Nghiên cứu, ứng dụng giải pháp tường kè trên hệ cọc bê tông cốt thép để ổn định bờ kè sông cổ chiên của thành phố Vĩnh Long

ông Cổ Chiên có lớp đất yếu thường có giá trị chuyển vị ngang lớn. Ngoài ra, việc san lấp sau lưng tường trên đất yếu thường gây độ lún và gia tăng áp lực lên tường kè. Kết quả mô phỏng đánh giá chuyển vị ngang của công trình kè sông Cổ Chiên trên đất yếu cho phép rút ra các nhận định hữu ích trong tính toán thiết kế công trình kè. Vì thế chọn giải pháp tường kè trên hệ cọc bê tông cốt thép để ổn định nền đất yếu là phù hợp với khu vực ven sông Cổ Chiên. ABSTRACT The riverside embankment works Co Chien weak soils usually have large horizontal displacement values. In addition, filling the back wall on soft ground subsidence and often causes increased pressure on the embankment wall. Simulation results evaluate horizontal displacement of the Co Chien River embankment works on soft soil that allows to draw useful assessment of design calculations embankment works. So select system solutions embankment wall on reinforced concrete piles to stabilize the soft ground is suitable for areas along the Co Chien River. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây tình trạng sạt lở bờ sông diễn ra ngày càng nhiều và mỗi lúc càng nghiêm trọng, đặc biệt là ở khu vực sông Cổ Chiên. Sạt lở bờ sông rất đa dạng có đoạn sạt lở làm sụp đổ các nhà ở, các công trình cầu đường giao thông, cơ sở kinh tế ven sông. Nguyên nhân sạt lở ở các khu vực sạt lở cũng khác nhau. Có đoạn sạt lở do công phá của dòng chảy, do khai thác cát bừa bải, có đoạn sạt lở do diễn biến lòng sông bên lở bên bồi, dịch chuyển các đoạn cong... Có đoạn sạt lở do con người, chất tải ra mép bãi sông, xây nhà cửa sát bờ sông, xây dựng cầu giao thông đã làm co hẹp dòng chảy, dòng lũ. Nên đưa ra giải pháp tường kè trên hệ cọc bê tông cốt thép nhằm để giải quyết ổn định trên nền đất yếu ven sông. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MÔ HÌNH ĐẤT NỀN Nghiên cứu về lý thuyết: Nghiên cứu các phương pháp phân tích ổn định và tính toán lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang theo phương pháp giải tích. TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 388 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mền Plaxis để mô phỏng, phân tích sự sức chịu tải ngang theo mô hình Hardening-Soil. 3. MÔ TẢ CÔNG TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN 3.1. Mô tả công trình Tổng chiều dài kè là 9 km. Kết cấu có cọc bê tông cốt thép kích thước 30 cm x 30 cm, cấp độ bền B22,5, Lcọc = -19,30 m. Dầm mũ có kích thước 50 cm x 50 cm, cấp độ bền B20. Dầm ngang có kích thước 20 cm x 30 cm, cấp độ bền B20. Sàn dày 0,15 m, cấp độ bền B20. Tường chắn sóng BTCT để giảm sóng do tàu thuyền và do gió, tường chắn sóng có kích thước: cao 1,75 m, dày 0,2 m, cấp độ bền B20. Hình 1. Mặt cắt công trình kè Hình 2. Mặt bằng công trình kè TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 389 3.2. Cấu tạo địa chất Lớp 1: Sét hữu cơ màu xám xanh, xám đen, trạng thái dẻo chảy- chảy, bề dày từ 1 m đến 8 m. Lớp 2: Cát pha hạt mịn màu xám xanh, đen, trạng thái chặt vừa, bề dày từ 2,5 m đến 15,3 m. Lớp 3: Sét màu nâu đỏ, vàng, xám xanh, trạng thái nửa cứng- cứng, bề dày 1,5 m đến 12 m. Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của các loại đất Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Cát Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Dung trọng riêng γ kN/m3 19 18,1 19,8 19,5 Góc ma sát trong ϕ độ 30 7,49 27,23 11,6 Lực dính c kN/m2 0,1 12 0,7 2,9 Hệ số thấm Kv cm/s 5x10-2 4,8x10-5 4,4x10-3 4,7x10-5 Độ ẩm tự nhiên W % 22,3 37,2 20,4 22,5 3.3. Mô hình mô phỏng trong plaxis 2D Hình 3. Mô hình 2D của bài toán 4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 4.1. Sức chịu tải ngang của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam 10304-2014 Chuyển vị ngang y0 và góc xoay ψ0, tại cao trình đầu cọc 3 4 3 0 0 0 1,332 1,05 10 3, 263 7,37 10 3,8 10 ( )HH HMy H x M x x x x x mδ δ − − −= + = + = 4 4 3 0 0 0 1,332 7,37 10 3, 263 8, 44 10 3,7 10 ( )MH MMH x M x x x x x radψ δ δ − − −= + = + = TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 390 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM Chuyển vị ngang y0 và góc xoay ψ0, tại cao trình đỉnh kè 3 3 0 0 0 0 0 0 3 3 3 3 3 2 1,332 2,45 3,263 2,453,8 10 3,7 10 2,45 0,028( ) 3 1957,5 2 1957,5 n H l Mly xl EI EI x xx x x m x x ψ − − Δ = + + + = + + + = 2 0 0 0 2 3 3 2 1,332 2,45 3, 263 2,453,7 10 9,8 10 ( ) 2 1957,5 1957,5 Hl Ml EI EI x xx x rad x ψ ψ − − = + + = + + = 4.2. Kết quả theo mô hình trong plaxis 2D Hình 4. Lưới biến dạng của bài toán Hình 5. Chuyển vị ngang của hàng cọc trong và ngoài TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 391 Chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh kè theo Plaxis 2D hàng cọc trong 48,929x10- 3(m) và hàng cọc ngoài 48,934x10-3(m). 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận 1. Khi tính toán chuyển vị ngang của cọc theo giải tích và phần mềm Plaxis kết quả tính toán theo Plaxis chênh lệch khoảng 70% so với giải tích (theo giải tích là 28x10-3m và theo phần mềm 48x10-3m). 2. Chuyển vị ngang của 2 hàng cọc tại đỉnh kè trên hệ cọc gần như nhau 48,929x10-3(m) và 48,934x10-3(m). 3. Chuyển vị ngang theo kết quả mô phỏng lớn nhất tại độ sâu 6,1 m so với đỉnh kè. 5.2. Kiến nghị 1. Lựa chọn các giải pháp xử lý nền nhằm giảm áp lực đất theo phương ngang và đảm bảo điều kiện ổn định công trình. 2. Việc phân tích tính toán kè cần thiết tính tải trọng động và sóng va chạm vào kè. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Võ Phán, Phan Lưu Minh Phượng (2010), Cơ học đất, Nhà xuất bản Xây Dựng. 2. PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn (2010), Cơ học đất, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh. 3. PGS. TS. Bùi Trường Sơn (2011), Địa chất công trình, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh. 4. TCVN 10304:2014, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. 5. Wood D.M (1990), Embankments on soft clays, Ellis Horwood. 6. Đỗ Văn Đệ (2010), Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình Thủy công, NXB Xây dựng. Người phản biện: GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ