Phân tích ổn định và độ bền tường kè bảo vệ bờ sông dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước

Ngoài các giải pháp đơn giản truyền thống như: Kè mái dốc, kè mỏ hàn, mái nghiêng bằng đá hộc, lõi đất, đá xây, tấm bê tông, chúng ta đã và đang áp dụng thành tựu khoa học công nghệ xây

Trang 1

NGUYỄN VĂN CHƠN

Trang 2

NGUYỄN VĂN CHƠN

Trang 3

LỜI CÁM ƠN

Trong thời gian thực hiện Luận văn, học viên đã nhận được sự trợ giúp quý báu của rất nhiều tổ chức và cá nhân Học viên muốn được bày tỏ lòng cám ơn chân thành tới các Phòng, Ban cùng tập thể Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là các thầy cô tại cơ sở 2 đã trang bị những kiến thức mới về khoa học kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Phó Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc - người đã trực tiếp hướng dẫn cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian thực hiện Luận văn

Một lần nữa tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc và lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công trong cuộc sống tới Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc

TÁC GIẢ

Trang 4

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢNG CAM KẾT

Tôi xin cam kết tất cả các nghiên cứu trong luận văn này là kết quả nghiên cứu của chính bản thân tôi thực hiện trong khoá học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi dưới sự hướng dẫn nghiên cứu khoa học của PGS.TS Phạm Văn Quốc Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về lời cam kết của mình

Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2015

Trang 5

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU I

1.TÍNHCẤPTHIẾTCỦAĐỀTÀI 1

2.MỤCĐÍCHCỦAĐỀTÀI 1

3.CÁCHTIẾPCẬNVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2

4.KẾTQUẢĐẠTĐƯỢC 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1.THÀNH TỰUXÂY DỰNG CÔNGTRÌNHBẢO VỆBỜSÔNG ỞĐBSCL VA TPHCM 5

1.2 TÌNH HÌNH XÓI LỞ BỜ SÔNG VÀ GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG Ở THÀNHPHỐHỒCHÍMINHVÀĐỒNGBẰNGSÔNGCỬULONG 12

1.2.1 Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHCN bảo vệ bờ sông 13

1.2.2 Một số công trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu 15

1.2.3 Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để xây dựng kè bảo vệ đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long 16

1.3.PHƯƠNGPHÁPTÍNHTOÁNTƯỜNGKÈVÁNCỌCBTCTDƯL 17

1.3.1 Một số sơ đồ mô tả hư hỏng, sự cố tường kè bản cọc bê tông cốt thép 18

1.3.2 Chuyển vị ngang của tường bản cọc 21

1.3.3 Phương pháp đơn giản tính toán tường kè bản cọc BTCT DƯL 21

1.4.KẾTLUẬNCHƯƠNG1 25

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH SỐ PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH TOÁN THẤM, ỔN ĐỊNH TRONG GEOSLOPE - STUDIO 2007 VÀ TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CÔNG TRÌNH TRONG PLAXIS 8.5 26

2.1.KHÁINIỆMCHUNGVỀMÔHÌNHSỐPTHH 26

2.2.MÔHÌNHSỐPTHHTÍNH THẤMTRONGGEOSLOPE-STUDIO 28

2.2.1 Phương trình vi phân chủ đạo 28

2.2.2 Thuộc tính của đất 29

2.2.3 Hàm thấm 29

2.2.4 Các bước tính toán 32

Trang 6

2.2.5 Trình xuất kết quả tính toán 33

2.2.6 Nhận xét 34

2.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRONG GEOSLOPE -STUDIO 34

2.3.1 Khái niệm áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất hiệu quả 34

2.3.2 Một số phương pháp tính toán ổn định mái dốc trong Slope/W 35

2.3.2.1 Phương pháp Bishop 35

2.3.2.2 Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc khác trong Geo-slope 36 2.4.MÔHÌNHSỐPTHHTÍNHTOÁNĐỘBỀNCÔNGTRÌNHTRONG 36

2.4.1 Phương trình vi phân chủ đạo để tính toán ứng suất - biến dạng 36

36

2.4.1.2 Toạ độ Lode 37

2.4.1.3 39

– 41

2.4.2 Điều kiện biên giới 43

2.4.3 Tải trọng tính toán 43

2.4.4 Thuộc tính vật liệu 44

44

45

46

2.4.4 thông 47

2.4.5 Các bước tính toán 51

2.4.6 Trính xuất kết quả tính toán 55

2.4.7 Nhận xét 55

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG XÓI LỞ BỜ TẢ ĐOẠN SÔNG THỊ XÃ HẬU GIANG 57

Trang 7

3.1 GIƠI THIÊUĐOAN SÔNG THI XA NGA BAY CUA KÊNH QUAN LÔ

-PHUNGHIÊP 57

3.1.1 Giới thiệu chung 57

3.1.2 Điều kiện địa hình 61

3.1.3 Điều kiện địa chất công trình 62

3.1.4 Điều kiện thủy văn thủy lực của đoạn sông 65

3.1.5 Diễn biến và dự báo xói lở bờ tả của đoạn sông 65

3.1.6 Yêu cầu giao thông và c 66

3.2.CACPHƯƠNGANCÔNGTRINHCHÔNGXOILƠ BƠ TA ĐOANSÔNG THI XA NGA BAY 67

3.2.1 Kè mỏ hàn (ưu nhược điểm, tính khả thi áp dụng) 67

3.2.2 Kè mái dốc 69

3.2.3 Tường kè bê tông cốt thép (tường trọng lực, tường bản góc) 71

3.2.4 Tường kè dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 73

3.3.CHONPHƯƠNGANCÔNGTRINHCHÔNGXOILƠ BƠ TA ĐOAN 78

3.4.KÊTLUÂNCHƯƠNG3 78

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN TƯỜNG KÈ BẢN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC BỜ TẢ ĐOẠN S HẬU GIANG 79

4.1.TÀILIỆUĐẦUVÀOĐỂTÍNHTOÁN 79

4.1.1 Mặt cắt điển hình để tính toán 79

4.1.2 Chế độ mực nước tính toán 79

4.1.3 Thuộc tính của các lớp tính toán 79

4.1.4 Thuộc tính của bê tông cốt thép của bản cọc 80

4.1.5 Phương án tính toán 81

4.2.KẾTQUẢTÍNH TOÁNTHẤMVÀỔNĐỊNHPHƯƠNGÁN1(THEODỰ BÁOXÓILỞ) 82

4.2.1 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 82

4.2.2 Số liệu tính toán 82

Trang 8

4.2.3 Kết quả tính toán thấm bằng Seep/W: Đường bão hòa, lưu lượng thấm và

Gradient thấm 83

4.2.4 Kết quả tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop 84

4.2.5 Sơ bộ chọn cao trình đáy bản cọc theo điều kiện dự báo xói lở 84

4.3.KẾTQUẢTÍNHTOÁNỨNGSUẤTVÀBIẾNDẠNGPHƯƠNGÁN2A 84 4.3.1 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 84

4.3.3 Kết quả tính toán ứng suất 87

4.3.4 Kết quả tính toán biến dạng 87

4.3.5 So sánh với các chỉ tiêu cho phép về cường độ và biến dạng 88

4.3.5.1 So sánh với các chỉ tiêu cho phép về cường độ 88

4.3.5.2 So sánh với các chỉ tiêu cho phép về biến dạng 88

4.3.5.3 So sánh với các chỉ tiêu ổn định tổng thể 88

4.3.6 Kết quả kiểm tra các phương án chiều dài cừ cho phương án 2A 88

4.4.KẾTQUẢTÍNHTOÁNỨNGSUẤTVÀBIẾNDẠNGPHƯƠNGÁN2B 89 4.4.1 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 89

4.4.2.S 90

4.5.KẾTQUẢTÍNHTOÁNỨNGSUẤTVÀBIẾNDẠNGPHƯƠNGÁN3 93

4.5.1 Lưới phần tử của mặt cắt tính toán 93

Trang 9

4.5.6 Kết quả kiểm tra các phương án chiều dài cừ cho phương án 3 95

4.6.PHÂNTÍCHHIỆUQUẢKỸTHUẬTCỦAPHƯƠNGÁN2A,2BVÀ3 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

Trang 10

Hình 1.1:Bờ kè kênh xáng Xà No HG Hình 1.2: Bờ kè Maspero Sóc Trăng 6

Hình 1.3: Bờ kè kênh Thanh Đa 7

7

Hình 1.5: Bờ kè – 8

Hình 1.6: Bờ – 8

Hình 1.7: 9

Hình 1.8 9

9

Hình 1.10: 9

Hình 1.11: 9

Hình 1.12: 10

Hình 1.13: 10 10

Hình 1.15: 10

Hình 1.16: 10

Hình 1 10

A, Tân Hưng, Long An 11

11

Hình 1.2 11

Hình 1.24: Bờ kè chống sạt lở tp Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai 15

Hình 1.25: Bờ kè chống sạt lở thị trấn Tân Thạnh - tỉnh Long An 15

Hình 1.26: Bờ kè cảng Holcim - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 16

Hình 1.27: Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương 16

Trang 11

Hình 1.28: Trượt vòng cung sâu bên dưới chân tường 19

Hình 1.29: Sự cố tường bị xoay 19

Hình 1.30: Sự cố gẫy bản cọc do ứng suất vượt quá cường độ của vật liệu 19

Hình 1.31: Sự cố nhổ neo và đứt cáp neo 20

Hình 1.32: Sự cố phá vỡ kết cấu tại điểm neo cáp 20

Hình 1.33: Sơ đồ chuyển vị của tường bản cọc không có neo 21

Hình 1.34: Sơ đồ chuyển vị của tường bản cọc có neo 22

Hình 1.35: Sơ đồ cân bằng các lực lên tường ván cọc thẳng đứng 23

Hình 1.36: Sơ đồ dầm của bản tường 23

Hình 1.37: Biểu đồ phân bố ngoại lực Q, lực cắt V và Mô men M trên tường 24

Hình 2.1: Cửa sổ khai báo hàm thấm 29

Hình 2.2: Dạng đồ thị của hàm thấm 31

Hình 2.3: Lựa chọn hàm thấm 31

Hình 2.4: Nhập số liệu tính toán 32

Hình 2.5: Đường cong biểu thị hàm thấm 32

Hình 2.6: Cửa sổ khai thác kết quả 33

Hình 2.7: Sơ đồ tính lực thấm từ áp lực nước lỗ rỗng tác dụng lên cung trượt 35

Hình 2.8: Sơ đồ tính lực thấm từ áp lực nước lỗ rỗng của PP Bishop đơn giản 35

Hình 2.9: Hướng các thành phần ứng suất 36

Hình 2.10: Trục hệ toạ độ 39

Hình 2.11 ets 45

Hình 2.12 45

Hình 2.13 46

Hình 2.14 Plaxis 47

Hình 2.15 47

Hình 2.16 - Coulomb 48

Hình 2.17 – Soil 49

Hình 2.18 – Soil 50

Hình 2.19: Cửa sổ hệ số triết giảm cường độ 50

Trang 12

ettings 51

51

52

53

.26 53

54

55

Hình 3.1: Bản đồ hành chính thị xã Ngã Bảy 60

69

70

71

72

73

Hình 3.8: 73

74

Hình 4.1: Mặt cắt điển hình tính toán 79

Hình 4.2: Mặt cắt ngang tường cừ tính toán 81

Hình 4.3: Chia lưới phần tử 82

Hình 4.4: Đường bảo hào và lưu lượng thấm 83

Hình 4.5: Biểu đố phân bố Gradient thuỷ học xy 83

Hình 4.6: Hệ số ổn định theo Bishop (0.611) 84

Hình 4.7: Chia lưới phần tử mặt cắt tính toán 85

Hình 4.8: Nội lực trong tường cừ 87

Hình 4.9: Chuyển vị tại điểm A đỉnh cừ Ux=0.564m 87

Trang 13

Hình 4.10: Chuyển vị tại điểm B cách đỉnh cừ 7m – Uy =0.426m 88

Hình 4.11: Hệ số an toàn FS = 1.292 88

Hình 4.15: Chuyển vị tại điểm B cách đỉnh cừ 7m – Uy=0.305m 92

Hình 4.20: Chuyển vị tại điểm B cách đỉnh cừ 7m – Uy=0.312m 95

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Số liệu mực nước 65

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL bê tông 620 Châu Thới 75

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL của CTCP Sở hữu Thiên Tân 76

Bảng 4.1: Thuộc tính các lớp tính toán 79

Bảng 4.2: Thuộc tính bê tông cốt thép bản cọc 81

Bảng 4.3: Các số liệu tính toán 82

Bảng 4.4: Các thông số tính toán 85

Bảng 4.5: Kiểm tra chiều dài cừ theo các phương án 88

Bảng 4.6: Các số liệu tính toán 90

Bảng 4.7: Nội lực trong cọc 91

Bảng 4.8: Nội lực trong thanh neo 94

Bảng 4.9: Kiểm tra chiều dài cừ 95

Trang 14

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ở nước ta nói chung và thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng, hiện tượng sạt lở bờ sông diễn ra g nghiêm trọng, hàng năm nhà nước phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt cho các đoạn sông cong xói lở mạnh uy hiếp dải dân cư ở hai ven

bờ Ngoài các giải pháp đơn giản truyền thống như: Kè mái dốc, kè mỏ hàn, mái nghiêng bằng đá hộc, lõi đất, đá xây, tấm bê tông, chúng ta đã và đang áp dụng thành tựu khoa học công nghệ xây dựng tiên tiến để chống sạt lở bờ sông như: Cấu kiện bê tông liên kết mảng, mỏ hàn kiểu cọc có dầm đỉnh, mỏ hàn hoàn lưu đảo chiều dòng chảy, tường kè bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực…

-trình kè bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ tính mạng, tài sản của nhân dân trước nguy cơ sạt lở, mà còn giúp cải thiện môi trường, mở ra không gian đô thị thông thoáng, tạo điều kiện vui chơi giải trí cho người dân và đặc biệt là tạo tiền đề cho sự phát triển văn hóa, du lịch chợ nổi Ngã Bảy

Vì vậy, đề tài luận “Phân tích ổn định và độ bền tường kè bảo vệ bờ sông

dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước“ có ý nghĩa khoa học, thực tiễn và

cấp thiết

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Tổng hợp, phân tích, đánh giá tình hình xói lở bờ sông, ưu nhược điểm và hiệu quả của các loại kết cấu kè chống sạt lở bờ sông ở thành phố Hồ Chí Minh và vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Giới thiệu ưu nhược điểm, tình hình sử dụng bản cọc bê tông bê tông cốt thép ứng suất trước làm tường kè bảo vệ bờ sông, bờ biển trên thế giới và tại Việt Nam

Trang 15

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu lý luận về tính toán ổn định và độ bền công trình và phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn về tính toán ổn định và độ bền công trình thông qua ứng dụng các phần mềm GeoSlope - Studio, Plaxis

Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở, đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

Nghiên cứu xác định các phương án giải pháp kết cấu kè chống gây sạt lở bờ

tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

Sử dụng phần mềm GeoSlope - Studio, trong đó mô đun Seep/W để tính toán thấm, mô đun Slope/W để tính toán ổn định tổng thể mái dốc bờ sông cho trường hợp hiện trạng và cho trường hợp dự báo xói sâu hơn ở chân tường kè để có căn cứ xác định sơ bộ chiều sâu bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực của bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

Sử dụng phần mềm Plaxis để tính toán ứng suất, biến dạng cho hệ tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực và khối đất bảo vệ của bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định và độ bền của hệ tường kè và khối đất bảo vệ để xác định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực của bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Cách tiếp cận

Thu thập, nghiên cứu, tiếp thu thành tựu khoa học KHCN trên thế giới, cập nhật các tài liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên cứu, các kết cấu công trình kè bảo

vệ bờ sông thực tế trên thế giới

Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các đoạn bờ sông cong chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long Tổng hợp về ứng dụng thành tựu KHCN trong đó có bản cọc bê tông cốt thép dự

Trang 16

ứng lực để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các đoạn

bờ sông cong chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở nước ta

toán được rời rạc hóa bởi các phần tử tam giác biến dạng phẳng 15 điểm nút, kết quả mô phỏng cho thấy được trường ứng suất, chuyển vị và hệ số ổn định Phân tích

ổn định và biến dạng công trình bờ kè được mô phỏng quá trình làm việc thực tế, xét theo từng giai đoạn làm việc như: Thi công, san lấp, cố kết và tải trọng phân bố đều trên bề mặt

nhiều tiện ích, nổi tiếng của Geo-Slope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán, phân tích thấm và ổn định

Điều tra, thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tình hình xói lở và công trình kè đã thi công xây dựng xong cho bờ tả đoạn sông cong thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long Lấy đó làm trường hợp nghiên cứu, phân tích của luận văn

b Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp sau đây được sử dụng trong luận văn:

 Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu thu thập trong và ngoài nước

Trang 17

4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

tài liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên cứu, các kết cấu công trình kè bảo vệ bờ sông thực

tế trên thế giới Tình hình xói lở bờ sông, ưu nhược điểm và hiệu quả của các loại kết cấu kè chống sạt lở bờ sông ở thành phố Hồ Chí Minh và vùng Đồng bằng sông Cửu Long Giới thiệu ưu nhược điểm, tình hình sử dụng bản cọc bê tông, bê tông cốt thép ứng suất trước làm tường kè bảo vệ bờ sông, bờ biển trên thế giới và tại Việt Nam

Tổng hợp nghiên cứu phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn tính thấm và giới thiệu phần mềm GeoSlope - Studio - 2007 Phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn tính toán độ bền công trình và giới thiệu phần mềm Plaxis

Nghiên cứu trường hợp Kè chống sạt lở bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang, bao gồm: Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở, đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang Xác định các phương án giải pháp kết cấu kè chống gây sạt lở bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang Dùng mô đun Seep/W để tính toán thấm, mô đun Slope/W để tính toán ổn định mái dốc bờ sông cho trường hợp hiện trạng và cho trường hợp dự báo xói sâu hơn ở chân tường kè để có căn cứ xác định

sơ bộ chiều sâu bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực Dùng phần mềm Plaxis để tính toán ứng suất, biến dạng cho hệ tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực và khối đất bảo vệ của bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định và độ bền của hệ tường kè và khối đất bảo vệ để xác định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực của bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản

Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang

Rút ra kết luận và kiến nghị

Trang 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 THÀNH TỰU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Ở

T

Công trình kè là một trong những phương pháp thường được sử dụng để bảo

vệ các công trình ven sông phổ biến khá nhiều trong nước Tuy nhiên hiệu quả của

bờ kè trong việc chống sạt lở tại những khu vực có khả năng sạt lở cao như thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long c



c

Trang 20

Hình 1.

Trang 23

nh 1.12:

Hình 1.14: Kết cấu kè Long Bình, đoạn tường Hình 1.15:

Hình 1.17:

Trang 25

1.2 TÌNH HÌNH XÓI LỞ BỜ SÔNG VÀ GIẢI PHÁP PHÕNG CHỐNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

càng nghiêm trọng, trong những năm qua hàng lọat công trình bảo vệ bờ đã được xây dựng nhằm giảm bớt thiệt hại do sạt lở bờ gây ra Hình thức kết cấu các công trình bảo vệ bờ khá đa dạng, phong phú Các công trình đã xây dựng đều có những ưu nhược điểm khác nhau Rất nhiều công trình bảo đảm ổn định, nhưng cũng không ít công trình bị phá hủy tòan bộ hoặc một phần, cần được đánh giá, tổng kết để rút kinh nghiệm cho các công trình sau này, bảo đảm kỹ thuật và kinh tế

Các lọai công trình bảo vệ bờ đã xây dựng có ba lọai chính:

- Công trình dân gian, thô sơ (có quy mô nhỏ)

- Công trình bán kiên cố (quy mô vừa)

- Công trình kiên cố (quy mô lớn)

Công trình dân gian, thô sơ thường có quy mô nhỏ được xây dựng tại các vị trí sông, kênh, rạch bị xói lở bờ, có độ sâu không lớn Kinh phí xây dựng công trình thường là thấp Công trình có nhiệm vụ ngăn chặn bớt tốc độ xói lở bờ trước tác động của sóng tàu thuyền hay sóng gió

Các công trình bán kiên cố chống xói lở thường được xây dựng để bảo vệ xói lở bờ sông dưới tác động của dòng chảy và sóng, tại các vị trí sông có độ sâu vừa phải, vận tốc dòng chảy không quá lớn Vốn xây dựng công trì

bảo vệ cơ sở vật chất, cơ sở hạ tầng thuộc khu vực mình quản lý Các công trình bán kiên cố đã xây dựng để chống xói lở bờ sông đề

hay cọc bản bê tông cốt thép lọai nhỏ

Trang 26

Công trình kiên cố, có quy mô lớn được xây dựng để bảo vệ nhà cửa,

cơ sở hạ tầng thuộc địa phận các thành phố, thị xã nằm v

công trình thường rất lớn

Trong số các công trình kiên cố, có một số công trình được xây dựng với công nghệ mới, vật liệu mới có thể kể tới như: công trình bảo vệ bờ khu vực thị xã Rạch Giá sử dụng thảm bê tông bơm trực tiếp trong nước; Công trình bảo vệ bờ sông Gành Hào, tỉnh Bạc Liêu; công trình bảo vệ bờ sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang, ứng dụng lọai cừ bản bê tông ứng suất trước; Kè bảo

vệ bờ sông Hậu khu vực thành phố Long Xuyên, ứng dụng khối bê tông tự chèn

Để cung cấp cơ sở khoa học, phát huy đầy đủ những mặt tích cực, hạn chế tới mức thấp nhất các khiếm khuyết cho những công trình bảo vệ bờ sẽ xây dựng trong tương lai, giảm thiệt hại có thể xảy đến, tiến tới kiến nghị với

về công tác quy họach, thiết kế và thi công, duy tu và bảo dưỡng các công trình bảo vệ bờ sông, điều cấp thiết hiện nay là phải tiến hành điều tra, đánh giá, theo dõi các công trình bảo vệ bờ đã xây dựng nhằm tổng kết các ưu điểm, nhược điểm của chúng và kiến nghị các giải pháp bảo vệ bờ thích hợp

1.2.1 Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHCN bảo vệ bờ sông

Phòng chống sạt lở bờ sông là một nhiệm vụ thường xuyên của nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam Các giải pháp công nghệ trong công trình bảo vệ bờ sông đã có một lịch sử phát triển rất lâu dài và vẫn còn tiếp tục Bên cạnh những giải pháp truyền thống đã được ứng dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng

Trang 27

dụng khoa học công nghệ mới đã và đang triển khai có hiệu quả, giảm giá thành xây dựng, thời gian thi công nhanh

Sạt lở bờ sông là một qui luật tự nhiên nhưng gây thiệt hại nặng nề cho các hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông như gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn bộ một khu dân cư đô thị

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 qui 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 khoa học 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 công nghệ cũ nhằm nâng cao hơn công tác bảo vệ bờ sông chống sạt lở vẫn đang được tiếp tục

Ở Việt Nam, để đối phó với hiện tượng sạt lở bờ sông, hàng năm nhà nước phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông trên khắp cả nước Tuy nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các công trình này vẫn

áp dụng công nghệ truyền thống, thiên về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển như

kè lát mái, kè mỏ hàn bằng đá học, đá xây, tấm bê tông đơn giản

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều nghiên cứu mới ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trong các ngành vật liệu, kết cấu để tăng cường hiệu quả để bảo vệ bờ sông đã được tiến hành, thử nghiệm và đã đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế và bổ sung cho các giải pháp truyền thống Một số ít trong đó đã được ứng dụng thử nghiệm ở Việt Nam, vì vậy việc nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và

Trang 28

có ý nghĩa thực tiễn cao

1.2.2 Một số công trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu

 Bờ kè dọc sông thành phố Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai: Cừ ván SW400 - 500 -

600 - dài 13.200m

Hình 1.24:Bờ kè chống sạt lở tp Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai

 Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An đang thi công: Cừ ván SW500

Trang 29

 Bờ kè thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

Hình 1.27:Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

 Bờ kè đường Nguyễn Công Trứ - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 5.600m

 Bờ đê ngăn mặn Ninh Quới - tỉnh Cà Mau: Chiều dài kè 782m

 Kè cửa biển Rành Hào - tỉnh Bạc Liêu: Chiều dài kè 5.350m

 Kè và bờ Cầu Tàu thành phố Nha Trang: Chiều dài kè 2.796m

 Kè bờ chắn khu lấn biển Hà Tiên - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 11.080m

1.2.3 Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để xây dựng kè bảo vệ đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long

Trong những năm gần đây, việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sở hạ tầng là vấn đề hết sức cần thiết phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt đối với thành phố Hồ Chí Minh là nơi có nền kinh tế rất phát triển và nhiều khu đô thị mới ven sông được mọc lên

Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở khu vực hạ lưu sông Sài Gòn, phần lớn các khu đô thị mới tiếp giáp với các vùng đầm lầy ven sông có nguy cơ bị sạt lở nghiêm trọng Khu vực có rất nhiều kênh rạch tự nhiên và nhân tạo, có địa chất rất phức tạp,

và hầu như là đất yếu bão hòa nước có bề dày khoảng 20 - 30m Việc tôn tạo các công trình ven kênh để lấy lại phần đất đã mất đi do sạt lở ở các khu đô thị gặp rất nhiều khó khăn do nền chịu tải thấp và biến dạng đất nền lớn Giải pháp công trình bảo vệ bờ ở các khu đô thị ven sông được chọn là bờ kè Một trong những giải pháp hợp lý nhất cho công trình dạng trên là dùng bản cọc bê tông cốt thép ứng suất trước

Trang 30

Khu vực ven sông thường có địa hình tương đối phức tạp, diễn biến dòng chảy khó biết trước, đặc biệt là khi triều cường lên cao dòng chảy mạnh làm cho đất hai bên bờ bị sạt lở ảnh hưởng tới sinh mạng và tài sản của người dân

Từ trước đến nay, các công trình xây dựng kè bảo vệ bờ sông và các khu đô thị thường ứng dụng công nghệ truyền thống là kết cấu tường chắn bê tông cốt thép nằm trên hệ cọc chịu lực, hay kết cấu bản chắn nằm phía sau hệ cọc, các dạng kết cấu này đã ứng dụng hầu hết các công trình kè ở Việt Nam

Ở Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống sông rạch chằng chịt, điều kiện địa chất đất nền mềm yếu, chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước lũ, thủy triều giao động với biên độ lớn là tác nhân trực tiếp gây nên xói lở bờ sông ảnh hưởng đến ổn định sản xuất và đời sống người dân nhiều địa phương, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long là nơi bị sạt lở ở hầu hết các tỉnh Nhiều năm qua Nhà nước và các tỉnh trên địa bàn đã đầu tư hàng nghìn tỷ đồng xây dựng các công trình đê kè phòng chống thiên tai cho các địa phương trong toàn quốc và hàng trăm tỷ đồng để bảo dưỡng duy tu sửa chữa nâng cấp các công trình, nhiều giải pháp KHCN mới đã được áp dụng mang lại hiệu quả thiết thực Tuy nhiên tình hình xói lở ở địa phương vẫn xảy

ra ngày càng nghiêm trọng, vấn đề nghiên cứu giải pháp công trình chống sạt lở giảm nhẹ thiên tai ở Đồng bằng sông Cửu Long hiện nay ngày càng quan trọng

Vật liệu chủ yếu sử dụng ở các công trình chống sạt lở hiện nay thường là bê tông, sắt thép và đá các loại, điều này không phù hợp cho các công trình trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long, do đầu tư xử lý nền móng tốn kém và xâm thực của nước biển làm giảm tuổi thọ công trình

Thực trạng trên cho thấy ứng dụng công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực là giải pháp công nghệ mới góp phần khắc phục khó khăn trên

1.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ VÁN CỌC BTCT DƯL [16]

1

2

3

Trang 31

cố điển hình thể hiện qua các sơ đồ sau đây:

+ Chiều sâu đóng cọc chưa đủ yêu cầu cắt qua cung trượt mái dốc, tường cọc

bị mất ổn định cùng với khối trượt vòng cung

a) Tường bản cọc kiểu conson b) Tường bản cọc có neo

Hình 1.28: Trượt vòng cung sâu bên dưới chân tường

Trang 32

+ Chiều sâu đóng cọc chưa đủ yêu cầu, tường cọc bị mất ổn định do bị xoay

a) Tường bản cọc kiểu conson b) Tường bản cọc có neo

Hình 1.29: Sự cố tường bị xoay

+ Bản cọc bị gãy tại khớp dẻo do ứng suất vượt quá cường độ của vật liệu

a) Tường bản cọc kiểu conson b) Tường bản cọc có neo Hình 1.30: Sự cố gẫy bản cọc do ứng suất vượt quá cường độ của vật liệu

+ Bản cọc bị mất ổn định do neo bị nhổ hoặc cáp neo bị đứt

Trang 33

a) Tường bản cọc kiểu conson b) Tường bản cọc có neo Hình 1.31: Sự cố nhổ neo và đứt cáp neo

+ Bản cọc bị hỏng do vỡ kết cấu tại điểm neo cáp

Hình 1.32: Sự cố phá vỡ kết cấu tại điểm neo cáp

Trang 34

1.3.2 Chuyển vị ngang của tường bản cọc

1) Trường hợp tường bản cọc không neo

Chuyển vị ngang của tường bản cọc không có neo phụ thuộc vào độ cứng của EI bản cọc, lực ngang H, mômen M ở đỉnh tường, áp lực đất E phân bố dọc theo

chiều cao của tường và thuộc tính của đất đắp và đất nền (đất loại cát hay sét, đất tốt hay đất yếu), chiều sâu đóng bản cọc T bên dưới bề mặt đất phía sông

Hình 1.33: Sơ đồ chuyển vị của tường bản cọc không có neo a) Tường bản cọc thuộc loại rất cứng, bản cọc có độ cứng ẸI lớn, chiều sâu

2) Trường hợp tường bản cọc có neo

Chuyển vị ngang của tường bản cọc có neo, ngoài sự phụ thuộc như đã nêu đối với tường bản cọc không có neo còn phụ thuộc vào mức độ dịch chuyển của dây cáp neo

Trang 35

a) b) c)

Hình 1.34: Sơ đồ chuyển vị của tường bản cọc có neo a) Tường bản cọc thuộc loại mềm Dây neo rất chắc không có dịch chuyển, điểm neo B được ghìm chặt không có chuyển vị ngang, nền đất tốt, độ chôn sâu T của tường đủ lớn, chuyển vị ngang của tường có dạng cong một chiều

b) Tường bản cọc thuộc loại mềm, nền đất xấu, độ chôn sâu T của tường nhỏ hơn yêu cầu tối thiểu, dây neo kém chắc có dịch chuyển, điểm neo B không được ghìm chặt có chuyển vị ngang, chuyển vị ngang của tường có dạng cong một chiều,

cả tường có xu hướng chuyển dịch tịnh tiến ra phía sông

c) Điểm neo trùng với đỉnh A của tường bản cọc, dây neo rất chắc

không có dịch chuyển, điểm neo A được ghìm chặt không có chuyển vị

ngang, nền đất tốt, độ chôn sâu T của tường đủ lớn, chuyển vị ngang của

tường có dạng cong một chiều

1.3.3 Phương pháp đơn giản tính toán tường kè bản cọc BTCT DƯL [16]

a) Xác định ngoại lực tác dụng lên tường:

Xác định các tổ hợp lực và các tải trọng thành phần trong mỗi tổ hợp lực tính

toán bao gồm: Áp lực đất theo phương nằm ngang (thông thường xem tường bản cọc cứng tuyệt đối không biến dạng khi xác định áp lực đất thiết kế), áp

lực nước trước và sau lưng tường, tải trọng phân bố hoặc tập trung trên mặt

đất đỉnh tường kè (chất tải do vật liệu, nhà cửa, hoạt tải xe cộ…)

b) Xác định độ sâu đóng cọc:

Trang 36

Hình 1.35: Sơ đồ cân bằng các lực lên tường ván cọc thẳng đứng

Xác định độ sâu đóng cọc Dn bằng viết phương trình mômen cân bằng lấy với điểm neo (có nghĩa mô men lấy với lực T = 0)

Hình 1.36: Sơ đồ dầm của bản tường

Trang 37

Ma là mô men của lực chủ động; MR là mô men kháng của lực bị động

Điều kiện an toàn MR ≥ K Ma dẫn đến cọc phải được chôn đủ sâu

d) Xác định mô đun uốn của tiết diện ván cọc:

Trong điều kiện bình thường có thể bỏ qua ứng suất tiếp, mô dun tiết diện của bản tường được xác định bằng công thức:

max

W[ ]a

Hình 1.37: Biểu đồ phân bố ngoại lực Q, lực cắt V và Mô men M trên tường

Khi tường bị biến dạng uốn sẽ làm giảm mô men tác dụng lên bản cọc do có sự phân bố lại ứng suất trong đất Sự giảm mô men có thể là lớn đáng kể nếu biến dạng uốn lớn Vì vậy, giải pháp dầm cứng nêu trên đôi khi sẽ dẫn đến vượt quá thiết kế ở biên Hệ số giảm ήd được định nghĩa là tỷ số moment đã giảm đối với moment theo

Trang 38

lý thuyết trong điều kiện dầm cứng và được xác định bằng kinh nghiệm tùy theo biểu đồ thiết kế Vì sự giảm moment và biến dạng uốn phụ thuộc lẫn nhau, nên mặt cắt ngang thiết kế của tường không phải là duy nhất Nếu thiết kế mặt cắt ngang ở mức nhẹ thì biến dạng uốn sẽ lớn hơn so với mặt cắt ngang được thiết kế mạnh hơn.

Vì thế việc lựa chọn một thiết kế tối ưu sẽ được xác định theo biến dạng uốn cho phép

Đã khảo sát các phương pháp tính toán tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực, từ phương pháp tính toán đơn giản đến phương pháp mô hình số phần tử hữu hạn để tính toán thấm, ổn định, ứng suất biến dạng phục vụ để thiết kế tường kè

bờ sông

Trên cơ sở Chương 1 đã đạt được các kết quả như nêu ở bên trên, luận văn lựa chọn giải pháp tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực áp dụng cho trường hợp nghiên cứu là bờ tả đoạn sông thị xã Ngã Bảy kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang Đây cũng là một trường hợp tiêu biểu của các bờ sông cong lõm bị xói lở mạnh, các bờ kè của thành phố, các khu đô thị mới cho vùng thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long cần dùng đến giải pháp tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực

Trang 39

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH SỐ PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH TOÁN THẤM, ỔN ĐỊNH TRONG GEOSLOPE - STUDIO 2007

VÀ TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CÔNG TRÌNH TRONG PLAXIS 8.5

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÔ HÌNH SỐ PTHH [12]

Nói chung, mô hình số PTHH để giải các bài toán cơ học môi trường liên tục

( phần mềm ), bao gồm: Cơ sở lý thuyết thể hiện bằng hệ phương trình vi phân đạo

hàm riêng chủ đạo thuật toán phần tử hữu hạn và chương trình máy tính

So với mô hình thấm sai phân hữu hạn, thì mô hình thấm phần tử hữu hạn có nhiều ưu điểm nổi bật hơn, vì các phần tử được chia linh động hơn, phù hợp hơn với các môi trường phân lớp, thuật toán giải mềm dẻo và hiệu quả hội tụ tốt hơn, dễ lập chương trình tính hơn, thuận lợi để tự động hoá tính toán hàng loạt lớp bài toán có kích thước, hình dạng, điều kiện biên khác nhau Đặc biệt, có thể giải được các bài

toán (thấm, ứng suất – biến dạng, truyền tải nhiễm bẩn ) rất phức tạp về điều kiện

biên giới, điều kiện ban đầu, môi trường phân lớp và không đẳng hướng mà các phương pháp khác rất khó giải được

địa kỹ thuật, thủy lực dòng mặt, thấm

Trang 40

Phương pháp PTHH không tìm dạng xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con thuộc miền xác định (các phần tử) Do đó, phương pháp phần tử hữu hạn rất thích hợp với hàng loạt những bài toán vật lý và

kỹ thuật, trong đó hàm cần tìm được xác định trên những miền phức tạp, bao gồm nhiều vùng nhỏ có đặc tính khác nhau Hơn thế nữa, ma trận chủ yếu lập nên trong phương pháp phần tử hữu hạn sẽ là ma trận băng làm cho việc tính toán càng thêm thuận tiện Đấy là những lý do chính khiến phương pháp phần tử hữu hạn ngày càng được sử dụng phổ biến và chiếm ưu thế nổi bật trong các phương pháp số hiện nay

Trong phương pháp phần tử hữu hạn, hàm xấp xỉ được biểu diễn với các giá trị số của hàm, hoặc có khi cả các trị số đạo hàm của nó ở một số điểm xác định trên miền con Các trị số này được coi là các ẩn số và được xác định từ những điều kiện ràng buộc cụ thể của từng loại bài toán

Khi áp dụng phương pháp PTHH là cần thay thế miền tính toán (Ví dụ miền thấm) bằng các miền con, gọi là các phần tử (rời rạc kiểu vật lý) Các phần tử này

xem như chỉ nối với nhau ở một số điểm xác định trên các mặt hoặc các cạnh biên của phần tử, gọi là các điểm nút Thông thường, các hàm xấp xỉ được biểu diễn bằng các trị số của hàm tại các điểm nút này và có thể cả ở một số điểm nút bên trong phần tử nữa Hình dạng của các phần tử được lựa chọn sao cho xấp xỉ sát với hình dạng mặt biên của miền tính toán Với bài toán phẳng, thường sử dụng các loại phần tử tam giác hoặc tứ giác Các phần tử được liên kết với nhau qua một số hữu hạn các điểm nút Các điểm nút này là đỉnh của các phần tử và có thể là một số điểm qui ước trên cạnh của các phần tử

Ưu điểm nổi bật của phương pháp mô hình thấm phần tử hữu hạn là có thể giải được và cho kết quả bằng số, bằng biểu đồ hoặc bằng các hình ảnh của bài toán trong môi trường cơ học liên tục

Các bước giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn:

1 Chọn loại và dạng phần tử hữu hạn

2 Rời rạc hoá kết cấu thành lưới phần tử hữu hạn theo loại và dạng đã chọn

3 Chọn hàm chuyển vị xấp xỉ [U]i cho phần tử hữu hạn đã chọn

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	7,69 MB