Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện tượng sạt lở đã và đang diễn ra ở nhiều khu vực thuộc hệ thống sông Cửu Long, gây tổn thất về kinh tế và đe dọa đến sự phát triển của nhiều tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long. Do đó để giải quyết được vấn đề trên thì nhiều địa phương đã triển khai giải pháp xây dựng đường và kè ven sông. Tuy nhiên nhiều công trình đường và kè ven sông lại không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đề ra do quá trình tính toán áp dụng tường cọc bản chưa được nghiên cứu kỹ.
64 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY LỚP ĐẤT YẾU TỚI CHIỀU DÀI CỌC VÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHO CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀ KÈ VEN SƠNG QUA VIỆC TÍNH TỐN BẰNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN PLAXIS 8.2 STUDY INVESTIGATED THE EFFECT OF SOFT SOIL THICKNESS TO THE LENGTH OF PRESTRESSED CONCRETE SHEET PILES FOR ROAD WORKS AND RIVER EMBANKMENTS THROUGH SOFTWARE CALCULATED BY FINITE ELEMENT 8.2 PLAXIS Nguyễn Thành Đạt1, Nguyễn Hải Dương2 , Trần Giang Nam3 Khoa Kỹ thuật xây dựng, ĐH GTVT TPHCM Đoàn niên CSHCM, ĐH GTVT TPHCM Công Ty TNHH Tư Vấn – Thiết Kế - Xây Dựng Khánh Tường Tóm tắt: Hiện tượng sạt lở diễn nhiều khu vực thuộc hệ thống sông Cửu Long, gây tổn thất kinh tế đe dọa đến phát triển nhiều tỉnh thuộc Đồng sông Cửu Long Do để giải vấn đề nhiều địa phương triển khai giải pháp xây dựng đường kè ven sơng Tuy nhiên nhiều cơng trình đường kè ven sông lại không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề q trình tính tốn áp dụng tường cọc chưa nghiên cứu kỹ Vì phạm vi nghiên cứu báo, nhóm tác giả giới thiệu cơng nghệ việc xây dựng cơng trình đường kè ven sơng ứng dụng hiệu nhiều địa phương cọc ván cừ bê tông cốt thép dự ứng lực, đồng thời nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tơng cốt thép dự ứng lực cho cơng trình đường kè ven sông nhằm giải yêu cầu kỹ thuật đề mà trình ứng dụng tường cọc chưa đáp ứng được, đặc biệt vùng đất yếu khu vực Đồng sông Cửu Long Từ khóa: Cọc ván cừ bê tơng cốt thép dự ứng lực, nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực cho cơng trình đường kè ven sông Abstract: Avalanche phenomenon has been occurring in many areas of the Mekong River system, causing economic losses and threatening the development of several Mekong Delta provinces So to solve the problem on the local multiple solutions implemented construction of roads and river embankments But the many road works and river embankments did not meet the technical requirements set out because they calculated by the application of the pile has not been adequately studied, therefore within the scope of the study of the article So that the authors introduce the technology in the application of road construction and river embankments are being applied effectively in some localities and this technology is “prestressed concrete sheet piles” Research also investigated the effect of soft soil to the length of of prestressed concrete sheet piles for road works and river embankments to address the technical requirements set out which process the application pile not met, particularly weak areas such as the Mekong Delta Keywords: Prestressed Concrete Sheet Piles, study investigated the effect of soft soil to the length of prestressed Concrete Sheet Piles for road works and river embankments Giới thiệu Hiện tượng sạt lở hệ thống sông Cửu Long lực cản lớn đến nghiệp phát triển bền vững tỉnh Đồng sông Cửu Long Sạt lở hàng năm gây nhiều thiệt hại đến mức báo động Kinh phí đầu tư cho cơng trình bảo vệ bờ dọc theo khu vực xói lở ven sơng lớn Tuy nhiên, loại dạng cơng trình mang lại hiệu đến đâu vấn đề cần quan tâm Nhiều cơng trình đường ven bờ, bảo vệ bờ xảy cố thi cơng q trình tính tốn áp dụng tường cọc chưa tính tốn kỹ Những nghiên cứu trước dừng lại mức tìm tòi, phân tích tính ưu việt tường cọc ván khả ứng dụng vào cơng trình bảo vệ kè ven sơng Trong TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 cọc ván bê tông cốt thép ứng dụng vào Việt Nam lâu khả áp dụng chưa suy tính cách cẩn thận, đặc biệt vùng đất yếu khu vực Đồng sơng Cửu Long Vì vậy, nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình đường kè ven sơng vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn Giải vấn đề 2.1 Tổng quan cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Việt Nam Cọc ván cừ bê tông cốt thép đúc sẵn dự ứng lực, cọc ván PC chế tạo lần đầu công ty P.S Mitsubishi (Nhật Bản) cách 50 năm Cọc thiết kế với nhiều hình dạng mặt cắt khác dạng phẳng, dạng sóng, dạng mặt lõm… Trong vòng 20 năm qua, kết cấu tường chắn sử dụng cọc ván PC áp dụng nhiều Việt Nam tính từ năm 1999 cụm cơng trình Nhiệt điện Phú Mỹ hạng mục hệ thống kênh dẫn kênh nhánh với tổng chiều dài cừ 42.149m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m đưa nước từ sông Thị Vải vào để giải nhiệt cho Turbin khí Hay số cơng trình khác như: Kè bờ Cầu tàu Nha Trang – Khánh Hòa thực năm 2003; Kè bờ bảo vệ thị trấn Năm Căn – Cà Mau thực năm 2010, Kè kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Thành phố Hồ Chí Minh… Hình Một số dạng cơng trình áp dụng cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực 65 2.2 Giới thiệu tổng quan phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số để giải tốn mơ tả phương trình vi phân riêng phần với điều kiện biên cụ thể Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp tốn Các miền liên tục chia thành nhiều miền (phần tử) Những miền liên kết với điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thoả mãn điều kiện biên với cân liên tục phần Plaxis phần mềm sở phần tử hữu hạn, dùng để phân tích tốn địa kỹ thuật như: Chuyển vị, ổn định, dòng thấm Plaxis sử dụng rộng rãi tính tốn cơng trình thực tế sử dụng đơn giản, thân thiện với người dùng kết đáng tin cậy Hai mơ hình đất Plaxis thường sử dụng để tính tốn cho đất dính đất rời mơ hình Mohr-Coulomb (MC) mơ hình Hardening Soil (HS) Tuy nhiên việc lựa chọn mơ hình phụ thuộc vào loại vật liệu, ứng xử đất theo tải trọng tác động, mục đích tốn Bên cạnh, thơng số đưa mơ hình cần thí nghiệm xác phù hợp Hiện Việt Nam, điều kiện thí nghiệm chưa đầy đủ, thơng số đưa vào mơ hình hạn chế Những thơng số đầu vào mơ hình MC dễ dàng tiến hành thí nghiệm điều kiện cho phép Vì lý trên, tác giả chọn mơ hình Mohr - Coulomb để thể vật liệu phần mô tính tốn 2.3 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván Bê tông cốt thép DƯL 2.3.1 Lựa chọn dự án nghiên cứu Hiện tượng sạt lở hệ thống sông Cửu Long nói chung sơng Tiền nói riêng diễn biến phức tạp gây ảnh hưởng lớn đến an tồn cho người khu vực ven sơng, ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế khu vực mà Thành phố Mỹ Tho, 66 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 tỉnh Tiền Giang nơi quan trọng phát triển kinh tế khu vực chịu ảnh hưởng tượng sạt lở Thấy thực trạng này, tháng 3/2009, Uỷ ban Nhân dân tỉnh Tiền Giang ban hành Quyết định số 718 việc phê duyệt dự án đầu tư xây dựng cơng trình “Đường kè sông Tiền khu vực Thành phố Mỹ Tho” Cơng trình thực với qui mơ sau: Phần kè có chiều dài 2.625m, kết cấu kè mái đứng, tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực, điểm đầu giáp với bờ Đông cửa rạch Bình Đức (Phường 6) điểm cuối giáp với cuối ranh khn viên phía Tây Cơng ty TNHH Một thành viên Cấp nước Tiền Giang (Phường 1) Hình Vị trí Dự án kè kN/m2, hoạt tải đường 5,78 kN/m2 Kết cấu tường cọc ván DWL W740A Tường cọc ván neo vào trụ BTCT, hình 2.3.3 Mơ hình tính tốn Ứng với mặt cắt tính tốn, tác giả mơ toán cho trường hợp thay đổi chiều dài tường cọc ván (tính từ đỉnh tường) là: 7m, 9m, 11m, 13m, 15m, 17m, 19m, 21m, 23m, 25m 2.3.4 Các số liệu phục vụ tính tốn Bảng Số liệu địa chất cho tính tốn Bảng Đặc trưng vật liệu kết cấu cọc, đài cọc cọc ván 2.3.2 Lựa chọn mặt cắt nghiên cứu Bảng Các đặc trưng neo Hình Mặt cắt tính tốn Cơng trình tính tốn, kiểm tra với bốn mặt cắt tính tốn điển hình tương ứng với bốn vị trí cơng trình Tuy nhiên điều kiện báo, tác giả chọn mặt cắt điển hình để tính tốn tiến hành sau: Mặt cắt ứng với đoạn kè 3G có cao trình đáy kè từ - 3m đến - 4.6m Hoạt tải mặt Tổng chiều dài neo 7,78m, có góc nghiêng 3,5 độ so với phương ngang 2.3.5 Mơ hình hóa Plaxis 8.2 ta kết tính tốn Căn vào kích thước mặt cắt ngang kè, kích thước mơ hình xác định dựa theo Briaud Lim (1997) [3], chiều rộng mơ hình Be + We , Be = 3(He + D) với He chiều cao tự (He = 6,5m) D chiều dài tường chôn lớp đất không thấm nước (D=13,5m) Vậy bề rộng mơ hình x (6,5 m + 13,5 m) + 20 m = 80 m TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 Chiều cao mơ hình 31,95m Chiều dài theo phương dọc lớn nên sử dụng mơ hình ứng suất phẳng Hố đào chống đỡ tường neo cọc ván Bê tông cốt thép dự ứng lực Neo bên cao độ +1,68m Khoảng cách theo phương ngang neo 3,0m Tại vị trí cọc ván đạt 20 m, ta có kết sau: Hình Mức độ chuyển vị giai đoạn hồn thiện Hình Lưới biến dạng giai đoạn hồn thiện Bảng Kết phân tích trường hợp thay đổi tường cọc ván 67 Bảng Số liệu quan trắc trường chuyển vị đầu cừ vị trí CV1, CV2, CV3, CV4, CV5, CV6, CV7 cuối giai đoạn thi cơng mặt cắt tính tốn Kết luận: Kết tính tốn cho thấy chuyển vị đầu cừ giảm dần chiều dài cọc tăng, chuyển vị đầu cừ giảm mạnh chiều dài cọc nằm đoạn từ 5,0m đến 13,0m (đạt 25,77%), dần ổn định chiều dài 15,0m đến 19,0m (đạt 4,2%) thay đổi nhỏ (0,42%) chiều dài cọc đạt từ 20,0m trở Hơn thay đổi góc chuyển hướng đồ thị, ngun nhân chiều dài cọc thay đổi, cọc qua lớp đất khác với tiêu lý khác Từ giai đoạn chiều dài cọc khoảng 5,0m đến 13,0m, hệ số ổn định tăng nhanh (11,4%) theo biến thiên chiều dài cọc ván trường hợp nhỏ mặt cắt mô 1,45 Từ chiều dài cọc 13,0 m trở đi, hệ số ổn định cọc tiếp tục tăng (1.99%) mức độ ngược lại khơng tăng mà giảm Điều nói lên mức độ tăng hệ số ổn định cơng trình giảm dần hay nói cách khác, cơng trình đạt ổn định định thay đổi chiều dài cọc ảnh hưởng nhỏ tới ổn định Vì phương pháp giúp xác định chiều dài cọc cần thiết để đạt ổn định ứng với lớp địa chất cơng trình, nhằm giải u cầu kỹ thuật đề mà trình ứng dụng tường cọc chưa đáp ứng được, đặc biệt vùng đất yếu khu vực Đồng sông Cửu Long làm 68 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 giảm chi phí đầu tư ban đầu mang lại hiệu mong muốn Khuyến nghị: Trong phạm vi khuôn khổ đề tài nghiên cứu tính tốn loại kè với mặt cắt thiết kế theo hồ sơ thiết kế dự án đường kè sông Tiền khu vực Thành phố Mỹ Tho với địa chất khu vực Tuy nhiên, để định tới việc chọn chiều dài tường cọc ván nhiều yếu tố khác cần xem xét tùy thuộc nhiều vào địa chất khu vực Do đó, cần phải nghiên cứu tính tốn so sánh thêm: - Các mặt cắt thiết kế cơng trình - Các địa chất khu vực Đồng sông Cửu Long - Các loại neo, góc neo, lực neo khác Các vấn đề giải hướng nghiên cứu sau: - Nghiên cứu toán Plaxis 3D; - Nghiên cứu toán tác dụng tải trọng động; - Nghiên cứu toán với vùng địa chất có sói lở dòng chảy Tài liệu tham khảo: [1] GS.TS Phan Trường Phiệt (2001), Áp Lực Đất Và Tường Chắn Đất, Nhà Xuất Bản Xây Dựng Hà Nội [2] TS Nguyễn Bảo Việt (2015), Cọc ván cừ bê tông cốt thép dự ứng lực, khả ứng dụng vào cơng trình kè đất yếu, Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2015.[3] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Ngọc Huệ(1998), Cơng Trình Bến Cảng, Nxb Xây Dựng [4] TS Châu Ngọc Ẩn (2002), Nền Móng, Nhà Xuất Đại học Quốc gia TP [5] Đỗ Tấn Long (2012), Nghiên cứu sử dụng hợp lý cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực (lưu vực đồng sông cửu long), Luận văn thạc sĩ, Khoa Xậy dựng, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh [6] Tiêu chuẩn 14TCN 35-85, Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thủy lợi HDTL.C4.76 [7] Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Báo cáo kết khảo sát địa kỹ thuật xây dựng cơng trình dự án Đường kè sông Tiền khu vực thành phố Mỹ Tho, Công ty cổ phần tư vấn xây dựng cơng trình Thủy-Bộ(SUDEWAT), 2009 [9] Hồ sơ thiết kế vẽ thi công dự án “Đường kè sông Tiền khu vực thành phố Mỹ Tho”, Công ty cổ phần tư vấn xây dựng cơng trình Thủy-Bộ (SUDEWAT), 2010 [10] Cọc ván Bê tông dự ứng lực, dẫn kỹ thuật, Công ty Cổ phần Bê tông 6, 2014 [11] Tiêu chuẩn TCXD.57.73, Thiết kế tường chắn cơng trình thủy công [12] Luận văn cao học “Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài tường cọc ván cho cơng trình kè ven sơng” Trần Giang Nam - học viên trường Đại học GTVT TP.HCM [13] Nhật ký theo dõi mốc chuyển vị đầu cừ , Công trình: Đường Và Kè Sơng Tiền Khu Vực TP.Mỹ Tho, Liên danh công ty TNHH MTV ĐTXD Van Tường, Công ty cổ phần bê tông ly tâm Dung Quất, DNTN xây dựng Thuận Thành, Công ty TNHH bê tông đúc sẵn VINA-PSMC DNTN Thương Mại Dịch Vụ Đồng Thắng Ngày nhận bài: 13/04/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 05/05/2016 Ngày chấp nhận đăng: 12/05/2016 ... lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực cho cơng trình đường kè ven sơng vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn Giải vấn đề 2.1 Tổng quan cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực. .. kiện cho phép Vì lý trên, tác giả chọn mơ hình Mohr - Coulomb để thể vật liệu phần mơ tính tốn 2.3 Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván Bê tông cốt thép DƯL... Luận văn cao học Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài tường cọc ván cho cơng trình kè ven sông Trần Giang Nam - học viên trường Đại học