Tài liệu Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã phú tâm – huyện châu thành – tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRƯƠNG HỮU TÂM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT CỦA CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SẠT LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 60 – 58 – 02 – 04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN QUANG TUẤN HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô, đồng thời với kinh nghiệm làm việc tại cơ quan, sự giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp và đặc biệt là sự giúp dỡ chỉ bảo của thầy TS. Nguyễn Quang Tuấn. Việc thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm- Huyện Châu Thành- Tỉnh Sóc Trăng” tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi gõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Người làm luận văn Trương Hữu Tâm i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sĩ, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báo của nhiều cá nhân tập thể. Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quý Thầy, Cô trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội và nhất là các Thầy, Cô tại Bộ môn Địa kỹ thuậtcủa trường đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin cảm ơn vì những kiến thức cần thiết, bổ ích và vì những kinh nghiệm mà các Thầy, Cô đã tận tình truyền giảng lại cho tôi để tôivận dụng vào công việc thực tiễn, góp vào hành trang trên bước đường tương lai trong cuộc sống, và có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Tiếp đến, tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy TS.Nguyễn Quang Tuấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy ân cần, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, cung cấp và đề ra định hướng trong suốt quá làm luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy. Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Công Trình- Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị, các bạn cùng học lớp Cao học CH24ĐKT12đã cung cấp tài liệu, giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bổ ích để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất. Cuối cùng tui xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động viên giúp đỡ về mặt tinh thần và vật chất để tôi hoàn thành chương trình học tập. Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và lượng kiến thức bao la vô tận nên không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định. Tôi rất mong được sự đóng góp và ý kiến quý báu của Quý Thầy Cô và bạn bè để ngày càng hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................................. vi DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG................................................................................................ ix MỞ ĐẦU............. ........................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ .... 5 1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất. ............................... 5 1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn. ........................................................................................... 5 1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn. ................................................................................. 6 1.2. Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn. .............................................................................................. 7 1.3. Các bước thiết kế tường chắn.................................................................................................. 8 1.3.1. Chọn mặt cắt tính toán.......................................................................................................... 9 1.3.2. Xác định lực tác dụng lên tường chắn. ................................................................................ 9 1.3.3. Kiểm tra ổn định tường chắn. ............................................................................................ 10 1.3.4. Kiểm tra điều kiện trượt ổn định tường chắn.................................................................... 10 1.3.5. Kiểm tra điều kiện lật ổn định tường chắn. ....................................................................... 10 1.3.6. Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất. ...................................................... 10 1.3.7. Kiểm tra lún của tường chắn. ............................................................................................. 11 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN .................. 12 2.1. Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn............................................................................ 12 2.1.1. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn. .............................................................. 12 2.1.2. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm). .......................................................... 12 2.2. Xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn. ....................................................................... 13 2.3. Lý thuyết áp lực đất của C.A.COULOMB .......................................................................... 14 2.3.1. Tính toán áp lực chủ động lớn nhất của đất theo lý thuyết C.A.Coulomb ..................... 14 2.3.2. Tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên tường chắn. .............................. 20 2.4. Các phương pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn. ..................................................... 21 2.4.1. Tính toán áp lực đất theo lý luận W.J.W.RANKINE. ..................................................... 21 2.4.2. Tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.Xôclovski......................................................... 28 2.5. Tính toán áp lực đất lên tường chắn trong các trường hợp thường gặp. ............................ 31 2.5.1. Trường hợp tải trọng ngoài tác dụng lên mặt đất. ............................................................ 32 iii 2.5.2. Trường hợp lưng tường gãy khúc và mặt đất phẳng........................................................ 35 2.5.3. Trường hợp đất đắp sau tường gồm nhiều lớp. ................................................................ 36 2.5.4. Trường hợp đất đắp sau tường có nước ngầm.................................................................. 38 2.6. Nhận xét phạm vi áp dụng lý thuyết áp dụng lên tường chắn. ........................................... 39 2.7. Một số vấn đề chú ý khi tính toán áp lực lên tường chắn. .................................................. 40 2.7.1. Việc chọn các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp ........................................................................... 40 2.7.2. Ảnh hưởng của sự nở đất và áp lực đất thủy động ........................................................... 42 2.8. Kiểm tra ổn định tường chắn. ............................................................................................... 42 2.8.1. Tiêu chuẩn đảm bảo sự ổn định......................................................................................... 42 2.8.2. Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng. ...................................................... 44 2.9. Mô hình hóa phân tích ổn định tường chắn. ........................................................................ 49 2.9.1. Giới thiệu về phần mềm Geo-Slope và các đặc điểm, khả năng mô hình hóa của các modun. ................. ......................................................................................................................... 49 2.9.2. Bài toán tường chắn và các lựa chọn trường hợp tính. .................................................... 49 2.9.3. Mô hình tính toán hệ tường chắn đất đắp nền. ................................................................. 50 2.9.4. Phân tích kết quả tính toán ................................................................................................. 55 2.10. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn. .................................................................. 58 2.10.1. Đặt vấn đề tính toán theo TCVN-4253-2012. ................................................................ 58 2.10.2. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn................................................................ 59 CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SẠT LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG. .................................................................................................. 73 3.1. Đặc điểm địa hình tại khu vực bờ kênh xã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.................... ......................................................................................................................... 73 3.2. Phân tích địa hình khu vực. ................................................................................................... 73 3.2.1. Địa chất. .... ......................................................................................................................... 73 3.2.2. Địa chất thủy văn. ............................................................................................................... 74 3.2.3. Nhận định và phân tích nguyên nhân gây sạt lở hoặc mất ổn định của công trình. .... 75 3.3. Thiết lập bài toán và tính toán ổn định tường chắn. ............................................................ 75 3.3.1. Xử lý bằng cọc bê tông cốt thép ........................................................................................ 76 3.3.2. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ I ...................................................................................... 83 3.3.3. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ II ..................................................................................... 87 iv 3.3.4. Kiểm tra ổn định tổng thể công trình bằng phần mềm GeoSlope khi sử dụng giải pháp cọc bê tông cốt thép ...................................................................................................................... 90 3.3.5. Phân tích kết quả và bình luận ........................................................................................... 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................... 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 98 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản .......................................................................................... 6 Hình 1.2 Mặt cắt ngang công trình ................................................................................................ 9 Hình 2.1 Biểu đồ cường độ áp lực đất tác dụng lên tường, vòng tròn Mohr biểu diễn ứng suất tại điểm M ........... ......................................................................................................................... 14 Hình 2.2 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất rời theo lý thuyết C.A.Coulomb. ..... ......................................................................................................................... 14 Hình 2.3 Hàm số Ec=f(ω) biến thiên theo dạng đường cong .................................................... 15 Hình 2.4 Mô tả tính toán áp lực chủ động lớn nhất của đất rời theo phương pháp giải tích, biểu đồ đa giác lực. ..... ......................................................................................................................... 16 Hình 2.5 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất dính theo lý thuyết C.A.Coulomb ...... ......................................................................................................................... 19 Hình 2.6 Mô tả tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên tường chắn. ............... 20 Hình 2.7 Mô ta tính toán áp lực theo lý luận W.J.RANKINE đối với đất rời. ......................... 22 Hình 2.8 Trạng thái ứng suất bị động và các họ đường trượt và biểu đồ cường độ áp lực chủ động. .................... ......................................................................................................................... 23 Hình 2.9 Trạng thái ứng suất bị động của một điểm, các mặt trượt, biểu đồ cường độ áp lực bị động. .................... ......................................................................................................................... 23 Hình 2.10 Mô tính toán áp lực theo lý luận W.J.RANKINE đối với đất dính. ........................ 25 Hình 2.11 Biểu đồ phân bố cường độ và điểm đặt của áp lực chủ động. ................................. 26 Hình 2.12 Biểu đồ phân bố cường độ và điểm đặt của áp lực bị động. .................................... 28 Hình 2.13 Mô tả tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.XÔCLOVSKI ................................. 29 Hình 2.14 Mô tả tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.XÔCLOVSKI ................................. 30 Hình 2.15 Sơ đồ tính toán áp lực chủ động của đất lên tường chắn theo phương pháp Coulomb .............. ......................................................................................................................... 32 Hình 2.16 Biểu đồ phân bố cường độ áp lực chủ động.............................................................. 34 Hình 2.17 Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất bị động........................................................... 34 Hình 2.18 Mô tả tính toán tường chắn với tải trọng phân bố đều không kín khắp trên mặt đất phẳng.................... ......................................................................................................................... 35 Hình 2.19 Mô tả tính toán tường chắn với lưng tường gãy khúc mặt đất phẳng...................... 36 Hình 2.20 Trình bày dạng phân bố cường độ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ tiêu cơ lý khác nhau. ..................................................................................................................... 37 vi Hình 2.21 Biểu đồ phân bố cường dộ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ tiêu cơ lý khác nhau......... ......................................................................................................................... 38 Hình 2.22 Biểu đồ tính toán áp lực đất trường hợp đất đắp sau tường có nước ngầm............. 38 Hình 2.23 Lực tác dụng lên thỏi và đa giác lực theo phương pháp Bishop .............................. 43 Hình 2.24 sơ đồ tính sức chịu tải của nền và sự ổn định của công trình khi trượt hỗn hợp ..... 47 Hình 2.25 Mặt cắt ngang thể hiện một số kích thước cơ bản..................................................... 50 Hình 2.26 Thiết lập thông số giới hạn trang vẽ........................................................................... 52 Hình 2.27 Thiết lập tỉ lệ và đơn vị tính toán................................................................................ 52 Hình 2.28 Thiết lập lưới vẽ Grid.................................................................................................. 52 Hình 2.29 Phát thảo mặt cắt các lớp đất nền, và tường chắn ..................................................... 53 Hình 2.30 Nhập thông số cho lớp đất đắp ................................................................................... 53 Hình 2.31 Nhập thông số cho lớp đất 1a Bùn sét ....................................................................... 53 Hình 2.32 Thiết lập hoạt tải công trình ........................................................................................ 54 Hình 2.33 Thiết lập lưới tâm trượt, và lưới bán kính trượt......................................................... 54 Hình 2.34 Mô phỏng công trình thể hiện mặt cắt tường lớp đất trên phần mềm GeoSlope.... 55 Hình 2.35 Mô phỏng hiển thị cung trượt và tâm trượt theo phương pháp Bishop ................... 56 Hình 2.36 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope với tâm trượt nguy hiểm nhất ở trường hợp 4 ............................................................................................................. 56 Hình 2.37 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 1........ 57 Hình 2.38 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 2........ 57 Hình 2.39 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 3........ 58 Hình 2.40 Sơ đồ các lớp đất thuộc hố khoan .............................................................................. 60 Hình 2.41 Mặt cắt ngang công trình ............................................................................................ 60 Hình 2.42 Mặt cắt ngang tường chắn .......................................................................................... 62 Hình 2.43 Sơ đồ biểu thị tính toán và điểm đặt của lực tác dụng trường hợp nguy hiểm........ 63 Hình 2.44 Sơ đồ áp lực thấm trường hợp (MNN) ...................................................................... 64 Hình 2.45 Hình Cung trượt nguy hiểm vẽ bằng AutoCad ......................................................... 70 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí cọc .............................................................................................................. 79 Hình 3.2 Sơ đồ sức kháng trượt của cọc...................................................................................... 80 Hình 3.3 Sơ đồ làm việc của cọc và cung trượt nguy hiểm ....................................................... 81 Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất tác dụng và phân bố ứng suất tại đáy móng quy ước........................ 88 vii Hình 3.5 Mô phỏng cọc và nhập số liệu đầu vào trên phần mềm GeoSlope phương án 1 với 2 hàng cọc đứng ..... ......................................................................................................................... 91 Hình 3.6 Mô phỏng cọc và nhập số liệu đầu vào trên phần mềm GeoSlope phương án 2 với hàng cọc phía sông được đóng xiên 8:1 ...................................................................................... 91 Hình 3.7 Mô phỏng kết quả cung trượt và tâm trượt nguy hiểm phương án 1 với 2 hàng cọc đứng ..................... ......................................................................................................................... 92 Hình 3.8 Mô phỏng kết quả cung trượt và tâm trượt nguy hiểm phương án 2 với hàng cọc phía sông đóng xiên 8:1................................................................................................................ 92 viii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 2.1 Hệ số áp lực hông Ko ................................................................................................... 14 Bảng 2.2 Trị số góc ma sát giữa đất đắp và lưng tường. ............................................................ 18 Bảng 2.3 hệ số áp lực đất chủ động 𝝀𝒄𝒅 ∗theo thuyết Xôcôlovxki.......................................... 31 Bảng 2.4hệ số áp lực đất bị động 𝝀𝒃𝒅 ∗theo thuyết Xôcôlovxki ............................................. 31 Bảng 2.5 Kích thước cơ bản tường chắn ..................................................................................... 51 Bảng 2.6 Khai báo tải trọng đầu vào và cao trình mực nước..................................................... 51 Bảng 2.7 Khai báo chỉ tiêu cơ lý đất............................................................................................ 51 Bảng 2.8 Tổng hợp hệ số an toàn các trường hợp xảy ra tính toán theo phương pháp Bishop58 Bảng 2.9 Tổng hợp số liệu địa chất các lớp đất trong hố khoan. [5] ......................................... 61 Bảng 2.10 Hệ số rỗng trong thí nghiệm nén lún. [5] .................................................................. 61 Bảng 2.11 giá trị kích thước cơ bản tường chắn ......................................................................... 62 Bảng 2.12 Hệ số vượt tải [8] ........................................................................................................ 65 Bảng 2.13 Kết quả tổng hợp lực và cánh tay đòn của trường hợp tính toán............................. 65 Bảng 2.14 Giá trị tính toán ứng suất thành phần......................................................................... 66 Bảng 2.15 Giá trị tính toán ứng suất trong trường hợp nguy hiểm............................................ 66 Bảng 2.16 Tổng hợp giá trị tính toán kiểm tra hình thức trượt .................................................. 67 Bảng 2.17 Chỉ tiêu các lớp đất cần xét trượt ............................................................................... 67 Bảng 2.18 Tính toán ứng với ϕtb=9.1° ........................................................................................ 68 Bảng 2.19 Kết quả tính toán hệ số an toàn theo số liệu chỉ tiêu cơ lý đất cho trường hợp nguy hiểm nhất. ............ ......................................................................................................................... 70 Bảng 3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu ................................................................ 76 Bảng 3.2 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 30cm x30cm ................... 78 Bảng 3.3 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 35cmx35cm .................... 78 Bảng 3.4 Tổng hợp sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép theo đất nền Qa (T) ........................ 78 Bảng 3.5 Tính toán số lượng cọc ................................................................................................. 79 Bảng 3.6 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo độ bền vật liệu ..................................... 81 Bảng 3.7 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo điều kiện ngàm dưới mặt trượt........... 82 Bảng 3.8 Tính toán lực kháng trượt của cọc ............................................................................... 82 Bảng 3.9 Tính toán tải trọng đứng và tải trọng ngang tác dụng lên cọc.................................... 83 ix Bảng 3.10 Ứng suất bản thân ....................................................................................................... 87 Bảng 3.11 Trị số ứng suất các điểm nằm trên trục đi qua điểm A và B ................................... 88 Bảng 3.12 Kết quả tính toán lún tại mép A ................................................................................. 89 Bảng 3.13Kết quả tính toán lún tại mép B .................................................................................. 89 Bảng 3.14 khoảng cách và lực cắt cọc 35x35 (cm) .................................................................... 90 Bảng 3.15 Hệ số an toàn công trình khi chưa xử lý và xử lý bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện 35x35cm, dài 19m ........................................................................................................................ 93 x MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Khi tính toán thiết kế nền móng theo trạng tới hạn cần phải phán đoán các hình thức trượt của nền, khả năng trượt phẳng, khả năng trượt hỗn hợp hoặc khả năng trượt sâu. Các trường hợp này đều tính toán rất phức tạp và khối lượng tính toán rất nhiều. Một số tường chắn có hệ số cấp công trình quan trọng, nên khi phải xét tính toán các trường hợp nguy hiểm về tải trọng, xu hướng sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng bài toán là phổ biến. Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng tính toán nền móng tường chắn theo trạng thái giới hạn sẽ cho thấy được tổng thể các trường hợp ứng suất và chuyển vị của cả hệ công trình. Điều này giúp cho người thiết kế cảm nhận trực quan và nhanh chóng lựa chọn được phương án thiết kế hợp lý và xét được các trường hợp làm việc của tường chắn. Đồng thời sử dụng phần mềm chuyên dùng sẽ phát hiện những trường hợp mất ổn định của tường chắn mà các phương pháp tính toán không thể xác định được do khối lượng tính lặp không đạt yêu cầu. Tuy nhiên một số tùy chọn trong việc mô phỏng, nếu chọn không sát với thực tế thì dẫn đến kết quả sai số lớn. Vì vậy việc tính toán tường chắn đất theo trạng thái giới hạn cho một số trường hợp nguy hiểm khi sử dụng phần mềm địa kĩ thuật chuyên dùng, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cùng chia sẻ với các đồng nghiệp các đánh giá, so sánh, ưu điểm, nhược điểm về mặt kỹ thuật. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng đóng góp vào sự an toàn lâu dài của hệ công trình. II. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu giải pháp ổn định tường chắn cho công trình sạt lở bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng. 1 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: a.Cách tiếp cận Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các đoạn bờ sông, bờ kênh chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở ở Sóc Trăng và Đồng bằng sông Cửu Long. Tổng hợp về ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ trong đó có ứng dụng cọc bê tông cốt thép để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ sông. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phần mềm ứng dụng nhiều tiện ích, nổi tiếng của GeoSlope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán ổn định. Thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tình hình xói lở và công trình kè đã thi công xây dựng xong cho bờ kênh khu vực xã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Lấy đó làm trường hợp nghiên cứu, phân tích của luận văn. b. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng. Tổng hợp, phân tíchđiều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, đánh giá tình hình xói lở bờ kênh. Khái quát về tường chắn, tải trọng tác động và tính toán ổn định tường chắn Nghiên cứu các phương pháp tính toán áp lực đất và ổn định tường chắn Giới thiệu phần mềm GeoSlope, tính toán ổn định tổng thể bờ kênh cho trường hợp hiện trạngcông trình thông qua sử dụng phần mềm GeoSlope – Studio vớimô đun Slope/W để tính toán. Mô phỏng mô hình bài toán tường chắn cho đoạn kênhkhu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng. 2 Nghiên cứu ổn định tường chắn, sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn. Đánh giá kết quả, so sánh mức độ tin cậy trong phần mềm GeoSlope – Studio. Nghiên cứu giải pháp xử lý sạt lở bờ kênh bằng cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ kênh. Đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và hiệu quả của giải pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép. c. Phương pháp nghiên cứu Thu thập tài liệu công trình, tài liệu khảo sát đất nền. Phương pháp nghiên cứu mô hình, mô phỏng tính toán ổn định thông qua phần mềmGeo Slope kết hợp nghiên cứu lý thuyết, so sánh kết quả cho thấy mức độ tin cậy phần mềm GeoSlope. d. Kết quả đạt được Đánh giá,phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở, đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ công trình bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng. Giới thiệu phần mềm GeoSlope - Studio – 2007 và phương pháp cân bằng giới hạn, dùng mô đun Slope/W để tính toán ổn định bờ kênh cho trường hợp hiện trạng thể hiện cung trượt nguy hiểm để có căn cứđưa ra giải pháp xử lý ổn định. Kiểm tra, tính toán ổn định công trìnhtheoTCVN-4253-2012, so sánh kết quả tính toán. Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và khối đất để xác định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử dụng cọc bê tôngcốtthépcủa bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng. e. Cấu trúc luận văn Luận văn này gồm96trang, có 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất và tiêu chuẩn thiết kế. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định tường chắn. 3 Chương 3: Phân tích và tính toán ổn định ứng dụng cho công trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm- huyện Châu Thành- tỉnh Sóc Trăng. Không kèm theo phụ lục và có 14 tài liệu tham khảo. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất. 1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn. Tường chắn là loại công trình chắn đất, có mái thẳng đứng; gãy khúc hoặc nghiêng đối với đất đắp hoặc mái đào hố móng v.v…với kết cấu công trình dung để giữ khối đất đắp hoặc vai hố đào sau tường khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông. Khi làm việc lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất. Khi thiết kế tường chắn đất cần tính toán chính xác cẩn thận và đầy đủ tải trọng tác dụng lên tường chắn đặc biệt là áp lực chủ động của đất lên tường chắn không những đảm bảo được an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm được nhiêu chi phí xây dựng. Người ta có thể phân loại tường chắn dựa trên các cơ sở mục đích sau đây: Theo mục đích xây dựng, theo đặc tính công tác của tường, theo chiều cao tường, theo vật liệu xây dựng tường, theo độ nghiêng của tường hay theo phương pháp thi công xây dựng tường, theo độ cứng, v.v… Trong đó việc phân loại tường theo độ cứng là yếu tố quan trọng nhất để tính toán sự làm việc đồng thời giữa tường chắn và đất. Về cách phân loại này, tường được phân thành các loại như sau: Tường cứng: là loại tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị tịnh tiến và xoay. Loại tường này thường dùng vật liệu gạch, đá hộc, bê tông đá hộc, bê tông, tường có chiều cao, rộng, dày thường gần bằng nhau. Độ ổn định của loại tường này thường được quyết định do trọng lượng bản thân tường, do đó còn có tên gọi là tường trọng lực. Tường bán trọng lực: loại tường này thường được tạo bởi các cấu kiện bê tông cốt thép hoặc nhiều tấm bê tông cốt thép ghép lại với nhau. Tường này có chiều dày nhỏ hơn nhiều so với chiều cao và bề rộng của tường. Độ ổn định được đảm bảo không chỉ do 5 trọng lượng bản thân và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp nằm trên bản móng. Tường mềm: là loại tường sinh ra biến dạng uốn khi chịu tác dụng của áp lực đất. Loại tường này thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại, do đó chiều dày nhỏ hơn nhiều so với chiều cao, bề rộng của tường. Nếu bản thân tường chắn đất bị biến dạng thì nó sẽ 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 phân bố áp lực đất theo chiều cao của tường. Sự ổn định của loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nền. Do đó loại tường này còn gọi là tường cọc, tường cừ. Để giảm bớt độ chôn sâu trong đất của tường và để tăng độ cứng của tường người ta dùng neo tường vào khối đất. [1] Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản 1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn. Như khái niệm trên, Tường chắn đất là kết cấu công trình để giữ cho khối đất sau tường được cân bằng, khỏi bị sạt và trượt. Tường chắn đất được dùng như một bộ phận của công trình thủy lợi, do đó tải trọng tác động lên nó được đưa về hai tổ hợp: cơ bản và đặc biệt, theo quy định của TCXD-VN-9152-2012. Tuy nhiên tùy theo đặc điểm làm việc của tường chắn mà mỗi tổ hợp đó đều được phân ra cụ thể khác nhau. Tuân theo các tiêu chuẩn xây dựng, tổ hợp cơ bản như sau: a) Trọng lượng bản thân tường, tải trọng của đất, các thiết bị và tải trọng cố định đặt trên tường. b) Áp lực đất lên tường chắn và móng tường, kể cả tải trọng phân bố trên mặt đất đắp. c) Áp lực nước lên tường chắn và móng tường ứng với mực nước dân bình thường. 6 d) Áp lực nước thấm khi chế độ thấm ổn định hoặc không ổn định nhưng lặp lại đều đặn, với điều kiện các thiết bị thoát nước và chống thấm làm việc bình thường. e) Tác động của sóng f) Tác động của nhiệt, ứng với biến thiên nhiệt độ trung bình tháng của môi trường xung quanh, lấy theo điều kiện nhiệt độ trung bình năm; g) Tải trọng gây ra do các phương tiện vận chuyển, máy móc. h) Tải trọng do tàu thuyền và neo buộc gây ra. Tổ hợp đặc biệt bao gồm những tải trọng nêu ở mục a, b, e, g cộng thêm các loại tải trọng sau đây: i) Tải trọng của động đất. j) Áp lực nước khi mực nước chắn quá mức. k) Áp lực nước thấm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường. l) Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi trường xung quanh theo năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm. m) Tác động do tàu thuyền va đập gây ra. Khi lựa chọn tổ hợp các tải trọng và tác động để tính toán tường chắn, cần xác định rõ xác suất đồng thời xảy ra thực tế của chúng để loại trừ các trường hợp những tổ hợp tải trọng và tác động không thể xảy ra hoặc xảy ra rất hiếm. Mặt khác cần dự đoán trước trình tự thi công công trình để đảm bảo không gây ra các trường hợp bất lợi về trạng thái ứng suất công trình và những cấu kiện của nó trong giai đoạn thi công.[2] 1.2. Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn. Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng các tài liệu sau đây để thiết kế tường chắn đất bao gồm: a) Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thủy lợi C4.76 b) Tiêu chuẩn nền công trình thủy công- công trình thủy lợi: TCVN 4253-2012 c) Tiêu chuẩn quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi: TCVN 9152-2012 Ngoài ra một số đơn vị còn sử dụng các tiêu chuẩn của Euro Code bao gồm một số các tài liệu như sau: a. Euro code 7 Geotechnical design 7 Part 1: General rule Part 2: Ground investigation & testing b. EN 1990 Euro code Basic of Structural Design 1.3. Các bước thiết kế tường chắn. Trong thiết kế tường chắn đất, việc tính toán các áp lực tác dụng lên tường chắn là tương đối phức tạp.Việc giải bài toán được thực hiện một số bước như sau. Chọn mặt cắt cho tường chắn: Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình lựa chọn chiều sâu thiết kế, chọn sơ bộ kích thước của tường chắn (kích thước về chiều cao tường chắn, bề rộng móng, bề rộng đỉnh cũng như bề dày tường chắn…) Xác định các tải trọng từ đó tổ hợp và tính toán các lực tác dụng lên tường chắn. Khi tính toán cần tiến hành đối với ba tổ hợp tải trọng tác động: + Tổ hợp cơ bản + Tổ hợp đặc biệt + Tổ hợp tải trọng trong giai đoạn thi công công trình Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất về khả năng chịu tải (theo ổn định và độ bền) cần được thực hiện theo tổ hợp tải trọng và tác động bất lợi nhất có thể xảy ra trong giai đoạn sử dụng, sửa chữa cũng như trong quá trình xây dựng nhằm đảm bảo cho kết cấu: + Không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác, đất nền đảm bảo cường độ… + Không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc về vị trí (tính toán chống trượt và chống lật cho tường chắn đất …) + Đối với những tường chắn có nền đất thì cần tính toán ổn định tường chắn theo sơ đồ tính toán về trượt; Trượt phẳng, Trượt hỗn hợp, Trượt sâu. + Đối với những tường chắn đất có nền là đá thì cần tính toán với sơ đồ trượt phẳng và sơ đồ lật quanh chân tường trước. 8