Tài liệu ứng dụng tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực để ổn định bờ sông khu vực huyện thới lai, thành phố cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN NGỌC MỸ ỨNG DỤNG TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG KHU VỰC HUYỆN THỚI LAI, TP CẦN THƠ CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ PHÁN. Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày….tháng … năm 2014. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -----------------Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN NGỌC MỸ Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 07-9-1989. Nơi sinh: SÓC TRĂNG Địa chỉ mail: [email protected] Điện thoại: 0989.866.523 Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG K2012 MSHV: 12814678 I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG KHU VỰC HUYỆN THỚI LAI, TP CẦN THƠ. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1- NHIỆM VỤ: Nghiên cứu sử dụng hợp lý tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực trong điều kiện địa chất cụ thể ở huyện Thới Lai, Tp. Cần Thơ. 2- NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan về tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực để ổn định bờ sông. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực. Chương 3: Tính toán giải tích và mô phỏng sự làm việc của tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. VÕ PHÁN Ngày………tháng………năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. VÕ PHÁN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS. VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS. VÕ PHÁN đã cho tôi những gợi ý hình thành nên ý tưởng của đề tài, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong suốt thời gian tôi thực hiện Luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ nền móng cũng như các Thầy, Cô trong phòng Đào tạo sau đại học đã nhiệt tình giảng dạy và quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường. Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng khoá 2012 luôn sẵn sàng hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận văn. Với những kiến thức và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót khi thực hiện Luận văn, kính mong quý Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp đóng góp để Luận văn hoàn thành tốt hơn. Học viên TRẦN NGỌC MỸ TÓM TẮT Tên đề tài: “ỨNG DỤNG TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG KHU VỰC HUYỆN THỚI LAI, TP CẦN THƠ.” Tóm tắt: Đồng bằng sông Cửu Long phần lớn là đất yếu có nhiều sông ngòi chằng chịt và bị xói lở thường xuyên, là nguyên nhân gây ra các vấn đề quan trọng về sự ổn định và biến dạng của các cấu trúc ven sông.Từ trước đến nay các công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình kè vẫn thường được sử dụng là cọc bê tông và tường chắn để gia cố và bảo vệ bờ. Tuy nhiên, các vật liệu trên ngày nay không còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng vì khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến sinh họat và cuộc sống của nhân dân. Vì thế, tường cọc bản được coi là một trong những phương pháp hiệu quả được sử dụng để hỗ trợ các cấu trúc ven sông chống lại đất trượt và lũ lụt. Đề tài tập trung nghiên cứu về ứng xử và việc sử dụng hợp lý tường cọc bản xây dựng ven sông ở khu vực huyện Thới Lai, Tp Cần Thơ. Trong luận văn này, để đánh giá sự ổn định và biến dạng của tường cọc bản, so sánh kết quả giữa phương pháp giải tích với kết quả phân tích phần tử hữu hạn. Từ đó, phân tích và đánh giá kết quả thu được nhằm kiến nghị các giải pháp an toàn, kinh tế trong việc đầu tư xây dựng. ABSTRACT Topic name: “RESEARCH PRESTRESSED CONCRETE SHEET PILE WALLS TO BE STABILITY RIVERSIDE DISTRICT THOI LAI, CAN THO CITY.” Summary: Mekong River Delta have mostly soft soil, they have many interlacing rivers, channels which are frequently eroded, which causes significant issues on the stability and deformation of the riverside structures. Up to now, the material of building constructions, the communication constructions, quays and stone embankments has been frequently the reinforced concrete pile and retaining walls to reinforce and protect bank river. However, that material does not meet the use need any more because the amount of that material is large and the costructing time is consuming so activities and life of people are affected. Therefore, Sheet pile walls are considered as one of the effective methods used to support the riverside structures against soil sliding and flooding. Thesis will research about behavior and use reasonable of sheet pile walls constructed along the riverside areas in district Thoi Lai, Can Tho city. In this thesis, in order to evaluate the stability and deformation of sheet pile walls. compared to the results with the analytical method and finite element analysis. Therefrom, analyze and evaluate the results obtained in order to propose solution safety, economic construction investment. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề: .............................................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................... 2 3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................................... 2 4.1. Ý nghĩa khoa học: ................................................................................................................ 2 4.2. Ý nghĩa thực tiễn: ................................................................................................................ 3 5. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG. .......................................................................................................... 4 1.1. Các giải pháp công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông [1]:.................................... 4 1.2. Giới thiệu về cọc bản bê tông dự ứng lực[2]: ...................................................................... 4 1.3. Các đặc trưng cơ lý của cọc bản BTCT dự ứng lực [2]:...................................................... 6 1.3.1. Vật liệu:............................................................................................................................. 6 1.3.2. Các dạng mặt cắt sản phẩm: ............................................................................................. 7 1.3.3. Kích thước cơ bản : ........................................................................................................... 8 1.3.4. Các ứng dụng của tường cọc bản. ..................................................................................... 9 1.3.5. Đặc tính kỹ thuật: ............................................................................................................ 10 1.4. Phân tích ưu nhược điểm của cọc bản bê tông dự ứng lực. ............................................... 10 1.4.1. Ưu điểm: ......................................................................................................................... 10 1.4.2. Nhược điểm: ................................................................................................................... 11 1.5. Một số hình ảnh về cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực: ................................................. 12 1.6. Các dạng cấu tạo của hệ tường cọc bản bê tông DƯL [3],[4],[5]. .................................... 12 1.6.1. Phân loại: ........................................................................................................................ 12 1.6.2. Các dạng neo của tường cọc bản. ................................................................................... 13 1.7. Các dạng mất ổn định của tường cọc bản bê tông dự ứng lực [2]. .................................... 14 1.8. Các chuyển vị cơ bản và phức tạp của tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực [6]. .. 15 1.9. Các sơ đồ biến dạng có thể của cọc tự do, cọc không neo và cọc có neo [6]. ................... 17 1.10. Các phương pháp thi công tường cọc bản. ...................................................................... 18 1.11. Nhận xét: .......................................................................................................................... 18 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC. ............................................................................................................. 20 2.1. Tính toán tường cọc bản [4],[5], [6],[7],[8],[9],[10], [11]. ................................................ 20 2.1.1. Phương pháp giải tích (Lý thuyết cân bằng giới hạn): ................................................... 20 2.1.2. Phương pháp đồ giải: ...................................................................................................... 29 2.1.3. Tính toán theo hướng dẫn thiết kế tường cọc bản của Nhật: .......................................... 31 2.1.4. Phương pháp toán đồ và lập bảng: .................................................................................. 35 2.1.5. Phương pháp tính toán dầm trên nền đàn hồi: ................................................................ 36 2.1.6. Phương pháp mô hình hóa hệ kết cấu tường cọc và đất nền thành một khối làm việc đồng thời: .................................................................................................................................. 38 2.1.7. Tính toán ổn định hệ tường cọc bản BTCT dự ứng lực và đất nền: ............................... 39 2.2. Nhận xét: ............................................................................................................................ 42 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN GIẢI TÍCH VÀ MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC. ............................................................... 44 3.1. Tổng quan về dự án: .......................................................................................................... 44 3.1.1. Mục tiêu của dự án: ........................................................................................................ 44 3.1.2. Nhiệm vụ dự án: ............................................................................................................. 44 3.2. Địa chất công trình:............................................................................................................ 44 3.3. Khối lượng khảo sát: .......................................................................................................... 44 3.4. Tính toán giải tích tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực không neo: ...................... 45 3.4.1. Áp lực đất chủ động: ....................................................................................................... 45 3.4.2. Áp lực đất bị động: ......................................................................................................... 48 3.4.3. Tính toán chiều sâu chôn cọc: ........................................................................................ 49 3.5. Tính toán giải tích tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực có neo: ............................ 52 3.6. Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D [12]: ....................................................................... 54 3.6.1. Các thông số đầu vào: ..................................................................................................... 54 3.6.2. Phân tích mô hình trường hợp không neo: ..................................................................... 55 3.6.3. Phân tích mô hình trường hợp có neo: ............................................................................ 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 72 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng yêu cầu kỹ thuật vật liệu chế tạo cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực. .... 7 Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực............................. 10 Bảng 2.1. Hệ số an toàn . ................................................................................................... 34 Bảng 2.2. Vị trí điểm xoay . .............................................................................................. 35 Bảng 3.1. Tóm tắt các đặc trưng cơ lý của đất nền sử dụng cho bài toán. ........................ 45 Bảng 3.2. Tính toán các hệ số áp lực ngang của đất theo Morh Coulumn. ....................... 45 Bảng 3.3. Các thông số đất nền sử dụng cho bài toán. ...................................................... 54 Bảng 3.4. Các thông số tường cọc bản bê tông dự ứng lực không neo. ............................ 54 Bảng 3.5. Các thông số tường cọc bản bê tông dự ứng lực có neo. .................................. 55 Bảng 3.6. Các thông số dầm neo 200x300. ....................................................................... 55 Bảng 3.7. Các thông số tường neo BTCT dày 200............................................................ 55 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực tiết diện chữ C (dạng sóng). ........... 6 Hình 1.2. Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực. .... 8 Hình 1.3. Mặt cắt ngang cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực dạng chữ C. ............. 9 Hình 1.4. Hình ảnh cọc bản bê tông dự ứng lực ...................................................... 12 Hình 1.5. Cấu tạo cọc bản bê tông dự ứng lực ........................................................ 12 Hình 1.6. Các dạng neo của cọc bản bê tông dự ứng lực. ....................................... 13 Hình 1.7. Các dạng mất ổn định của tường cọc bản bê tông dự ứng lực................. 15 Hình 1.8. Các chuyển vị cơ bản của tường cọc bản; ............................................... 15 Hình 1.9. Các sơ đồ biến dạng có thể của cọc tự do, cọc không neo a; b; c. Cọc có neo a’; b’; c’ ............................................................................................................. 17 Hình 1.10. Thi công cọc bản bê tông dự ứng lực bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung. .......................................................................................................... 18 Hình 2.1. Sơ đồ tính tường cọc bản trong nền cát. .................................................. 20 Hình 2.2. Sơ đồ tính tường cọc bản trong nền cát. .................................................. 22 Hình 2.3. Sơ đồ tính tường cọc bản trong nền sét. .................................................. 25 Hình 2.4. Sơ đồ tính tường cọc bản có neo trong nền cát. ....................................... 28 Hình 2.5. Sơ đồ tính tường cọc bản có neo trong nền sét. ....................................... 29 Hình 2.6. Sơ đồ giải cọc tự do bằng phương pháp đồ giải. ..................................... 30 Hình 2.7. Sơ đồ giải cọc một neo bằng phương pháp đồ giải.................................. 31 Hình 2.8. Áp lực đất tác dụng lên tường cọc bản bê tông dự ứng lực. .................... 32 Hình 2.9. Sơ đồ tính toán moment lớn nhất trong tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực...................................................................................................................... 33 Hình 2.10. Sơ đồ tính toán chuyển vị đầu cọc ......................................................... 33 Hình 2.11. Sơ đồ tính toán tường cọc trường hợp có neo........................................ 34 Hình 2.12. Sơ đồ lực tác động lên tường cọc trường hợp có neo. ........................... 35 Hình 2.13. Toán đồ để tìm chiều sâu chôn cọc. ....................................................... 36 Hình 2.14. Sơ đồ tính toán coi cọc bản có độ cứng hữu hạn. .................................. 37 Hình 2.15. Sơ đồ tính toán ổn định lật tường cọc bản. ............................................ 39 Hình 2.16. Sơ đồ tính toán ổn định trượt phẳng tường cọc bản. ............................. 40 Hình 2.17. Sơ đồ tính toán ổn định trượt cung tròn. ................................................ 42 Hình 3.1. Sơ đồ tính toán moment uốn lớn nhất lên cọc bản bê tông dự ứng lực. .. 51 Hình 3.2. Mô hình Plaxis 2D mô phỏng tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực trường hợp không neo. ............................................................................................. 56 Hình 3.3. Chuyển vị đứng Uy=25.53*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc dài 17m . ............................................................................................................ 57 Hình 3.4. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc dài 17m. ........................ 57 Hình 3.5. Chuyển vị đứng Uy=24.73*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc dài 19m. ............................................................................................................. 58 Hình 3.6. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc dài 19m. ........................ 58 Hình 3.7. Chuyển vị đứng Uy=25.24*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc dài 21m. ............................................................................................................. 59 Hình 3.8. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc dài 21m. ........................ 59 Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ sâu và chuyển vị của cọc. ........... 61 Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa moment tính toán giải tích và moment mô phỏng bằng Plaxis 2D. ......................................................................... 62 Hình 3.11. Mô hình Plaxis 2D mô phỏng tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực trường hợp có neo. ............................................................................................. 63 Hình 3.12. Chuyển vị đứng Uy=11.13*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc có neo dài 14m. .......................................................................................... 63 Hình 3.13. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc có neo dài 14m. .......... 64 Hình 3.14. Chuyển vị đứng Uy=10.89*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc có neo dài 16m. .......................................................................................... 64 Hình 3.15. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc có neo dài 16m. .......... 65 Hình 3.16. Chuyển vị đứng Uy=10.80*10-3m của nền đất phía sau tường trường hợp cọc có neo dài 18m. .......................................................................................... 65 Hình 3.17. Ứng suất hữu hiệu của nền đất trường hợp cọc có neo dài 18m. .......... 66 Hình 3.18. Biểu đồ thể hiện chuyển vị theo chiều sâu của cọc có neo. ................... 68 CÁC KÝ HIỆU Chú ý: dấu (‘) sau các ký hiệu biểu thị cho trường hợp phân tích ứng suất có hiệu (ESA). Ký hiệu Đơn vị Giải thích a: b: c: D: E: Ea : Ep : f: h0: m m KN/ m2 m KN/ m2 KN/ m KN/ m hk : H: Hw : I: Kh: m m KN/ m2 cm4 kg/cm3 cánh tay đòn của lực Hw đối với điểm neo. Bề rộng của cọc. lực dính đơn vị chiều sâu chôn cọc. mô đun đàn hồi của cọc. tổng áp lực đất chủ động. tổng áp lực đất bị động. Hệ số an toàn, xác định theo bảng. Chiều dài từ đỉnh cọc đến điểm xoay M. Điểm xoay M là điểm mà tại đó tổng moment do các lực tác dụng lên tường bằng 0. khoảng cách từ tường cọc đến điểm đặt neo. chiều cao trước tường cọc. tổng áp lực sóng tác dụng vào tường cọc. moment quán tính của mặt cắt cọc. Hệ số phản lực nền, xác định bằng cách tra biểu đồ quan hệ giữa phản lực nền và số nhát búa đóng. hệ số tin cậy phụ thuộc cấp công trình. Hệ số an toàn tối thiểu cho phép, được tính toán theo KH , nc và m. hệ số an toàn nhỏ nhất được tính toán. cánh tay đòn của lực Ea đối với điểm neo. hệ số tổ hợp tải trọng. tổng các lực gây trượt. hệ số điều kiện làm việc. moment lấy đối với điểm đặt neo của áp lực chủ động. Moment uốn lớn nhất tại cao trình mặt nạo vét thiết kế. tổng mômen giữ quanh điểm neo. tổng mômen lật quanh điểm neo. moment lấy đối với điểm đặt neo của áp lực bị động. Áp lực đất chủ động. Áp lực nước tĩnh trước tường cọc. Áp lực đất chủ động. trọng lượng cọc. tổng các lực chống trượt. cánh tay đòn của lực Ep đối với điểm neo. Chiều sâu chôn cọc xác định theo đa giác dây. m KH : Kcp : Kmin : l: nc : N: m: MA: MB: Mg : Mt : MP: PA: Pn: PP: Q: R: S: t0: m KN/ m2 KN. m KN. m KN. m KN. m KN. m KN/ m2 KN/ m2 KN/ m2 KN/ m2 m m T: ymax: :  ’  ’ sat w : KN/ m2 độ độ KN/ m3 KN/ m3 KN/ m3 KN/ m3 Lực ma sát ở mũi cọc . Tung độ ngang tối đa của tam giác dây. Hệ số biến dạng. góc ma sát trong của đất góc ma sát trong trong trường hợp ESA trọng lượng riêng của đất trọng lượng riêng đẩy nổi trọng lượng riêng bão hòa trọng lượng riêng của nước Toạ độ cực đại của đa giác lực. -1- MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề: Xói lở bờ sông là hiện tượng khá phổ biến, đã và đang diễn ra ở hầu hết các triền sông trong cả nước. Đối với hệ thống sông Cửu Long (sông Tiền và sông Hậu), hiện nay có tới hàng trăm điểm xói lở bờ, trong đó trọng điểm là bảy khu vực: Thường Phước, Tân Châu, Long Xuyên, Hồng Ngự, Sa Đéc, Tp. Vĩnh Long, Tp. Cần Thơ, TT Gành Hào. Do vậy, đối với việc nghiên cứu phòng chống xói lở bảo vệ bờ phải có kế hoạch, từ việc khảo sát đo đạc, thu thập các tài liệu cơ bản như: thủy văn bùn cát, địa chất, địa hình, môi trường…nghiên cứu thấu đáo quy luật diễn biến lòng sông, quy luật hình thái sông, xác định rõ nguyên nhân, cơ chế, đặc điểm xói lỡ. Xói lỡ hàng năm đã cuốn đi hàng trăm hécta đất canh tác, trên 3000 căn hộ bị sụp đổ và buộc phải di dời, nhiều công trình kiến trúc, văn hóa cơ sở hạ tầng bị sụp đổ xuống sông, một thị xã tỉnh lị phải di dời đi nơi khác (Sa Đéc) là mối đe dọa nghiêm trọng cho tính mạng và tài sản của Nhà nước và nhân dân ở ven sông làm cản trở đến kế hoạch xây dựng, khai thác, phát triển bền vững dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường.Với đặc thù về điều kiện dòng chảy và lòng dẫn của hệ thống sông Cửu Long các công trình bảo vệ bờ trên sông phải dựa trên quy hoạch tuyến chỉnh trị, trong điều kiện hiện nay khi chưa có điều kiện thực hiện được toàn bộ tuyến chỉnh trị thì việc bảo vệ trực tiếp, tại chỗ nhằm tạo cho mái bờ một áo giáp, chống lại dòng chảy trong sông và dòng thấm khi lũ xuống, triều rút tuy là phương án bị động nhưng phát huy tác dụng ngay. Việc xây dựng công trình bảo vệ bờ trên sông ngoài việc phải phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, môi trường còn phải đảm bảo khai thác tổng hợp, phải bền vững và mỹ quan. Cho đến nay việc thiết kế tường chắn thường được tiến hành theo phương pháp truyền thống đơn giản (cân bằng giới hạn) hay theo phương pháp kinh nghiệm. Phương pháp đơn giản thường được áp dụng cho tường trọng lực, tường consol ngàm, tường ngàm với một thanh chống hay neo. Thông thường những phương pháp đó cho ta kết quả hạn chế về sự chuyển dịch và không có kết quả về sự tương tác giữa tường và đất. -2Xuất phát từ thực tiễn trên, bên cạnh các kết cấu đê kè truyền thống người ta còn sử dụng kết cấu cọc ván dự ứng lực xem như là một giải pháp phổ biến cho việc thi công các kết cấu đứng dọc bờ sông. Tường cọc bản, là một dạng đặc biệt của tường chắn đất với mục đích chung là chịu tải trọng ngang gây ra bởi mặt đất tự nhiên, đất đắp, tải trọng bên trên. Hệ thống kết cấu bao gồm tường và hệ thống kết cấu chống đỡ tường, ngoài ra tường còn ngàm vào đất bên dưới. Trong hầu hết các trường hợp, đất vừa gây ra lực tác động lên tường vừa là kết cấu chống đỡ hay giữ tường, tạo ra sự dịch chuyển cơ học của hệ kết cấu trong đất. Người thiết kế phải biết các định nội lực và mức độ chuyển dịch của kết cấu. Thông thường, chúng được xác định trong điều kiện làm việc cực hạn. Bên cạnh đó, cũng cần xác định mức độ chuyển dịch tiềm tàng của đất có thể xảy ra trong quá trình thi công kết cấu vì sự thoát nước bên trong xuất hiện. Do đó, ứng xử của đất trong quá trình thi công ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc bản là rất lớn cần phải xem xét. 2. Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu sử dụng loại tường cọc bản bê tông dự ứng lực hợp lý và kinh tế cho khu vực huyện Thới Lai, Tp. Cần Thơ.  Phân tích cơ sở lý thuyết tính toán tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực.  Mô phỏng bằng phần mềm plaxis để phân tích và đánh giá sự làm việc của hệ thống tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực.  Phân tích, so sánh kết quả giữa tính toán giải tích và plaxis 2D. 3. Phương pháp nghiên cứu  Cơ sở lý thuyết về tính toán tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực.  Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) để mô phỏng sự làm việc thực tế của kết cấu kè. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 4.1. Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu, tính toán tìm ra loại tường cọc bản bê tông dự ứng lực thích hợp với khu vực lựa chọn. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis) mô phỏng gần sát với điều kiện làm việc của cọc ngoài thực tế cho ta có thể kiểm soát -3được trạng thái ứng xử của đất và các nguyên nhân tác động lên chúng bằng cách đưa các thông số đầu vào phù hợp, là một công cụ hỗ trợ đắt lực giúp tìm ra lời giải chính xác hơn, tối ưu hơn… 4.2. Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài làm rõ ưu, nhược điểm của kết cấu kè sử dụng tường cọc bản bê tông dự ứng lực, đưa ra loại tường cọc phù hợp làm cơ sở cho việc ứng dụng hiện tại và trong tương lai phục vụ cho nhu cầu xây dựng công trình bảo vệ bờ ở nơi thị trấn, thành phố, nơi tập trung đông dân cư….cụ thể là khu vực phường huyện Thới Lai, Tp. Cần Thơ. Dùng phần mềm Plaxis mô phỏng, dự đoán các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình thi công làm giảm nguy cơ gây hại đến công trình. 5. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: Đề tài chỉ mô phỏng, phân tích, tính toán tường cọc bản trong phạm vi giới hạn địa chất của công trình và một số vùng lân cận. Dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất, các số liệu quan trắc xem như là tương đối chính xác để làm cơ sở nghiên cứu cho bài toán phân tích kè. Đề tài không đi sâu nghiên cứu, tải trọng động và sóng va tác động lên tường. -4- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐỂ ỔN ĐỊNH BỜ SÔNG. 1.1. Các giải pháp công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông [1]: Ứng dụng vật liệu mới: Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao, ứng dụng nhựa uPVC chế tạo tấm cọc nhựa, công nghệ bêtông Miclayo sử dụng phụ gia CSSB. Sử dụng các loại thực vật thân thiện với môi trường (kỹ thuật mềm): Kỹ thuật 'Mềm', hoặc công nghệ sinh học là sử dụng thực vật thích hợp để giữ lại bờ sông, nó ít tốn kém và cung cấp nhiều lợi ích. Kết hợp giữa công nghệ cứng và vật liệu mềm: Hỗ trợ cho các công trình kè cứng bằng cách tạo ra một thảm thực vật ở ngay phía ngoài hoặc phía trong chân kè cứng vừa tăng ổn định chân kè vừa tạo cảnh quan. Công nghệ mới gia cố mái bờ và chân bờ: Lưới địa kỹ thuật, bấc thấm ngang, gia cố chân bờ sông bằng công nghệ cọc xi măng đất. Cải tiến giải pháp thi công. Cải tiến cấu kiện và kết cấu công trình: Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao, cải tiến thảm thanh và tấm bêtông đơn giản liên kết bằng thanh thép bằng thảm khối bê tông phức hình hoặc liên kết dây mềm, cải tiến các loại rồng, rọ đá, cải tiến các khối bê tông lát mái, ứng dụng công nghệ bê tông ứng suất trước chế tạo cọc bản BTCT dự ứng lực. Với sự ứng dụng mạnh mẽ khoa học công nghệ, lĩnh vực công trình chỉnh trị sông, bảo vệ bờ sông chống lũ đã có được nhiều cải tiến. Nhiều vật liệu, công nghệ mới đã được sử dụng, nổi bậc là việc sử dụng rộng rãi các sản phẩm cọc bản bê tông dự ứng lực có khả năng chịu tải trọng ngang lớn. Hiện nay loại kết cấu này ứng dụng khá phổ biến để bảo vệ bờ sông vùng đồng bằng Nam Bộ. 1.2. Giới thiệu về cọc bản bê tông dự ứng lực [2]: Trong kỹ thuật xây dựng, cọc bản thường được thiết kế để gia cố nền móng các tòa nhà cao tầng, móng các trụ cầu giao thông, xử lý nền móng các cống đập thủy lợi, làm tường chắn các công trình chống sạt lỡ bờ sông, bờ biển, công trình cầu cảng,... có thể nói cọc bản là một bộ phận không thể thiếu, đóng vai trò quan trọng quyết định đến độ ổn định và an toàn các công trình xây dựng. -5Cọc bản là loại cọc có kích thước chiều dày nhỏ hơn nhiều lần so với chiều rộng và chiều dài. Có thể chia ra các loại cọc bản chính như sau: - Cọc bản bằng gỗ: loại vật liệu này có ở mọi nơi, dễ sử dụng, gia công theo ý muốn, giá thành rẻ nhưng tuổi thọ không cao, hạn chế chống thấm,...và các quy định về “Bảo vệ môi trường” làm cho vật liệu này ít sử dụng hơn. - Cọc bản thép: Sản xuất công nghiệp với nhiều chủng loại và kích cỡ, thi công nhanh chóng, có thể dễ dàng nối dài hoặc cắt ngắn theo chiều dài yêu cầu. Cọc bản thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành xây dựng trên thế giới cũng như ở Việt nam. Nhưng vẫn còn tồn tại nhược điểm là tiêu tốn nhiều thép, loại vật liệu đắt tiền nhất trong các vật liệu xây dựng và thường bị ăn mòn trong môi trường nước biển. - Cọc bản bằng vật liệu tổng hợp: Cọc bản Composite, cọc bản nhựa chống xâm thực và ăn mòn trong môi trường nước chua mặn, thi công lắp đặt gọn nhẹ, thuận tiện khi vận chuyển, tăng vẻ mỹ quan cho công trình,... nhưng khả năng chịu lực không cao như các loại cọc bản thép và bê tông cốt thép nên hạn chế phạm vi sử dụng. - Cọc bản bê tông cốt thép: Sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực xây dựng, tuy nhiên do trọng lượng cọc khá lớn nên khó khăn trong thi công và hay bị nứt trong quá trình vận chuyển. Do vậy để giảm khối lượng vật liệu (thép và bê tông) và tăng khả năng chịu lực cho cọc ta sử dụng các loại cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực thay thế các loại cọc bản bê tông cốt thép thường. Công nghệ cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực do tập đoàn P.S. Mishubishi (Nhật Bản) nghiên cứu chế tạo từ những năm giữa thế kỉ XX, bao gồm nhiều loại kết cấu khác nhau như: cọc bản phẳng tiết diện chữ nhật, cọc bản tiết diện chữ U, cọc bản tiết diện chữ H,... nhưng sản phẩm tiêu biểu là các loại cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực tiết diện chữ C (dạng sóng) đã ứng dụng ở công trình kênh dẫn nước vào nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ-Việt Nam năm 2000. Tác giả tập trung nghiên cứu loại cọc bản này. -6Cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực là loại cọc để chống lại áp lực ngang do đất, nước, các tải trọng phía trên gây ra, đạt trạng thái ổn định nhờ sức chống ngang của đất phía trước tường khi tường cọc bản hạ sâu xuống đất và nhờ các hệ thống neo phía sau tường. Cọc có nhiều tính năng vượt trội như cường độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng. Do sản xuất tại nhà máy nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, năng suất cao, chủng loại sản phẩm đa dạng, đáp ứng theo nhiều dạng địa hình và địa chất khác nhau... Sản phẩm này đem lại giải pháp mới cho các công trình kè, công trình cảng, bến tàu, đê chắn sóng, tầng hầm các nhà cao tầng, các công trình thuỷ lợi,... Hình 1.1. Cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực tiết diện chữ C (dạng sóng). 1.3. Các đặc trưng cơ lý của cọc bản BTCT dự ứng lực [2]: 1.3.1. Vật liệu: Cấu tạo của cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực bao gồm thành phần chủ yếu là cốt thép và bê tông. Theo tiêu chuẩn JISA –5354 (1993) của Uỷ Ban TCCL Nhật Bản yêu cầu chất lượng của vật liệu chế tạo cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực như sau: