Phát triển tương quan mới tính toán chiều dài tường cọc bản cho kè ven sông ở thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long

PHÁT TRIỂN TƯƠNG QUAN MỚI TÍNH TOÁN CHIỀU DÀI<br /> TƯỜNG CỌC BẢN CHO KÈ VEN SÔNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH<br /> VÀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG<br /> TS.Văn Hữu Huệ<br /> Sở Kế hoạch và Đầu tư Vĩnh Long<br /> <br /> Tóm tắt: Thời gian gần đây, chúng ta đã thấy được những hiểm hoạ không nhỏ do sạt lở bờ<br /> sông ở TP. Hồ Chí Minh và ĐBSCL. Chúng đã gây nên những tổn thất lớn đe doạ nghiêm trọng<br /> đến tính mạng, tài sản nhà nước và nhân dân trong vùng. Từ trước tới nay, thiết kế tường cọc<br /> bản (TCB.) là giả định chiều dài TCB. trước, sau đó tính toán kiểm tra ổn định và biến dạng<br /> của TCB., chúng ta chưa tính toán trực tiếp chiều dài TCB. Việc nghiên cứu xây dựng tương<br /> quan mới tính toán trực tiếp chiều dài TCB. phục vụ thiết kế kè bảo vệ sạt lở bờ sông là khẩn<br /> thiết cho TP. Hồ Chí Minh và ĐBSCL.<br /> <br /> 1. MỤC ĐÍCH BÀI TOÁN, CÁC GIẢ 1.2. Điều kiện biên:<br /> THUYẾT BAN ĐẦU VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN [7] - Chiều dài TCB: y > H, m ;<br /> 1.1.Mục đích bài toán và các giả thuyết - Độ sâu lòng sông: 0 < x < y/2, m;<br /> ban đầu: - Chiều cao vật liệu đắp : 0  d < 2, m ;<br /> - Tìm mối tương quan giữa chiều dài TCB. - Độ sâu neo: 0  a  b, m;<br /> trong điều kiện thoát nước có một neo quan hệ - Độ sâu MNN.: 0  b  3,52 (So với mực<br /> với độ sâu lòng sông, độ sâu neo, độ sâu mực nước cao nhất +2,02% (p =2%), mực nước<br /> nước ngầm (MNN.) nhằm giải quyết vấn đề thấp nhất – 1,50 (p = 95%)), m.<br /> sạt lở, để bảo vệ bờ sông có công trình bên 2.TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT<br /> trên trong điều kiện đất yếu ở TPHCM và 2.1. Sơ đồ bài toán<br /> ĐBSCL.;<br /> q<br /> <br /> - Giả thuyết đất nền đồng nhất và đẳng Ñ a át ñ a ép<br /> d<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> M a ët ñ a á t t ö ï n h i e ân<br /> <br /> hướng; mặt so sánh là mặt đất tự nhiên; ( m a ët s o s a ùn h ) A<br /> a<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> - Tính toán áp lực đất tương ứng hai trạng<br /> b<br /> R ( lö ï c n e o )<br /> x<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> B MNN<br /> <br /> thái biến dạng chủ động và bị động. Hệ số an C<br /> <br /> toàn Fs được đưa vào hệ số áp lực đất bị động.<br /> Cân bằng áp lực nước thủy tĩnh giữa bên trong<br /> y<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> và bên ngoài TCB.;<br /> - Tính toán cho một lớp đất, trường hợp<br /> nền nhiều lớp có thể chọn lớp đất yếu nhất để<br /> D<br /> <br /> tính toán;<br /> - Trọng tâm hình thang áp lực đất là trung Hình 1 : Cắt ngang TCB.<br /> bình cộng giữa trọng tâm hình chữ nhật và trọng<br /> tâm hình tam giác được tách ra từ hình thang; - x, y, H: Độ sâu lòng sông, chiều dài TCB.<br /> - Cọc không biến dạng, áp lực đất có dạng và độ sâu cung trượt, m ;<br /> hình thang và các trị của áp lực chủ động và bị - a, b, d: Độ sâu neo, MNN. và chiều cao<br /> động khi sử dụng tính toán bỏ qua sự suy đất đắp, m ;<br /> giảm của chúng khi có biến dạng của TCB. - C, : Lực dính của đất, kN / m 2 ;<br /> <br /> <br /> 45<br />  -  : Góc nội ma sát của đất, độ ; 3. XÂY DỰNG MỚI TƯƠNG QUAN GIỮA<br /> -  : Dung trọng tự nhiên của đất, kN / m ; 3 CHIỀU DÀI TCB. VỚI CÁC THAM SỐ LIÊN<br /> QUAN [7]<br /> -  dd : Dung trọng tự nhiên của đất đắp,<br /> 3.1.Sơ đồ áp lực đất<br /> kN / m3 ;<br /> -  bh : Dung trọng của đất bão hoà nước,<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d<br /> M a ë t ñ a át t ö ï n h ie â n<br /> ( m a ët so s a ùn h ) A<br /> <br /> kN / m3 ;<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7AB/12<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> b<br /> R ( l ö ïc n e o )<br /> - q: Tải trọng ngoài, kN / m .<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> x<br /> AB<br /> B Ea MNN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> b<br /> 2.2. Hệ số áp lực đất chủ động và bị động [8] C<br /> <br /> Hệ số áp lực đất chủ động:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d1<br /> d2<br />  <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> y<br /> K a  tg 2  450   ;<br />  2<br /> BD<br /> Ea<br /> Hệ số áp lực đất bị động:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d3<br /> H<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5BD/12<br /> CD<br /> Ep<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5CD/12<br /> 1  <br /> K P  tg 2  450   .<br /> Fs  2 D<br /> <br /> <br /> <br /> 2.3. Xác định cường độ áp lực đất chủ<br /> Hình 2 : Cắt ngang TCB. và sơ đồ áp lực<br /> động và bị động tác dụng lên TCB. [6]<br /> đất tập trung<br /> Áp lực đất chủ động phân bố trên đoạn AB: Các thông số a, b, d, x, y được ghi chú như<br /> paAB  K a z   dd d  q K a  2C K a ở hình 1.<br /> Tại A: 3.2. Cơ sở xây dựng mối tương quan:<br /> Tổng các lực theo phương ngang phải triệt<br /> paAB, A z  0    dd d  q K a  2C K a<br /> tiêu, tổng mô men quanh một điểm bất kỳ H<br /> Tại B: phải triệt tiêu<br /> paAB, Bz  b   K a b   dd d  q K a  2C K a 3.3.Tính toán lực neo: Tổng mô men<br /> quanh một điểm bất kỳ H phải triệt tiêu, tức là<br /> Áp lực chủ động tập trung trên đoạn AB:<br /> b  M H  0  R.d1  E aAB .d 2  E BD<br /> a .d 3  0<br /> E aAB <br /> 2<br />  <br /> K a b  2 dd d  q K a  4C K a  V1 (1)<br /> 3.3.1.Tính cánh tay đòn của các lực đối<br /> Tương tự ta cũng tính được áp lực chủ với điểm H<br /> động, bị động tập trung cho các đoạn khác - Sơ đồ đặt lực và cánh tay đòn đối với<br /> như sau: điểm H, xem hình 2;<br /> 1 - Vị trí điểm H cách chân TCB. (điểm D)<br /> E BD<br /> a  V6 y 2  V9 y  V8b  (2); 5 5<br /> 2 một đoạn CD tức HD = CD ;<br /> 1 12 12<br /> E CD<br /> p <br /> 2<br /> <br /> V11 y 2  V12  V13 x y  V15 x 2  V14 x  (3).<br /> - Điểm H là vị trí đặt lực của E CD<br /> p ;<br /> <br /> Trong đó: - Lấy mô men quanh H để triệt tiêu mô<br /> V6  K a ( bh  10) ; V8  2V7  V6b ; men do E CDp gây ra.<br /> V9  V8  bV6 ; V11   bh  10K p ; Gọi d1, d2, d3 là cánh tay đòn của R, E AB<br /> a và<br /> b K E BD đối với điểm H.<br /> V12  V10  K p ; V13  p  2V11 ; a<br /> <br /> 10 10 1<br /> Ta có: d1  7 y  5x  12a  (4)<br /> bK p K 12<br /> V14   V10 ; V15  V11  p .<br /> 10 10 1<br /> d 2  7 y  5x  7b  (5)<br /> 12<br /> <br /> <br /> 46<br />  1 V12  V10  20bK p ;<br /> d3  x  b  (6)<br /> 12 V13  20K p ;<br /> 3.3.2. Tính lực neo R<br /> V14  20bK p ;<br /> Để hệ TCB. cân bằng thì tổng mô men<br /> quanh 1 điểm bất kỳ H phải triệt tiêu V15  V11  20K p ;<br />  M H  0  Rd1  EaABd 2  E BD<br /> a d3  0 (7) V16  12a  7b V1 ;<br /> d 2 AB d 3 BD V17  12a  5b ;<br /> Suy ra R  Ea  Ea (8)<br /> d1 d1 V18  7V11  V6  ;<br /> 3.4. Xây dựng tương quan giữa x và y : V19  7V13  5V11 ;<br /> Để hệ TCB. cân bằng thì tổng lực theo V20  7V9  V6V17  7 V12  12aV11 ;<br /> phương ngang phải triệt tiêu V21  7bV8  V9 V17 ;<br />  X  0  ECD AB<br /> p  R  Ea  Ea<br /> BD<br /> 0 (9)<br /> V22  7V15  5V13 ;<br /> Thế (1), (2), (3), (8) vào (9) biến đổi và rút<br /> V23  7V14  5V12  12aV13 ;<br /> gọn ta tìm được phương trình:<br /> V18 y 3  V19 x  V20 y 2  V22 x 2  V23 x  V21 y  (10) V24  5V14  12aV15 ;<br />  5V15 x 3  V24 x 2  V26 x  V25  0 V25  2V16  bV8V17 ;<br /> Trong đó: V26  12aV14 .<br /> V1  E AB<br /> a ;<br /> <br /> V6  K a ( bh  10) ; 4. KẾT LUẬN<br /> V7  qaK a  2C K a ; Phương trình (10) là tương quan mới tính<br /> toán chiều dài TCB. cho công trình kè ven<br /> qa  b  d dd  q ;<br /> sông trong điều kiện đất yếu và lũ lụt ở<br /> V8  2V7  V6b ; TPHCM. và ĐBSCL trong trường hợp hệ số<br /> V9  V8  bV6 ; an toàn được đưa vào hệ số áp lực đất bị động.<br /> V10  4C K p ; Nghiệm của phương trình (10) giải được bằng<br /> phần mềm toán học Maple [5].<br /> V11   bh  10K p ;<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Châu Ngọc Ẩn, 2004, Cơ học đất, NXB. ĐH. Quốc Gia TPHCM., TPHCM.<br /> [2]. Hoàng Anh Dũng, 2001, Nghiên cứu đánh giá ổn` định bờ kè ven sông trên đất yếu chịu<br /> lực ngang, Luận văn CH., ĐH.Bách Khoa TPHCM., TPHCM.<br /> [3]. Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản, 2002, Xói lở bờ sông Cửu long…, NXB. Nông nghiệp,<br /> Hà Nội.<br /> [4]. PRERRE LAREAL, Nguyễn Thanh Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức<br /> Lục, 1989, Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt nam, Công trình hợp tác Việt Pháp FST<br /> N0 4282901.<br /> [5]. Phạm Huy Điển, Đinh Thế Lục, Tạ Duy Phương, 1998, Hướng dẫn thực hành tính toán<br /> trên chương trình Maple V, NXB. Giáo dục, Hà Nội.<br /> [6]. Phan Trường Phiệt, 2001, Áp lực đất và tường chắn đất, NXB. Xây dựng, HàNội.<br /> [7]. Văn Hữu Huệ, 2008, Nghiên cứu ổn định và biến dạng của công trình bờ kè trong điều<br /> kiện đất yếu ở ĐBSCL., Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa TPHCM.,<br /> TPHCM.<br /> [8]. Whitlow R., 1999, Cơ học đất (tập 1, 2), NXB. Giáo dục, Hà Nội.<br /> <br /> <br /> 47<br />  Abstract:<br /> DEVELOPING A NEW RELATION TO CALCULATE THE LENGTH<br /> OF SHEET PILE FOR THE EMBARKMENT ALONG THE RIVER IN HCMC.<br /> AND MEKONG DELTA<br /> <br /> Van Huu Hue<br /> Department Of Planning And Investment, Vinh Long<br /> <br /> <br /> In recent years, we have seen a lot of tremendous damages from the bank erosions of rivers<br /> in HCMC. and Mekong Delta. They have caused a great loss, which affected people, property<br /> of State and People in the regions. In the past, when designing the sheet pile, we had to choose<br /> the length of the sheet pile before, and calculated for examing of stability and deformation of<br /> the sheet pile; we never calculated the length of the sheet pile directly. A study to establish a<br /> new relation for calculation the length of the sheet pile directly for designing the embarkments<br /> to protect the bank erosions is necessary for HCMC and Mekong Delta.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 48<br />