hiện nay kè đã được xây dựng sau khi đã được các đơn vị Tư vấn và nhà khoa học phân tích 1 hàng cọc không ổn định nên đã bố trí 2 hàng cọc

Hình 1.16 Cắt ngang Kè sông Vàm Cỏ Tây sau khi điều chỉnh

- Kè sông Vàm Cỏ Tây đoạn từ ngã ba sông Bảo Định đến bến đò Chú Tiết

+ Khu vực lòng sông rộng khoảng 175m, lòng sông khá thoải, một số đoạn xói sâu đến cao trình -17,0m

+ Địa chất khu vực lớp lớp bùn mỏng, cao độ đáy lớp bùn từ -2,0m đến -5,0m

+ Kết cấu kè lựa chọn: Tường BTCT chữ L cao 2,70m trên nền cọc BTCT (1 hàng) dài 8,0m tiết diện 30x30cm và cừ dựng ứng lực bao che bên ngoài dài 9,0m Bên dưới tường trải thảm đá dày 30cm theo mặt đất tự nhiên

+ Hiện nay kè đã được xây dựng xong 1 đoạn

- Kè sông Vàm Cỏ Tây đoạn từ rạch Châu Phê đến cầu mới đường tránh thành phố Tân An, phường 5:

Hình 1.19 Vị trí tuyến Kè sông Vàm Cỏ Tây từ rạch Châu Phê đến cầu mới

đường tránh thành phố Tân An

+ Khu vực lòng sông rộng khoảng 182m, lòng sông khá thoải, một số đoạn xói sâu đến cao trình -20m

+ Địa chất khu vực phức tạp, cao độ đáy lớp bùn từ -6,0m đến -13,0m

Hình 1.20 Cắt ngang tuyến Kè tại vị trí có chiều dày bùn mỏng

+ Kết cấu kè lựa chọn: Đối với lớp bùn mỏng (cừ tràm cắm đến lớp đất tốt) Cọc BTCT dự ứng lực dài 17m, phía trong có bản giảm tải bằng vải địa trên nền

cừ tràm và kết hợp với bản neo Đối với lớp bùn dày kết cấu giảm tải là vải địa kết hợp với cọc BTCT ly tâm bố trí 2,0m/cọc, có mũ chụp để phân tán lực

Hình 1.21 Cắt ngang tuyến Kè tại vị trí có chiều dày bùn dày

Hình 1.22 Phối cảnh Kè

1.3 Nhận xét chung về những vấn đề đặt ra:

Hiện tượng sạt lở bờ sông, bờ kè đang diễn ra trên hầu hết các bờ sông ở Đồng bằng sông Cửu Long Sạt lở bờ thường có xu hướng tái diễn nhiều năm, phạm vi ảnh hưởng rộng, đe dọa phá hỏng cả cụm dân cư (sụt lún, nứt nhà cửa, mất đất 2 bên bờ sông vv .) đặc biệt là các cụm dân cư kinh tế lâu năm tại các vùng đồng bằng ven sông

Hiện nay có rất nhiều công trình bờ kè xây dựng nhưng bị mất ổn định Nguyên nhân có thể do chủ quan trong quá trình thiết kế, giám sát và thi công Nguyên nhân khách quan là do điều kiện tự nhiên như địa hình, địa chất và dòng chảy trong khu vực

Quá trình đô thị hóa ở Tân An, chủ yếu là dọc theo các kênh rạch và sông lớn trong thành phố Hiện tượng sạt lở bờ sông làm ảnh hưởng và gây nguy hại đến cơ sở hạ tầng và tính mạng người dân Do đó cần thiết phải tập trung vào nghiên cứu các giải pháp ổn định kè, đặc biệt tuyến Kè bờ sông Vàm Cỏ Tây đoạn qua thành phố Tân An đảm bảo ổn định và mỹ quan đô thị

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

KÈ BỜ SÔNG VÀM CỎ TÂY KHU VỰC TỈNH LONG AN

2.1 Nguyên tắc và các tiêu chuẩn thiết kế:

2.1.1 Nguyên tắc tính toán: Tính toán, thiết kế kè phải tuân thủ các nguyên tác chính sau:

- Phù hợp với địa chất: Giải pháp kỹ thuật đề xuất phù hợp với địa chất nền, đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả về kinh tế

- Phù hợp với địa hình lòng sông và tình hình sạt lở: Trong phạm vi dự án lòng sông tồn tại 2 hố xói có cao trình -20m Do đó giải pháp kỹ thuật cần bảo

vệ mái bờ sông và lòng sông, thả bao tải cát kết hợp thảm đá

- Phù hợp chế độ thủy văn: giải pháp kỹ thuật cần phù hợp với chế độ thủy văn khu vực dự án, không gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến dòng chảy

- Phù hợp với các hoạt động trong khu vực:

- Phù hợp với mặt bằng khu vực dự án

- Phù hợp với giá thành và thời gian xây dựng công trình

2.1.2 Các qui chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng:

Các qui chuẩn, tiêu chuẩn chính lựa chọn để tính toán kè:

- QCVN 04-05-2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia - Công trình thủy lợi, các quy định chủ yếu về thiết kế;

- QCVN 47-2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về quan trắc thủy văn;

- TCVN 8419-2010: Công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ - Qui trình thiết kế;

- 14 TCN 4-2003 Thành phần nội dung khối lượng điều tra khảo sát, tính toán thủy văn trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế CTTL;

- 14TCN 23 – 2002 - Quy trình sơ họa diễn biến lòng sông;

- 14 TCN 10-85: Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế;

- 22TCN 27-84: Qui trình khảo sát thủy văn;

- Dòng chảy lũ sông ngòi Việt Nam (Viện Khí tượng thủy văn - 1991);

- TCVN 2737 - 2005: Tải trọng và tác động - tiêu chuẩn thiết kế;

- TCVN 9152-2012: Quy trình thiết kế tường chắn công trình thuỷ lợi;

- TCVN 4253-2012: Nền công trình thủy công – Tiêu chuẩn thiết kế;

- TCVN 8422-2010: CTTL – Thiết kế tầng lọc ngược công trình thuỷ công;

- TCVN 8421-2010: CTTL – Tải trọng, lực tác dụng lên công trình do sóng & tàu;

- TCVN 10304-2014: Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế;

- 14TCN 110-1996: Chỉ dẫn thiết kế & sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thủy lợi;

- TCVN 9138 : 2012 Vải địa kỹ thuật - phương pháp xác định cường độ kéo của mối nối;

- TCVN 4116:1985 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán:

2.2.1 Tính toán kè đứng:

Tính toán tường cọc bản theo cân bằng tĩnh với đất ở trạng thái phá hoại dẻo suốt thân tường Phương pháp này giả thiết tường có độ cứng tuyệt đối Sử dụng kết quả nghiên cứu áp lực đất lên tường cứng của Rankine để tính toán

Ta xem xét 02 bài toán tường cọc bản có neo và không có neo trên cơ

a Tường cừ không có neo:

Phương án tường cọc bản không có neo thường được sử dụng trong trường hợp phần chênh lệch mặt đất trước và sau tường  10m

Khi tường cọc bản được đóng vào đất và không có neo, khối đất xung

quanh tường được chia làm 04 khu vực ứng với 02 trạng thái cân bằng giới hạn

chủ động và bị động như hình vẽ

a1 Tường cọc bản đóng vào đất cát không có neo:

Khi đóng vào đất cát không neo, tường cọc bản sẽ tự ổn định nhờ sự khác nhau của áp lực bị động và áp lực chủ động của đất tác dụng lên tường Ẩn số

của bài toán là chiều sâu D cắm vào nền

Do sự chênh lệch cao độ mặt đất tác động lên sau và trước tường và với giả thiết tường tuyệt đối cứng, phần áp lực đất sau lưng tường trên mặt nạo vét sẽ làm xoay tường xung quanh điểm O

Để thuận lợi cho việc thiết lập các công thức tính toán, ta xem sự phân bố

áp lực đất lên tường là đường thẳng

Sơ đồ tính toán tường cọc bản trong đất cát được thể hiện như hình vẽ

(a) Mặt nạo vét

Mực

nước ngầm

F'' F

1 p

P L

H

D'

Hình 2.2 Sơ đồ tính tường cọc bản trong nền cát (a) Sự biến thiên biểu đồ áp lực rịng

(b) Sự biến thiên moment

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

p1 = L1ka

2 45 (

Trong đĩ: ’= sat -w – trọng lượng riêng đẩy nổi của đất

Trên điểm xoay O, bên trái là áp lực bị động, bên phải là áp lực chủ động Tại độ sâu z, tính từ mặt đất sau tường, áp lực chủ động là:

pa = [L1 + ’L 2 + ’(z - L 1 - L2)]ka

Áp lực bị động tại độ sâu z > L 1 + L2 là:

pp = ’(z - L1 - L2)kp

2 45 (

p2 - ’(z – L)(k p - ka) = 0



) (

'

2 3

a

k

p L

2

3

L

L p

3

) 3

Hay ( ) 0

2

1 2

1

4 3 5 4

( 2

1 ) 3

)(

2

1 ( )

4 3

4 3

5

2

p p

P L p

'

5 1

a

k

p a







) (







2 2

5 3

) (

'

] ) (

' 2 [ 6

a p

a p k k

p k k z P

5 4

) (

'

) 4 6

) ' (

2

1 z 2 k p k a 

' ) (

2 '

1 )](

( ' ' 2

1 [ ) '

a.2 Tường cứ đĩng vào đất sét khơng cĩ neo

Khi tường cọc bản đĩng vào nền sét, phần phía sau tường được đắp bằng cát

Ổn định tường cĩ được cũng nhờ sự chênh lệch áp lực bị động và chủ động trước và sau tường Nhưng với sét trong điều kiện khơng thốt nước u = 0 nên ka = kp = 1,

sự khác nhau của 02 áp lực này chính là nhờ lực dính

Sơ đồ tính tốn tường cọc bản trong đất sét được thể hiện như hình vẽ

L 2 L

Mặt nạo vét

p

Hình 2.3 Sơ đồ tính cừ trong nền sét Tại bất kỳ độ sâu z > L 1 + L2 và trên điểm xoay O, áp lực chủ động từ phải qua trái như sau:

a a

L z L

L c L

L z p

L

Tương tự, áp lực chủ động từ trái qua phải:

c D

p a  sat  2

Ta được áp lực ròng tại chân tường:

c L

L p

p

Điều kiện cân bằng giải tích: FH = 0, tức là:

Diện tích biểu đồ áp lực (ACDE) – diện tích (EFIB) + diện tích (GIH) = 0

2

1

7 6 4 6

4

với P 1 : lực tương đương với diện tích (ACDE)

Đơn giản biểu thức trên ta được:

c

P L L

c D L

4

)]

' (

8 ( 2

1 2 )]

' (

4 [ )

2 2 1

) 12 (

2 )]

' (

4 [

2 1

1 1

1 1 2

z c P P DP L

L c D









Giải phương trình trên ta được chiều sâu D cần đĩng vào lớp sét Trong thực tế thường lấy Dthực = (1,4  1,6)Dlý thuyết

1

2

1 ) ' (z z p z P

b Tường cọc bản đĩng trong đất cĩ neo:

Khi phần trên lệch mặt trước và sau tường > 10m, phương án tường cĩ neo

sẽ kinh tế hơn

Cĩ 02 cách tính tốn tường cọc bản đĩng trong đất cĩ neo dựa trên 02 giả thiết khác nhau:

- Chân tường dịch chuyển tự do

- Chân tường ngàm trong đất

Mặt nạo vét Độ võng

(b) Neo

Hình 2.4 Biểu đồ tường độ võng và moment của tường cọc bản cĩ neo (a) Chân tường, dịch chuyển tự do; (b) Chân tường ngàm trong đất

Trong thực tế, giả thiết chân tường dịch chuyển tự do thường được sử dụng trong thực tế, ta sẽ giải bài tốn dựa trên giả thiết này

b1 Tường cọc bản đĩng trong đất cát cĩ neo:

Sơ đồ tính như hình vẽ

z L

Cát

 sat

c=0 D

C

l 2

Hình 2.5 Sơ đồ tính tường cọc bản trong đất cát cĩ neo

Áp lực đất ở độ sâu z = L 1, ngang mực nước ngầm:

2 3

a

k

p L

L z

' 2

1

L k k P

Trong đó: P là diện tích biểu đồ áp lực (ACDE)

F: lực kéo của thanh neo tính trên đơn vị chiều dài

* và M / O'  0

0 ] 3

2 [

)]

( ' [ 2

1 )]

( )

) (

'

)]

( ) [(

3 ) (

5 ,

L l L L

1 ) ( 2

1 1

1 1

1L F  p zL  k zL 

Giải phương trình trên ta được độ sâu z mà tại đó lực cắt triệt tiêu, moment đạt giá trị cực đại Từ đó ta tính được Mmax như cách đã trình bày trong bài toán 1

A A

Neo l1 F

l 2

p1 C

P z

Hình 2.6 Sơ đồ tính tường cừ trong đất sét có neo

Phân tích áp lực tác động lên tường tương tự như trường hợp không neo, sau cùng ta có:

) ' (

D p P

F  1  6



* và M / O'  0

0 ) 2 (

) ( 1 2 1 1 6 2 2

0 ) (

2 ) (

c Phương pháp Tính tốn tường cọc bản dựa trên mơ hình nền Winkler:

Nội dung: xem tường cọc bản là 1 dầm đặt trên nền đàn hồi biến dạng cục

bộ theo phương ngang, tường cĩ độ cứng hữu hạn

Phương pháp này chỉ xét đến độ lún (chính là chuyển vị của tường) ở nơi đặt lực, khơng xét đến biến dạng ở ngồi diện gia tải

Mơ hình nền Winkler được thể hiện bằng một hệ thống lị xo làm việc độc lập với nhau

Neo

Lò xo đàn hồi

Hình 2.7 Mơ hình tính tốn tường cọc bản với nền biến dạng cục bộ

Ta xem tường cọc bản cắm vào đất là dầm đặt trên nền đàn hồi cục bộ xoay 90o

Mối quan hệ giữa cường độ áp lực đất tác dụng lên tường và chuyển vị của tường (hay chuyển vị ngang của đất):

p(z) = k.y(z) Trong đĩ: k – hệ số nền Tùy theo quan điểm tính tốn của mỗi nhà bác học, hệ số nền k được xem như phụ thuộc vào loại đất nền, chiều sâu, kích thước mĩng, vật liệu mĩng

Theo tiến sỹ E.Rausch và nhà bác học O.A.Xavinơv, hệ số nền k phụ thuộc vào modul biến dạng của nền, diện tích đáy mĩng và tỷ số các cạnh đáy mĩng

Theo quy phạm của Liên Xơ cũ: hệ số nền tăng tuyến tính theo chiều sâu:

k = m.z Trong đĩ:

m: Hệ số tỉ lệ của hệ số nền, được xác định từ thí nghiệm đối với mỗi loại đất

z: Độ sâu kể từ cao trình nền

Theo Versic, hệ số nền k được tính theo công thức:

12 4 2

1 65

,

0

F F

s s

I E

B E E k

F F

s s

I E

B E B

E k

EF - modul đàn hồi của vật liệu móng

IF – modul quán tính của tiết diện ngang móng

 - hệ số Poisson

Trong thực tế hệ số nền thường được tính theo công thức:

) 1 (  2



B

E k

4

4



m z y z dz

z y d EJ

( 1 2 0 )

( 1 0 ) ( 1 0 )

EJ

H C

EJ

M B

A y z y

Trong đó:

5

EJ

B m

! 10 6

! 5 1

10 10

5 )

! 11 7 2

! 6 2

16 11

6 )

! 12 8 3

! 7 3

! 2

17 12

7 2

! 13 9 4

! 8 4

! 3

18 13

8 3

( 2 0 ) ( 2 0 2

)

D EJ

H C

EJ

M B

A y

( 3 0 ) ( 3 0 2

)

D EJ

H C

EJ

M B

A y EJ

( 4 0 ) ( 4 0 3

)

D EJ

H C

EJ

M B

A y EJ

dA A

z n z

n

) ( )

(

1 

z d

dB B

z n z

n

) ( )

(

1 



z d

dC C

z n z

n

) ( )

(

1 



z d

dD D

z n z

n

) ( )

(

.

0 0 0

0 0

0 0 0 0 0

M H

M H

y

mm mh

hm hh

 : chuyển vị xoay do M0 = 1 gây ra

Tóm tắt các bước dùng tính toán tường cọc bản dựa trên mô hình nền Winkler:

+ Bước 1: Giả sử chiều sâu tường cắm vào đất (h) và tiết diện tường trên cơ

sở đã biết số liệu địa chất, tải trọng ngoài

+ Bước 2: Xác định moment lớn nhất trên tường cọc bản theo phương pháp

thử dần (tăng dần chiều sâu z, từ z = 0 đến z = h)

+ Bước 3: Từ kết quả của bước 2, ta xác định được tiết diện cần thiết của

tường cọc bản, so sánh với giá trị giả thiết ban đầu Nếu không đạt quay lại bước

1 (chọn lại tiết diện tường cọc bản ), nếu đạt thực hiện bước 4

+ Bước 4: Xác định chuyển vị của tường theo phương trình (*), từ đó xác

định được ứng suất tác dụng lên đất p(z) theo phương trình (1)

+ Bước 5: Tính toán khả năng chịu tải của đất y(z) theo phương ngang dựa trên số liệu địa chất đã biết theo công thức:

)

( cos

4 )



+ Bước 6: So sánh p(z) và k.y(z) (k: Hệ số an toàn)

Nếu p(z) k y(z) : Đạt yêu cầu

Nếu p(z) k y(z) : quay lại bước 1 (chọn lại chiều sâu h) (thường kiểm tra

Nội dung phương pháp: Tường cọc bản được chia thành một số phần tử

dạng thanh chịu uốn Đất tiếp giáp với cọc được mô phỏng thành gối tựa lò xo tác dụng tại các nút Việc xác định độ cứng lò xo gối tựa dựa trên mô hình nền

biến dạng cục bộ Trên cơ sở đó thành lập các hệ phương trình để giải, từ đó xác định được các thông số cần thiết

Phần trình bày cách giải chi tiết theo phương pháp phần tử hữu hạn được thể hiện ở phương pháp 3 dựa trên mô hình nền đàn hồi dẻo thuần túy Mô hình này mang tính tổng quát và sát với thực tế làm việc của đất nền hơn mô hình Winkler

2.2.2 Tính toán kè đứng kết hợp mái nghiêng:

Phương pháp tính toán kè đứng kết hợp mái nghiêng có kể đến sức kháng cắt cọc của 22 TCN 207-92 khi tính toán ổn định chung của công trình theo sơ

đồ trượt sâu với giả thiết mặt trượt trụ tròn Đối với công trình cấp III, theo

Mtr – Mô men của các lực gây trượt ứng với tâm cung trượt

Mg – Mô men của của các lực giữ ứng với tâm cung trượt

Pn – Tải trọng tác dụng lên dải: Pn = q b

n – góc hợp bởi đường pháp tuyến của trung tâm dải n với đường thẳng đứng

b – chiều rộng của dải đất

Ln – chiều dài dải cung trượt thứ n

C, - lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất

Q - Sức kháng cắt của cọc

Qc = 4Mc/(tZL);

tZ = tn / 1,25;

Trong đó:

Mc: Mô men kháng cắt của cọc

tz : nửa chiều dài đoạn cọc bị uốn giữa 2 mặt phẳng ngàm

tn : khoảng cách từ mặt trượt đến chân cọc

L : khoảng cách cọc (m)

Theo TCVN 4116-1985 tính được Mc như sau:

Mc = Mgh = Ra.Fa.(ho-a')

Trong đó:

Ra: Cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép

Fa: diện tích cốt thép chịu kéo của 3 thanh thép 22

tz : nửa chiều dài đoạn cọc bị uốn giữa 2 mặt phẳng ngàm

tn : khoảng cách từ mặt trượt đến chân cọc

Thay các trị số vào các công thức trên:

+  ; c (xác định theo từng mặt cắt tính toán hiện trạng cắt cánh)

d Nhận xét:

- Tính toán cung trượt trụ tròn có thể sử dụng rất nhiều phương pháp như Fellenius, Bishop, Morgen…và hiện này có nhiều phần mềm hỗ trợ tính toán khá chính xác

- Giá trị sức kháng cắt của cọc phá hoại không theo cơ chế lực cắt từ vật liệu mà lực cắt xác định từ mô men và chiều dài phần cọc ngàm trong đất Đối với công thức tính toán trên chỉ phù hợp cho nền đồng chất và xem như hiệu áp lực đất bị động và chủ động không thay đổi từ mặt trượt đến mũi cọc

Trong khi tính toán cho kè trên nền đất yếu thì cọc thường cắm vào ít nhất

2 lớp đất bùn và lớp đất có khả năng chịu tải tốt Đồng thời cung trượt qua cọc thường tại vị trí đất bùn nên giá trị sức kháng cắt sẽ khác xa khá nhiều so với tính theo công thức gốc

Do đó tính toán sức kháng cắt cọc sẽ giả thiết lực tác dụng lên vị trí cung trượt đi qua và tính thử dần cho đến khi đạt đến giới hạn của mô men cọc cà chiều dài cọc

2.2.3 Các phần mềm hỗ trợ tính toán:

a Phần mềm Prosheet:

Đây là phần mềm rất thuận tiện trong tính toán sức chịu tải ngang của cọc, nhất là tính toán cho các loại cừ Kết quả tính toán khá tương đồng với phương pháp đồ giải và giải tích Số liệu nhập vào đơn giản và phần mềm dùng để tính toán tường cừ và sức kháng cắt của cọc

b Phần mềm Geoslope:

Phần mềm khá thông dụng trong tính toán ổn định cung trượt trụ tròn hoặc cung trượt bất kỳ Phần mềm này có thể tính toán ổn định cho đất có cốt như vải địa kỹ thuật, cọc, neo…

c Phần mềm Geo 5:

Geo 5 phù hợp cho tính toán tường chắn đất và cừ đứng dự ứng lực Tính toán nội lực tường cừ theo bài toán ứng suất tổng hoặc ứng suất hiệu

d Phần mềm Sap 2000:

Sử dụng phần mềm để tính toán kết cấu không gian với phần tử tấm và phần tử thanh cho kết cấu kè tường chắn đất Liên kết giữa cọc và nền đất bao xung quanh là các lò xo

2.3 Đề xuất giải pháp xây dựng ổn định kè bờ sông Vàm Cỏ Tây thành phố Tân An, tỉnh Long An:

Kè khu vực thành phố Tân An ngoài yếu tố ổn định cần lựa chọn kết cấu kè đảm bảo tính mỹ quan

2.3.1 Phân tích ưu nhược điểm các loại kết cấu kè:

a Kết cấu kè đứng bằng cừ ván bê tông dự ứng lực:

Là loại hình kè dùng cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực đóng sâu đủ chiều dài đảm bảo ổn định, kỹ thuật cho phép, có thể kết hợp với hệ thống cọc neo hoặc gia cố nền đất sau kè và phần gia cố chân kè bằng thảm đá để hạn chế xói chân kè

- Tường kè bằng cọc ván BTCT dự ứng lực loại cừ và chiều dài tùy theo từng đoạn

- Cao trình đỉnh kè +2,50m, đỉnh kè bằng BTCT

- Chân kè cao trình thường từ +0,20m đến -1,50m tùy thuộc vào địa hình khu vực

Hình 2.9 Kết cầu kè đứng có chiều dày bùn mỏng và chênh lệch cao độ

vi giải tỏa ít, không gian bố trí neo không đủ lớn nên giải pháp neo thường không hiệu quả Một số trường hợp neo xuống đường dọc theo bờ kè không ổn định lâu dài

Theo kết quả khảo sát địa chất, trên tuyến chia làm 02 đoạn với địa tầng đặt trưng

Hình 3.10 Kết cầu kè đứng cho đoạn bùn mỏng

- Trường hợp có lớp bùn sét dày: Ngoài kết cấu cừ ván, sau cừ ván sử dụng sàn giảm tải mềm bằng vải địa kỹ thuật, sử dụng cọc ống ly tâm để kháng lún tường vải địa

Hình 2.11 Kết cầu kè đứng cho đoạn bùn sâu