Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu độ ổn định và dịch chuyển của tường kè bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng và thủy triều khu vực TP. Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu độ ổn định và dịch chuyển của tường kè bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng và thủy triều khu vực TP. Cần Thơ" nhằm nghiên cứu mô hình mô phỏng số; đề xuất được phương án thiết kế, phương pháp thi công phù hợp cho các tường kè BTCT tại khu vực thành phố Cần Thơ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu độ ổn định và dịch chuyển của tường kè bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng và thủy triều khu vực TP. Cần Thơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH HỮU MINH NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ DỊCH CHUYỂN CỦA TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ THỦY TRIỀU KHU VỰC TP. CẦN THƠ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 S K C0 0 5 9 0 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH HỮU MINH NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ DỊCH CHUYỂN CỦA TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ THỦY TRIỀU KHU VỰC TP. CẦN THƠ NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60.58.02.08 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH HỮU MINH NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ DỊCH CHUYỂN CỦA TƯỜNG KÈ BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ THỦY TRIỀU KHU VỰC TP. CẦN THƠ NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60.58.02.08 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN SỸ HÙNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018
LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Huỳnh Hữu Minh Giới tính:Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07.1.1989 Nơi sinh:Cần Thơ Quê quán: Phú Quốc, Kiên Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Nhân viên Xây dựng thuộc Cảng hàng không quốc tế Cần Thơ. Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: số 50, đường số 8, KDC. 586, P. Phú Thứ, Q. Cái Răng, Thành phố Cần Thơ Điện thoại: 0944438851 Điện thoại cơ quan: 02093844301 Điện thoại nhà riêng: Fax: 0292 3744584 E-mail:huuminh@canthoairport.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến …/ … Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ 11/2007 đến 10/2011 Nơi học (trường, thành phố):trường Đại học Cần Thơ Ngành học:Xây dựng dân dụng & công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/2015 đến …/ 2017 Nơi học (trường, thành phố):Trường ĐHSPKT TPHCM Ngành học:KTXD Công trình dân dụng và công nghiệp Tên luận văn:Nghiên cứu độ ổn định và dịch chuyển của tường kè bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng và thủy triều khu vực TP. Cần Thơ. Ngày & nơi bảo vệ luận văn:Trường ĐHSPKT TPHCM Người hướng dẫn:TS Nguyễn Sỹ Hùng 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/…… đến …/ …… Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: I
Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ):B1 khung Châu Âu 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 05/2012 Công ty CP Sông Hồng Tây Đô Nhân viên Xây Dựng đến 07/2016 Tổng công ty Cảng hàng không 07/2016 Việt Nam – CTCP – Cảng hàng Nhân viên Xây Dựng đến nay không quốc tế Cần Thơ IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN/ĐỊA PHƯƠNG Ngày tháng năm 2017 (Đã ký) Người khai ký tên Huỳnh Hữu Minh II
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Sỹ Hùng. Các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này chưa từng được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, từ trước tới nay chưa có một tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn trong luận văn này. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018 Huỳnh Hữu Minh III
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hướng dẫn khoa học là Tiến sĩ Nguyễn Sỹ Hùng, người đã đã đưa ra những gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài và chỉ bảo tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu mà quan trọng nhất là sự trung thực trong làm nghiên cứu khoa học. Thầy cũng đã hướng dẫn tôi cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũng như những nguồn tài liệu quý báu. Và với sự hướng dẫn khoa học, nghiêm túc, tận tình đó của thầy đã giúp Tôi đạt đến kết quả nghiên cứu cuối cùng. Xin cảm ơn thầy Nguyễn Sỹ Hùng đã hỗ trợ tôi chương trình Plaxischo việc mô phỏng dịch chuyển của tường kè. Đồng thời tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa xây dựng và cơ học ứng dụng trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy trong quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại đây. Và cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, hỗ trợ rất nhiều và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! TP. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018. Huỳnh Hữu Minh IV
TÓM TẮT Nghiên cứu độ ổn định và dịch chuyển của tường kè bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng và thủy triều khu vực TP. Cần Thơ Huỳnh Hữu Minh Trong đề tài luận văn thạc sĩ này để tìm hiểu được nguyên nhân tác động đến chuyển vị ngang của tường kè, ta phải khảo sát số liệu từ công trình có sự cố thực tế, sau đó mô phỏng lại công trình với các số liệu chi tiết. Dựa vào kết quả dịch chuyển trên phần mềm so với kết quả dịch chuyển thực tế để tìm ra được mô hình sát với thực tế nhất. Dựa vào mô hình đó, ta sẽ mô phỏng các phương án thiết kế, thi công, từ đó so sánh tìm ra ra phương án tốt nhất. Từ đó đề xuất phương án thiết kế, thi công cho tường kè BTCT khu vực thành phố Cần Thơ. Công trình dùng để phân tích trong luận văn này là Hạng mục: Kè Cái Khế thuộc gói thầu CP20-2: Nâng cấp cơ sở hạ tầng kỹ thuật cấp 1&2 giai đoạn II thuộc Dự án thành phần số 6 Dự án Thành Phố Cần Thơ – Địa điểm: tại Phường An Nghiệp, An Hòa và Thới Bình, Quận Ninh Kiều, Thành phố Cần Thơ. Công trình có giá trị hoàn thành sau quyết toàn là 124.446.268.000 đ, bao gồm 8 hạng mục. Bờ kè chính có thiết kế là tường BTCT cao 3m, đỉnh tường dày 300mm đáy tường dày 500mm với bản đế rộng 2,5m dày 400mm được đóng 2 hàng cọc thẳng song song sâu 20m và cách khoảng 1,5m, dưới bản đáy kè được gia cố cừ tràm mật độ 16 cây/m2. Ở cao độ đỉnh kè sau hoàn thiện sẽ là vỉa hè rộng 1,7m và hệ thống giao thông với đường rộng 5,5m. Luận văn sử dụng mô hình mô phỏng bằng phần mềm Plaxis so sánh với kết quả quan trắc. Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa chọn giải pháp tường gia cường, đánh giá địa chất và chọn thiết kế an toàn hơn đối với khu vực Thành phố Cần Thơ nói riêng và khu vực ĐBSCL nói chung. V
ABSTRACT Research on stability and movement of reinforced concrete embankment wall under the influence of load and tide in Can Tho city Minh Huynh Huu In this research, to investigate the cause of the horizontal displacement of the embankment wall, we must survey the data from the actual Construction has landslide, then reproduce the work with the data. Based on the results of movement on the software compared to the actual movement results to create the evaluation loop, to find the model closest to the actual. Based on that model, we will evaluate the correlation of the tide, the load with the stability of reinforced concrete wall. Based on that model, we will simulate the designs, construction, from which to find the optimal solution. From there, propose the best design and construction method for reinforced concrete wall in Can Tho city. Construction used for analysis in this research is work: Cai-Khe embankment of CP20-2 package: upgrading grade 1 & 2 stage 2 of the project No.6 Project of Can Tho city - Location: An Nghiep, An Hoa and Thoi Binh wards, Ninh Kieu District, Can Tho City. The value of completed works is 124,446,268,000 VND including 8 works. The main embankment is designed as a 3m high reinforced concrete wall, 300mm thick wall top, 500mm wall base with 2.5m wide base, 400mm thick, Supported by 2 rows of piles parallel with 20m deep and 1.5m apart, below the bottom of the embankment Reinforced by Melaleuca piles with density of 16 plants per square meter. At the height of the embankment after completion will be sidewalk 1.7 m wide and traffic system with a width of 5.5 m. Thesis uses simulation model by software Plaxis compared with the results Observation results. This thesis will help the design engineer have more theoretical basis in selecting the reinforced wall, design more secure in Can Tho city. In particular and the Mekong Delta region in general. VI
MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................... I LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ III LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... IV TÓM TẮT ..............................................................................................................V ABSTRACT ......................................................................................................... VI MỤC LỤC ........................................................................................................... VII DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. IX DANH SÁCH CÁC HÌNH ....................................................................................X DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................ XII CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................... 1 1.1Giới thiệu ........................................................................................................... 1 1.1.1Hiện trạng các vụ sạt lở bờ kè tại khu vực thành phố Cần Thơ: ............. 1 1.1.2Nguyên nhân khách quan: ....................................................................... 2 1.1.3Nguyên nhân chủ quan: ........................................................................... 3 1.1.4Các nghiên cứu tương tự trong nước:...................................................... 3 1.1.5Các nghiên cứu tương tự ngoài nước: ..................................................... 4 1.1.6Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 4 1.2MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 4 1.2.1Mục tiêu của nghiên cứu ......................................................................... 4 1.2.2Nội dung của nghiên cứu......................................................................... 4 1.2.3Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG KÈ BTCT ............................. 5 2.2CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC LÊN TƯỜNG ......................... 5 2.2.1Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng ................................. 5 2.2.2Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine ....................................... 8 2.2.3Áp lực mực nước ngầm lên mặt tường .................................................... 9 2.2.4Áp lực tác dụng lên tường trong một số trường hợp riêng .................... 10 2.3CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS ........................................................ 13 2.3.1Mô hình vật liệu .................................................................................... 13 2.3.2Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ............................................ 15 2.4GIỚI THIỆU CÁC MÔ HÌNH ........................................................................ 18 VII
2.4.1Mô hình ứng xử của đất Mô hình Morh-Coulomb ................................ 18 2.4.2Mô hình ứng xử của đất Mô hình Hardning-Soil .................................. 25 2.4.3Sử dụng các thông số tương quan từ thí nghiệm hiện trường ............... 29 2.5 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU KẾT CẤU ................................................. 33 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 34 3.1 MÔ TẢ CÔNG TRÌNH KHẢO SÁT ............................................................ 34 3.1.1 Điều kiện địa chất và Thủy văn của công trình khảo sát ...................... 35 3.1.2 Thông số, đặc điểm của tường kè BTCT với cọc BTCT gia cường của công trình khảo sát ........................................................................................ 35 3.2 SỰ CỐ DỊCH CHUYỂN TẠI CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ............................ 35 3.3 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH 40 3.4 CÁC DỮ LIỆU, THÔNG SỐ ĐẦU VÀO ..................................................... 41 3.4.1Các số liệu thu thập từ thực tế ............................................................... 41 3.4.2Các thông số đầu vào để phân tích mô phỏng ....................................... 44 3.5 CÁC TRƯỜNG HỢP MÔ PHỎNG............................................................... 47 3.5.1Mô hình theo thiết kế ban đầu – Mực nước sông cao nhất ................... 48 3.5.2Mô hình theo thiết kế ban đầu – Mực nước sông thấp nhất .................. 49 3.5.3Tương quan giữa kết quả dịch chuyển trên Plaxis và kết quả quan trắc thực tế của tường kè gặp sự cố .............................................................................. 51 3.5.4Các trường hợp mô phỏng để so sánh ứng xử của cọc đối với mô hình đề xuất ................................................................................................................ 53 CHƯƠNG 4KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 64 VIII
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTCT Bê tông cốt thép ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam PTHH Phần tử hữu hạn E Môđun đàn hồi của đất E0 Mô đun biến dạng của đất Ea Tổng áp lực đất chủ động xác định từ hiệu áp lực đất bị động và áp lực đất chủ động trên toàn bộ chiều sâu trường Ei Môđun đàn hồi ban đầu Et Môđun đàn hồi tiếp tuyến E20, E25 Môđun đàn hồi cát tuyến e Hệ số rỗng của đất [F]e Lực nút tương đương của phần tử hữu hạn (PTHH) [F]s Véctơ lực nút tương đương của kết cấu rời rạc G Mô đun đàn hồi trượt si Độ cứng kháng cắt chuẩn ban đầu N Giá trị thể tích riêng của đất cố kết bình thường [N] Ma trận các đạo hàm riêng của trường chuyển vị của PTHH OCR Hệ số quá cố kết của đất P Tải trọng gây ra chuyển vị δ p Áp lực đất thực tác dụng lên tường σc Ứng suất tiền cố kết của đất Rf Độ huy động phá hoại v Thể tích đặc trưng εe Biến dạng đàn hồi εp Biến dạng dẻo εv Biến dạng thể tích [ε] Véctơ biến dạng tỷ đối γn Trọng lượng riêng của đất lớp thứ n γw Trọng lượng riêng của nước φ Góc ma sát trong của đất, góc ma sát tiếp xúc φn Góc ma sát trong của đất ở lớp thứ nx φm, ψm Góc ma sát trong và góc giãn nở huy động của đất ψ Góc giãn nở của đất λ Nhân tử dẻo μ Hệ số Poisson μt Hệ số Poisson tiếp tuyến μ0 Hệ số biến dạng ngang của đất σ1 - σ3 Độ lệch ứng suất τ Ứng suất cắt tiếp xúc IX
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Tường kè trọng lực ......................................................................................5 Hình 2.2 Áp lực đất tác dụng vào tường kè................................................................5 Hình 2.3 Mặt trượt mái dốc ........................................................................................6 Hình 2.4 Sơ đồ tính theo lý thuyết Coulomb..............................................................7 Hình 2.5 Tính áp lực đất chủ động W.J.W. Rankine .................................................8 Hình 2.6 a)Tường kè dịch chuyển ra ngoài; b) Đất cát; c) Đất sét.............................8 Hình 2.7 Tính áp lực đất bị động W.J.W.Ranline ......................................................9 Hình 2.8 Áp lực nước tác dụng vào tường .................................................................9 Hình 2.9 Áp lực nền đất có nước ngầm ....................................................................11 Hình 2.10 Áp lực nền đất không đồng nhất .............................................................12 Hình 2.11 Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô hình đàn hồi dẻo .........................19 Hình 2.12 Mặt giới hạn Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất tĩnh ................22 Hình 2.13 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục có thoát nước ...................................23 Hình 2.14 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết .................................................24 Hình 2.15 Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol ....................................................26 Hình 2.16 Mặt chảy biến dạng trượt tiến về mặt Mohr-Coulomb............................27 Hình 2.17 Mặt mũ chi phối biến dạng thể tích khi nén đẳng hướng ........................28 Hình 2.18 Xác định 50 qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước .........................31 Hình 2.19 Xác định qua thí nghiệm nén cố kết .........................................32 Hình 3.1 Hình ảnh thực tế tại khe lún trái của phân đoạn dịch chuyển. ..................36 Hình 3.2 Hình ảnh sụp cát đắp phía trong phân đoạn dịch chuyển. .........................36 Hình 3.3 Hình ảnh thực tế tại khe lún phải của phân đoạn dịch chuyển ..................37 Hình 3.4 Mặt bằng và vị trí các điểm quan trắc dịch chuyển bờ Bắc, công ty CP Sông Hồng Tây Đô (2014) ........................................................................................37 Hình 3.5 Biểu đồ so sánh độ dích chuyển tại các điểm 4-5-6-7, Công ty CP Sông Hồng Tây Đô (2014) .................................................................................................38 Hình 3.6 Mô hình phân tích tổng quát của công trình ..............................................40 Hình 3.7 Mô hình phân tích lưới của công trình ......................................................40 Hình 3.8 Các chỉ số độ cứng chống uốn tương đương .............................................46 Hình 3.9 Hình ảnh các thông số sau khi nhập vào Plaxis ........................................48 Hình 3.10 Mặt cắt mô phỏng Tường kè BTCT với mực nước cao nhất ..................48 Hình 3.11 Kết quả hệ số an toàn của Tường kè BTCT ở mực nước cao nhất theo thiết kế bàn đầu Msf =1,456......................................................................................49 Hình 3.12Mặt cắt mô phỏng Tường kè BTCT với mực nước thấp nhất ..................49 Hình 3.13Áp lực nước đối với Tường kè BTCT ở mực nước thấp nhất ..................50 Hình 3.14Kết quả hệ số an toàn của Tường kè BTCT ở mực nước thấp nhất theo thiết kế bàn đầu Msf =0,976......................................................................................50 Hình 3.15 Kết quả dịch chuyển của Tường kè BTCT ở mực nước thấp nhất..........51 Hình 3.16 Biểu đồ so sánh hệ số an toàn của tường kè BTCT ở các mực nước sông Cao, Thấp và Trung bình ..........................................................................................51 Hình 3.17 Mặt cắt mô phỏng tường kè BTCT với 2 hàng cọc xiên ra phía ngoài ...53 X
Hình 3.18 Mặt cắt mô phỏng tường kè BTCT với 1 hàng cọc đứng kết hợp 1 hàng cọc xiên ra phía ngoài ...............................................................................................53 Hình 3.19 Mặt cắt mô phỏng tường kè BTCT với 2 hàng cọc xiên vào phía trong .54 Hình 3.20 Mặt cắt mô phỏng tường kè BTCT với 1 hàng cọc đứng kết hợp 1 hàng cọc xiên vào trong .....................................................................................................54 Hình 3.21 Biểu đồ so sánh hệ số an toàn của các trường hợp mô phỏng phương án đóng cọc ....................................................................................................................55 Hình 3.22 Các trường hợp mô phỏng so sánh chiều dài cọc tối ưu .........................56 Hình 3.23 Biểu đồ so sánh hệ số an toàn của các trường hợp mô phỏng phương án tăng chiều dài cọc ......................................................................................................56 Hình 3.24 Biểu đồ tương quan giữa hệ số an toàn với chiều dài cọc .......................57 Hình 3.25 Mặt cắt và mặt bằng các trường hợp mô phỏng mật độ cọc ...................58 Hình 3.26 Biểu đồ so sánh hệ số an toàn của các trường hợp mô phỏng phương án tăng mật độ cọc .........................................................................................................59 Hình 3.27 Biểu đồ tương quan giữa hệ số an toàn với mật độ cọc ..........................59 Hình 3.28 Các trường hợp mô phỏng để tìm ra góc đóng cọc phù hợp ...................60 Hình 3.29 Biểu đồ so sánh hệ số an toàn của các trường hợp mô phỏng phương án góc nghiêng của cọc ..................................................................................................61 Hình 3.30 Biểu đồ tương quan giữa hệ số an toàn với góc nghiêng của cọc ...........61 Hình 3.31 Biểu đồ lực cắt lớn nhất và lực moment uốn lớn nhất của cọc trong tất cả các trường hợp ...........................................................................................................62 XI
DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1 Thống kê các tuyến kè Cần Thơ.....................................................................2 Bảng 2 Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Morh-Coulomb .................................19 Bảng 3 Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening-Soil..................................31 Bảng 4 Bảng số liệu quan trắc dịch chuyển của tường kè, Công ty CP Sông Hồng Tây Đô (2014) ...........................................................................................................38 Bảng 5 Bảng thông số chiều dày lớp đất số 1 tại các hố khoan ...............................41 Bảng 6 Bảng thông số chiều dày lớp đất số 2 tại các hố khoan ...............................41 Bảng 7 Bảng thông số chiều dày lớp đất số 3 tại các hố khoan ...............................42 Bảng 8 Bảng thông số chiều dày lớp đất số 4 tại các hố khoan ...............................43 Bảng 9 Bảng thông số chiều dày lớp đất số 5 tại các hố khoan ...............................44 Bảng 10 Bảng tổng hợp Số liệu đầu vào nhập vào Plaxis vật liệu Soil & Interfaces ...................................................................................................................................47 Bảng 11 Bảng tổng hợp Số liệu đầu vào nhập vào Plaxis vật liệu Plates ................47 Bảng 12 Bảng tổng hợp Số liệu của các trường hợp mô phỏng mật độ cọc ...........58 XII
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hiện trạng các vụ sạt lở bờ kè tại khu vực thành phố Cần Thơ: Cần Thơ là trung tâm của ĐBSCL, thuộc vùng sông nước, chịu ảnh hưởng trực tiếp của triều cường Sông Hậu và nước từ Campuchia đổ về với dòng chảy mạnh do đó có nhiều năm cao độ mực nước đo tại trạm là 2,08 – 2,1m (10/10/2014 theo Trung tâm khí tượng thủy văn thành phố Cần Thơ) so với cao độ trung bình của thành phố là 1,00 – 2,00m nên thành phố Cần Thơ thường xuyên ngập trên diện rộng, điển hình là các đường Hai Bà Trưng, Đại lộ Hòa Bình, đường 30/4, đường Ngô Quyền, đường Lý Tự Trọng… Đây là nguyên tố ảnh hưởng đến bề mặt công trình như đường xá, bờ kè, và hệ thống thoát nước. Khác với các tỉnh phía Bắc, thành phố Cần Thơ và tỉnh phía Nam thường bố trí khu dân cư và trục giao thông dọc theo các bờ sông, vì thế do tác động của tải trọng và triều cường nên đường xá, đê, kè dễ bị sạt lở. Ngoài tác động trên bộ, đường xá và khu dân cư ven sông, các bờ kè còn chịu ảnh hưởng của những đợt sóng tần do ghe thuyền tạo nên. Năm 1930, Pháp đã xây dựng các con đường rải đá dọc theo sông như Xóm Chài đi Rạch Cái Sâu, đường Ô Môn – Cờ Đỏ, đường Kinh Cùng – Một Ngàn… các tuyến đường đá đó đã hoàn toàn biến mất vì lý do trên. Vùng đất thành phố Cần Thơ là vùng đất mới kiến tạo, nên kết cấu đất rất yếu, góc chùi rất lớn, thậm chí có hiện tượng dòng chảy dưới lòng đất, tạo nên dịch chuyển bờ kè và sạt lở đất khu dân cư, điển hình nhất là sạt lở đất tại chợ An Nghiệp (gần cầu Nhị Kiều) và chợ Cái Răng (gần cầu Cái Răng) làm hàng chục nhà bị sập đổ xuống sông, có nhiều người chết và mất tích. Thành phố Cần Thơ hiện là thành phố đang phát triển, là một trong những thành phố trung tâm của Đồng Bằng Sông Cửu Long, vì thế nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng ngày càng cao. Các khu vực ven các nhánh sông Cần Thơ là những bờ kè đơn sơ, các nhà lưỡng cư. Để mang lại sự an toàn và vẻ đẹp mỹ quan đô thị cho Thành Phố Cần Thơ các khu vực ven sông dần được thay thế bằng tường kè Bê Tông Cốt Thép. Để giải tỏa các hộ dân đang sống trong tình trạng nguy hiểm bởi các nguy cơ sạt lở tại các nhà lưỡng cư ven các nhánh sông Cần Thơ, thì các cơ quan chức năng luôn chọn phương án kè bê tông cốt thép để ổn định bờ sông và mang lại mỹ quan đô thịcho thành phố. Tuy nhiên, vì chi phí thi công tường kè bê tông cốt thép khá cao, nên từ việc triển khai khảo sát thiết kế đến phương án thiết kế các chủ đầu tư thường cắt giảm hoặc chọn các phương án rẻ tiền nhất. Điển hình là xuất hiện những đoạn kè bê tông cốt thép tại khu vực thành phố Cần Thơ bị sạt khá nghiêm trọng, phương án chí phí 1
khắc phục khá cao, đi ngược với tiêu chí ban đầu. Từ đó ta thấy rằng việc khảo sát thiết kế cũng mang tính chất sơ sài, phương án thiết kế chi phí thấp, độ an toàn không được đảm bảo do hệ số an toàn không dự đoán được hết các bất cập xảy ra trong quá trình sử dụng cũng như thi công. Nguyên nhân khách quan: Từ trước năm 1975, thành phố Cần Thơ không có bờ kè tiêu chuẩn, chỉ có vài chục mét bờ kè tạm ở công viên Ninh Kiều, nên hiện tượng sạt lở, xói mòn là không tránh khỏi. Theo bản đồ địa chất Việt Nam, kiến tạo địa chất ở thành phố Cần Thơ không đồng nhất, nên việc sạt lở cục bộ là việc thường xuyên xảy ra khiến đời sống và tính mạng của người dân ven sông thường xuyên bị đe dọa. Vấn đề sạt trượt xảy ra đối với hầu hết các tuyến kè đã xây dựng - thống kê tuyến kè bị trượt, lập bảng chi tiết về chiều dài tuyến kè, chiều cao, mô hình kè, độ dịch chuyển, biến dạng, sạt trượt Bảng 1 Thống kê các tuyến kè Cần Thơ BẢNG THỐNG KÊ CÁC TUYẾN KÈ CẦN THƠ DỊCH CHUYỂN TÊN BỜ KÈ CHIỀU DÀI SẠT MỨC ĐẦU TƯ TRUNG BTCT (m) TRƯỢT BÌNH (cm) 1 Phân Kè rạch Cái Khế Toàn tuyến 1.850 m Toàn tuyến 122 tỉ 1-6 cm đoạn 30 - 40 (CP20) cm Kè Xáng Thổi Toàn tuyến 5.250 m Toàn tuyến 100 tỉ 1-3 cm Không có Kè Rạch Tham Tướng (CP19 - Toàn tuyến 4.200 m Toàn tuyến 140 tỉ 1-3 cm Không có CP21) Kè Cái Răng 1 Đoạn Phía Đông 5.490 m (thuộc dự án Kè Sông Phía Đông 800 tỉ 1-12 cm dài, và sạt Phía Tây 4.781 m Cần Thơ) (415 vốn ODA + nhiều lần 385 vốn đối ứng) Kè chống sạt lở khu Thuộc Phía Đông vực Chợ Mỹ Khánh của dự án kè sông Phía Tây 382 tỉ Chuẩn bị thi công (thuộc dự án Kè Sông Cần Thơ, dài 750 m Cần Thơ) KÈ BÚN XÁNG Toàn tuyến 5.300 m Khoảng 500 tỉ Chuẩn bị thi công 2
Nguyên nhân chủ quan: Ở những đoạn kè bị sạc lở, mô tả về lý thuyết và thực tiễn của các đơn vị thiết kế để giải thích khắc phục, không giải quyết triệt để được các dịch chuyển trong tương lai. + Về mặt lý thuyết: không đưa ra được mô hình tính chính xác để giải thích và dự đoán độ dịch chuyển của kè dưới các tác động của tải trọng và thủy triều + Về mặt thực tiễn: không đưa ra được giải pháp triệt để giảm thiểu độ dịch chuyển của kè, không đưa ra được thiết kế đúng đắn để chống lại dịch chuyển kè trong tương lai. Từ đó làm tăng chi phí xây dựng bờ kè mà không đem lại hiệu quả tối ưu trong chống sạc lở và dịch chuyển bờ kè dưới tác động đã kể trên. Với những nguyên nhân khách quan, chủ quan như đã nêu trên, ta phải nghiên cứu phân tích và đánh giá lại, từ đó khuyến cáo các thông số hệ số an toàn, giải pháp gia cường cho các thiết kế bờ kè tại khu vực thành phố Cần Thơ nói riêng và ĐBSCL nói chung. Các nghiên cứu tương tự trong nước: Lê Văn Tuấn & cộng sự (2015) đã đề xuất một số giải pháp kết cấu công trình kè có thể ngăn chặn hiệu quả hiện tượng biển lấn tại các khu vực xói lở trọng điểm bờ biển tỉnh Trà Vinh và các khu vực có điều kiện tương tự, từ đó ta có thể tham khảo các phương hướng tìm ra giải pháp đó để định hướng phát triển mô hình tường kè BTCT. Ngô Văn Dũng (2013) đã trình bày một vài phương pháp xác định được lưu lượng nước thấm vào hố móng khi xây dựng các công trình ven sông & bờ biển, nhằm giúp cho những người thi công được chủ động trong vấn để chọn lựa thiết bị tiêu nước, cũng như bảo đảm cho công tác thi công được an toàn. Ngô Đức Trung, Võ Phán (2011) đã phân tích được các nguyên nhân ảnh hưởng và dự báo chuyển vị của tường chắn đất, từ đó ta phân tích các nguyên nhân đó cho bờ kè BTCT. Nguyễn Trường Huy (2015) đã nghiên cứu tác động của địa chất lên vách cứng, từ đó ta có thể tham khảo đánh giá được sự tác động của địa chất lên tường bờ kè BTCT. Lê Mạnh Hùng & cộng sự (2015) đã mô tả đánh giá được tình hình xói lở ở Nam bộ và nêu lên được nguyên nhân, các biện pháp bảo vệ trong đó có tường kè BTCT. Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Bửu Anh Thư (2014) đã nghiên cứu xác định được áp lực đất phù hợp cho hệ vách cứng của hố đào sâu, từ đó ta có thể tham khảo cho tường kè BTCT. 3
Châu Ngọc Ẩn, Lê Văn Pha (2007) đã tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa nền đất và kết cấu. Từ đó cho ta thấy sự làm việc đồng thời giữa nền đất và kết cấu tường. Các nghiên cứu tương tự ngoài nước: Donald G. Anderson (2008) đã cung cấp phương pháp phân tích và thiết kế cho các thiết kế địa chấn của tường chắn, sườn, và kè, báo cáo chi tiết về quy trình thiết kế, kiến nghị các thông số kỹ thuật và kèm các ví dụ minh họa thiết kế, từ đó ta có thể tham khảo cho các tường kè BTCT. Jonathan T.H. WU và các cộng sự (1991) đã báo cáo đánh giá, phân tích sự ổn định của tường tường chắn đất, từ đó đưa ra phương án thiết kế hiệu quả. Ta có thể tham khảo được sự ổn định của tường chắn đất so với tường kè BTCT. Tính cấp thiết của đề tài Khảo sát về những nghiên cứu trong và ngoài nước kể trên cho thấy hầu như chưa có các nghiên cứu về kiểm tra sự ổn định của tường bờ kè gia cường cọc BTCT theo các điều kiện địa chất và thủy văn tại tỉnh Cần Thơ. Ngoài ra, các nghiên cứu ứng xử của bờ kè gia cường cọc BTCT nhằm tối ưu các thông số cọc BTCT và tường kè là chưa phổ biến. Các nghiên cứu đề xuất phương án cọc xiên nhằm gia tăng ổn định bờ kè cũng hầu như chưa được tìm thấy trong những nghiên cứu trong nước, từ đó cho thấy tính cấp thiết của đề tài. 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu của nghiên cứu Nghiên cứu mô hình mô phỏng số. Đề xuất được phương án thiết kế, phương pháp thi công phù hợp cho các tường kè BTCT tại khu vực thành phố Cần Thơ. Nội dung của nghiên cứu Thu thập điều kiện địa chất, mực nước các khu vực sông có bờ kè tại Cần Thơ, bản vẽ, số liệu tường kè BTCT, nhật ký dịch chuyển của công trình được khảo sát. Từ công trình gặp sự cố thực tế, ta mô phỏng lại công trình bằng phần mềm Plaxis qua các số liệu thực tế như địa chất công trình, nhật ký dịch chuyển. Dựa vào mô hình trên Plaxis để mô phỏng các trường hợp phương án thiết kế. Xác định ảnh hưởng của phương án bố trí cọc BTCT đến độ dịch chuyển của bờ kè BTCT Tính toán đề xuất các thông số của cọc đối với bờ kè nhằm tối ưu sự làm việc, giảm thiểu độ dịch chuyển. Phương pháp nghiên cứu a) Thống kê thu thập số liệu b) Mô phỏng số bằng phương pháp PTHH (Plaxis) 4