Đặt vấn đề Hiện tượng mất ổn định bờ kè bảo vệ kênh đào hay ven sông vẫn xảy ra thường xuyên do nhiều nguyên nhân. Đã gây ra thiệt hại lớn về người và của. Đặc biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với kênh rạch, sông ngòi chằng chịt, những khu vực giáp với bờ sông thường tập trung lượng dân cư đông, là nơi giao dịch buôn bán, vận chuyển hàng hóa đường thủy đến các vùng.1 Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An Để khắc phục các hiện tượng mất ổn định bờ kè, hiện nay có nhiều giải pháp đã được thực hiện như: tường chắn bê tông cốt thép, tường bê tông trọng lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình … Trong số đó tường cọc bản BTCT dự ứng lực là một trong những phương án được chọn phổ biến để bảo vệ bờ sông, các công trình ven bờ hiện nay. Tiêu biểu cho giải pháp này có những công trình sau: - Bờ kè dọc sông thành phố Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai với cừ ván SW 400-500-600 chiều dài hệ thống 13.200 m - Bờ kè cảng Holcim – Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu cừ ván SW500; - Bờ kè Nguyễn Công Trứ - Tỉnh Kiên Giang: chiều dài kè 5.600m; - Bờ kè chắn khu lấn biển Hà Tiên-Kiên Giang: chiều dài kè 11.
Điều đó cho thấy giải pháp sử dụng tường cọc bản BTCT dự ứng lực đã đáp ứng được những nhu cầu đề ra: đảm bảo tính ổn định tức thời và lâu dài, 6 vẻ mỹ quan của công trình, tuổi thọ của công trình cao, dễ thay thế, chống gỉ, chống ăn mòn, không bị oxy hóa trong môi trường nước mặn cũng như nước phèn. Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền thống, thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa có thể ép cọc là thi công được.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 rõ ràng về đất yếu và phần lớn các nước trên thế giới thống nhất định nghĩa về nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau: - Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N<2 - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa 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 0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0.35daN/cm2” đất yếu, đặc biệt là khu vực ven sông Tiền, sông Hậu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy dễ bị xói lở khi có tác động bên ngòai. 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.3 Các dạng tường kè 1.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ công trình ven sông, kênh đào Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau: Theo vật liệu có thể chia thành các dạng sau + Tường cọc bản nhựa (vinyl sheet piling) + Tường bằng cọc đất trộn xi măng (CDM) + Tường cọc bản thép (steel sheet piling) + Tường cọc bản bêtông cốt thép dự ứng lực (PC sheet piles) 7 Tường bản nhựa Hình 1.2 Tường bản nhựa bờ kè Cấu tạo: Các tường bản nhựa được nhà thiết kế tạo ra với nhiều kích thước khác nhau.
Có những mắt để nối giữa các bản nhựa với nhau. Có dầm ốp bằng gỗ trên đỉnh tường. Để tránh va đập, người ta đóng gia cường thêm cọc gỗ phía ngoài để chịu va đập của thuyền bè.3 Một loại tường bản nhựa theo tiêu chuẩn ASTM (đơn vị inches) Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rất đa dạng, có thể sử dụng làm tường kè chắn kênh đào, sông ngòi, bờ đê chắn giữ sóng ngoài biển, vách ngăn… Ưu điểm: Có độ bền cao, có thể sử dụng tới 50 năm, giá thành thấp, phù hợp với môi trường, không bị ảnh hưởng bởi xâm thực, nước biển, thi công đơn giản, các khóa liên kết giữa các tấm tường bản nhựa rất khít do đó sự rò rỉ của nước là không xảy ra. Nhược điểm: Công nghệ mới, chưa được áp dụng rộng rãi.
8 Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng Cấu tạo: Các cọc đất trộn xi măng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chống đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất. Cừ vây bằng xi măng được thi công bằng thiết bị khoan có thể phun vữa gồm cát xi măng 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.4 Tường cọc bản bằng đất trộn xi măng 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 loại đất khác nhau 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 bêtông cốt thép nên tùy chiều sâu và lọai đất mà phải thi công nhiều lớp cừ.
Tường cọc bản bằng thép Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình chữ Z, chữ I, hình máng, cừ Larsen, thép ống… có chiều dài từ 5 22m. 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 75, 80.
Mũ giữ thanh neo làm dầm BTCT. 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. 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 lũ sâu. 9 Nhược điểm: Giá thành cao do phải nhập cừ thép định hình từ nước ngoài. Thép bị ăn mòn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn. Loại này ít dùng ở đồng bằng Sông Cửu Long.5 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép Hình 1.6 Cừ thép dùng làm tường cọc bản Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực Giới thiệu: Tường cọc bản BTCT dự ứng lực được tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) phát minh ra cách đây 50 năm và được áp dụng rộng rãi ở Nhật.
Cọc bản BTCT DƯL được ứng dụng lần đầu tiên ở Việt Nam năm 1999 – 2001 tại công trình nhiệt điện Phú Mỹ, làm kênh dẫn nước nhiệt điện cho nhà máy turbin khí. 10 Cấu tạo: Cọc bản bằng BTCT DƯL có 3 dạng chính bao gồm: Dạng sóng, dạng phẳng, dạng mặt phẳng/ lõm. Sự dụng bê tông cường độ cao 60MPa, và sử dụng cốt thép dự ứng lực với đường kính 12.7mm, số lượng tao cáp tùy theo chiều dài loại cọc. 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. Ưu điểm: Bờ kè bằng BTCT DƯL kết cấu bền vững, tuổi thọ cao. Có thể sử dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.Chế tạo cọc với chiều dài lớn (tối đa 21m), hạn chế mối nối, sau khi thi công xong bảo đảm độ kín, khít. Có khả năng chống xói cao, hạn chế nở hông của đất đắp bên trong.
Nhược điểm: Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường, thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại, giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện.7 Các dạng mặt cắt tường cọc bản bê tông cốt thép Hình 1.8 Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực Theo cách giữ tường ổn định: có thể chia thành 2 loại là tường có neo và tường không neo 11 CAÙP NEO TÖÔØNG COÏC BAÛN TÖÔØNG COÏC BAÛN GIAÈNG COÏC NEO a. Töôøng khoâng neo b. Töôøng coù neo Hình 1.9 Tường cọc bản có neo và không neo 1.2 Các dạng neo trong tường 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 bê tông nối với tường bằng các thanh neo. Các thanh neo được chống ăn mòn bằng các lớp sơn hoặc asphalt bảo vệ.
* Thanh neo: Có cấu tạo gồm một khối bê tông đúc tại chỗ trong lòng đất và nối với tường bằng các thanh neo hoặc dây cáp chịu kéo. * Cọc neo thẳng đứng: sử dụng các thanh neo để neo tường vào các cọc đóng thẳng đứng. Dùng cho các trường hợp có lực ngang nhỏ. * Các dầm neo trên các cọc xiên: Sử dụng thanh neo hoặc cáp neo để neo tường vào các cọc xiên chịu nhổ.
Sử dụng trong các trường hợp có lực ngang lớn. Các dạng neo trong tường kè được thể hiện trong hình 1.10 CAÙP NEO CAÙP NEO TÖÔØNG COÏC BAÛN TÖÔØNG COÏC BAÛN KHOÁI BEÂTOÂNG NEO GIAÈNG GIAÈNG COÏC NEO a. Neo baèng khoái beâtoâng coá ñònh b. Neo baèng coïc neo hay töôøng neo DAÀM NEO CAÙP NEO CAÙP NEO TÖÔØNG COÏC BAÛN TÖÔØNG COÏC BAÛN GIAÈNG NHOÙM COÏC NEO BAÀU NEO c.
Neo baèng daàm coù coïc xieân choáng ñôû Hình 1.10 Các dạng neo trong tường kè 12 1.4 Các dạng mất ổn định và phá hoại của tường kè Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau: * Mất ổn định do trượt tổng thể: trượt sâu, mặt trượt đi qua chân cọc (hình 1.12) * Mất ổn định do phá hoại về kết cấu: tường không đủ chịu tải trọng ngang, hệ thống neo không đảm bảo, ăn mòn vật liệu, xói lở …. Mặt trượt khi đó sẽ đi qua thân cọc (hình 1.14) * Mất ổn định do thiên tai.11 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu Hình 1.12 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm không đủ (phá hoại xoay) 13 Hình 1.13 Tường cọc bản bị phá hoại do bị gãy Hình 1.14 Tường cọc bản bị phá hoại do neo 14 1.
