Luận Văn Thạc Sĩ Về Ổn Định Tường Cọc Bản Trong Đất Yếu Tại Cầu Ông Đề, Huyện Phong Điền, Cần Thơ

Phân tích ổn định tường cọc bản trong đất yếu tại cầu Ông Đề, Cần Thơ, cung cấp giải pháp kỹ thuật và đánh giá hiệu quả công trình.

• Tác giả: Quách Đức Thuận
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thanh Hải
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân Tích Khả Năng Ổn Định Tường Cọc Bản Trong Đất Yếu Chống Trượt Đường Dẫn Vào Cầu Ông Đề - Huyện Phong Điền - Thành Phố Cần Thơ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tường cọc bản trong đất yếu

Tường cọc bản là một trong những giải pháp phổ biến trong xây dựng công trình ven sông, đặc biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, nơi có nhiều đất yếu. Việc phân tích ổn định của tường cọc bản trong đất yếu là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho các công trình. Đất yếu thường có khả năng chịu tải thấp, dễ bị sạt lở, do đó việc nghiên cứu khả năng ổn định của tường cọc bản là cần thiết. Các công trình như cầu Ông Đề tại huyện Phong Điền, Cần Thơ, đã gặp phải nhiều vấn đề về ổn định do điều kiện địa chất không thuận lợi. Việc áp dụng các phương pháp kỹ thuật xây dựng hiện đại như mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D giúp đánh giá khả năng ổn định của tường cọc bản một cách chính xác hơn.

1.1. Tầm quan trọng của việc phân tích ổn định

Việc phân tích ổn định tường cọc bản không chỉ giúp xác định khả năng chịu tải của công trình mà còn giúp dự đoán các hiện tượng như trượt, lún. Các phương pháp phân tích địa chất cho phép đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định như áp lực đất, tải trọng từ công trình và tác động của nước ngầm. Đặc biệt, trong khu vực có lớp đất yếu, việc xác định các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công trình. Kết quả từ các nghiên cứu trước đây cho thấy, nhiều công trình đã xảy ra sự cố do không được phân tích kỹ lưỡng, dẫn đến thiệt hại lớn về tài sản và con người.

II. Các phương pháp phân tích ổn định tường cọc bản

Có nhiều phương pháp khác nhau để phân tích ổn định tường cọc bản trong đất yếu. Các phương pháp này bao gồm phương pháp cân bằng giới hạn, phương pháp phần tử hữu hạn và các mô hình số khác. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, nhưng đều hướng đến mục tiêu cuối cùng là đánh giá khả năng ổn định của công trình. Phương pháp cân bằng giới hạn thường được sử dụng để xác định hệ số an toàn của tường cọc bản. Hệ số này cho biết khả năng chống lại các lực gây trượt. Trong khi đó, phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chi tiết hơn về ứng suất và biến dạng trong tường cọc bản dưới tác động của tải trọng và điều kiện địa chất.

2.1. Phương pháp cân bằng giới hạn

Phương pháp cân bằng giới hạn là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong phân tích ổn định. Phương pháp này dựa trên nguyên lý rằng một công trình sẽ mất ổn định khi tổng lực gây trượt vượt quá tổng lực chống trượt. Hệ số an toàn được tính toán dựa trên các lực này. Việc áp dụng phương pháp này trong nghiên cứu tường cọc bản tại cầu Ông Đề cho thấy rằng, nếu không có các biện pháp gia cố thích hợp, khả năng ổn định của tường cọc sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi điều kiện đất yếu.

III. Kết quả phân tích và đánh giá khả năng ổn định

Kết quả từ mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D cho thấy khả năng ổn định của tường cọc bản trong đất yếu tại cầu Ông Đề. Các thông số như độ lún, chuyển vị ngang và áp lực đất được theo dõi và phân tích. Kết quả cho thấy rằng, trong điều kiện đất yếu, tường cọc bản có thể gặp phải hiện tượng trượt nếu không được thiết kế và thi công đúng cách. Việc đánh giá khả năng ổn định theo thời gian cũng cho thấy rằng, tường cọc cần được theo dõi thường xuyên để phát hiện sớm các dấu hiệu mất ổn định.

3.1. Đánh giá khả năng ổn định theo thời gian

Đánh giá khả năng ổn định theo thời gian là một yếu tố quan trọng trong việc quản lý và bảo trì công trình. Các kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng, tường cọc bản có thể duy trì ổn định trong thời gian ngắn, nhưng có thể gặp phải vấn đề trong dài hạn nếu không có các biện pháp bảo trì thích hợp. Việc theo dõi thường xuyên và thực hiện các biện pháp gia cố khi cần thiết là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công trình. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng các công nghệ mới trong kỹ thuật xây dựng có thể giúp cải thiện khả năng ổn định của tường cọc bản trong điều kiện đất yếu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Đồng bằng sông Cửu Long với nhiều sông rạch chằng chịt, phần lớn đất ven sông đều thuộc đất yếu. Hiện tượng lũ lụt xảy ra hàng năm gây nên sạt lở các bờ sông ngày càng nghiêm trọng hơn, gây thiệt hại rất lớn về người và của, tạo sự bất ổn định cho kế hoạch sản xuất và qui hoạch tổng thể của khu vực. Để chống xói lở và bảo vệ các công trình nằm ven sông trên, nhiều công trình bờ kè sử dụng tường chắn đất, tường cọc bản đã được xây dựng với nhiều dạng cấu tạo, vật liệu được sử dụng và phương pháp thi công khác nhau. Trong đó, tường cọc bản hoặc tường chắn đất bằng bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến nhất vì tuổi thọ lâu dài và phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu địa phương.

Thực tế, một số công trình bờ kè đã xảy ra sự cố như trượt, mất ổn định, chuyển vị lớn như công trình tường chắn đất bảo vệ bờ sông ở thị xã Vĩnh Long, kè chợ Phong Điền (Cần Thơ), tường chắn các công trình mố cầu, đường dẫn vào cầu. Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp phân tích khả năng ổn định của kè đáp ứng yêu cầu kỹ thuật có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết. Mục đích của đề tài: - Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về tính ổn định của kè và tường chắn đất. - Thực hiện mô phỏng và đánh giá khả năng ổn định theo thời gian cho công trình tường kè cọc bản thực tế ở địa phương.

Phương pháp nghiên cứu: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu tính toán và lý thuyết. Mô phỏng bằng phần mềm trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn -2- CHƢƠNG 1: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỜ KÈ 1. Toång quan veà coâng trình baûo veä bôø keø Coâng trình bôø keø laø moät trong nhöõng phöông phaùp thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå baûo veä caùc coâng trình ven soâng phoå bieán khaù nhieàu trong nöôùc. Tuy nhieân hieäu quaû cuûa bôø keø trong vieäc choáng saït lôû taïi nhöõng khu vöïc coù khaû naêng saït lôû cao ôû khu vöïc Thaønh phoá Caàn Thô caàn phaûi nghieân cöùu boå sung, bôûi vì moät soá coâng trình ñaõ vaø ñang thi coâng xaây döïng ñaõ bò söï coá gaây thieät haïi raát lôùn veà ngöôøi vaø taøi saûn.

Trong tính toaùn coâng trình bôø keø ven soâng, oån ñònh maùi doác coâng trình bôø keø laø vaán ñeà quan troïng haøng ñaàu caàn phaûi xeùt. Caùc daïng maët caét ngang coâng trình bôø keø Trong thöïc teá xaây döïng coâng trình bôø keø, thöôøng gaëp caùc daïng maët caét ngang cuûa ñòa hình nhö sau (hình 1.1):  Bôø keø daïng thaúng ñöùng (a): khoái löôïng xaây laép lôùn nhöng tieän lôïi khi söû duïng ñaëc bieät ôû nhöõng nôi coù loøng soâng saâu. Loaïi naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi ôûû nhöõng nôi coù nhieàu taøu thuyeàn qua laïi vaø chieám dieän tích khoâng ñaùng keå.  Bôø keø nghieâng (b): ñôn giaûn vaø reû tieàn nhöng khoâng thuaän tieän cho vieäc khai thaùc vaø söû duïng.

Loaïi keø naøy chuû yeáu duøng baûo veä bôø.  Bôø keø hoãn hôïp nöûa nghieâng nöûa ñöùng (c) vaø (d): ñöôïc söû duïng ôû nhöõng nôi coù möïc nöôùc thaáp hoaëc möïc nöôùc cao keùo daøi trong naêm.1: Caùc daïng maët caét ngang coâng trình bôø keø 1. Toång quan veà keát caáu coâng trình bôø keø Caáu taïo caùc boä phaän bôø keø thoâng thöôøng goàm 3 boä phaän chính, keát caáu ñænh maùi, keát caáu maùi vaø keát caáu chaân khay (hình 1.2: Caáu taïo caùc boä phaän cuûa keát caáu bôø keø -4-  Keát caáu ñænh maùi: Ñænh maùi keát hôïp vôùi caùc coâng trình phuï trôï: bích neo, keát caáu neàn ñöôøng… Vaät lieäu laøm ñænh maùi thöôøng cuøng loaïi vaät lieäu laøm ñöôøng phía trong vaø maùi phía ngoaøi. Caùc giaûi phaùp thöôøng duøng laø: - Ñaù hoäc xaây vôùi chieàu daøy lôùn hôn hoaëc baèng chieàu daøy cuûa neàn ñöôøng phía trong.3: Bôø keø baèng ñaù hoäc xaây (a) Khoâng coù chieáu nghæ, (b) Coù chieáu nghæ - Phuû baèng taám beâ toâng coát theùp (BTCT) coù chieàu daøy 20-25cm Hình 1.4: Bôø keø coù ñænh vaø maùi laø caùc taám BTCT -5- - Khoái beâ toâng hoaëc caùc khoái troïng löïc khaùc keát hôïp vôùi caùc coâng trình phuï trôï.5: Bôø keø coù thang leân xuoáng ñaët caïnh caùc bích neo - Keát caáu coïc hoaëc cöø trong caùc tröôøng hôïp coù ñöôøng ray ñaët doïc theo bôø keø hoaëc ñaët caùc thieát bò khaùc coù yeâu caàu phaûi gia coá vì neàn ñaát khoâng ñöôïc toát phaûi xöû lyù theo keát caáu moùng saâu.

Keát caáu loaïi naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc coâng trình bôø keø caûng.  Keát caáu maùi: Maùi laø boä phaän coát loõi cuûa keát caáu bôø keø, keát caáu maùi phuï thuoäc vaøo ñoä doác maùi vöøa ñeå taïo ra theá oån ñònh toång theå vöøa ñeå duy trì caùc oån ñònh cuïc boä choáng laïi moïi taùc nhaân beân ngoaøi: taûi troïng taøu, doøng chaûy, taûi troïng cuûa nöôùc ngaàm, aùp löïc ñaát vaø caùc nguyeân nhaân khaùc nhö caùc taùc nhaân xoùi lôû, taïo myõ quan. Yeâu caàu chung cuûa keát caáu maùi khoâng ñoøi hoûi quaù kieân coá, thieát keá thi coâng treân nguyeân taéc taän duïng trieät ñeå caùc vaät lieäu ñòa phöông, cuõng nhö khaû naêng thi coâng taïi choã. Döôùi ñaây laø moät soá keát caáu maùi phoå bieán.

- Ñaù hoäc laùt moät lôùp hoaëc hai lôùp phía trong coù taàng loïc ngöôïc (hình 1. - Maùi baèng beâ toâng coát theùp ñuùc saün coù kích thöôùc 200x200x25cm hoaëc baèng caùc taám BTCT ñoå taïi choã (hình 1.6: Caáu taïo maùi bôø keø (a). Baèng moät lôùp ñaù hoäc; (b). Baèng hai lôùp ñaù hoäc; (c).

Baèng khoái BTCT Hình 1.7: Keát caáu maùi baèng taám BTCT ñoå taïi choã  Keát caáu chaân khay - Chaân khay laø ñieåm töïa cho keát caáu maùi vaø ñænh, thöôøng ñöôïc thi coâng döôùi nöôùc neân ñoøi hoûi möùc ñoä oån ñònh cao hôn caùc boä phaän khaùc cuûa bôø keø. Giaûi phaùp thoâng thöôøng cuûa chaân khay laø ñoå ñaù hoäc coù ñöôøng kính khaùc nhau vôùi maùi doác m = 1:1 -> 1:1. - ÔÛ nhöõng nôi hieám vaät lieäu xaây döïng chaân khay ñöôïc thieát keá baèng caùc loaïi keát caáu troïng löïc nhö chuoàng goã, khoái choàng BTCT. - ÔÛ nhöõng vuøng ñaát yeáu chaân khay thöôøng laøm baèng cöø hoaëc coïc BTCT haï xuoáng ñeán taàng ñaát toát.8: Keát caáu bôø keø coù coïc ñôõ chaân khay 1.2 Tổng quan về các phƣơng pháp tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ Các vấn để chính trong việc tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ bao gồm : ổn định mái dốc, ổn định mái, ổn định của hệ gia cố bờ.

Tính toán ổn định tổng thể là một trong những nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế. Trong một số trường hợp, nhất là khi bờ kè được xây dựng trên nền đất yếu thì việc tính toán ổn định tổng thể của công trình là một trong những nội dung chính, quyết định việc lựa chọn phương án kết cấu bờ kè. Bản chất việc tính toán ổn định tổng thể là kiểm tra ổn định của nền đất có xét đến ảnh hưởng chống trượt của các cấu kiện mà mặt trượt cắt qua, chống lại các tải trọng và tác động gây mất ổn định công trình. Tính toán ổn định tổng thể là xác định hệ số an toàn ổn định của công trình làm việc đồng thời với nền đất.

Thông qua hệ số an toàn ổn định để đánh giá khả năng giữ được trạng thái làm việc bình thường của công trình trong mối tương tác với môi trường xung quanh. Hệ số an toàn ổn định được mở rộng theo các hướng sau: - Theo tương quan giữa lực chống trượt và lực gây trượt. - Theo các đặc trưng cường độ của nền đất * Hệ số an toàn ổn định tính theo tương quan giữa lực chống trượt và gây trượt. Biểu thức tính toán hệ số an toàn ổn định: Rg FS  (1.1) Rt -8- Trong đó: FS – hệ số an toàn ổn định.

Rg – tổng các lực chống trượt (lực giữ). Rt – tổng các lực gây trượt. Tổng các lực gây trượt và lực chống trượt được xác định tùy thuộc vào phương pháp tính ổn định. Các lực này có thể là mômen, lực, hoặc theo một trạng thái ứng suất của nền đất.

+ Tổng lực gây trượt: Rt = Rtđ + Rtp Rtđ – lực gây trượt do khối đất tạo ra Rtp – lực gây trượt do tải trọng ngoài như: hoạt tải (tải trọng hàng hoá, thiết bị), áp lực sóng, áp lực nước, áp lực nước lỗ rỗng,… gây ra. + Tổng lực chống trượt Rg = Rgđ + Rgc Rgđ – lực chống trượt (lực giữ) do khối đất tạo ra thông qua góc ma sát trong, lực dính và dung trọng đất. Rgc – lực chống trượt (lực giữ) do nền cọc tạo ra khi mặt trượt đi qua nền cọc, hay nói cách khác là lực kháng trượt được tạo ra do kết cấu. * Hệ số an toàn ổn định tính theo các đặc trưng cường độ của nền đất.

Biểu thức tính toán hệ số an toàn ổn định:  gh Fs  (1.2)  Trong đó:  - tổng ứng suất tiếp thực tế trên mặt trượt.  gh - tổng ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt, xác định theo điều kiện cân bằng giới hạn của Coulomb  gh   .tg  c Hệ số an toàn ổn định của công trình tính theo hướng này về bản chất là coi hệ số an toàn ổn định của công trình cũng là hệ số an toàn ổn định của phần nền đất nằm dưới công trình. Công trình ổn định được là nhờ nền, nền ổn định được là nhờ sức chống trượt của từng phân tố đất. Công trình được coi là ổn định khi Fs  Fs  ; trong đó FS  là hệ số an toàn ổn định cho phép, phụ thuộc vào các yếu tố: -9- - Tầm quan trọng của công trình cụ thể là cấp công trình.

- Tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán. - Điều kiện làm việc của công trình. - Độ tin cậy của các kết quả thí nghiệm khảo sát nền đất và các yếu tố khác.  Phương pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn Nguyên lý của phương pháp tính toán dựa theo lý thuyết cân bằng giới hạn là xét trạng thái cân bằng tĩnh và cân bằng giới hạn của một phân tố đất, dựa vào việc giải các hệ vi phân cân bằng tĩnh và điều kiện cân bằng giới hạn tại một điểm, xét trạng thái ứng suất tại các điểm trong vùng trượt.

Do đó có thể xác định hình dạng mặt trượt một cách chặt chẽ. Ta có hệ phương trình cơ bản sau: Xét bài toán phẳng, điều kiện để một phân tố đạt có kích thước dx, dz (hình 1.