Luận Văn Thạc Sĩ Về Ổn Định Tường Kè Bảo Vệ Công Trình Ven Sông Bằng Cừ Nhựa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phân tích ổn định tường kè bảo vệ công trình ven sông bằng cừ bản nhựa, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Lê Xuân Trường Giang
• 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 Ổn Định Tường Kè Bằng Cừ Nhựa Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về ổn định của công trình tường kè ven sông

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, hiện tượng sạt lở bờ sông đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại Đồng bằng sông Cửu Long. Tường kè là một trong những giải pháp hiệu quả để bảo vệ các công trình ven sông. Các loại cừ nhựa như cừ bản nhựa đã được nghiên cứu và áp dụng để giảm thiểu thiệt hại do sạt lở. Việc phân tích ổn định của tường kè không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho công trình mà còn góp phần bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân. Theo nghiên cứu, các loại cừ như cừ gỗ, cừ thép, và cừ bê tông cốt thép đều có những ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, cừ nhựa nổi bật với khả năng thi công nhanh và chi phí thấp, làm cho nó trở thành lựa chọn khả thi cho các công trình ven sông.

1.1. Các loại tường cừ bản

Các loại tường cừ hiện nay bao gồm cừ gỗ, cừ thép, và cừ bê tông cốt thép. Mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt. Cừ gỗ thường dễ hư hỏng và không bền vững trong môi trường nước. Cừ thép có khả năng chịu lực tốt nhưng chi phí cao. Trong khi đó, cừ bản nhựa lại có ưu điểm vượt trội về khả năng chống ăn mòn và thi công nhanh chóng. Nghiên cứu cho thấy, cừ nhựa có thể giảm thiểu chi phí xây dựng lên đến 2,5 lần so với cừ bê tông cốt thép, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng chịu lực cần thiết cho các công trình ven sông.

II. Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định và biến dạng tường cừ bản nhựa

Để đảm bảo tính ổn định của tường kè, cần áp dụng các phương pháp tính toán chính xác. Các phương pháp như lý thuyết áp lực đất của Coulomb và phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích ứng suất và biến dạng của cừ nhựa. Việc xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè là rất quan trọng. Nghiên cứu cho thấy, ứng suất cho phép của cừ nhựa nên được giới hạn dưới 22Mpa với hệ số an toàn là 2. Điều này đảm bảo rằng tường kè có thể chịu được các tác động từ môi trường mà không bị hư hại. Các mô hình tính toán cũng cho thấy rằng việc quan trắc chuyển vị của tường kè là cần thiết để đánh giá hiệu quả của giải pháp này.

2.1. Phương pháp tính toán ổn định

Các phương pháp tính toán ổn định tường kè bao gồm lý thuyết cân bằng giới hạn và mô phỏng bằng phần mềm. Lý thuyết Coulomb giúp xác định áp lực đất tác dụng lên tường, trong khi phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chính xác hơn về biến dạng và ứng suất. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng các phương pháp này giúp đánh giá chính xác hơn về khả năng chịu lực của cừ nhựa trong điều kiện thực tế. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy, tường kè có thể duy trì ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt, từ đó khẳng định tính khả thi của giải pháp này trong việc bảo vệ công trình ven sông.

III. Nghiên cứu giải pháp ổn định tạm thời bằng tường cừ bản nhựa

Giải pháp sử dụng cừ nhựa cho các công trình ven sông đã được nghiên cứu và áp dụng thành công. Việc so sánh giữa cừ nhựa và cừ bê tông cốt thép cho thấy, cừ nhựa không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn có khả năng thi công nhanh chóng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, cừ nhựa có thể được sử dụng như một giải pháp tạm thời hiệu quả cho các vị trí sạt lở nghiêm trọng. Việc quan trắc chuyển vị của tường cừ cho thấy, chuyển vị ngang của đỉnh tường là 24,6mm, nhỏ hơn 22mm so với kết quả mô phỏng. Điều này chứng tỏ rằng cừ nhựa có khả năng duy trì ổn định trong thời gian dài.

3.1. So sánh tính ổn định và biến dạng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cừ nhựa có tính ổn định cao hơn so với các loại cừ khác trong điều kiện địa chất tại Bến Tre. Việc so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật cho thấy, cừ nhựa có khả năng chịu lực tốt và ít bị biến dạng hơn. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công trình ven sông, đặc biệt là trong bối cảnh sạt lở ngày càng gia tăng. Các giải pháp tạm thời bằng cừ nhựa không chỉ giúp bảo vệ công trình mà còn giảm thiểu thiệt hại cho người dân trong khu vực.

IV. Giải pháp chống ngập cho các công trình ven sông rạch Gò Dưa tuyến kè Linh Đông Thủ Đức

Giải pháp chống ngập cho các công trình ven sông là một vấn đề cấp thiết. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng cừ nhựa có thể giúp ngăn chặn tình trạng ngập úng do triều cường. Các mô phỏng bằng phần mềm cho thấy, cừ nhựa có khả năng chống ngập hiệu quả trong các điều kiện địa chất khác nhau. Kết quả quan trắc cho thấy, chuyển vị đỉnh tường cừ tại tuyến kè Linh Đông - Thủ Đức đã được kiểm soát tốt, đảm bảo an toàn cho công trình. Giải pháp này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sinh thái khu vực.

4.1. Mô phỏng và quan trắc

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và Geo5 đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của cừ nhựa trong việc chống ngập. Kết quả cho thấy, cừ nhựa có thể duy trì ổn định trong các điều kiện ngập úng, từ đó khẳng định tính khả thi của giải pháp này. Việc quan trắc chuyển vị đỉnh tường cừ cho thấy, các chỉ số đều nằm trong giới hạn an toàn, chứng tỏ rằng cừ nhựa có thể được áp dụng rộng rãi cho các công trình ven sông trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Biến đổi khí hậu và các hiện tượng thiên tai như bão, lũ, lốc xoáy, hạn hán, v,v. những năm gần đây ảnh hưởng rất lớn đến hầu hết các hoạt động kinh tế, an sinh xã hội của nhiều nước trên thế giới và Việt Nam như: gây xói lở bờ sông, sụt lún, phá huỷ công trình, nhà cửa, ngập lụt vào mùa mưa, cạn kiệt nguồn nước vào mùa khô, phá huỷ môi trường sinh thái, v,v… Trong đó, hiện tượng xói lở bờ sông là một trong những hiện tượng gây nên những thiệt hại to lớn cho các hoạt động, sinh hoạt của nhân dân trong vùng. Những năm gần đây, năm nào ĐBSCL cũng xảy ra những vụ sạt lở nghiêm trọng. Theo khảo sát của ngành tài nguyên môi trường các tỉnh ĐBSCL, sông Hậu và sông Tiền là hai tuyến sông chính thường xuyên xảy ra sạt lở nghiêm trọng.

Trong đó, An Giang, Đồng Tháp xảy ra nhiều nhất. Tại An Giang, chỉ tính riêng sông Tiền và sông Hậu đi qua địa bàn hiện có hàng trăm điểm sạt lở và có nguy cơ tiếp tục sạt lở bất cứ lúc nào. Những “điểm đen” sạt lở ở An Giang như khu vực thị xã Tân Châu; xã Vĩnh Trường, huyện An Phú; xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú; xã Mỹ Hòa Hưng, TP Long Xuyên… Vụ sạt lở nghiêm trọng gần đây nhất ở ĐBSCL là vụ sạt lở bờ sông Hậu đoạn thuộc phường Bình Đức, TP Long Xuyên, tỉnh An Giang xảy ra vào đầu tháng 3 vừa qua. Vụ sạt lở đã “nuốt chửng” đoạn bờ sông dài 110m, sâu vào đất liền khoảng 22m, nhấn chìm 22 nhà dân, hàng trăm hộ dân khác phải di dời nhà cửa.

Đáng lo ngại, đoạn bờ sông dài 600m quanh khu vực sạt lở, đang có nguy cơ đổ sụp xuống sông bất cứ lúc nào. Không chỉ đe dọa cắt đứt QL 91, sạt lở ở khu vực này còn đang khiến gần 300 hộ dân thấp thỏm lo âu.1: Sạt lở bờ sông cắt đứt QL 91 tại xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú An Giang Để giải quyết tình trạng sạt lở nêu trên, có nhiều giải pháp, một trong số đó là giải pháp sử dụng tường chắn đất; Giải pháp này được sử dụng để tăng cường khả năng chống trượt của mái dốc, chống lại áp lực ngang của đất. Các dạng tường chắn đất có thể sử dụng để giải quyết tình trạng nêu trên như tường chắn bê tông, bê tông cốt thép, tường chắn rọ đá và tường cừ bản. Ưu điểm của tường cọc là khả năng chịu lực lớn, không chiếm dụng diện tích lòng sông, chống được xói lở, trượt sâu và đảm bảo mỹ quan nhưng giá thành lại khá cao so với các giải pháp khác.

Với các công nghệ ngày càng phát triển, tường cừ bản nhựa là một loại tường cừ bản mới được nêu ra để để giảm giá thành và đạt hiệu quả cao nhất trong việc chống sạt lở các công trình ven sông. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu và tiêu chuẩn thiết kế nào đề cập đến loại cừ này, việc tính toán kiểm tra ổn định cho loại tường cừ này chủ yếu dựa vào các hướng dẫn của các đơn vị sản xuất cừ trong và ngoài nước. Nhu cầu về tìm hiểu loại cừ này là nhu cầu tất yếu của các nhà thiết kế để có thể ứng dụng loại tường cừ mới này. Các dạng tường cừ bản: Cừ bản là loại cừ có kích thước chiều dày nhỏ hơn rất nhiều lần so với chiều rộng và chiều dài.

Một số dạng tường cừ bản thường được sử dụng hiện nay: 1. Cừ bản gỗ: - Từ xa xưa, người nông dân Việt nam đã sử dụng cừ bản bằng gỗ để gia cố bảo vệ bờ sông, làm cống đập ngăn nước để phục vụ tưới tiêu, sinh hoạt, sản xuất. Ưu điểm của loại vật liệu mới này là dễ sử dụng, có thể tìm thấy ở nhiều nơi. Tuy nhiên nhược điểm của loại cừ này chính là vật liệu dễ bị mối mọt, mục rửa do các tác động của ngoại cảnh ( nắng mưa nhiệt độ, môi trường nước …) dễ bị bào mòn cơ học, tuổi thọ không cao, khả năng chống thấm thấp.

Đến thời điểm hiện nay, các quy định về “ bảo vệ rừng” đã làm cho nguồn vật liệu làm cừ bản gỗ này trở nên khan hiếm và ít được ứng dụng vào các công trình có khối lượng lớn.2: Cừ gỗ và sự hư hỏng cừ gỗ. Cừ bản thép: - Những năm giữa thế kỷ 20, khi công nghệ vật liệu ngày càng phát triển, công nghệ cừ bản thép ra đời đã trở thành một đóng góp quan trọng trong lĩnh vực xây dựng bởi chính các ưu điểm của nó như: sản xuất với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, độ bền cao, khả năng chịu lực tốt, chống thấm tốt, dễ thi công, cừ thép dể dàng cắt ngắn và kéo dài theo yêu cầu thiết kế, ngoài ra cừ thép còn có thể sử dụng cho các công trình tạm phục vụ cho thi công. Những ưu điểm trên đã làm cho cừ thép ngày càng được ứng dụng một cách rộng rãi cho các công trình. Cừ thép có 4 loại chủ yếu: a.

Cừ thép phẳng: loại cừ này có moment kháng uốn không lớn, chiều dài từ 8 đến 22m. Cừ máng thép: chiều dài loại cừ này cũng từ 8m đến 22m thường được sử dụng cho các loại kết cấu chống thấm. Cừ Larsen: thường có kích thước từ 5m -22m, được thiết kế với móc rắn chắc tạo moment kháng uốn lớn , đây là loại cừ thường được sử dụng hiện nay. Cừ thép được sử dụng rộng rãi cho các công trình trên thế giới cũng như các công trình Việt Nam: đê kè, hố đào sâu, đê quay thi công cầu… Hình1.3: Các loại cừ thép a)Cừ Phẳng; b)Cừ hình máng; c)Cừ chữ Z; d)Cừ Larsen Bảng 1.1: Đặc trưng kỹ thuật một số loại cừ thép thường dùng Hình 1.4: Cừ thép dùng làm tường cừ bản 1.

Cừ bản bê tông cốt thép và cừ bê tông cốt thép dự ứng lực: - Sự ra đời và phát triển của công nghệ bê tông cốt thép, đặc biệt là cừ bản bê tông cốt thép để khắc phục các ưu nhược điểm của các loại cừ nêu trên đã góp phần tạo thêm một giải pháp để các kỹ sư thiết kế lựa chọn cho kết cấu các công trình. Hai loại cừ bản bê tông cốt thép được chế tạo đầu tiên là cừ tiết diện chữ nhật và cừ tiết diện chữ T: Hình 1.5: Liên kết cừ tiết diện chữ nhật, chừ tiết diện chữ T [2]. Ngoài hai loại cừ tiết diện trên còn có nhiều loại tiết diện khác, nhằm đáp ứng một cách linh hoạt các dạng kết cấu khác công trình: cừ 3 cánh, cừ hình sóng, cừ chữ I kết hợp cừ dẹt… 760 760 760 760 200 250 300 150 450 300 300 300 450 Hình 1.6: Các loại cừ bê tông cốt thép khác.[2] Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực cũng có cấu tạo như cừ bê tông cốt thép thường, loại cừ này được sử dụng công nghệ bê tông dự ứng lực để sản xuất, cừ BTCT dự ứng lực có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau , thường có chiều dày từ 150-300mm , chiều rộng bản cừ từ 0,5m -1m; chiều dài từ 6m-20m; Một số loại cừ bê tông cốt thép dự ứng lực thông dụng: - Cừ BTCT dự ứng lực tiết diện chữ nhật - Cừ BTCT dự ứng lực tiết diện chữ H - Cừ BTCT dự ứng lực tiết diện chữ U - Cừ BTCT dự ứng lực tiết diện chữ T - Cừ BTCT dự ứng lực tiết diện chữ C Hình 1.7: Các dạng cừ BTCT dự ứng lực.[2] Trên thế giới từ thập niên 60 của thế kỷ XX, công nghệ bê tông dự ứng lực đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vào thực tế. Ngày nay công nghệ này đã phổ biến, hàng năm các hãng sản xuất đã cung cấp hàng triệu m2 cừ cho các công trình khác nhau.

Trong đó một trong những nhiệm vụ chính của loại cừ này là bảo vệ chống xói lở các công trình ven sông. Cừ bê tông cốt thép và cừ bê tông cốt thép dự ứng lực thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực xây dựng, tuy nhiên do trọng lượng cừ khá lớn nên khó khăn trong việc thi công và vận chuyển, cừ dễ bị rạn nứt trong quá trình vận chuyển. Ngoài ra chi phí cho loại cừ này khá cao.2: Đặc trưng kỹ thuật một số loại cừ BTCT dự ứng lực CT THƯỜNG C.ĐỘ DỌC MOMEN DÀY BÊ TRỌNG DÀI RỘNG CAO T GÃY STT TÊN SẢN PHẨM THÀNH TÔNG LƯỢNG (M) (M) (M) NỨT (MM) ĐK T.30 SW-160 →8M SW- RUNG 225- 8.38 SW- L=5M ĐÓNG 225 →9M SW- RUNG 300- 10.38 SW- L=7M ĐÓNG 300 →12M SW- RUNG 350- 13 SW- 13M 5 996 350 120 12 12 60 12.00 350A ĐÓNG SW- L=9M 350A →15M SW- RUNG 350B 14 SW- -14M 6 996 350 120 12 12 60 14.38 350B ĐÓNG SW- L=10M 350B →15M SW- RUNG 400A 15 SW- -15M 7 996 400 120 12 12 60 17.28 400A ĐÓNG SW- L=10M 400A →16M SW- RUNG 400B 16 SW- -16M 8 996 400 120 12 12 60 18.68 400B ĐÓNG SW- L=11M 400B →16M SW- RUNG 450A 16 SW- -16M 9 996 450 120 16 14 60 21.05 450A ĐÓNG SW- L=11M 450A →17M SW- RUNG 450B 17 SW- -17M 10 996 450 120 16 14 60 25.13 450B ĐÓNG SW- L=12M 450B →17M SW- RUNG 500A 17 SW- -17M 11 996 500 120 16 14 60 30.13 500A ĐÓNG SW- L=12M 500A →17M SW- RUNG 500A 18 SW- -18M 12 996 500 120 16 14 60 35.58 500B ĐÓNG SW- L=13M 500B →18M SW- RUNG 600A 19 SW- -19M 13 996 600 120 16 14 60 44.38 600A ĐÓNG SW- L=14M 600A →19M SW- RUNG 600B 20 SW- -20M 14 996 600 120 16 14 60 50.88 600B ĐÓNG SW- L=15M 600B →21M SW- RUNG 740- 21 15 SW-740 21M 996 740 100 16 16 60 69.55 SW- L=21M ĐÓNG 740 →24M SW- RUNG 840- 22 22M 16.Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng 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 ximăng và nước ra xung quanh thân ống trộn với đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khoảng 0,3m đến 0,45m.

Có thể cắm lồng thép hoặc thép hình vào khi vữa còn ướt. Phạm vi sử dụng trong việc chống vách hố đào cho tầng hầm các công trình. Ưu điểm là có thể thi công trong nhiều loại đất khác nhau. Nhược điểm là khả năng chống thấm nước kém vì có thể có những khoảng hở giữa hai cừ.