1
MỞ ĐẦU
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Từ năm 2010 trở lại đây, qua theo dõi, khu vực Đồng bằng sông Cửu Long
hiện có 562 điểm sạt lở với tổng chiều dài trên 786 km. Sạt lở bờ sông chủ yếu diễn
ra dọc theo sông Tiền và sông Hậu, sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây và các nhánh
chính của hệ thống kênh, rạch. Trong thời gian qua, sạt lở diễn biến ngày càng phức
tạp và có mức độ gia tăng cả về phạm vi và mức độ nghiêm trọng. Nguyên nhân gây
ra xói lở bờ sông, bờ biển do tác động của phát triển như việc xây dựng hồ chứa,
khai thác cát, phát triển dân số và cơ sở hạ tầng ngoài ra còn có sự phát triển hệ
thống giao thông thuỷ đang ngày càng phát triển nhanh và mạnh cả về số lượng, tải
trọng và tốc độ của tầu thuyền, suy giảm nghiêm trọng rừng ngập mặn vùng đồng
bằng sông Cửu Long cũng góp phần lớn đến việc sạt lở. Trong các giải pháp chống
sát lỡ như nuôi giữ bãi, trồng rừng ngập mặn thì Kè là một trong những phương
pháp công trình hợp lý và bền vững đề tránh các hiện tượng sạt lở và giữ ổn định
bờ.
Việc tính toán thiết kế loại hình công trình này thường chỉ giới hạn trong
việc đánh giá áp lực đất lên tường kè và khả năng ổn định trượt. Trong thực tế, ứng
xử áp lực đất lên tường kè có những điểm khác biệt do trang thái ứng suất ban đầu.
Ngoài ra, việc san lấp đất sau lưng tường trên nền đất yếu có thể gây lún và áp lực
đất bổ sung lên bờ kè có thể gây chuyển vị và mất ổn định công trình.
Căn cứ vào điều kiện địa chất cụ thể ở khu vực Long An, tính toán và mô
phỏng đánh giá giải pháp thiết kế và xử lý nền hợp lý cho công trình kè trên đất yếu.
Ở đây, việc tính toán đánh giá ứng xử của công trình có xét đến sự làm việc đồng
thời của các cấu kiện và phân tích làm rõ vai trò từng cấu kiện riêng biệt. Độ lún và
độ lún theo thời gian của nền đất yếu khu vực sau kè đóng vai trò quan trọng trong
việc đảm bảo khả năng làm việc ổn định của công trình cũng là vấn đề quan tâm
tính toán.
Các kết quả tính toán và phân tích cho phép rút ra các nhận định có ích về
giải pháp thiết kế và kinh nghiệm cho loại công trình đặc biệt này ở công trình đất
2
yếu như ở Long An. Điều này có ý nghĩa thực tiễn trong công tác xây dựng cho địa
phương.
Mục đích của đề tài
Trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn, thực hiện mô phỏng đánh giá trạng
thái ứng suất biến dạng của công trình kè ven sông trên đất yếu. Việc phân tích thực
hiện có xét đến các yếu tố trình tự thi công và sự thay đổi trạng thái ứng suất biến
dạng theo thời gian do quá trình cố kết thấm. Việc mô phỏng được thực hiện nhờ sự
giúp đỡ của phần mềm Plaxis trên cơ sở mô hình bài toán 2D.
Mục đích của việc phân tích bao gồm đánh giá khả năng ổn định tổng thể của
công trình và sự thay đổi của chúng theo thời gian; phân tích so sánh với các kết
quả tính toán thiết kế khi xem lực tác dụng lên hệ cọc là lực tập trung thay vì áp lực
do khối đất sau tường.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Mô phỏng bằng phần mêm trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn nhằm
đánh giá khả năng ổn định tổng thể công trình.
Kết quả phân tích so sánh các kết quả tính toán nhằm rút ra các nhận định về
phương pháp tính toán hợp lý cũng như tính hợp lý trong lựa chọn các cấu kiện
công trình.
3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG
SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY
1.1. Nguyên nhân dẫn đến sạt lở ở khu vực ĐBSCL hiện nay
Hiện tượng sạt lở bờ sông ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là do rất
nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra trong đó có nguyên nhân do tự nhiên như khí
hậu, địa chất… và cả các nguyên nhân do con người gây ra như khai thác cát, sự tác
động của phát triển mức sống của con người. Tuy nhiên,nhìn chung hiện tượng sạt
lở trên là do các nguyên nhân chủ yếu sau đây:
1.1.1 Do địa chất vùng bờ
Địa chất bờ sông là một trong những yếu tố quyết định đến sự sói lở bờ. Kết
quả khảo chất cho thấy địa chất các lớp đất bờ sông chủ yếu là bùn hữu cơ, bùn sét
với trạng thái chảy, dẻo chảy và dẻo mềm. Với cấu tạo địa chất như trên thì bờ sông
rất dễ bị sói lở dưới tác động của ngoại lực và các yếu tố tác động khác.
1.1.2 Do thủy triều
Khu vực đồng bằng sông Cửu Long các biển Tây trung bình khoảng 70km
bởi vậy sông chịu ảnh hưởng của thủy triều khá rõ rệt. Chế độ thủy triều ở đây là
Nhật triều với 2 lần lên xuống trong ngày. Dưới tác động của lòng thấm (khu nước
dân và rút), các hạt bùn, đất bờ sông sẽ bị cuốn ra ngoài và được dòng nước mang
đi gây hiện tượng sói lở.
1.1.3 Do ảnh hƣởng bởi lũ
Lũ cũng là một trong nguyên nhân gây sói lở, dưới tác động của dòng chảy
lũ các hạt bùn, đất tại bờ sông sẽ bị cuốn trôi gây hiện tượng sói lở. Dòng chảy lũ tại
các sông miền Tây Nam không quá lớn và xẩy ra với tầng suất hiếm nhưng dưới tác
động kết hợp của dòng chảy lũ và sóng tàu thì tốc độ sạt lở bờ sẽ xẩy ra với mức độ
rất lớn.
1.1.4 Do hoạt động của tàu thuyền
Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống giao thông thủy rất phát triển với đội
ghe vận tải có quy mô lớn, mật độ tàu thuyền lưu thông trên sông luôn dày đặt với
các tàu vận chuyển hàng hóa với tải trọng lớn. Dưới tác động của sóng tàu, lớp đất
4
yếu tại bờ sông sẽ bị sói lở, mức độ sạt lở tùy thuộc vào độ mạnh yếu của sóng,
sóng tàu càng lớn thì mức độ sói lở càng lớn đặc biệt với sóng của các tàu vận tải
lớn chạy sát bờ sông.
1.1.5 Do hoạt động khác của con ngƣời
Hoạt động của con người cũng có ảnh hưởng nhất định đến sự sói lở bờ khu
vực này. Sự khai thác hệ sinh vật trên sông, lấn chiếm bờ sông, lòng sông làm thu
hep mặt cắt ước của dòng chảy. Ngoài ra tình trạng đê bao tràng lan trên các sông
thượng nguồn làm tham đổi các chế độ thủy động lực học của dòng chảy cũng là
nguyên nhân gây ra sự xói lở này.
Mỗi nguyên nhân ít nhiều điều có vai trò trong sử xói lở bờ sông, đối với
tuyến sông trên ĐBSCL qua điều tra tại khu vực dân cư ven sông thấy được sự xói
lở xẩy ra mạnh mẽ nhất trong mùa mưa lũ bởi vậy có thể khẳng định nguyên nhân
chính gây ra sử xói lở bờ sông là do sóng và dòng chảy lũ kết hợp địa chất khá yếu
tại khu vực ĐBSCL.
Hình 1.1 Xói lở do người dân xây dựng lấn chiếm bờ sông
5
1.2. Các giải pháp chống sạt lở thƣờng làm ở ĐBSCL hiện nay
1.2.1 Rọ đá
Rọ đá (Gabion) hây thảm đá (Revet Masttresses) như một cái hộp hình khối
mà ở đó chúng ta có thể bỏ đá vào để sử dụng gia cố cho các công trình. Chúng là
hệ thống hình lưới có liên kết thành các khối hình học và phía trong là đá xếp, cấu
tạo rọ đá thường khá đơn giản.
Hình 1.2. Cấu tạo rọ đá
6
Hình 1.3. Thảm đá
Lịch sử cho thấy từ rất lâu đời người ta đã sử dụng các rọ đá để tạo nên các
khối liên kết làm các đường ngầm qua sông và sống sói lở khu vực mố cầu.
Ngày nay, rọ đá và thảm đá chủ yếu được làm bằng thép có mạ kẽm hoặc
nhôm kẽm phần lớn được tráng phủ một lớp nhựa bên ngoài để giảm các tác động
xâm thực ăn mòn của môi trường với lỏi thép bên trong. Một số công trình ăn mòn
đặc biệt rọ đá và thảm đá được làm hoàn toàn bằng hợp chất Polyme vì chúng có
đặc tính trơ vượt trọi dưới tác động ăn mòn so với các vật liệu khác.
Rọ đá được dùng chủ yếu cho các công trình sau:
- Tường chắn đất, mố cầu.
- Chống sói bờ sông, biển.
- Lát mái và đáy kênh.
- Bảo vệ mái đê, kè.
- Đập tràn, bậc nước, dốc nước.
7
1.2.2 Cừ ván bê tông dự ứng lực
Cách đây hơn 50 năm, tập đoàn PS Mitsubisi Nhật Bản đã phát minh ra loại
“Cọc ván BTCT dự ứng lực” với kiểu dáng hình học dang sóng của mặt cắt tiết diện
và đã được xây dựng thử nghiệm rất có hiệu quả ở Nhật trong nhiều năm qua.
Hình 1.4 Cọc ván bê tông dự ứng lực
Cọc ván bê tông dự ứng lực (PC) được ứng dụng vào Việt Nam trong những
năm 1999 – 2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu với
sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự hướng dẫn trực tiếp công
nghệ thi công lắp đặt của các nhà sáng chế ra cọc ván bê tông ứng lực trước.
Công ty C&T đã thi công hoàn hảo hệ thống các kênh dẫn chính và các kênh
nhánh với tổng chiều dài cừ 42.000m chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m đưa nước từ
sông Thị Vải vào giải nhiệt cho các tubin khí. Hiện nay hệ thống các kênh này vẫn
bền vững.
Ngoài ra còn nhiều công trình khác ứng dụng cọc ván bê tông cốt thép dự
ứng lực như kè Nhơn Trạch, bờ kè Thành phố Biên Hòa (thuộc tỉnh Đồng Nai),
8
kèbiển(thuộc tỉnh Bạc Liêu), bờ kè Kiên Giang, kè Kênh Nhiêu Lộc (thuộc TP.
HCM) sử dụng cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực W600 dài 15 – 18m…
1.2.2.1 Ƣu điểm:
Bền vững hơn cừ LARSEN.
Có thể dùng búa Diezen để hạ cừ nếu không phải ở khu vực đông dân cư,
đơn giản chi phí thấp và tiến độ thi công nhanh.
Cọc ván Bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc
chịu nén của bê tông và chịu kéo của thép, tiết diện chịu lực ma sát tăng từ 1,3/3 lần
so với loại cọc vuôn có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất
nền tăng).
Khả năng chịu lực tăng: Momen chống uốn, xoán cao hơn cọc vuông BTCT
thường, do đó chịu được momen lớn hơn.
Sử dụng vật liệu cường độ cao (BTCT) nên tiết kiệm vật liệu. Cường độ chịu
lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối. Tuổi thọ cao.
Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.
Chế tạo trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công
nhanh mỹ quan đẹp khi sử dụng kết cấu nổi trên mặt đất.
Kết cấu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít. Với bề rộng cọc lớn sẽ
phát huy tác dung chắn các loại vật liệu, ngăn nước. Phù hợp với các công trình có
chênh lệch áp lực trước vào sau khi đóng cọc như ở mố cầu và đường dẫn.
Cường độ chịu lực cao: Tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng
độ cứng và khả năng chịu lực của ván.
Thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, giảm được chi phí
giải phóng mặt bằng, chỉ cần xà lang và cần cẩu vừa chuyên chở cấu kiện, vừa ép
cọc là thi công được.
1.2.2.2 Nhƣợc điểm:
Gần khu vực nhà dân không thi công bằng phương pháp đóng được, ngoài ra
nếu thi công phải hạn chế chấn động ảnh hưởng đến công trình lân cận.
9
Trong khu vực xây chen, phải khoan mồi rồi với ép được cọc, nên tiến độ thi
công tương đối chậm.
Công nghệ chế tạo phức tạp hợp cọc đóng thông thường.
Thi côn đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị côn nghệ hiện đại hơn (búa run,
búa thủy lực, máy cắt nước áp lực…).
Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện.
Ma sát âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu
lực như cọc ma sát trong vùng đất yếu.
Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn
chế độ sâu hạ cọc.
1.2.3 Tƣờng kè và cọc bê tông cốt thép
Đây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong phạm vi rộng không cần
những thiết bị thi công quá hiện đại, phức tạp trong việc phòng chống sạt lở công
trình ven sông, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng so với các giải pháp khác. Tuy
nhiên còn phụ thuộc nhiều vào chiều cao mái dốc và điều kiện địa chất của khu vực
đất nền mà quyết định giải pháp cho phù hợp.
1.2.4. Tƣờng kè chắn đất trong công trình ven sông
1.2.4.1 Khái niệm về tƣờng chắn đất
Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi sạt trượt.
Xây dựng kết cấu tường chắn đất để tăng cường ổn định của công trình chịu các áp
lực ngang của đất. Các bộ phận của công trình chịu các loại áp lực ngang của đất
như: Tường cát tầng hầm, mố cầu, tường chắn đất, tường chắn cống thoát nước,
đường hầm, bờ kè là bản tường….
Tường chắn được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông và
công trình thủy lợi.
Mục đích:
- Để giữ đất sau lưng tường được cân bằng khỏi bị trượt, tuột xuống.
- Chống sạt lở công trình mới xây dựng bên cạnh công trình cũ.
- Chống thành hố móng, hố đào sâu.
10
- Chống sạt lở bờ sông, bờ kè.
- Chống thấm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy công.
1.2.4.2 Cấu tạo về tƣờng kè
Tường kè sử dụng ở đây giống như tường bản góc hây còn gọi là tường chữ
L có cấu tạo như sau:
Tường đứng (Bản tường): Chiều cao tường 255cm, chiều dày (25 -15cm).
Tường bản đáy: Bề rộng 2m, chiều dày 35cm.
Chiều dài cọc L = 14m.
40
+2,70
Höôù
ng soâ
ng
MNmax +2.3075
Lôù
p caù
t san laá
p
+0,40
40
30
180
Lôù
p1
Lôù
p2
-26,60
Lôù
p3
Hình 1.5 Cấu tạo tường kè và cọc bê tông cốt thép
1.2.5. Tƣờng kè trên hệ thống móng cọc
1.2.5.1 Cấu tạo về móng cọc BTCT
Cọc BTCT:Là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang,
cọc được thi công bằng phương pháp đóng hây đổ tại chổ vào lòng đất, đá, để
truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm cho công trình bên
trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn.
11
Đài cọc: Là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng
của công trình lên các cọc. Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền
xuống qua hệ đài bản chất sinh ra do chuyển vị tại đại điểm liên cọc với hệ đài. Có
thể phân ra thành đài tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc. Có
đài móng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất cứng. Dưới tác dụng của tải
trọng thì chuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hây là mặt cắt
ngàm cọc trước phẳng sau vẫn phẳng) do đó thông thường cọc ở vị trí biên sẽ có nội
lực lớn.
1.2.5.2 Các dạng cọc trong đất nền
Cọc đóng cứng: Khi có tải trọng ngang công trình không lớn người ta thường
đóng cọc theo phương đứng 1 góc 90 độ so với mặt đất tự nhiên.
Cọc đóng xiên: Khi có tải trọng ngang lớn cọc đóng đứng không đủ khả năng
chịu lực tao có thể đóng cọc xiên. Độ xiên của cọc giúp cho cọc tăng khả năng chịu
lực, khi tải ngang do lực thắng xe, do áp lực nước chảy trong các vùng có ảnh
hưởng thủy triều… có thể đóng xiên khoảng 20 độ hoặc có thể hơn tùy thiết bị đóng
cọc.
1.2.5.3 Các loại cọc chịu tải trọng ngang thƣờng gặp
Cọc BTCT tiết diện vuông: Gồm có các thiết diện 200 x 200, 250 x 250, 300
x 300…. thường được sử dụng cọc rỗng hoặc cọc đặt trong các công trình dân dụng,
cầu đường, công trình thủy… có tiết diện cọc tùy theo yêu cầu tải trọng công trình.
12
Hình 1.6 Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông
Cọc BTCT tiết diện tròn:Thường được sử dụng như cọc bê tông ly tâm dự
ứng lực có đường kính ngoài 300, 350, 400, 450, 500….
Hình 1.7 Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực tiết diện tròn
13
1.3. Nhận xét chƣơng
Qua nội dung Chương I giúp chúng ta có cái nhìn cụ thể hơn về nguyên nhân
dẫn đến sạt lở ở khu vực ĐBSCL hiện nay, gồm các nguyên nhân khách quan như
do thủy triều, do địa chất từng khu vực, do ảnh hưởng của mưa lũ và nguyên nhân
chủ quan do tác động của con người.Từ đây đưa ra các giải pháp phù hợp hơn trong
việc ngăn chăn sạt lở.
Thông qua xác định các nguyên nhân, trong Chương đưa ra 05 giải pháp chủ
yếu trong công tác chống sạt lỡ, bên cạnh việc phân tích các ưu điểm, nhượt điểm
của các giải pháp nhằm đưa ra biện pháp tối ưu cho việc chống sạt lở.
Căn cứ vào hồ sơ địa chất được cung cấp bởi Trung tâm Nghiên cứu chỉnh trị
sông và Phòng chống thiên tai thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Miền nam khu vực kè
sông Vàm Cỏ Tây Thị xã Tân An (đoạn Từ Điện lực Long An đến Chợ Cá phường
2) có lớp đất yếu với bề dày đáng kể trên bề mặt, phần lớn đất đai được tạo thành ở
dạng phù sa bồi lắng lẫn nhiều tạp chất hữu cơ nên đất có dạng cấu tạo bời rời, tính
chất cơ lý rất kém, có thể phân chia đất nền trong khu vực khảo sát thành các lớp
như sau:
Lớp 1a: Lớp đất san lấp (cát, xà bần lẫn rác, đá, sét)
Lớp 1b: Sét màu xám xanh, vàng, đốm đỏ, tráng thái dẻo mềm.
Lớp 2: Sét lẫn cát đến sét mày vàng nâu, xám xanh đốm vàng, trạng thái nữa
cứng.
Lớp 3: Cát lẫn sét màu vàng, xám xanh, trạng thái dẻo.
Quan phân tích các nội dung trên, xác định giải pháp móng cọc được lựa
chọn cho các công trình. Công trình kè trên cọc BTCT truyền tải trọng xuống các
lớp đất tốt hơn bên dưới sẽ là giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề ổn định.
Ngoài ra, như đã tổng hợp trình bày, kè ven sông chống sạt lở ở khu vực có
lớp đất yếu bao gồm nhiều cấu kiện: Tường chắn giữ đất san lấp sau kè, hệ móng
cọc chịu tác dụng của vật liệu san lấp, tải trọng của thiết bị thi công cũng như các
yếu tố địa hình khu vực bờ sông. Để đánh giá khả năng ổn định của loại hình công
trình này, việc tính toán phải xét đến sự làm việc của từng cấu kiện và khả năng ổn
14
định tổng thể.Việc tính toán ở đây được thực hiện nhờ sự trợ giúp của phần mềm
Plaxis trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn.
15
CHƢƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN HỆ KÈ TRÊN MÓNG CỌC VEN
SÔNG KHU VỰC ĐẤT YẾU
2.1. Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng
2.1.1 Các dạng tải trọng
Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tĩnh): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết
cấu không biến đổi trị số, hoặc biến số của chúng so với bình quân có thể bỏ qua
không tính như trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực của đất.…
Tải trọng khả biến (tải trọng động): Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết
cấu có biến đổi trị số mà số biến đổi của chúng so với bình quân không thể bỏ qua
được như tải trọng động mặt sàn, ô tàu, cầu trục hoặc tải trọng xếp đóng vật liệu….
Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu
không nhất định xuất hiện, nhưng hễ có xuất hiện thì hệ số rất lớn và thời gian duy
trì tương đối ngắn như động đất, lực phát nổ, lực va đập.…
2.1.2 Phân loại tải trọng
Áp lực nước: Tường chắn đất cứng duy trì ở vị trí tĩnh tải bất động, loại áp
lực ngang này của đất được gọi là áp lực ngang ở trạng thái tĩnh ký hiệu là E0
(kN/m).
Áp lực đất có 2 loại áp lực ngang cực trị gồm: Áp lực chủ động và áp lực bị
động:
- Khi đạt cực tiểu có tên là áp lực ngang của đất có ở trạng thái cân bằng phá
hoại dẻo chủ động, ký hiệu là Ea (kN/m).
- Khi đạt cực đại có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá
hoại dẻo bị động, ký hiệu là Ep (kN/m).
Tải trọng thi công như: Ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo
giữa tường cừ… tải trọng phụ do sự biến đổi về nhiệt độ và sự co ngót của bê tông
gây ra. Tùy loại kết cấu chắn giữ khác nhau.
Tải trọng ngoài:Bao gồm các tải trọng xe thi công, tải trọng sử dụng và tải
trọng tàu thuyền khi neo đậu…
2.2. Tính toán đối với tƣờng chắn
16
Khi tính toán kết cấu chắn giữ, các áp lực tác dụng vào bề mặt tiếp xúc của
kết cấu chắn giữ gốm áp lực đất, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực làm
cho kết cấu chắn giữ chuyển vị.
2.2.1 Áp lực nƣớc
Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn đất, ngoài áp lực đất còn áp lực nước của
nước ngầm dưới mặt đất, áp lực này gọi là áp lực thủy tĩnh Eo (kN/m).
+2,60
Höôù
ng soâ
ng
MNCTK +1.75
2/3L
Lôù
p caù
t san laá
p
+0,30
1/3L
Es
Ps
Hình 2.1 Biểu đồ áp lực nước
2.2.2 Áp lực đất chủ động
Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của áp lực đất đắp mà lưng tường dịch
chuyển theo chiều dài đất đắp. Khi đó áp lực đất tác dụng vào tường sẽ từ áp lực đất
tĩnh mà giảm dần đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thời
xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống khi đó áp lực đất giảm đến
trị nhỏ nhất gọi là áp lực chủ động Ea (kN/m).
17
+2,60
Höôù
ng soâ
ng
2/3L
MNCTK +1.75
Lôù
p caù
t san laá
p
Ea
1/3L
+0,30
Ea
Hình 2.2 Biểu đồ áp lực đất chủ động lên tường kè trên cọc
2.3. Phƣơng pháp áp lực lên tƣờng chắn:
Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt
trượt. Tường chắn được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao
thông. Khi làm việc, lưng tường chắn tiếp xúc với khối sau tường và chịu tác dụng
của áp lực đất.
Trong các công trình thủy công, có một số bộ phận của kết cấu công trình
không phải là tường chắn nhưng có tác dụng tương hỗ với đất và cũng chịu áp lực
của đất giống như tường chắn đất. Do đó, khái niệm về tường chắn đất được mở
rộng ra cho tất cả những bộ phận của công trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp
xúc với chúng và áp lực đất lên tường chắn cũng được hiểu như áp lực tiếp xúc giữa
những bộ phận ấy với đất.
Tường chắn đất trong các công trình thủy công làm việc trong những điều
kiện rất khác nhau so với điều kiện làm việc của tường chắn đất trong công trình
giao thông và xây dựng do đặc điểm của công trình thủy lợi quyết định. Đất đắp sau
tường chắn được ưu tiên khai thác tại chỗ nhằm giảm giá thành xây dựng và do yêu
cầu chống thấm từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy công, nên thường
dùng đất loại sét có tính chống thấm tốt. Điều này dẫn đến việc tính toán thiết kế
tường chắn phức tạp hơn so với trường hợp dùng đất loại cát đắp sau tường chắn.
18
Các loại tƣờng chắn : Có nhiều kiểu tường chắn đất khác nhau, và có thể
được phân loại như sau:
- Phân loại theo vật liệu: Tường béton; tường béton cốt thép; tường béton
đá hộc; tường thép.
- Phân loại theo nguyên lý làm việc:
+ Tường trọng lực: độ ổn định của tường và của khối đất đắp sau lưng tường
được đảm bảo chủ yếu bằng trọng lượng bản thân của tường.
+ Tường bán trọng lực: độ ổn định được đảm bảo không những chỉ do trọng
lượng của bản thân tường và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp bên
trên bản móng. Loại tường này thường bằng béton cốt thép, có chiều dày khá lớn
nên còn được gọi là tường dày.
+ Tường bản góc là tường mà độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng
lượng của khối đất đắp trên bản móng. Tường và móng là những tấm bê-tông cốt
thép mỏng, nên trọng lượng bản thân tường và móng không lớn. Tường bản góc có
dạng chữ L nên còn gọi là tường chữ L.
+ Tường mỏng: là tường mà sự ổn định được đảm bảo bằng cách chôn chân
tường vào trong nền, nên loại này còn gọi là tường cọc và tường cừ (hình 2.3; 2.4;
2.5).
- Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường.
+ Tường dốc: là loại tường có lưng tường nghiêng một góc so với phương
thẳng đứng. Khối đất trượt có một mặt giới hạn trùng với lưng tường. Có thể ra làm
2 loại tường dốc:
a/
b/
c/
d/
19
Hình 2.3: Phân loại tường theo góc nghiêng
a, b: Tường trọng lực dốc thuận; c, d: Tường bản góc dốc nghịch
. Tường dốc thuận: khi góc nghiêng nằm về phía trong của khối tường.
. Tường dốc nghịch: khi góc nghiêng nằm phía ngoài khối tường.
- Phân loại theo độ cứng của tường.
Biến dạng của tường chắn đất làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa lưng
tường chắn với khối đất đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng
lên lưng tường và cũng làm thay đổi dạng biểu đồ áp lực theo chiều cao tường.
Theo cách phân loại này tường chắn được chia làm hai loại:
a/
b/
c/
d/
Hình 2.4: Phân loại tường theo nguyên lý làm việc
a/ Tường trọng lực;
b/ Tường có bệ giảm tải;
c/ Tường bản góc;
d/ Tường góc dốc nghịch.
H
Le
450-
a/
b/
c/
20
Hình 2.5 Phân loại tuờng theo nguyên kết cấu
a/ Tường có cốt
b/ Tường cọc bản không neo
c/ Tường cọc bản có neo
+ Tường mềm: là tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực. Tường mềm
thường là những tấm gỗ, thép, bê-tông, bê-tông cốt thép ghép lại. Tường cừ cũng
được xếp vào loại tường mềm.
+ Tường cứng: là loại tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất tác
dụng mà chỉ có biến dạng tịnh tiến và xoay.
- Phân loại theo kết cấu.
+ Tường liền khối: gồm các tường bằng bê-tông, bê-tông cốt thép, bê-tông đá
hộc, tường gạch xây và đá xây. Tường liền khối được xây hoặc thi công toàn khối
trực tiếp trong hố móng. Móng của tường bê-tông, bê-tông đá hộc hoặc bê-tông cốt
thép thì liền khối với bản thân tường, còn móng của tường chắn gạch xây, đá xây thì
có thể là những kết cấu độc lập bằng đá xây hoặc bằng bê-tông.
+ Tường lắp ghép: tường lắp ghép là tường gồm các cấu kiện bê-tông cốt
thép đúc sẵn, các khối đá hoặc thép lắp ghép lại với nhau theo những sơ đồ kết cấu
và kích thuớc định sẵn. Các cấu kiện đúc sẵn thường có dạng thanh hoặc tấm có
kích thước không lớn để tiện vận chuyển.
+ Tường rọ đá: gồm các rọ đá nối ghép lại với nhau. Những rọ đá bằng lưới
thép hoặc lưới polime được xếp từng lớp, kết nối với nhau rồi xếp đá hộc vào từng
rọ. Để đất hạt mịn của đất nền và đất đắp không xâm nhập vào khối đá hộc trong rọ,
thường đặt một lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách đáy tường và lưng tường với đất nền
và đất đắp.
+ Tường đất có cốt: tường gồm vật liệu đắp có góc ma sát được đầm chặt
theo lớp và gia cố bởi các dải vật liệu thẳng cách khoảng đều theo chiều đứng và
chiều ngang. Hiện nay tường đất có cốt được dùng trong tường chắn, tường biển,
bến tàu, mố cầu, đập đất và các công trình dân dụng tương tự.
2.3.1. Phƣơng pháp Rankine
2.3.1.1 Lý thuyết cân bằng giới hạn
- Xem thêm -
.PDF 
116 
1 
70 
