Đặt vấn đề Hiện tượng sạt lở đất vùng bờ ven sông gây nên những thiệt hại to lớn đe dọa đến tính mạng, tài sản của nhà nước và nhân dân vùng ven sông. Điều này đặt ra một nhiệm vụ cho các cấp chính quyền, các nghành chức năng phải tính đến việc cần thiết cải tạo hạ tầng kỹ thuật vùng ven sông để bảo đảm an toàn, ổn định, bảo vệ chỗ ở của nhân dân, cơ sở sản xuất vùng ven bờ, tạo điều kiện phát triển kinh tế xã hội và tạo mỹ quan đô thị. Đặc biệt là các cảng, khu công nghiệp, được quy hoạch gần sông để tận dụng ưu thế về vận chuyển bằng đường thủy và góp phần tạo cảnh quan vùng sông nước cho phát triển du lịch cũng đặt ra yêu cầu về đảm bảo an toàn cho các công trình ven sông.1a Sạt lở bờ sông vùng đô thị ven sông - 10 - Hình 1.1b Sạt lở bờ sông vùng dân cư nông thôn ven sông Để khắc phục hiện tượng sạt lở, có nhiều giải pháp tường chắn bằng nhiều loại vật liệu khác nhau đã được thực hiện như: tường chắn cọc bêtông cốt thép, tường bêtông trọng lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè cọc ván thép …Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu sử dụng, địa chất nền cụ thể mà chọn giải pháp phù hợp sao cho bảo đảm kỹ thuật, an toàn và kinh tế. Thường địa chất vùng ven sông là đất yếu do phù sa bồi lắng qua thời gian, lại thường xuyên chịu tác động của dòng chảy của sông, đặc biệt trong mùa mưa lủ nên tường cọc bản là một phương án thường được chọn để xây dựng tường kè bảo vệ bờ cho các công trình ven sông do có trọng lượng bản thân nhỏ, hạn chế độ lún do trọng lương bản thân tường và chịu được tác động của dòng chảy.
Hiện nay tường cọc bản thép đang được ứng dụng rất nhiều trên thế giới do ưu thế về trọng lượng, mặt cắt tiết diện đa dạng, liên kết nhau dễ dàng và công nghệ thi công ngày càng tiện dụng nên hiệu quả thi công cao. Điển hình như cọc ván thép được áp dụng ở cảng container Altenwerder-Hamburg-Đức; trong nước, điển hình là tại cảng container Long Tân -Nhơn Trạch- Đồng Nai. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế trong nước cho loại công trình này, việc kiểm tra ổn định tường vẫn thực hiện theo các tiêu chuẩn nước ngoài. - 11 - Nhu cầu về thiết kế công trình tường kè phù hợp với điều kiện thủy lực, thủy văn và địa chất thực tế là một nhu cầu có thực, việc tìm ra giải pháp an toàn với chi phí hợp lý nhất là mong muốn của rất nhiều nhà xây dựng hiện nay.2 Tổng quan về đất yếu Đất yếu là loại đất không có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ công trình.
Hiện nay, không có định nghĩa chính xác về đất yếu mà phần lớn các nước thống nhất định nghĩa đất yếu dựa theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau: - Đất rất yếu: Su ≤ 12,5 kN / m2 hoặc N<2 - Đất yếu: Su ≤ 25 kN / m2 hoặc N<4 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, đất yếu được định nghĩa như sau: “Là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính c theo cắt nhanh không thoát nước 15 kN / m2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 35 kN / m2 ” Địa chất ở vùng bờ ven sông hầu hết là đất yếu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy, dễ bị xói lở khi có tác động của dòng chảy. Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm chúng dễ bị cuốn trôi gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên trên. Đặc biệt là các công trình được xây dựng ngay trên vùng đất yếu ven bờ càng phải chú ý đến giải pháp chống sạt lở cho bờ để việc khai thác sử dụng được an toàn hiệu quả nhất.3 Các dạng tƣờng kè Địa chất vùng bờ ven sông thường là đất yếu, do vậy giải pháp tường trọng lực và bán trọng lực là không phù hợp do có trọng lượng bản thân lớn, giải pháp phù hợp hơn cả là sử dụng kết cấu tường có trọng lượng bản thân bé để giảm lún; Tường cọc bản là lựa chọn hợp lý do có trọng lượng nhẹ hơn. Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau: 1.1 Phân loại tƣờng cừ theo vật liệu làm cọc gồm: + Tường cọc bản thép + Tường cọc bản bê tông cốt thép - 12 - + Tường bằng cọc đất trộn xi măng 1.1 Tƣờng cọc bản bằng thép (stell sheet pile) Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép có tiết diện mặt cắt đa dang: hình chữ Z, chữ I, hình mũ ( hat ), thép ống… có chiều dài từ 5 30m.
Dầm ốp có cấu tạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi công 0,5m. Dầm mũ bằng BTCT có tiết diện hình chữ nhật đổ tại chỗ. Các thanh neo bằng thép tròn. Mũ giữ thanh neo làm bằng bê tông cốt thép.
Hiện nay cọc bản thép (còn gọi là cọc ván thép) là sản phẩm được sử dụng rộng rãi, có thể chia làm 3 loại: +Cọc ván thép nhẹ +Cọc ván thép +Cọc ống thép. Cọc ván thép hầu hết được sử dụng đối với công trình vĩnh cữu, trong khi đó cọc ván thép nhẹ và cọc ván thép dược sử dụng cho cả công trình vĩnh cữu và công trình tạm tùy vào các ứng dụng cần thiết khác nhau. Cọc ván thép nhẹ được phát triển ban đầu trong các thiết kế đơn giản không có mối nối; Tuy nhiên, từ nhiều cải tiến thiết kế, hiện nay thiết kế mối nối liên kết đang được sử dụng rộng rãi. Cọc ván thép nhẹ có tiết diện chữ U đang được sử dụng phổ biến.
Cọc ván thép được sản xuất bằng thép cán nóng từ các thỏi kim loại; Do đó về cơ bản khác với cọc ván thép nhẹ vốn được sản xuất bằng phương pháp cán nguội. Cọc ván thép được sử dụng đầu tiên vào năm 1908, tại Mỹ, trong dự án xây dựng cảng Black Rock; Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ hiện đại, cọc ván thép được sản xuất với những ưu thế vượt trội trong xây dựng như trọng lượng nhẹ nhưng có khả năng chịu lực cao với tải trọng động và tải trọng lặp có chu kỳ, phù hợp với các công trình cảng và với công trình được thiết kế kháng chấn, có thể tái sử dụng nhiều lần, do đó cọc ván thép chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng trong xây dựng. Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông.
- 13 - Ưu điểm: Tuổi thọ cao, tính công nghiệp lắp ghép cao, thi công nhanh, chịu được những nơi có tốc độ dòng chảy lớn, bị ngập lủ sâu, chủng loại đa dạng, khả năng chi phí có thể đáp ứng với mọi nhu cầu, độ tin cậy cao và khả năng làm việc tuyệt vời. Nhược điểm: Thép có thể bị ăn mòn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn. Tuy nhiên, với những thành tựu mới của công nghệ luyện kim và chống rỉ, việc này đã được hạn chế tối đa.2 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép Hình 1.3 Cừ thép chữ U dùng làm tường cọc bản - 14 - Hình 1.4 Tường cọc bản bằng thép bảo vệ công trình 1.2 Tƣờng cọc bản bêtông cốt thép Cấu tạo: Cọc bản bằng bê tông cốt thép, có nhiều dạng tiết diện, cọc bản tiếp nhận trực tiếp áp lực của lớp đất đắp. Dầm mũ bằng BTCT đổ tại chỗ, liên kết các đầu cọc bản, tiếp nhận lực của cọc bản truyền vào, sau đó dầm mũ truyền lực qua cọc vây và dầm neo.
Dầm neo bằng BTCT đúc sẵn, hoặc thép hình có tăng đơ. Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mô lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân cư, bảo vệ các công trình quan trọng ven sông. Ƣu điểm: Bờ kè bằng bê tông cốt thép kết cấu bền vững, tuổi thọ cao, sử dụng được ở những nơi nước thường xuyên nhiễm phèn, nhiễm mặn, ngập lũ sâu, tốc độ dòng chảy lớn, xói lở bờ mạnh.
Nhƣợc điểm: Khi thi công ghép các cọc bản lại với nhau, các mối nối khó khít nhau, khi đóng cọc bản BTCT vào đất, cọc dễ bị nứt, nước xâm nhập làm hư hỏng cốt thép. Đặc biệt khi lên kết với neo, không chính xác vị trí, dễ làm hỏng thép dự - 15 - ứng lực trong cọc bản, trọng lương bản thân lớn hơn cọc ván thép nên không có ưu thế ở những vùng đất nhạy lún.5 Các dạng mặt cắt tường cọc bản bêtông cốt thép Hình 1.6 Cọc ván thép áp dụng cho cảng sông ở New Zealand 1.3 Tƣờng kè bằng cọc đất trộn ximăng Cấu tạo: Các cọc đất trộn ximăng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chống đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất. Cừ vây bằng ximăng được thi công bằng thiết bị khoan có thể phun vữa gồm cát ximăng và nước ra xung quanh thân ống trộn với đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khỏang 0,3 đến 0,45m. Có thể cắm lồng thép hoặc thép hình vào khi vữa còn ướt.
Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong việc chống vách hố đào cho tầng hầm các công trình Ưu điểm: Có thể thi công trong nhiều lọai đất khác nhau. - 16 - Nhược điểm: Khả năng kín nước kém vì có thể có những khoảng hở giữa hai cừ. Khả năng chịu áp lực ngang không lớn như tường bằng thép hoặc bêtông cốt thép nên tùy chiều sâu và lọai đất mà phải thi công nhiều lớp cừ.2 Theo cách giữ tƣờng ổn định: Có thể chia làm 2 loại: tường có neo và tường không neo CAÙP NEO TÖÔØNG COÏC BAÛN TÖÔØNG COÏC BAÛN GIAÈNG COÏC NEO a. Töôøng khoâng neo b.
Töôøng coù neo Hình 1.7 Tường cọc bản không neo và có neo 1.4 Các dạng neo trong tƣờng kè Các dạng neo sau được sử dụng phổ biến trong tường cọc bản: - Bản neo và dầm neo: Bản neo thường là các tấm thép hoặc bêtông cốt thép nối với tường bằng các thanh neo.
