CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỤ ĐỠ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA TĂNG SỨC CHỊU TẢI NGANG CHO MÓNG CỌC TRONG VÙNG ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về Đập trụ đỡ 1.1 Giới thiệu công nghệ Đập trụ đỡ Nguyên lý của Đập trụ đỡ là đưa toàn bộ lực tác dụng vào công trình về các trụ riêng biệt, sau đó truyền xuống nền thông qua bệ trụ. Giữa các trụ pin là cửa van điều tiết và kết cấu chống thấm [14], [15],[16].1: Mô hình Đập trụ đỡ Ưu điểm của Đập trụ đỡ là có thể xây dựng công trình ngay trên lòng sông tự nhiên, giảm khối lượng đền bù, giải phóng mặt bằng nên giảm chi phí đầu tư xây dựng và thân thiện với môi trường; Điểm đặc biệt là Đập trụ đỡ có thể xây dựng công trình trong điều kiện địa chất nền yếu, chiều sâu lớp đất yếu lớn như ở các vùng cửa sông ven biển hoặc vùng phù sa cổ; không phụ thuộc vào chế độ dòng chảy trong sông.2 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các loại Đập trụ đỡ trên thế giới Từ những năm đầu thế kỷ XX, dạng công trình ngăn sông kiểu Đập trụ đỡ đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và áp dụng vào thực tế. Các công trình có quy mô lớn tập trung ở những nước có nền khoa học và kinh tế phát triển mạnh như Đức, Anh,… Trong đó, tiêu biểu nhất về số lượng và quy mô là các công trình ngăn sông, ven biển của Đức với nhiệm vụ ngăn triều hoặc kiểm soát triều và chống ngập úng. Tùy vào điều kiện cụ thể các nhà khoa học trên thế giới đã áp dụng những kiểu kết cấu và biện pháp thi công khác nhau nhưng điểm chung vẫn là sử dụng nguyên lý tập trung lực lên các trụ độc lập, thi công các trụ và công trình giữa lòng sông.
Dưới đây là một số dự án, công trình tiêu biểu kiểu Đập trụ đỡ đã được xây dựng và đưa vào sử dụng trên thế giới: Đập Ems (Đức): Đập Ems xây dựng trên sông Ems từ năm 1999 đến năm 2002 có nhiệm vụ ngăn triều, thuộc vùng Gandersum, thuộc Bang Lower Saxony, Đông Bắc CHLB Đức. Công trình dài 476m gồm 07 khoang: 05 khoang đập trong đó 04 cửa có khẩu độ 63,5m; 01 khoang thông thuyền cho phép tàu biển đi qua rộng 60m và 01 cửa âu cho giao thông thủy nội địa rộng 50m. Nguyên lý chịu lực của Đập Ems cũng là tập trung lực vào các trụ sau đó truyền xuống nền thông qua hệ thống móng cọc.2: Chi tiết đập Ems 6 Hình 1.3: Tổng thể đập Ems Đập sông Thames (Anh): Đập sông Thames được xây dựng tại Woolwich cách thủ đô London 17km, công trình triển khai thiết kế và thi công từ năm 1974, hoàn thành và đưa vào sử dụng năm 1982. Đập có nhiệm vụ chính là ngăn chặn sóng thần từ biển Bắc đổ vào sông Thames.
Công trình có chiều dài tổng cộng 520m, phần đập gồm 10 khoang: 04 khoang 61m, 06 khoang 31,5m, cửa van dạng trụ xuay, khi đóng cửa cao hơn 20m. Đập sông Thames có nguyên lý chịu lực vào các trụ độc lập.4: Sơ đồ bố trí tổng thể Đập trên sông Thames 7 Hình 1.5: Đập trên sông Thames khi hoàn thành Công trình Marina Barrage – Singapore: Công trình Marina barrage được xây dựng vào đầu năm 2005, hoàn thành tháng 10/2008. Marina barrage được xây dựng trên kênh Marrina có nhiệm vụ giữ ngọt, ngăn nước mặn và tiêu thoát lũ. Đây là hồ chứa nước ngọt đô thị đầu tiên của Singapore, mặt nước có diện tích khoảng 10.
Công trình gồm 9 cửa van thép dài 350m để điều tiết và 7 máy bơm tiêu có lưu lượng 280m3/s. Đây cũng là 1 công trình có nguyên lý chịu lực vào các trụ độc lập.Tổng thể công trình b. Mặt cắt ngang công trình Hình 1.6: Công trình Marrina Barrage – Singapore 8 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Đập trụ đỡ trong nước Công nghệ Đập trụ đỡ được Viện Khoa học Thủy lợi nghiên cứu bắt đầu từ năm 1991-1995 trong Đề tài độc lập Quốc gia KC12-10. Cấu tạo và nguyên lý chịu lực của Đập trụ đỡ như hình 1.
Tính đến nay công nghệ Đập trụ đỡ đã ứng dụng để xây dựng rất nhiều công trình ngăn sông trên cả nước và đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật to lớn, tiêu biểu như: cống Phó Sinh (Bạc Liêu), cống Hiền Lương (Quảng ngãi), Cống Nhiêu Lộc-Thị Nghè (TP Hồ Chí Minh), Cống Biện Nhị, cống Bào Chấu, cống Vàm Đình (Cà Mau), cống Nhà Mát (Bạc Liêu), cống Bầu Điền (Tiền Giang), cống Hà Giang, cống Kênh Cụt (Kiên Giang), cống Cầu Xe (Hải Dương),…Hiện nay các công trình kiểm soát triều thuộc Dự án Chống ngập TP Hồ Chí Minh đang áp dụng công nghệ Đập trụ đỡ để xây dựng như: Bến Nghé, Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, Cây Khô, Phú Định, quy mô bề rộng thông nước của các công trình từ 40 - 160m; Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long (Thừa Thiên Huế): Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long Xây dựng tại huyện Phú Vang (2006), tỉnh Thừa Thiên Huế với chiều rộng thông nước 472,5m gồm 15 khoang cống, mỗi khoang rộng 31,5m và âu thuyền rộng 8m. Đây là công trình áp dụng công nghệ Đập trụ đỡ và có khẩu độ lớn nhất Đông Nam Á.7: Công trình Ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long 9 Cống Cầu Xe (Hải Dương): Cống Cầu Xe thuộc cụm công trình ngăn triều, tiêu lũ Cầu Xe - An Thổ, là cống đầu mối quan trọng của hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, thuộc 2 xã Cộng Lạc – Quang Trung, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương, năm 2018. Cống được áp dụng công nghệ Đập trụ đỡ, gồm 3 cửa, mỗi cửa rộng 25m (tổng khẩu độ 75m); Cửa van phẳng bằng thép, đóng mở bằng tời thủy lực. Âu thuyền được đặt ở bờ trái, buồng âu dài 85,0 m, rộng 10,0 m; đảm bảo giao thông thủy, tầu thuyền 800 tấn qua lại.
Cánh cửa âu thuyền là loại cửa phẳng bằng thép, đóng mở bằng xi lanh thủy lực. Đường quản lý vận hành: Bằng BTM250, nối từ cống Cầu Xe cũ đến cống Cầu Xe mới, bờ trái dài 180m, bờ phải dài 317m; mặt đường rộng 7,5m; Hình 1.8: Cống Cầu Xe 1.4 Những vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu khi áp dụng Đập trụ đỡ ở ĐBSCL và ở Việt nam Đập trụ đỡ mặc dù đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam khá lâu tuy nhiên với điều kiện mực nước sâu (>10m) và cột nước chênh lệch lớn (>3m) gây ra lực ngang rất lớn thì việc thiết kế loại công trình này vẫn còn bị 10 khó khăn do khả năng kháng lực ngang bị hạn chế so với công trình truyền thống, nếu đảm bảo sức chịu tải ngang thì dư thừa sức chịu tải đứng. Đối với vùng ĐBSCL lớp đất yếu sâu cũng là một khó khăn khi áp dụng công nghệ Đập trụ đỡ [14] ], [15], [16]. Các biện pháp công trình làm tăng sức chịu tải ngang của cọc móng Đập trụ đỡ hiện nay vẫn thường được áp dụng là bố trí cọc xiên và xiên chéo lớn.
Vì vậy để hoàn thiện lý thuyết tính toán đối với công nghệ cần tiếp nghiên cứu sao cho móng cọc phát huy hết hiệu quả, đặc biệt là các giải pháp làm tăng sức chịu tải trọng ngang cho móng cọc Đập trụ đỡ trên nền đất yếu.2 Đánh giá chung địa chất vùng Đồng bằng sông Cửu long đến khả năng làm việc của móng cọc thường xuyên chịu tải trọng ngang Vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) bao gồm 13 tỉnh, thành phố: Cần Thơ, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau. ĐBSCL có diện tích gần 40 nghìn km2, có hơn 340 km đường biên giới trên bộ giáp Campuchia, là khu vực duy nhất của cả nước tiếp giáp Biển Đông và Biển Tây với bờ biển dài 750 km, chiếm 23% chiều dài bờ biển quốc gia; hơn 360 ngàn km2 vùng biển và đặc quyền kinh tế. Phân bố đất yếu ở ĐBSCL ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, thành phần cấu tạo của lớp này phổ biến là đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn. Phân bố đất yếu ở ĐBSCL theo phương ngang: Theo đặc trựng về địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn chia năm khu vực đất yếu [2], [24]: Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á sét Khu vực III: Khu vực cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, cát bụi, á cát Khu vực V: Khu vực bùn á sét và bùn cát ngập nước 11 Hình 1.9: Bản đồ phân bố các vùng địa chất yếu ĐBSCL 1.
Tính chất cơ lý của các lớp sét yếu và đất bùn 1.1 Tính chất cơ lý của nền đất sét yếu bão hòa nước ở ĐBSCL Tầng trầm tích mới thuộc ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình. Các lớp đất chính thường gặp là những loại đất sét hữu cơ và sét không hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau. Ngoài ra, còn các lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn laterit. Ngay trong lớp đất sét còn gặp các vệt cát mỏng.
Dựa theo hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại của các công trình thủy lợi thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu 12 Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, Thành phố Hồ Chí Minh. có thể phân chia các lớp đất như sau: - Lớp đất trên mặt: Chiều dày khoảng 0,5÷1,5m, gồm những loại đất sét hạt bụi đến sét cát, có màu xám nhạt đến vàng xám. Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen. Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy).
- Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt, có chiều dày thay đổi từ 3÷4m (vùng Long An), 9÷10m (vùng Thạch An, Hậu Giang) đến 18÷20m (vùng Long Phú, Hậu Giang) và tăng dần về phía biển. - Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt. Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2÷8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết. Với các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng than bùn.
Đất rất ẩm thường quá bão hòa nước. Nói chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy. Đất chưa được nén chặt, hệ số kẽ rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ. Sức chống cắt thấp, góc ma sát trong <100, lực dính c<12kPa trong thực tế thường gặp được gọi là lớp “sét bùn hữu cơ”.
