Nghiên cứu cọc chịu tải trọng ngang trong điều kiện đất yếu ở thị xã vị thanh tỉnh hậu giang

Trong khi ñó ñất nước ta còn nghèo, nền kinh tế chưa phát triển vì thế trong việc tiết kiệm ngân sách nhà nước ñang ñược quan tâm, chính gì vậy trong ñề tài luận văn này tác giả ñưa ra p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -

LÊ HỒNG PHONG

NGHIÊN CỨU CỌC CHỊU TẢI TRỌNG

NGANG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU

Ở THỊ XÃ VỊ THANH TỈNH HẬU GIANG

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 605860

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

-oOo - -oOo -

Tp HCM, ngày 2 tháng 12 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ HOÀNG PHONG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 05- 05- 1981 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 09090304

I - TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRONG ĐIỀU

KIỆN ĐẤT YẾU Ở THỊ XÃ VỊ THANH TỈNH HẬU GIANG

II - NỘI DUNG LUẬN VĂN

Chương 1: Tổng quan về cọc chịu tải trọng ngang trong việc ổn ñịnh mái dốc

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc chịu tải trọng ngang

Chương 3: Phân tích và ứng dụng chương trình Plaxis ñể tính cọc chịu tải trọng ngang Chương 4: Ứng dụng tính toán cho công trình bờ kè kênh Xáng Xà No Thị Xã Vị

Thanh Tỉnh Hậu Giang

III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01-01-2011

IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31-11-2011

V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐỊA CƠ NỀN MÓNG

PGS TS VÕ PHÁN PGS TS VÕ PHÁN

Hoàn thành khóa học thạc sĩ trong một thời gian dài và rất dài ñã biết bao công sức mồ hôi của quý thầy cô ñã bỏ ra tận tình hướng dẫn và truyền ñạt rất nhiều kiến thức quý báu ñến với tác giả Những quý báu cao ñẹp và tình cảm thầy trò mà tác giả không thể nào quên ñược trong suốt cả cuộc ñời của tác giả Biết bao nhiêu buổi gặp

gỡ thầy trò trao ñổi kinh nghiệp mà giữa thầy trò ñiều có mục ñích phát triển cho quê hương ñất nước, cho xã hội ñất nước ta luôn giàu ñẹp, trình ñộ của mõi người ngày càng ñược năng cao Đó là một ñiều mà tác giả ao ước có một lần ñể nói lên lời cảm

ơn trân thành nhất ñến tất cả mọi người

Chính gì thế mà ngày hôm nay khi hoàn tất luận văn thạc sĩ ngành Địa Kỹ Thuật

Xây Dựng trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Nay tác giả muốn

gửi lời cảm ơn ñến những người ñóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc ñời của tác giả Đó chính là cha mẹ và ông bà của tác giả, người bạn ñời và các quý thầy cô ñã hướng dẫn, truyền ñạt kiến thức quý báu cho tác giả ñến ngày hôm nay Trong ñó tác

giả muốn gửi lời cảm ơn trân thành nhất ñến với thầy PGS TS VÕ PHÁN, người ñã

tận tình hướng dẫn cho tác giả thực hiện tốt luận văn thạc sĩ trong suốt hai năm học cao học

Trong thời gian theo học ở trường tác giả cũng ñược sự truyền ñạt kiến thức quý

báu của các thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng trường Đại Học Bách Khoa Thành

Phố Hồ Chí Minh Và tác giả xin trân thành cảm ơn các Thầy PGS TS Võ Phán, PGS

TS Lê Bá Lương, PGS TS Chu Quốc Thắng, PGS TS Châu Ngọc Ẩn, TS Trần Xuân Thọ, TS Bùi Trương Sơn, TS Lê Bá Vinh, TS Nguyễn Minh Tâm, TS Lê Trọng Nghĩa,

TS Đỗ Thanh Hải

Và sau cùng tác giả cũng xin trân thành cảm ơn ñến các Thầy Cô Phòng Quản Lý

Sau Đại Học – trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh ñã tạo mọi ñiều

kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian theo học tại trường

Để ñáp lại tấm trân thành cao ñẹp ñó tác giả sẽ cố gắng vận dụng các kiến thức mà mình ñã ñược trang bị vào cuộc sống thực tiễn nhất, nhằm ñem lại lợi ích cho mình và cho quên hương ñất nước

Trân thành cảm ơn!

HVCH LÊ HOÀNG PHONG

Trong ñiều kiện phát triển nền kinh tế ñất nước ta hiện nay, cùng với sự phát triển

mở rộng cơ sở hạ tầng giao thông phục vụ cho công tác quan hệ quốc tế Vấn ñề cần

thiết là ñầu tư cơ sở hạ tầng, yêu cầu mở rộng diện tích xây dựng ñường giao thông,

Cửu Long và thành phố Hồ Chí Minh có các tuyến ñường nằm cạnh bờ sông chằng chịt, và phần lớn ñất ở ven sông là ñất yếu Hiện tượng lũ lụt và xối lở xảy ra hàng năm gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản của nhà nước và người dân sống ven sông rạch ở Đồng Bằng Sông Cửu Long và thành phố Hồ Chí Minh Hiện tại có rất nhiều phương pháp chống xối lở và bảo vệ công trình hiệu quả như tường cọc bản, cọc bê tông dự ứng lực vv nhưng ña số các phương pháp này thường rất tốn kém Trong khi

ñó ñất nước ta còn nghèo, nền kinh tế chưa phát triển vì thế trong việc tiết kiệm ngân sách nhà nước ñang ñược quan tâm, chính gì vậy trong ñề tài luận văn này tác giả ñưa

ra phương pháp “Cọc bê tông cốt thép kết hợp với bản bản bê tông cốt thép“ chắn

giữ phần ñất phía sau lưng tường không trượt ra sông Bản chắn bê tông cốt thép có nhiệm vụ giữ lớp ñất mặt không bị trượt, bản chắn ñược liên kết với cọc qua ñài cọc Đây là một trong những phương pháp có hiệu quả trong việc tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp tường cọc bản, cọc bê tông dự ứng lực vv… chính gì vậy mà ñề

tài “ Nghiên cứu cọc chịu tải trọng ngang trong ñiều kiện ñất yếu ở Thị Xã Vị Thanh tỉnh Hậu Giang” Là vấn ñề cần thiết nhất trong giai ñoạn hiện nay

In current economic situation, along with demand for developing transportation infrastructure for external relations, it is crucial to invest in domestic traffic network throughout provinces all over the country In which, Southern areas of Mekong and

Ho Chi Minh City obtain routes besides the rivers with majority of weak ground base Flood and erosion annually caused damages for people and property of state and people nearby such areas At present, there have been a number of solutions to prevent erosion and effectively protect the structures including sheet pile wall and prestressed concrete, etc However, such measures requires for relatively high costs Whereas, Vietnam is still in developing period with limited budget, thus requesting the state to pay attention more to budget savings For such reasons, in this thesis, the author will

present the method of “steel-reinforced concrete piles combining with concrete

sheet” to preserve and protect the ground behind the wall Such concrete sheets

undertake to prevent surface layer from sliding and ensure to connect the piles via pilework This is one of the most effective method in saving costs in comparison with

sheet pile wall and prestressed concrete as mentioned Therefore, the thesis on “Study

of lateral loaded piles in weak ground in Vi Thanh Town, Hau Giang Province”

is put the highest priority by the agency concerned

MỤC LỤC

Mở ñầu

1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

2 Mục ñích nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tính thực tiễn của ñề tài 2

6 Giới hạn ñề tài 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.1 Sơ lược về khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Đặt tính kỹ thuật ñất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 6

1.2 Những nguyên nhân gây sạt lở bờ sông 6

1.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảy 7

1.2.2 Ảnh hưởng do sự khai thác cát trái phép 7

1.2.3 Ảnh hưởng do thiên tai 7

1.2.4 Ảnh hưởng do tác nhân bên ngoài 7

1.3 Sơ lượt về móng cọc 8

1.3.1 Cấu tạo cọc 8

1.3.2 Các dạng cọc trong ñất nền 9

1.4 Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp 9

1.5 Một số ứng dụng cọc trong việc ổn ñịnh mái dốc 12

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.1 Tổng quan về áp lực ngang của ñất 14

2.2 Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng 14

2.2.1 Các dạng tải trọng 14

2.2.2 Phân loại 14

2.3 Tính toán các tải trọng lên kết cấu chắn giữ 16

2.4 Phương pháp tính toán áp lực lên kết cấu chắn giữ 17

2.4.1 Phương pháp Rankine 17

2.4.2 Phương pháp Coulomb 22

2.5 Xét sự căn bằng ổn ñịnh của một ñiểm 25

2.6 Cở sở lý thuyết tính toán cọc chịu tải trọng ngang 25

2.6.1 Giới thiệu giải pháp 25

2.6.2 Các phương pháp tính toán sức chịu tải ngang của cọc 27

2.6.3 Phương pháp dự báo sức chịu tải ngang của Broms (1964) 34

Chương 3 PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS ĐỂ TÍNH CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 3.1 Lý thuyết biến dạng 38

3.1.1 Phương trình cơ bản của biến dạng liên tục 38

3.1.2 Rời rạc hóa theo lưới phần tử hữu hạn 39

3.1.3 Vật liệu ñàn hồi 40

3.1.4 Phương pháp tính lặp 41

3.2 Lý thyết dòng chảy ngầm 42

3.2.1 Phương trình cơ bản của dòng chảy ổn ñịnh 42

3.2.2Phương pháp dòng chay hữu hạn giải bài toán dòng chảy ngầm 43

3.3 Lý thuyết cố kết 45

3.3.1 Phương trình cơ bản của lý thuyết cố kết 45

3.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán cố kết 46

3.3.3 Sự cố kết của vật liệu ñàn hồi dẻo 48

Chương 4 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH KÈ KÊNH XÁNG XÀ NO THỊ XÃ VỊ THANH TỈNH HẬU GIANG 4.1 Giới thiệu công trình 49

4.2 Sơ lượt về ñịa chất ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 50

4.2.1 Đất phù sa 50

4.2.2 Đất phèn 50

4.2.3 Nhóm ñất mặn 50

4.2.4 Nhóm ñất xám 50

4.3 Đặc ñiểm ñịa chất ở khu vực Thị Xã Vị Thanh tỉnh Hậu Giang 51

4.3.1 Cấu tạo ñịa chất 51

4.3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của ñất 51

4.4 Ứng dụng tính toán 52

4.4.1 Cấu tạo công trình bờ kè kênh Xáng Xà No 52

4.4.2 Áp dựng tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 53

4.4.3 Áp dựng theo phương pháp dự báo sức chịu tải ngang của Broms 67

4.5 Áp dụng tính toán theo phần mềm Plaxis 68

4.5.1 Sơ ñồ tính 68

4.5.2 Dữ liệu ñầu vào 69

4.5.3 Kết quả tính toán 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN 77

II KIẾN NGHỊ 78

Tài Liệu Tham Khảo 79

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần ñây tình hình sạt lở bờ sông diễn ra ngày càng nghiêm trọng, nhất là ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Điển hình là kè Phường 9 Vĩnh Long, kè Phong Điền Cần Thơ mới gần ñây nhất là vụ sạt lở cầu Trà Niền ñã làm thiệt hại rất lớn về người và tài sản vv…

Những vụ sạt lở trên ñã gây ảnh hưởng rất lớn ñến cuộc sống người dân cạnh bờ sông ở khu vực ĐBSCL nói chung và ở Thị Xã Vị Thanh nói riêng Để giải quyết tình

trạng sạt lở trên Tác giả nghiên cứu ñề tài “ Nghiên cứu cọc chịu tải trọng ngang trong

ñiều kiện ñất yếu ở Thị Xã Vị Thanh tỉnh Hậu Giang” là vấn ñề cần thiết và cấp bách

cần phải ñược giải quyết nhanh

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay giải quyết tình trạng sạt lở bờ sông ta ñả ñưa ra nhiều giải pháp chống sạt

lở như tường chắn ñất, cọc ván bằng thép (cừ Larsen ), cọc bản bê tông cốt thép, cọc bê tông dự ứng lực, cọc gỗ vv… Tuy nhiên những giải pháp này thường có ưu và khuyết ñiểm khác nhau như thường chắn ñất, cọc bản bê tông cốt thép thường rất tốn kém, còn cọc bản bằng thép thì dể bị ăn mòn trong môi trường nước biển, Để thực hiện nhiệm vụ

này tác giả xin ñưa ra giải pháp “ Cọc bê tông cốt thép kết hợp với bản bê tông cốt

thép” nhằm ổn ñịnh mái dốc cặp bờ sông Đó cũng là ñề tài mà tác giả nghiên cứu nhằm

giải quyết tính toán các vấn ñề sau ñây:

a) Chuyển vị ngang ∆n và góc xoay ψ ở ñầu cọc cần thỏa các ñiều kiện sau:

∆n≤ Sgh

ψ≤ψgh

b) Tính toán ổn ñịnh của ñất nền xung quanh cọc

c) Tính toán moment và lực cắt trong cọc dưới tác dụng của ngọai 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 ñề tài cọc bê tông cốt thép kết hợp với bản bê tông cốt thép nhằm ổn ñịnh mái dốc cặp bờ sông Nhằm nghiên cứu các vấn ñề sau:

- Phân tích tính ổn ñịnh của cọc khi thay ñổi tiết diện cọc

- Phân tích tính ổn ñịnh của cọc khi thay ñổi khoảng cách dọc các cọc

- Phân tích tính ổn ñịnh của cọc khi thay ñổi chiều sâu chôn cọc

- Khả năng chịu tải trọng ngang cực hạng của cọc trong vùng ñất yếu khi khống chế chuyển vị ngang ở ñầu cọc

- So sánh sự khác biệt giữa kết quả tính toán theo lý thuyết và chương trình Plaxis

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tổng hợp một số kết quả tính toán lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang theo phương pháp phần tử hữu hạn

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 ĐỀ TÀI

Trong ñiều kiện phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, ñang từng bước công nghiệp hóa hiện ñại hóa ñất nước Vấn ñề áp dụng tính toán sao cho ñảm bảo công trình nghiên

về an toàn và hiệu quả kinh tế, không gây tốn kém và thiệt hại tài sản của ñất nước Phù hợp với ñiều kiện phát triển của từng vùng và từng khu vực, ñã ñược áp dụng nhiều ở khu vực ĐBSCL ñiển hình là công trình bờ kè kênh Xáng Xà No thị xã Vị Thanh tỉnh Hậu Giang

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Trong ñề tài này tác giả chỉ ñi 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 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC CHỊU TẢI TRỌNG

NGANG TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

1.1 SƠ LƯỢC VỀ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

1.1.1 Giới thiệu

Trích dẫn trong cuốn Bách khoa toàn thư Đồng bằng sông Cửu Long là một bộ phận của châu thổ sông Mê Kông hay còn gọi là Vùng ñồng bằng Nam Bộ hoặc miền Tây Nam Bộ hoặc theo cách gọi của người dân miền Nam Việt Nam ngắn gọn là Miền Tây, có 12 tỉnh và 1 thành phố gồm: An Giang, Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Thành phố Cần Thơ, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiêng Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long Có diện tích 39734km² Có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam

là Biển Đông Vùng ñồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam ñược hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay ñổi mực nước biển, qua từng giai ñoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển Những hoạt ñộng hỗn hợp của sông và biển ñã hình thành những vạt ñất phù sa phì nhiêu dọc theo

ñê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển và ñất phèn trên trầm tích ñầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán ñảo Cà Mau

Cách ñây khoảng 8.000 năm, vùng ven biển cũ trải rộng dọc theo triền phù sa cổ thuộc trầm tích Pleistocen từ Hà Tiên ñến thềm bình nguyên Đông Nam Bộ Sự hạ thấp của mực nước biển một cách ñồng thời với việc lộ ra từng phần vùng ñồng bằng vào giai ñoạn cuối của thời kỳ trầm tích Pleistocen Một mẫu than ở tầng mặt ñất này ñược xác ñịnh bằng C14

cho thấy nó có tuổi tuyệt ñối là 8.000 năm Sau thời kỳ băng

hà cuối cùng, mực mước biển dâng cao tương ñối nhanh chóng vào khoảng 3–4 m trong suốt giai ñoạn khoảng 1.000 năm Gây ra sự lắng tụ của các vật liệu trầm tích biển ở những chỗ trũng thấp của châu thổ, tại ñây những sinh vật biển như hàu

(Ostrea) ñược tìm thấy và việc xác ñịnh tuổi tuyệt ñối của chúng bằng C14 cho thấy trầm tích này ñược hình thành cách ñây khoảng 5.680 năm Dưới những ảnh hưởng của môi trường biển và nước lợ, thực vật rừng ngập mặn dày ñặc ñã bao phủ toàn vùng

này, chủ yếu là những cây ñước (Rhizophora) và mắm (Avicennia) Những thực vật

chịu mặn này ñã tạo thuận lợi cho việc giữ lại các vật liệu lắng tụ, làm giảm sự xói mòn do nước hoặc gió, và cung cấp sinh khối cho trầm tích châu thổ và rồi những ñầm lầy biển ñược hình thành Tại vùng này, cách ñây 5.500 năm trước công nguyên, trầm tích lắng tụ theo chiều dọc dưới ñiều kiện mực nước biển dâng cao ñã hình thành những cánh ñồng rộng lớn mang vật liệu sét Sự lắng tụ kéo dài của các vật liệu trầm tích bên dưới những cánh rừng Đước dày ñặc ñã tích lũy dần ñể hình thành một ñịa

tầng chứa nhiều vật liệu sinh phèn (pyrit)

Mực nước biển dâng cao, bao phủ cả vùng như thế hầu như hơi không ổn ñịnh và bắt ñầu có sự giảm xuống cách ñây vào khoảng 5.000 năm Sự hạ thấp mực nước biển dẫn ñến việc hình thành một mực nước biển mới, sau mỗi giai ñoạn như thế thì có một

bờ biển mới ñược hình thành, và cuối cùng hình thành nên những vạt cồn cát chạy song song với bờ biển hiện tại mà người ta thấy ở vùng ñồng bằng sông Cửu Long Một cồn cát chia cắt vùng Đồng Tháp Mười và vùng trầm tích phù sa ñược xác ñịnh bằng C14 cho thấy có tuổi tuyệt ñối vào khoảng 4.500 năm

Sự hạ dần của mực nước kèm theo những thay ñổi về môi trường trong vùng ñầm

lầy biển, mà ở ñây những thực vật chịu mặn mọc dày ñặc (Rhizophora, Avicinnia),

ñược thay thế bởi những loài thực vật khác của môi trường nước ngọt như tràm

(Melaleuca ) và những loài thực thực vật hoang dại khác (Fimbristylis ,Cyperus) Sự

ổn ñịnh của mực nước biển dẫn ñến một sự bồi lắng trầm tích ven biển khá nhanh với vật liệu sinh phèn thấp hơn

Sự tham gia của sông Cửu Long ñóng vai trò rất quan trọng trong suốt quá trình hình thành vùng châu thổ Lượng nước trung bình hàng năm của sông này cung cấp vào khoảng 4.000 tỷ m³ nước và vào khoảng 100 triệu tấn vật liệu phù sa, những mảnh

vỡ bị bào mòn từ lưu vực sông, mặc dù một phần có thể dừng lại tạm thời dọc theo hướng chảy, cuối cùng ñược mang ñến cửa sông và ñược lắng tụ như một châu thổ Những vật liệu sông ñược lắng tụ dọc theo sông ñể hình thành những ñê tự nhiên có chiều cao 3–4 m, và một phần của những vật liệu phù sa phủ lên trên những trầm tích pyrit thời kỳ Holocen với sự biến thiên khá rộng về ñộ dày tầng ñất vùng và không gian vùng Các con sông nằm ñược chia cắt với trầm tích ñê phù sa nhưng những vùng rộng lớn mang vật liệu trầm tích biển chứa phèn tiềm tàng vẫn còn lộ ra trong vùng ñầm lầy biển Tuy nhiên, ñộ chua tiềm tàng không xuất hiện trong vùng phụ cận của những nhánh sông gần cửa sông mà tại ñây ảnh hưởng rửa bởi thủy triều khá mạnh

Ngược lại, vùng châu thổ sông Sài Gòn, nằm kế bên hạ lưu châu thổ sông Mekong, ñược biểu thị bởi một tốc ñộ bồi lắng ven biển khá chậm do lượng vật liệu phù du trong nước sông khá thấp và châu thổ này bị chia cắt bởi nhiều nhánh sông thủy triều

và do bởi những vành ñai thực vật chịu mặn thì rộng lớn hơn vành ñai này ở vùng châu thổ sông Mekong, và kết quả là trầm tích của chúng chứa nhiều axít tiềm tàng

Hình 1.1 Bản ñồ khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

1.1.2 Đặc tính kỹ thuật ñất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

Theo kết quả nghiên cứu Bùi Tấn Mẫn (2003) ñả tổng kết các ñặc tính cố kết của

ñất ở Đồng bằng sông Cửu Long là ñồng bằng lớn nhất Việt Nam ñược phủ bởi trầm

tích Holocene do sự lắng ñọng trầm tích của hệ thống sông Mekong Với cao ñộ trung bình của bề mặt ñịa hình nhỏ hơn 1m ñồng bằng sông Cửu Long bị lũ lụt và xâm nhập mặn trong thời gian dài Vào mùa mưa, khoảng hơn 1 triệu hecta thuộc các lưu vực sông bị ngập lũ Do ñó trầm tích nguồn gốc sông của ñồng bằng sông Cửu Long bị ảnh hưởng của các nhân tố như: lũ, thủy triều, năng lượng của sóng v.v Điều này tạo ra tính phức tạp của ñiều kiện ñất nền là một ví dụ mà ở ñó hệ số quá cố kết OCR giảm dần theo ñộ sâu và hầu hết các giá trị ñều nhỏ hơn 1 Từ sự thay ñổi hệ số rỗng bằng cách nén lại tới áp lực bản thân ñã chỉ ra rằng toàn bộ các mẫu thí nghiệm ñều có chất lượng không tốt Sự phá hoại tính nguyên dạng của mẫu là do dụng cụ lấy mẫu, quá trình bảo quản, vận chuyển và công tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm Do ñó, các kết quả chưa phản ánh ñược tính chất cơ học của ñất yếu ñồng bằng sông Cửu Long

Log OCR

Hình 1.2 Hệ số OCR của ñất yếu ñồng bằng sông Cửu Long (Bùi Tấn Mẫn 2003)

1.2 NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY SẠT LỞ BỜ SÔNG

1.2.1 Ảnh hưởng do dòng chảy

Ở khu vực thường có dòng nước chảy xiết, như Sông Vàm Đầm tỉnh Cà Mau, Sông Rành Hào ở Cà Mau- Bạc Liêu, sông Hậu thường ñổ ra biển Đông nên lưu

lượng dòng chảy lớn, dẫn ñến khu vực ñất hai bên bờ sông bị xối mòn ngày càng nhiều

từ ñó dẫn ñến bị sạt lở bờ

1.2.2 Ảnh hưởng do sự khai thác cát trái phép

Trong thời gian gần ñây, tình trạng khai thác cát ồ ạt ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long gây nên tình trạng sạt lở ñất nghiêm trọng, ñặc biệt là nhiều cồn, bãi, cù lao

ñứng trước nguy cơ biến mất Điển hình như tình trạng sạt lở nghiêm trọng ở ấp Mỹ

Hiệp A, xã Đức Mỹ, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh Cát ở giữa sông ngày càng cạn kiệt Đây là nguyên nhân chính gây nên các vụ lở ñất ngày càng nhiều

Hình 1.3 Nạn khai thác cát trái phép ở sông Hậu

1.2.3 Ảnh hưỡng do thiên tai

Nguyên nhân dẫn ñến sạt lở là do mua làm nước ngấm vào trong ñất, làm phá vỡ liên kết các hạt ñất, làm cho ñất yếu dần ñi gây ra hiện tượng sạt lở

1.2.4 Ảnh hưỡng do tác nhân bên ngoài

ĐBSCL là vùng sông nước các tuyến ñường về các tỉnh thành ở khu vực thường nằm cạnh bờ sông như tuyến quốc lộ 1A, quốc lộ 61 về Hậu Giang hoặc các tuyến sông Hậu… Đất nước ta ñang từng bước công nghiệp hóa hiện ñại hóa, trước ñây ñất nước còn nghèo phương tiện giao thông ñường bộ còn thô sơ, ñừơng còn rập rờn xe chạy với vận tóc thấp ngày nay ñường trơn láng xe chạy nhanh, thắng gấp gây ảnh hưởng ñến khả năng chịu lực của ñất từ ñó dẫn ñến sạt lở trên các tuyến ñường Về ñường thủy các phương tiện giao thông ñường thủy như tàu trở cát, tàu dầu, ca

nô…Các loại tàu thuyền khác thường hay neo ñậu và chạy tóc ñộ nhanh gây ra những cơn sống dữ dội, tác dụng vào 2 bên bờ một lực lớn làm cho ñất xung quanh không chịu ñược áp lực dẫn ñến bị phá hoại liên kết giữa các hạt ñất gây ra hiện tượng sạt lở

Hình 1.4 Tình trạng sạt lở do xe và tàu thuyền neo ñậu

1.3 SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC

1.3.1 Cấu tạo cọc

Cọc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, cọc ñược ñóng hay thi công ñổ tại chỗ vào lòng ñất, ñá, ñể truyền tải trọng công trình xuống các tầng ñất, ñá, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên ñạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn

Tải công trình bao gồm tải trọng ñứng hoặc tải trọng ngang, tải trọng ñứng là tải

có phương tác dụng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang Tải trọng ngang có phương tác dụng song song với mặt ñất, như tường chắn ñất, bến cảng, mố cầu, trụ cầu, tầng hầm, nhà cao tầng,… Cọc ñược sử dụng gánh ñở vừa tải trọng ñứng vừa tải trọng ngang Để gánh ñỡ cho tải trọng ngang, người ta thường sử dụng cọc ñóng ñứng hoặc cọc ñóng xiên, có neo trên ñầu học không neo Mũi cọc ñược cấm vào lớp ñất chịu lực

Để làm giảm sự chuyển vị ngang của cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang ở phía trên và các áp lực ñất gây ra

Đài cọc là kết cấu dùng ñể 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 ñài bản chất sinh ra do chuyển vị tại ñiểm liên kết cọc với hệ ñài Có thể phân ra làm ñài tuyệt ñối cứng và ñài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc Coi ñài móng cứng tuyệt ñối khi chiều cao ñài phải rất cứng Dưới tác dụng của tải trọng thì chuyển vị tại

các ñiểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hay là mặt cắt ngàm cọc trước phẳng sau vẫn phẳng) do ñó thông thường cọc ở vị trí biên sẽ có nội lực lớn

Lực truyền xuống cọc trong trường hợp ñài cọc mềm sẽ ñi theo ñường ngắn nhất nghĩa là các cọc ngay dưới lõi vách, phản lực lớn hơn rất nhiều so với cọc biên (so với cách tính thông thường), ñặc biệt ñúng cho các tổ hợp có momen lớn Trong khi ñó ở trường hợp ñài cọc tuyệt ñối cứng các cọc biên sẽ chịu lực lớn nhất

Hình 1.5 Cọc ñóng ñứng và ñóng xiên trong ñất

1.4 CÁC LOẠI CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG THƯỜNG GẶP

Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông

Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 200x200, 250x250, 300x300,…thường ñược

sử dụng cọc rỗng hoặc cọc ñặc trong các công trình dân dụng, cầu ñường, 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 ñược sử dụng như cọc bê tông dự ứng lực có ñường kính ngoài

300, 350, 400, 450, 500, 600, …

Hình 1.6 Cọc BTCT vuông

Hình 1.7 Cọc rỗng BTCT vuông

Hình 1.8 Cọc BT dự ứng lực

Tường cọc bản

Cọc bản thường cấu tạo bằng thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực có dạng bản, dạng chử Z hoặc hình cánh cung nhằm tăng momen kháng Cọc bản thường ñược sử

dụng làm tường chắn có neo hoặc không neo Cọc ñược hạ vào ñất bằng búa ñóng

hoặc búa rung, cọc bản BTCT dự ứng lực ñược hạ bằng xối nước và hổ trợ bằng búa rung Cọc bản thép dễ thi công, chịu ñược lực ngang và lực neo lớn, nhưng dễ bị ăn

mòn trong môi trường nước

Hình 1.9 Cọc bản bằng thép

Hình 1.10 Cọc bản bằng thép

1.5 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỌC TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Hiện nay người ta thường sử dụng cọc ñể ổn ñịnh mái dốc như cọc bê tông cốt thép dự ứng lực, tường cọc bản vv… như kè phường 5 Cà Mau, kè Phước Long tỉnh Bạc Liêu vv… Các áp lực ñất, nước ñược truyền trựt tiếp lên cọc, cọc gánh ñỡ tải trọng, và các tải trọng này ñược cọc phân bố ñiều lên các lớp ñất xung quanh thân cọc

Hình 1.11 Kè Phường 5 Cà Mau

Hình 1.12 Kè Phước Long Bạc Liêu

Song song với việc áp dụng các phương pháp trên thì hiện nay ổn ñịnh mái dốc bằng cọc bê tông cốt thép kế hợp với bản bê tông cốt thép ñang ñược quan tâm như kè sông Gò Quao tỉnh Kiêng Giang, kè kênh xáng Xà No tỉnh Hậu Giang Bản chắn có nhiệm vụ gánh ñở các áp lực ñất, nước các áp lực này truyền lên ñài cọc, ñài cọc phân

bố tải trọng ñiều lên các cọc, các lớp ñất xung quanh thân cọc

Hình 1.13 Kè kênh xáng xà No tỉnh Hậu Giang

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI

TRỌNG NGANG

2.1 TỔNG QUAN VỀ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT

Trong các công trình xây dựng ñể tăng cường ñộ ổn ñịnh của các công trình chịu tải trọng ngang của ñất như tường các tầng hầm, mố cầu, tường chắn ñất, ñường hầm,

bờ kè, bản tường…

Mục ñích của việc sử dụng tường chắn ñất nhằm:

+ Để giữ cho khối ñất sau lưng tường không bị trượt xuống

+ Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tỉnh): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết

cấu không biến ñổi trị số, hoặc biến ñổi của chúng so với số bình quân có thể bỏ qua không tính Như trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực của ñất vv…

+ Tải trọng khả biến (tải trọng ñộng): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết

cấu có biến ñổi trị số mà số biến ñổi của chúng so với số bình quân không thể bỏ qua ñược Như tải trọng ñộng mặt sàn, ô tô, cầu trục hoặc tải trọng xếp ñống vật thiệu vv…

+ Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu

không nhất ñịnh xuất hiện, nhưng hể có xuất hiện thì hệ số rất lớn và thời gian duy trì tương ñối ngắn Như ñộng ñất, lực phát nổ, lực va ñặp vv…

2.2.2 Phân loại

a) Áp lực nước

Tường chắn ñất cứng duy trì ở vị trí tĩnh tải bất ñộng (không bị dịch chuyển), loại

áp lực ngang này của ñất ñược gọi là áp lực ngang ở trạng thái tĩnh, ký hiệu

làE kN m0( / ) Áp lực ngang của ñất có khuynh hướng ñẩy trượt vật chắn và khi vật chắn trượt hay lắng vào khối ñất, khối ñất ñạt trạng thái cân bằng dẻo giới hạn và áp

lực ngang tương ứng của ñất ñạt cực trị ñược gọi là áp lực ngang của ñất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo

b) Áp lực ñất

Có hai loại áp lực ngang cực trị gồm áp lực ñất chủ ñộng và áp lực ñất bị ñộng + Khi ñạt cực tiểu có tên là áp lực ngang của ñất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo chủ ñộng, ký hiệu làE kN m a( / )

+ Khi ñạt cực ñại có tên là áp lực ngang của ñất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo bị ñộng, ký hiệu làE kN m p( / )

Tường chuyển vị ngang hoặc ngã về phía sau, khối ñất sau lưng tường bị ép lại

và bị trượt theo một mặt phẳng trong ñất và dọc theo lưng tường ñất ở trạng thái bị ñộng E p Tải trọng truyền từ móng qua môi trường ñất của công trình xây dựng trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng) Tải trọng thi công như: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữa tường cừ vv… Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải kể lực ñộng ñất Tải trọng phụ do sự biến ñổi về nhiệt ñộ

và 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 ñoạn thi công ñược lấy như sau:

Bảng 2.1 Hệ số vượt tải (Ttheo tải liệu tham khảo [11])

TT Tải trọng và tác ñộng Hệ số vượt tải

Tải thường xuyên

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

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

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

4 Áp lực ngang của ñất khi ñổ bê tông và truyền qua ñất lên

tường sau khi bê tông ñông cứng

Bảng 2.1 Hệ số vượt tải (Ttheo tải liệu tham khảo [11]) (tiếp theo)

8

Lực căn của neo

+ Để chịu áp lực ngang của ñất

+ Để tạo phụ tải chống ñẩy nổi công trình

1.1 (0.9)

Tải ngắn hạn

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

trên mặt ñất hoặc tường bị nghiêng

1.1 (0.9)

10 Áp lực chủ ñộng và bị ñộng của ñất 1.1 (0.9)

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

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

13 Sức chống của ñất dưới ñáy công trình (0.9)

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

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

c) Tải trọng ngoài

Bao gồm các tải trọng xe, tải trọng sử dụng và tải trọng tàu thuyền khi neo ñậu vv… tải trọng này ñược lấy theo kinh nghiệm q0=15 kN/m2

2.3 TÍNH TOÁN CÁC TẢI TRỌNG LÊN KẾT CẤU CHẮN GIỮ

Theo tài liệu tham khảo [1, 2, 15, 17, 28]

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 ñất, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực này làm cho kết cấu chắn giữ chuyển vị

a) Áp lực nước

Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn ñất,

ngoài áp lực ñất còn có áp lực nước của nước

ngầm dưới mặt ñất, áp lực nầy gọi là áp lực

thủy tỉnh E kN m0( / )

Hình 2.1 Biểu ñồ áp lực nước

b) Áp lực ñất chủ ñộng

Nếu tường chắn ñất dưới tác dụng của áp

lực ñất ñắp mà lưng tường dịch chuyển theo

chiều ñất ñắp Khi ñó áp lực ñất tác dụng vào

tường sẽ từ áp lực ñất tĩnh mà giảm dần ñi, khi

thể ñất ở sau lưng tường ñạt ñến giới hạn cân

bằng, ñồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm

cho thể ñất trượt xuống, khi ñó áp lực ñất giảm

Nếu tường chắn ñất dưới tác dụng của ngoại lực di ñộng theo chiều ñất ñáp, khi

ñó áp lực ñất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực ñất tĩnh tăng dần lên, liên tục cho ñến khi thể ñất ñạt giới hạn cân bằng, ñồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể ñất ở phía sau tường bị chèn ñẩy lên Khi ñó áp lực tăng ñến trị số lớn nhất gọi là áp lực bị ñộng

( / )

p

Hình 2.3 Biểu ñồ áp lực ñất bị ñộng

2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN KẾT CẤU CHẮN GIỮ

Theo tài liệu ham khảo [1, 2, 14,15, 17, 28]

2.4.1 Phương pháp Rankine

a) Lý thuyết căn bằng giới hạn của ñất

Khi một ñiểm nào ñó trong ñất ở trạng thái phá hủy cắt, thì trị α của góc kẹp giữa mặt cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính lớn O1 là: `

2 90 45

2

ϕ

Hình 2.4 Vòng tròn ứng suất cân bằng ở ñiều kiện giới hạn

b) Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực ñất Rankine

Nếu trong thể ñất bán vô hạn lấy một mặt cắt thẳng ñứng, ở ñộ sâu z mặt AB lấy một phân tố nhỏ, ứng suất hướng pháp tuyến σ σx, z vì trên mặt AB không có ứng suất cắt nên σ σx, z ñều là ứng suất chính Khi thể ñất ở và trạng thái cân bằng ñàn hồi 0

x K z

σ = γ và σz=γz Vòng tròn ứng suất O1 ở ñiểm này không tiếp xúc với ñường bao cường ñộ chịu cắt (Hình 2.5b) khi σz không ñổi σx giảm dần vòng tròn ứng suất

O2 tiếp xúc với ñường bao cường ñộ, thể ñất ñạt ñến cân bằng giới hạn σ σz, x lần lượt

là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất khi ñó ta có trạng thái chủ ñộng Rankine trong thể ñất hai tổ mặt trượt làm thành góc kẹp 0

45 2

ϕ

+ với mặt phẳng ngang (Hình 2.5c)

Khi σz không ñổi σx tăng lớn dần Vòng tròn ứng suất O3 cũng tiếp xúc với ñường bao cường ñộ, thể ñất ñạt ñến cân bằng giới hạn Khi ñó σ là ứng suất chính nhỏ nhất

còn σxlà ứng suất chính lớn nhất trong thể ñất, hai tổ mặt trượt làm thành góc 0

45

2

ϕ

− với mặt nằm ngang (Hình 2.5c) khi ñó ta có trạng thái bị ñộng Rankine

Áp lực tác dụng lên lưng tường AB của tường chắn ñất, tức là trạng thái ứng suất trên mặt AB ứng với phương chiều, ñộ dài lưng tường trong thể ñất bán vô hạn khi ñạt ñến trạng thái cân bằng giới hạn (Hình 2.5d) Lý thuyết Rankine cho rằng có thể dùng tường chắn ñất ñể thay thế một bộ phận của thể ñất bán vô hạn theo lý thuyết Rankine chỉ có một ñiều kiện biên tức là tình trạng bề mặt của thể ñất vô hạn mà không kể ñến ñiều kiện biên trên mặt tiếp xúc lưng tường với thể ñất

Hình 2.5 Trạng thái chủ ñộng và bị ñộng của Rankine

c) Tính áp lực chủ ñộng của Rankine

Khi lưng tường thẳng ñứng, mặt ñất ñắp nằm ngang thì cũng vận dụng lý thuyết căn bằng giới hạn ñể tính áp lực ñất chủ ñộng Nếu dưới lưng tường AB dưới tác ñộng của áp lực ñất làm cho lưng tường tách khổi ñất lắp di ñộng ra ngoài tới A’B’ khi ñó thể ñất sau lưng tường ñạt ñến trạng thái cân bằng giới hạn, tức là trạng thái cân bằng chủ ñộng Rankine lấy một phân tố ñất ở ñộ sâu z chổ lưng tường thì ứng suất theo chiều ñứng của nó σz =γz là ứng suất chính lớn nhất σ1 ứng suất theo phương ngang

2 tan (45 )

2

a

(2-3)

2 1/ 2 ( / )

- γ trọng lượng riêng của ñất kN/m3

- z ñộ sâu từ ñiểm tính ñến ñiểm ñang xét

- Ka hệ số áp lực chủ ñộng

- c lực dính kPa

- φ góc ma sát trong của ñất

- Ea áp lực chủ ñộng của ñất (kN/m)

- h0 cao ñộ vùng chịu kéo

Khi bề mặt ñất ñắp sau lưng tường có tải trọng phân bố ñều liên tục q tác ñộng khi tính toán có thể cho ứng suất ñứng σz ở ñộ sâu z tăng thêm một lượng q tức là áp lực ñất chủ ñộng ở tại vị trí cần tính là

d) Tính áp lực ñất bị ñộng của Rankine

Một tường chắn ñất có lưng tường thẳng ñứng, mặt ñất nằm ngang, nếu tường ñẩy về phía ñất ñắp, dưới tác dụng của ngoại lực, khi ñất phía sau tường ñạt ñến trạng thái cân bằng giới hạn ta sẽ có trạng thái bị ñộng Rankine Xét một phân tố ñất ở ñộ 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= p p,σz =γz thay vào

ta ñược công thức tính áp lực ñất bị ñộng Rankine:

Đất cát:

2 1

( / ) 2

Đất sét:

2 1

2 2

Trong ñó:

- Pp áp lực ñất bị ñộng kN/m2

- γ trọng lượng riêng của ñất kN/m3

- z ñộ sâu từ ñiểm tính ñến mặt ñiểm ñang xét

- Kp hệ số áp lực bị ñộng

- c lực dính kPa

- φ góc ma sát trong của ñất

- Ep áp lực bị ñộng của ñất (kN/m)

Góc kẹp giữa mặt trượt BC xuất hiện trong thể ñất sau lưng tường với mặt phẳng ngang là 0

(45 )

2

ϕ

− Nếu ñất ñắp thành từng lớp, trên mặt ñất ñắp có siêu tải thì

phương pháp tính áp lực ñất bị ñộng cũng giống như tính áp lực ñất chủ ñộng nói trên

2.4.2 Phương pháp Coulomb

a) Nguyên lý cơ bản tính toán

Theo lý thuyết Coulomb khi tính áp lực ñất tác dụng lên tường chắn thì

+ Tường cứng

+ Mặt trượt ñược xem là phẳng

+ Lưng tường là mặt trượt thứ 2

+ Lăng trụ trượt ñược xem là khối gắn tuyệt ñối

+ Đất xem như vật thể rời không có lực dính

b) Áp lực ñất chủ ñộng

Tường chắn ñất thể hiện như (Hình 2.7) lưng tường AB nghiêng lệch ñi tạo thành gốc kẹpεvới ñường thẳng ñứng, bề mặt ñất ñắp AC là mặt phẳng tạo thành góc kẹpβvới mặt phẳng ngang Nếu tường chắn dưới tác ñộng của áp lực ñất ñắp dịch chuyển ra ngoài tách rời khỏi ñất ñắp, thể ñất sau tường ñạt ñến trạng thái cân bằng giới hạn (trạng thái chủ ñộng ), trong thể ñất sinh ra hai mặt trượt AB và BC thông qua chân tường B, nếu mặt trượt BC tạo thành góc kẹp α với mặt phẳng ngang, xét một ñơn vị ñộ dài tường chắn, coi nêm ñất trượt ABC ñược tách ñộc lập và xét ñến ñiều kiện cân bằng tĩnh của nó, các lực tác ñộng vào nêm ñất trượt ABC có:

1/ Trọng lượng G của nêm ñất ABC Nếu trị αñã biết thì ñộ lớn, phương chiều,

và vị trí ñiểm tác ñộng của G ñều ñã biết

2/ Phản lực R của thể ñất tác ñộng trên mặt trượt BC, R là hợp lực ma sát T1 trên mặt BC bằng góc ma sát trongϕcủa ñất Bởi vì nêm ñất trượt ABC tương ứng với thể ñất bên phải của mặt trượt BC dịch chuyển theo chiều ñi xuống, nên chiều của lực ma sát T1 là ñi lên, chiều tác dụng của R ñã biết, ñộ lớn chưa biết

3/ Lực tác dụng Q của tường chắn ñất vào nêm ñất Góc kẹp của nó với pháp tuyến ở lưng tường bằng góc ma sát δ giữa lưng tường với nêm ñất Tương tự, bởi vì nêm ñất trượt ABC tương ứng với lưng tường trượt theo chiều ñi xuống, nên lực ma

sát T2 của lưng tường sinh ra ở mặt AB có chiều ñi lên Chiều tác dụng của Q ñã biết,

os ( ) sin( ) sin( )

os os( ) 1

os( ) os( )

a

c K

Qmin , cũng tương tự như khi tính áp lực ñất chủ ñộng, có thể lấy:

1 2

os ( ) sin( )sin( )

os os( ) 1

os( ) os( )

p

c K

2

p

(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 ñộ áp lực bị ñộng Ep phân tố thành quy luật ñường thẳng theo ñộ cao của thân tường

2.5 XÉT SỰ CĂN BẰNG ỔN ĐỊNH CỦA MỘT ĐIỂM

Theo tài liệu tham khảo [1, 2, 14, 15, 28]

Đối với ñất rời c=0

Nếu ñiểm A ở trạng thái cân bằng giới hạn ϕ ϕ= max

Định luật Mohr- Rankine

- Nếu ømax<φ ñiểm A ổn ñịnh

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

- Nếu ømax>φ ñiểm A mất ổn ñịnh

Hình 2.9 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb ñối với ñất rời

2.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

2.6.1 Giới thiệu giải pháp

Khi chắn giữ các công trình như bờ kè, hố móng, tầng hầm, mái dốc sườn ñất vv…người ta thường sử dụng nhiều biện pháp chắn giữ nhằm ổn ñịnh mái ñất không

bị trượt, như tường cọc bản bê tông cốt thép (BTCT), cọc khoan nhồi, cọc barret, cọc

bê tông dự ứng lực, cọc bản thép… Nhưng hiện nay phương pháp cọc BTCT kết hợp với bản BTCT ñang ñược quan tâm nhiều trong việc chắn giữ lớp ñất yếu ven sông ở khu vực ĐBSCL như ở Cần Thơ, Hậu Giang, Kiêng Giang vv…Trong ñề tài luận văn này tác giả ñề cặp ñến giải pháp cọc BTCT kết hợp với bản chắn BTCT (như hình 2.10a, 2.10b)

Bản chắn có nhiệm vụ chắn giữ lớp cát san lắp phía trên ñài và phía dưới ñáy ñài, tải trọng của lớp cát tác dụng lên bản chắn, ñược bản chắn gánh ñỡ và truyền vào ñài cọc, ñài cọc phân bố tải trọng ñiều lên các cọc, các tải trọng ñược cọc truyền ñều xuống các lớp ñất xung quanh thân cọc

Giải pháp cọc BTCT kết hợp với bản BTCT theo phương pháp này nhằm mục ñích thi công nhanh, hiệu quả kinh tế cao mà không làm ảnh hưỡng ñến khả năng chịu lực của công trình

Để áp dụng giải pháp này có hiệu quả về mặt kinh tế, cũng như không làm ảnh hưỡng ñến khả năng chịu lực của công trình thì ta áp dụng tùy thuộc vào từng vùng, từng khu vực và ñịa hình không phức tạp…

Hình 2.10a Mặt bằng bố trí cọc BTCT

Hình 2.10b Mặt cắt ngang 1-1

2.6.2 Các phương pháp tính toán sức chịu tải ngang của cọc

2.6.2.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998

a) Sơ ñồ phân bố tải trọng lên ñầu cọc

Áp dụng theo tài liệu tham khảo [3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20,

23, 24, 25, 26,27]

Tải trọng tác dụng lên cọc gồm tải trong thẳng ñứng do trọng lượng bản thân của ñất ñắp trên ñài σz và trọng lượng bản thân của ñài p1, áp lực ngang của ñất là H và momen tại ñáy ñài 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 ñả chuyển thành lực dọc trong cọc, còn lực nằm ngang ở ñỉnh cọc ñược chia ñều cho số lượng cọc (ta xem móng cứng tuyệt ñối) (Hình 2.11)

0

H H n

b) Mô hình nên Winkler

Xác ñịnh momen và chuyển vị ngang của một cọc dọc theo trục thẳng ñứng chịu tác ñộng của momen M0 và lực ngang H0 tại cao trình mặt ñất Cũng như ổn ñịnh của nền ñất này xung quanh cọc ñược Tarzaghi ñề cặp tới trong các bài báo và trong giáo trình của ông trong những năm

1950

Khi tính toán cọc chịu tải

ngang, ñất xung quanh cọc ñược

xem như môi trường ñàn hồi

tuyến tính ñược mô phỏng bằng

Tính toán nội lực và chuyển vi thân cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang, hiện nay tương ñối phổ biến khi xem cọc là dầm trên nền ñàn hồi, theo giả thiết hệ số nền Winkler phản lực của ñất ở bất cứ ñiểm nào của thân cọc cũng ñiều tỉ lệ với ñiểm ấy của thân cọc Phương pháp này gọi là phương pháp dầm trên nền ñàn hồi.

Có 3 phương pháp giải cụ thể một là trực tiếp dùng phương pháp ñể giải phương trình vi phân ñường cong ñàn hồi sau khi cọc (tức dầm trên nền ñàn hồi) chịu lực, tìm

ra nội lực và chuyển vị tại các phần của cọc Phương pháp thứ hai là phương pháp sai phân hữu hạn, chia cọc thành ñoạn hữu hạn, dùng công thức sai phân ñể thay thế gần ñúng cho ñạo hàm các cấp trong phương trình vi phân ñường công ñàn hồi của cọc ñể giải Phương pháp nữa là chia thân cọc thành các phần tử rời rạc, hữu hạn sau ñó căn

cứ vào các ñiều kiện cân bằng lực và chuyển vị ñể tìm nội lực và chuyển vị ở các bộ phận của cọc (phương pháp phần tử hữu hạn) Dưới ñây chủ yếu giới thiệu phương pháp thứ nhất, tức là phương pháp số

Dưới tác ñộng của tải trọng ngang, chuyển vị ngang của cọc càng lớn khi áp lực (tức là phản lực ñàn hồi của ñất ) σ càng lớn, mà ñộ lớn của áp lực quyết ñịnh bởi, tính chất của ñất, ñộ cứng của thân cọc, hình dạng mặt cắt của cọc, ñộ sâu của cọc vào trong ñất vv…, ñộ lớn của áp lực có thể biểu diễn bằng công thức sao ñây:

ñàn hồi của ñất nền, biểu thị

cho lực phải tác dụng vào ñể

sinh ra một ñơn vị biến dạng

cho một ñơn vị diện tích ñất

trong giới hạn ñàn hồi, ñộ lớn

của nó có liên quan với loại ñất

nền, tính chất cơ lý của ñất nền

Hình 2.12 Quy luật biến ñổi của hệ số nền

Trị C có ñược nhờ vào các phương pháp thử nghiệm, như có thể tính ra ñược sau khi thực ño x và δ của cọc thử ở các loại ñất khác nhau và các ñộ sâu khác nhau Nhiều thử nghiệm cho thấy, ñộ lớn của hệ số nền C không những có liên quan

với loại và tính chất của ñất mà còn biến ñổi tùy theo ñộ sâu Hiện nay, mấy loại sơ ñồ khác nhau của quy luật phân bố hệ số nền ñang áp dụng như thể hiện trong (Hình2.12)

Hệ số nền tăng tỉ lệ với chiều sâu CZ=Kz

tác dụng của lực Cạnh tính toán của cọc ñược xác ñịnh bằng công thức sau:

- K1 =1 hệ số xét ñến hình dạng tiết diện chử nhật

- K2 hệ số xét ñến sự khác nhau của một bài toán không giang (ñối với 1 cọc ñơn)

và bài toán phẳng (là giả thiết của Urban)

- M và H là giá trị tính toán của moment uốn(T.m) và lực cắt(T) ñài cọc

- l0 là chiều dài ñọan cọc (m) bằng khoảng cách từ ñáy ñài cọc ñến mặt ñất

- y0 và ψ0 là chuyển vị ngang( m) và góc xoay của tiết diện ngang của cọc

(radian) ở mặt ñất với cọc ñài cao, ở mức ñáy ñài với cọc ñài thấp, ñược xác ñịnh như

sau:

- δHH: Chuyển vị ngang của tiết diện cọc (m/T), bởi lực H0=1

- δMH: Góc xoay của tiết diện (1/T), bởi H0=1

Hình 2.13 Sơ ñồ tác ñộng của lực ngang và lực ñứng lên ñầu cọc

72,004 50,007 36,745 28,140

192,026 111,149 70,023 46,943

576.24 278.07 150.28 88.279