Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu phương pháp tính ổn định cho kè trên hệ thống cọc, áp dụng cho công trình kè ngòi đum tỉnh lào cai

BẢN CAM KẾT
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè trên hệ thống
cọc, áp dụng cho công trình kè Ngòi Đum – tỉnh Lào Cai”
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả
nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường.
Học viên

Thền Ngọc Sơn

1

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh
ổn định cho kè trên hệ thống cọc, áp dụng cho công trình kè Ngòi Đum – tỉnh
Lào Cai”
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn

Ngọc Thắng, người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho
luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào
tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo công ty cổ phần tư vấn xây dựng Sông Hồng Lào
Cai đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả
trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh em trong gia
đình tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học tập và viết luận văn này.
Hà Nội, ngày… tháng …năm 2017
Học viên cao học

Thền Ngọc Sơn

2

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tên đề tài: ................................................................................................................1
2. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................................1
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO KÈ .......................4
1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới và Việt Nam ................................................4
1.1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới ..................................................................... 4
1.1.2 Tình hình xây dựng và các giải pháp cho kè ở Việt Nam ...................................... 6
1.3 Ứng dụng cọc trong gia cố ổn định kè ................................................................ 17
1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu ...............................................................................22
1.5. Kết luận chương .................................................................................................22
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH
CHO KÈ TRÊN HỆ THỐNG CỌC ........................................................................24
2.1 Độ bền, sức kháng cắt của đất ............................................................................24
2.1.1. Sức kháng cắt của đất .......................................................................................... 24
2.1.2. Độ bền của đất .................................................................................................... 28
2.2. Bài toán thấm ......................................................................................................30
2.2.1 Cấu trúc thành phần của đất ................................................................................. 30
2.2.2. Cấu trúc thành phần của đất ............................................................................... 31


2.2.3. Dòng thấm nước ................................................................................................. 31
2.2.4. Phương trình vi phân cơ bản của bài toán thấm ................................................. 33
2.2.5. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn..................................... 33
2.3. Lựa chọn phương pháp tính...............................................................................35
2.4. Phương pháp tính................................................................................................ 37
2.4.1 Tính toán ổn định theophương pháp phần tử hữu hạn. ........................................ 37
2.5 Lựa chọn phương pháp tính toán ổn định kè được gia cố bằng cọc....................51
2.6 Lựa chọn phần mềm tính toán .............................................................................52
2.7 Kết luận chương 2 ............................................................................................... 54
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KÈ NGÒI ĐUM –TỈNH LÀO CAI ...56
3.1 Giới thiệu về công trình ......................................................................................56

3

3


3.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................................56
3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo...................................................................................56
3.1.3 Đặc điểm địa chất ..................................................................................................56
3.1.4. Khí tượng, thủy văn..............................................................................................57
3.2. Hiện trạng sói lở ................................................................................................. 60
3.3. Tính toán ổn định kết cấu công trình.......................................................................60
3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 80
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .....................................................................................81
1. Các kết quả đạt được ............................................................................................. 81
2. Một số vấn đề tồn tại ............................................................................................. 81
3. Kiến nghị ............................................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................82

4

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.2. Kè Sông tại Hà Khẩu – Trung Quốc ............................................................... 5
Hình 1.3. Kè đê biển theo công nghệ Hà Lan ................................................................. 6
Hình 1.4. Kè tường đứng ................................................................................................. 7
Hình 1.5. Kè mái nghiêng................................................................................................ 8
Hình 1.6. Thảm rọ đá..................................................................................................... 12
Hình 1.8. Cấu tạo kè lát mái .......................................................................................... 14
Hình 1.7. Thảm bê tông ................................................................................................. 14
Hình 1.9. Hình ảnh kè lát mái........................................................................................ 15
Hình 1.10. Mỏ hàn cọc .................................................................................................. 16
Hình 1.11. Kết cấu kè tường đứng trên nền cọc............................................................ 17
Hình 1.12. Gia cố bờ bằng cọc tre ................................................................................. 18
Hình 1.13. Ứng dụng cọc bê tông trong gia cố kè......................................................... 19
Hình 1.14. Cọc cừ ván bê tông cốt thép ........................................................................ 20
Hình 2.1. Hình ảnh mặt trượt công trình. ...................................................................... 24
Hình 2.2. Định luật coulomb với đất rời ....................................................................... 26
Hình 2.3. Định luật coulomb với đất dính..................................................................... 26
Hình 2.4. Đường Coulom kéo dài ................................................................................. 27
Hình 2.5. Trạng thái ứng suất tại điểm M trong nền đất. .............................................. 28
Hình 2.6. Vòng tròn Morh ứng suất. ............................................................................. 29
Hình 2.9. Thế truyền động pha nước............................................................................. 32
Hình 2.10. Quan hê ứng suất – biến dạng (đàn - dẻo)................................................... 39
Hình 2.11. Đường bao cực hạn...................................................................................... 40
Hình 2.12. Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb .......................................................... 41
Hình 2.13. Quan hệ ứng suất pháp và ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt ............ 51
Hình 3.1. Bình đồ tuyến kè............................................................................................ 62
Hình 3.2 Mặt cắt ngang kè ............................................................................................ 63
Hình 3.3. Sơ đồ mặt cắt ngang kè khi chưa có cọc ...................................................... 77

5

5


Hình 3.4. Kết quả tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 thì
<1.4) nên mất ổn định ....................................................................................................77
Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt ngang kè khi có cọc................................................................78
Hình 3.6. Kết quả tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 thì
<1.4) nên ổn định ...........................................................................................................78
Hình 3.7. Tổng chuyển vị...............................................................................................79
Hình 3.8. Ứng suất theo phương Y ................................................................................79

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Tổng hợp các lực tác dụng kè đứng 7m ..................................................68
Bảng 3.2 : Tổng hợp các lực tác dụng kè đứng 6.5m .............................................70
Bảng 3.3. Kết quả tính toán ứng suất .............................................................................72
Bảng 3.4. Bảng tính độ lún.............................................................................................73
Bảng 3.6. Bảng tính độ lún.............................................................................................75
Bảng 3.7. Thông số cọc BTCT 20x20 cm......................................................................76

6

6


MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO KÈ TRÊN HỆ
THỐNG CỌC, ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH KÈ NGÒI ĐUM- TỈNH LÀO
CAI”
2. Tính cấp thiết của đề tài.
Tỉnh Lào Cai nói chung và Phường Kim Tân nói riêng chiếm một vị trí quan trọng
trong sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Lào Cai. Đây là đầu mối giao thông của
quốc lộ 58 đi các tỉnh lân cận Yên Bái, Phú Thọ, Việt Trì và tới Hà Nội.

Hình 1.1. Kè Ngòi Đum – Tỉnh Lào Cai

1

1


Người dân sinh sống hai bên bờ sông, khu vực phường Kim Tân đang hết sức lo lắng
khi hiện tượng sạt lở bờ ngày càng mạnh và có xu hướng xâm nhập sâu vào khu dân
cư.
Trong những năm qua, Chính quyền các cấp của tỉnh Lào Cai đã đầu tư rất nhiều vào
việc xây dựng các công trình kè bảo vệ bờ sông. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của biến đổi
khí hậu và tác động của quá trình phát triển kinh tế xã hội nên xu thế sạt lở bờ sông
ngày càng trở nên trầm trọng và nếu không có biện pháp kịp thời để bảo vệ bờ thì tính
mạng và tài sản của người dân sẽ bị đe dọa nghiêm trọng. Vì thế, việc xây dựng tuyến
kè để bảo vệ bờ sông khỏi bị sạt lở, làm tăng khả năng thoát lũ, truyền triều của sông,
đồng thời tạo vẻ mỹ quan cho khu vực đô thị là hết sức cần thiết, đáp ứng được mong
muốn của người dân trong khu vực nói riêng và trong huyện, trong tỉnh nói chung.
Tuyến kè bảo vệ bờ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ
tầng khu vực góp phần phát triển kinh tế xã hội của Phường.
Mục tiêu của đề tài.
- Phân tích và đánh giá các giải pháp chống sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ các khu
dân cư, kết cấu hạ tầng ở phường Kim Tân.
- Nghiên cứu tính toán ổn định của kè trên hệ thống cọc.
- Phân tích các phương pháp tính toán ổn định, lựa chọn nhằm tìm ra phương pháp phù
hợp tiếp cận với ứng xử của công trình để tính toán ổn định cho kè được gia cố bằng
cọc và áp dụng cho công trình thực tế.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
a. Cách tiếp cận
Đề tài luận văn liên quan đến vấn đề giải pháp công trình bảo vệ bờ sông cho một
vùng nghiên cứu cụ thể, vì vậy sẽ tiếp cận từ thực tiễn qua việc điều tra, khảo sát
những diễn biến về lòng sông, bờ sông vùng nghiên cứu và những khu vực tương tự
khác trong và ngoài tỉnh kết hợp với quay phim, chụp ảnh, phỏng vấn các ngành chức
năng và người dân địa phương tại những vùng bờ sông bị sạt lở để tìm hiểu nguyên
nhân.
Tiếp cận mô hình toán: xây dựng mô hình kiểm định ổn định mái dốc bằng phần mềm
Geostudio.

2

2


Tiếp cận từ các nguồn thông tin (trên mạng, tài liệu thu thập từ các đề tài, dự án có liên
quan), từ nguồn tri thức khoa học (các đề tài, luận văn, luận án đã thực hiện) để giải
quyết vấn đề.
b. Phương pháp nghiên cứu sau:
1. Thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu, các kết quả nghiên cứu của các tác giả
khác đã công bố trong và ngoài nước liên quan đến luận án.
2. Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích vấn đề nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết về ổn định
của kè theo phương pháp cân bằng giới hạn phân thỏi và phương pháp phần tử hữu
hạn.

3

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO KÈ
Bờ sông chịu tác động của dòng chảy nên dễ bị xói lở, cần phải làm kè bảo vệ.
Trong các trường hợp khác, do nhu cầu phát triển kinh tế, xây dựng các điểm du lịch
cảnh quan ven bờ sông vùng đô thị cũng có nhu cầu kè bờ. Tổng quan về các giải pháp
xây dựng kè chống sạt lở bờ sông, biển hiện nay:

1.

Giải pháp thông thường hiện đang sử dụng:

-

Trồng các loại cây thân thiện với môi trường để chống sạt lở đất;

-

Dùng các loại vật liệu địa phương như cọc gỗ, cừ tràm, ván gỗ …;

-

Dùng kết cấu đá xây, gạch xây tại chỗ tạo mái taluy chống sạt lở;

-

Dùng kết cấu kè bê tông, bê tông cốt thép đổ tại chỗ;

-

Dùng cọc BTCT kết hợp các bản chắn đất;

-

Dùng cọc ván thép;

-

Dùng kết hợp các giải pháp trên.

2.
1.1

Sử dụng công nghệ mới (cọc ván Dự ứng lực): Dùng cọc ván bê tông dự ứng lực.
Tình hình xây dựng kè trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới
Ngày nay ở các nước như Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học công
nghệ, vật liệu mới và máy móc thi công hiện đại đã xây dựng được các hệ thống công
trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hưởng từ biển với tần suất hiếm. Trước đây
quan điểm thiết kế đê kè truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn
qua do vậy cao trình đỉnh đê kè rất cao nhưng rủi ro khi xảy ra sự cố thì hậu quả là rất
lớn. Trong những năm gần đây, tư duy và phương pháp luận thiết kế đê kè ở các nước
phát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt. Giải pháp kết cấu, chức năng và điều
kiện làm việc của đê kè được đưa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan điểm
hệ thống, bền vững và hài hòa với môi trường. Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây
dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao để chống (không cho phép) sóng tràn qua thì dẫn
đến công trình rất đồ sộ, gây ảnh hưởng đến cảnh quan của vùng bờ. Tuy nhiên vẫn có
thể bị hư hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tới thiệt hại khôn lường. Thay vào đó ta có thể
xây dựng để chịu được sóng tràn qua đê kè, nhưng không thể bị vỡ. Tất nhiên khi chấp

4

4


nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau
được bảo vệ, tuy nhiên so với trường hợp vỡ đê kè thì thiệt hại trong trường hợp này là
không đáng kể. Đặc biệt là nếu như một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy
hoạch thành vùng đệm đa chức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ
và tần suất nhất định. Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng
tổng hợp, và bền vững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal
Defence Zone) của liên minh Châu Âu .
Trên thế giới, nghiên cứu đánh giá hiệu quả các công trình bảo vệ bờ được đề cao
nhằm tạo cơ sở cho các nghiên cứu các công trình, kết cấu mới để tăng cường khả
năng bảo vệ bờ và chỉnh trị sông. Những quốc gia đi đầu trong lĩnh vực này phải kể
đến như Hà Lan, Đan Mạch, Trung Quốc, Mỹ…

Hình 1.2. Kè Sông tại Hà Khẩu – Trung Quốc
Thế giới đang đứng trước nguy cơ do biến đổi khí hậu toàn cầu. Các nước phát triển
như Hà Lan, Anh, Mỹ… đều đã có những bước đi mạnh dạn, nhằm đón đầu các khả
năng xấu nhất có thể xảy ra như: Rà soát, đánh giá lại hiệu quả của các công trình hiện

5

5


tại, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý, nâng cao đê, gia cố lại kè, nâng tần suất thiết
kế…

Hình 1.3. Kè đê biển theo công nghệ Hà Lan
1.1.2 Tình hình xây dựng và các giải pháp cho kè ở Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều các giải pháp công nghệ chống sạt lở bờ sông được
áp dụng, tuy nhiên tùy từng vùng miền địa chất khu vực mà có các giải pháp phù hợp.
Vât liệu làm kè, kết cấu kè cũng có nhiều loại được phân tích dưới đây:
*. Dạng tường đứng.
+ Ưu điểm:
-

Khối lượng vật liệu ít, đòi hỏi duy tu không nhiều, có thể sử dụng mặt trong của kè

để neo đậu tàu thuyền.
-

Phần thẳng đứng thường được gia công trên bờ (chủ động công nghệ chế tạo) nên

bảo đảm chất lượng.
-

Giải pháp thi công và tốc độ thi công hiệu quả cao.

+ Nhược điểm:
-

Phản lực mặt đứng tương đối lớn, dễ mất ổn định, nên chỉ sử dụng thích hợp với

6

6


vùng có nền địa chất tương đối tốt. Nhiều sự cố đã xảy ra với loại kè này sẽ trình bày
trong phần sau.
-

Công nghệ thi công hiện đại, đòi hỏi độ chính xác cao.

Các hình thức tường đứng có thể áp dụng: tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực
(BTCTDUL) có neo.
* Các loại kè tường đứng đang được sử dụng
+) Cừ bản BTCTDUL
Từ trước đến nay các công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình kè chống
xói lở bảo vệ bờ sông, bờ biển vật liệu thường được sử dụng là cọc bê tông + tường
chắn để gia cố bảo vệ. Do vậy, khối lượng vật liệu sử dụng thường rất lớn, thời gian thi
công kéo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt và cuộc sống của nhân dân.
Trên thế giới từ những năm 1990 ở các nước phát triển như Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ, đã
nghiên cứu và ứng dụng phổ biến công nghệ cừ bê tông cốt thép dự ứng lực
(Prestressed Concrete Sheet Piles) thay thế công nghệ truyền thống trên.
Dạng tường đứng cừ BTCTDUL tính ưu việt đã được khẳng định và dần trở thành sự
lựa chọn để gia cố bờ tại các khu vực dân cư đông đúc và hạn chế giải tỏa đền bù. Việc
lựa chọn có neo hay không neo phụ thuộc vào tính chất đất nền, khả năng đáp ứng cho
việc bố trí thiết bị đóng cọc dài và yêu cầu khai thác tuyến kè.

Hình 1.4. Kè tường đứng
2.2.1.1. Dạng mái nghiêng
+ Ưu điểm:
- Tiêu hao năng lượng sóng triệt để nên phản xạ sóng nhỏ không gây nhiễu động cho
vùng phụ cận.

7

7


- Tận dụng được nguồn vật liệu địa phương. Cao trình đỉnh có thể giảm thấp do hạn
chế được chiều cao sóng leo.
- Thiết bị thi công đơn giản có thể kết hợp được cả thiết bị hiện đại, thô sơ và thủ
công trong cùng một công trường.
- Công tác tính toán ổn định mái bờ đơn giản không cần đòi hỏi thăm dò địa chất quá
sâu.
+ Nhược điểm:
- Lượng vật liệu và sức lao động tổn hao nhiều trong trường hợp độ sâu lớn.
- Hạn chế tận dụng được các mép kè trong và ngoài để neo đậu tàu thuyền.

Hình 1.5. Kè mái nghiêng
Tốc độ thi công chậm, thường phải kết hợp đê quây và thi công vào lúc triều rút.
- Chân kè thường ảnh hưởng đến luồng tàu và diện tích mất đất lớn, khó kết hợp làm
đường giao thông phía trong kè.
2.2.1.2. Các hình thức gia cố bảo vệ mái nghiêng
- Các hình thức bảo vệ bờ đã và đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế
giới rất phong phú, đa dạng.
2.2.1.3. Bảo vệ bằng kết cấu tơi rời
- Loại kết cấu tơi rời linh hoạt bao gồm đá tự nhiên, đá chẻ, bê tông đúc sẵn lắp ghép


liên kết với nhau bằng ma sát, bảo vệ bờ bằng chính trọng lượng bản thân. Loại cấu
kiện này dễ biến dạng theo nền, dễ sửa chữa song để chống được sóng thì trọng lượng
của từng cấu kiện phải rất lớn.
- Thế ổn định tổng thể vững chắc, vì vật liệu rời nếu xảy ra mất ổn định cục bộ (lún,
sụt…) ít ảnh hưởng đến toàn bộ tuyến kè. Do đó thích hợp với hầu hết các loại đất nền.
Sự lồi lõm của địa hình không ảnh hưởng đến thi công, thích ứng được với tác động
moi, xói của sóng.
- Một số loại kết cấu tơi rời linh hoạt có khả năng tự điều chỉnh được nên khá ổn
định. Tuy nhiên, loại kết cấu này chủ yếu dùng để giảm năng lượng sóng đánh trực
tiếp vào bờ nên thường chỉ áp dụng trong các công trình đê biển. Trước đây, có xu
hướng chế tạo các cục bê tông âm dương xếp ngàm vào nhau. Hiện nay, có xu hướng
chuyển sang chế tạo các cột bê tông ổn định bằng trọng lượng. Kết cấu này có ưu điểm
giảm được áp lực âm do sóng đẩy mái kè bật lên. Ứng dụng công nghệ này không
những thi công bằng thủ công mà thi công cả bằng cơ giới và chuyên môn hóa cao.
Đây là hình thức gia cố có tính thẩm mỹ cao, có khả năng chống xói tốt. Tuy nhiên
điều kiện thi công là tương đối khó khăn đối với khu vực nước sâu, đất mềm yếu.
- Tiến bộ hơn là kè được cấu tạo bởi các khối bê tông đúc sẵn có dạng khối lập
phương, khối chữ nhật, khối lục lăng, khối trụ…xếp liền nhau. ở loại này duy trì sự
liên kết giữa các khối nhờ ma sát ở các mặt tiếp xúc. Để duy trì ổn định khi nó chịu tác
dụng của sóng, dòng chảy thì trọng lượng bản thân của từng cấu kiện phải đủ lớn.
2.2.1.4. Giải pháp có kết cấu rời linh hoạt tự điều chỉnh
Trong công trình bảo vệ bờ có kết cấu tơi rời, thì trọng lượng của mỗi cấu kiện phải đủ
lớn để chống được tác động của sóng và dòng chảy. Để giảm trọng lượng của mỗi cấu
kiện mà vẫn chống được tác động của sóng và dòng chảy cần liên kết từng cấu kiện có
trọng lượng nhỏ lại với nhau thành từng băng dài ghép liền kề nhau hoặc thành mảng
lớn. Tuy nhiên các liên kết này chỉ thích ứng với các loại nền tương đối ổn định, không
có hiện tượng lún cục bộ lớn, đặc biệt lớp lọc đảm bảo, các mối liên kết bền vững.
Trên thế giới liên kết linh hoạt tạo thành mảng đã được sử dụng cho nhiều công trình,
song các mối liên kết thường bị phá hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu. Đây chính là
những tồn tại hạn chế của loại liên kết này.


Để khắc phục người ta sử dụng các cấu kiện riêng biệt có hình dạng hợp lý tự liên kết
có khả năng tự điều chỉnh. Nguyên tắc để chế tạo và ứng dụng một cấu kiện phức hình
(dị dạng) cho công trình bảo vệ bờ là:
-

Trọng lượng phải nhỏ hơn khối bê tông hình hộp trong cùng một điều kiện ứng

dụng.
-

Có tính cài nối cao giữa các khối khi xếp thành lớp.

Điều kiện thử nghiệm mỗi khối ở mỗi nước rất khác nhau. Vì vậy dưới tác động cùng
một số yếu tố tự nhiên giống nhau, có thể trọng lượng chọn khác nhau ở mỗi nơi.
2.2.1.5. Giải pháp bảo vệ có kết cấu liền khối
* Bảo vệ bờ bằng đá xây liền khối
Có hai hình thức bảo vệ bờ bằng đá xây liền khối:
- Xây đá bằng cách đổ vữa lót nền, sau đó xây từng viên đá thành tấm có chiều rộng
tùy ý, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đường.
- Đá chít mạch bằng cách xếp đá chèn chặt, sau đó đổ vữa chít mạch phía trên.
+ Ưu điểm:
- Liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định. Các khe
hở giữa các hòn đá được bịt kín chống được dòng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống nền.
- Sử dụng được các loại đá có kích thước và trọng lượng nhỏ, vật liệu dễ mua, thi
công đơn giản dễ dàng.
+ Nhược điểm:
- Trong trường hợp mái lún không đều làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo
tạo vết nứt gãy theo mạch vữa, khi đó dòng chảy sẽ tác động trực tiếp xuống nền, moi
vật liệu thân công trình gây lún sập công trình nhanh chóng.
- Do thi công tại chỗ nên công việc bảo dưỡng khó thực hiện được hoàn chỉnh dẫn tới
chất lượng công trình thường không đạt theo yêu cầu thiết kế.
* Bảo vệ bờ bằng tấm bê tông đổ tại chỗ
Công trình bảo vệ bờ cấu tạo bằng tấm bê tông hay BTCT đổ tại chỗ được chia thành
các tấm có các kích thước khác nhau: 2x2m, 4x4m, 5x5m, 10x10m, 15x15m hoặc
20x20m. Để giảm áp lực đẩy nổi có bố trí thêm các lỗ thoát nước. Về mặt kết cấu, loại
này thuộc loại kết cấu vĩnh cửu nhưng vì xây dựng trên nền đất yếu và thi công tại chỗ


nên công trình dễ bị đứt gãy sập từng mảng. Loại kết cấu này đã được sử dụng ở nhiều
nước và thế giới nhưng hiện nay đã hạn chế dùng loại này để bảo vệ bờ.
* Bảo vệ bờ bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn
Các cấu kiện bê tông bằng hình hộp vuông hoặc hộp chữ nhật kích cỡ: 1x0.4x0.25m
hoặc 0.5x0.5x0.15m… được xây bằng vữa, sau đó trát mặt ngoài một lớp vữa dày 2 3cm tạo thành từng bản kích thước 2x4m hoặc 2x6m.
Cấu kiện bê tông đúc sẵn chất lượng tốt, thi công nhanh nhưng với những khối trọng
lượng lớn thì thi công gặp nhiều khó khăn. Nếu công tác xây trát không đảm bảo thì
dưới tác dụng của sóng và dòng chảy các cấu kiện bê tông bị biến dạng và vật liệu thân
công trình dễ bị moi ra gây hư hại công trình.
2.2.1.6. Một số loại khác
- Thảm rọ đá
Thảm đá Reno Mattress gồm có 4 bộ phận: tấm đáy, tấm mặt bên, vách ngăn và nắp
đậy. Mỗi tấm được gia công từ sợi lưới thép bện xoắn đôi hình lục giác nung mềm,
trong kẽm và bọc một lớp PVC đặc biệt, liên tục dày từ 0,4-0,6mm. ở mặt đáy, các mặt
bên và mặt ngoài cùng của mỗi tấm thảm là các tấm lưới liên tiếp nhau tạo thành một
khoang chứa nhiều ngăn có mặt trên hở. Vách ngăn được đặt cách nhau 1m. Mặt đáy,
vách ngăn nắp đậy cũng dùng loại lưới tương tự. ở tất cả mép của tấm vách lưới đều có
dây thép tráng kẽm bọc PVC với đường kính lớn hơn loại dây dùng để đan lưới nhằm
tăng cường thêm khả năng chịu lực của kết cấu.


Hình 1.6. Thảm rọ đá
+ Ưu điểm:
Kết cấu thảm đá chịu được áp lực của sóng và dòng chảy tác động. Do lưới thép được
bọc một lớp PVC đặc biệt nên có thể chống lại sự ăn mòn, bảo vệ công trình trong môi
trường nước mặn và môi trường bị ô nhiễm.
Lưới bện kép hình lục giác cho phép kết cấu chịu được lún không đều khá lớn mà
không bị đứt gãy. Đặc điểm này đặc biệt quan trọng khi kết cấu được đặt trên nền đất
không ổn định ở vùng có thể bị xói ngầm do sóng và dòng chảy tác động.
Thảm đá có thể làm chức năng thoát nước giúp giảm áp lực lên mái dốc, giữ cho mái
đất ổn định.
Nguồn vật liệu luôn có sẵn, ít phải bảo dưỡng.
+ Nhược điểm:
Trọng lượng của thảm rất nặng mà diện tích thảm không lớn, phải nối nhiều thảm mới
kín được lòng sông.


Thi công các công trình lòng sông cần bảo vệ tới độ sâu lớn hơn 10m gặp rất nhiều
khó khăn, vị trí cần trải thảm không chính xác, mức độ lún, trượt của mỗi thảm khác
nhau, các thảm chồng lên nhau hay tách xa nhau khó điều chỉnh, đặc biệt ở mái sông
có nền mềm yếu, lún không đều đã làm cho các thảm lệch nhau, hở nền đất bị xói trôi
mất ổn định.
Thẩm mỹ kém, hay bị đứt sợi thép. Với các vùng du lịch rác rưởi, túi nilông bám vào
trong rất mất mỹ quan.
Gia cố mái kè bằng cấu kiện bê tông Tsc-178
Thảm bê tông tự chèn theo sáng chế của Tiến sỹ Phan Đức Tác đã được thử nghiệm
trong nhiều công trình. Đây là một dạng mới trong xây dựng công trình bảo vệ bờ.
Hình thức gia cố đẹp, đảm bảo khả năng chống xói lở mái. Tuy nhiên do nền địa chất
yếu thường bị lún sụt cục bộ và khi lún sụt khó thay thế sửa chữa. Rất khó khăn trong
việc thi công tại vị trí nước sâu.
Thảm bê tông FS
Thảm FS được cấu tạo bằng cách bơm bê tông tươi vào trong các ống vải ĐKT định
dạng. Vật liệu định dạng thảm bê tông (Fabric formwork) được cấu tạo bởi hai lớp vải
địa kỹ thuật đặc biệt loại dệt (Woven geotextile) có độ bền cao tạo khuôn vải cho
phép bơm bê tông ( hoặc vữa xi măng vào trong để tạo thành thảm bê tông bền chắc
chống thấm và bảo vệ công trình.
Công nghệ và vật liệu thảm bê tông được phát minh từ năm 1996 của nhóm các
chuyên gia Công ty Losiger - Thụy Sĩ ( bằng sáng chế số 784625) và sau đó được hoàn
thiện và ứng dụng rộng rãi ở các nước Mỹ, Nhật, Hà Lan, Hàn Quốc…


Hình 1.7. Thảm bê tông
+ Ưu điểm cơ bản của thảm bê tông:
- Biện pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh chóng.
- Thích hợp với nền mềm yếu do phân bố lực đều, vữa bê tông trải che kín nền, trải
liên tục từ dưới lên trên.
- Thảm bê tông có thể thi công trong điều kiện ngập nước, nơi thường xuyên có dòng
chảy mà không cần các biện pháp xử lý đắp đê quây hoặc tháo nước làm khô hố móng.
- Vật liệu định dạng thảm bê tông bằng sợi tổng hợp có độ bền cao, trọng lượng nhẹ
nên thuận lợi khi vận chuyển và thi công, đặc biệt ở những nơi có địa hình phức tạp.
Thảm bê tông có nhiều loại: loại tiêu chuẩn ( Standard type) dạng lưới ( mesh type),
dạng phiến (Slab type) và dạng tấm lọc (fillter type). Tùy tính chất từng công trình,
điều kiện địa chất, địa hình và thủy văn dòng chảy để tính toán chọn loại thảm bê tông
có kích thước và độ dày phù hợp.
Thảm bê tông có độ dày 5-50cm:
- Loại thảm có chiều dày 5-15cm: bơm vật liệu vữa xi măng (Mortar).
- Loại thảm có chiều dày 20-50cm: bơm vật liệu bê tông (concrete). Thông thường
thảm bê tông chống xói lở bờ dùng loại có độ dày 15-30cm..
1.2. Các phương án kết cấu kè được đề xuất:
a. Giải pháp kè lát mái:
Là gia cố trực tiếp lên mái bờ sông nhằm chống xói lở do tác động của dòng chảy và
sóng. Kết cấu kè gồm chân kè, đỉnh kè và thân kè (Hình 1.13).

Hình 1.8. Cấu tạo kè lát mái


Tính toán thiết kế kè lát mái cần xác định các thông số sau:
Vị trí, phạm vi và quy mô: Phải xác định bằng tính toán thuỷ lực và ổn định hoặc theo
kết quả thí nghiệm mô hình kết hợp với quan trắc thực địa. Trường hợp xử lý đột xuất,
cục bộ cần căn cứ vào tình hình xói lở thực tế để xác định.
Cao trình đỉnh chân kè: Được lấy cao hơn mực nước kiệt 95% với độ cao gia tăng là
0,5m.
Đáy chân kè: Khi tốc độ dòng chảy nhỏ hơn 2m/s, đường lạch sâu xa bờ, kéo dài chân
kè đến chỗ mái bờ có hệ số mái dốc từ 3 - 4. Khi dòng chảy thúc thẳng vào tuyến kè,
lạch sâu sát bờ, kéo chân kè tới lạch sâu.
Kết cấu chân kè: Thường làm bằng các loại vật liệu như đá hộc, rồng đá, rọ đá, thảm
đá,... để tiện việc thi công trong nước.
Mái kè: Hệ số mái xác định theo kết quả tính toán ổn định.
Việc xây dựng kè lát mái đơn giản hơn hệ thống mỏ hàn, kinh phí thấp hơn, ít ảnh
hưởng tới thoát lũ, giao thông thuỷ nên xu thế hiện nay thường sử dụng giải pháp này.
Tuy nhiên nó ít có tác dụng cải thiện đường bờ, diện tích chiếm đất lớn.

Hình 1.9. Hình ảnh kè lát mái
b. Giải pháp kè mềm
Là loại kè không kín nước (còn gọi là kè xuyên thông) nhằm làm giảm tốc độ dòng
chảy, gây bồi lắng. Thường sử dụng hai loại là bãi cây chìm hoặc mỏ hàn cọc


Hình 1.10. Mỏ hàn cọc
- Bãi cây chìm: Thường sử dụng cụm cây tre nguyên cành lá... thả theo hình hoa mai.
- Mỏ hàn cọc: Thường sử dụng trong trường hợp chiều dài mỏ hàn lớn hơn 50m, khả
năng chống xói của đất bờ thấp và phải có thiết bị đóng cọc.
c. Giải pháp kè dạng tường đứng
Kè có hình thức như một tường chắn đất bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây.
Theo Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thuỷ lợi H.D.T.L-C-4-76 của Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn, trong các công trình thuỷ lợi thường sử dụng tường
chắn có dạng kết cấu sau:
Tường khối (liền khối): Bằng bê tông, đá hộc hoặc gạch xây, sự ổn định của tường chủ
yếu nhờ trọng lượng bản thân. Kích thước mặt cắt tường được xác định từ điều kiện ổn
định về lật với giả thiết hình thành khe thông suốt tại mặt cắt tính toán.
Tường bản góc (liền khối): Bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, sự ổn định của tường
chủyếu nhờ trọng lượng khối đất đè lên bản đáy và trọng lượng bản thân tường. Kích
thước mặt cắt tường được xác định từ điều kiện độ bền chống nứt tại những vùng chịu
kéo.
Tường bản góc có chống (liền khối): Bằng bê tông cốt thép, làm việc như tường bản
góc. Bản chống có tác dụng làm tăng độ cứng và tính ổn định.
Tường ngăn kiểu tổ ong (Lắp ghép): Bằng bê tông cốt thép, sự ổn định của tường chủ
yếu nhờ trọng lượng đất, cát đổtrong các ngăn. Các bản đứng lắp ghép làm tăng thêm
độ cứng của tường.
Tường mái nghiêng (liền khối): Bằng BTCT, đá hộc hoặc gạch xây. Tính ổn định
chống lật lớn do giảm được áp lực đất tác dụng lên lưng tường.


Tường bản góc có chống (lắp ghép hoặc liền khối lắp ghép): Bằng BTCT, có tác dụng
tiết kiệm cốt thép, tốc độthi công nhanh.
Tường bê tông cốt thép xây dựng nơi nền đất không tốt thường chỉ áp dụng cho kè đi
qua các trung tâm thị trấn, thị xã, thành phố có yêu cầu tính mỹ thuật. Khi kè trên nền
đất yếu thì việc sử dụng tường chắn sẽ đòi hỏi xử lý nền móng phức tạp và tốn kém
hơn khi sử dụng kè mái nghiêng.Chân kè thường được gia cố bằng các loại cọc.Đây là
giải pháp xử lý phần chân kè cho những đoạn kè có tầng đất yếu dưới cơ kè không dày
lắm, có thể đóng được cọc đến tầng đất tốt.

Hình 1.11. Kết cấu kè tường đứng trên nền cọc.
1.3 Ứng dụng cọc trong gia cố ổn định kè
Hiện nay, do việc phát triển của khoa học công nghệ cũng như biện pháp thi công tiên
tiến, việc thiết kế và thi công móng đã đạt được những bước tiến nhất định. Hiện có
nhiều phương pháp được áp dụng vào việc xử lý nền đất yếu bằng cọc, tùy vào từng
loại công trình( cấp công trình, địa hình, địa chất, mật độ dân cư, các công trình liền
kề..) mà ta chọn phương pháp xử lý nền đất yếu bằng loại cọc nào cho thích hợp.Xử lý
nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính
chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng
trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…, việc xử lý nền đất yếu
còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. [6]
a. Ứng dụng cọc gỗ (cọc tre và cọc cừ tràm)


- Với những loại cọc như cọc gỗ nó có lịch sử phát triển rất lâu đời, hiện nay việc thiết
kế và thi công loại cọc này cũng đã tương đối hoàn thiện, đã có những quy phạm, tiêu
chuẩn áp dụng cho việc tính toán thiết kế, triển khai thi công và kiểm tra chất lượng.
Việc thi công cọc gỗ rất đơn giản thuận tiện, trước đây chủ yếu thi công bằng thủ
công, gần đây việc thi công đã được sử dụng máy móc hoàn toàn, tốc độ thi công
nhanh và đảm bảo chất lượng công trình.

Hình 1.12. Gia cố bờ bằng cọc tre
- Phạm vi áp dụng của cọc tre và cọc cừ tràm:
+ Cọc tre và cọc cừ tràm là giải pháp để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên
nền đất yếu. Đóng cọc tre và cọc cừ tràm là một phương pháp gia cố nền đất yếu hay
dùng trong dân gian thường chỉ dùng dưới móng chịu tải trọng không lớn. Cọc tràm và
tre có chiều dài từ 3 – 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả
năng chịu tải và giảm độ lún,nâng cao độ chặt của đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng
cao sức chịu tải của đất nền.


+ Cọc tre được sử dụng ở những vùng đất luôn luôn ẩm ướt, ngập nước. Nếu cọc tre
làm việc trong đất luôn ẩm ướt thì tuổi thọ sẽ khá cao (50-60 năm và lâu hơn). Nếu cọc
tre làm việc trong vùng đất khô ướt thất thường thì cọc rất nhanh chóng bị ải hoặc mục
(lúc này lại gây nguy hại cho nền móng).
+ Cọc cừ tram nên sử dụng ở những vùng đất yếu, đất bùn, có sức chịu tải thấp, không
nên lạm dụng quá phương pháp xử lý kiểu này.
+ Cả hai loại cọc này có ưu điểm là tận dụng được vật liệu địa phương, biện pháp thi
công đơn giản.
+ Phương pháp tính toán và biện pháp thi công: Phương pháp tính toán và biện pháp
thi công đơn giản, giá thành thấp, tiến độ thi công nhanh.
b. Ứng dụng cọc bê tông và bê cốt thép
Cọc bê tông và bê tông cốt thép là loại cọc được sử dụng và phổ biến nhất ở Việt Nam
hiện nay. Cọc bê tông cốt thép áp dụng tốt nhất cho các công trình tải trọng không lớn,
và chiều sâu lớp đất yếu không sâu.

Hình 1.13. Ứng dụng cọc bê tông trong gia cố kè
Với kè hiện tại khi gặp nền đất yếu thì cần có các biện pháp gia cố để đảm bảo ổn định
chân kè và ổn định tổng thể kè. Xử lý nền móng phần mái kè, cơ kè bằng cách gia cố
các loại cọc ổn định nền móng phần chân kè. Đây là giải pháp xử lý phần chân kè cho
những đoạn kè có tầng đất yếu dưới cơ kè không dày lắm, có thể đóng được cọc đến
tầng đất tốt. [6]
c. Ứng dụng cọc cừ ván bê tông cốt thép
- Cừ ván bê tông cốt thép hay còn gọi là cọc ván bê tông cốt thép hay tường cọc ván là
một dạng đặt biệt của tường chắn đất, thường được sử dụng để bảo vệ các công trình


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×