MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài I Trong q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa phát triển kinh tế mạnh mẽ đất nước ta, hệ thống sơng ngòi dày đặc đóng vai trò vơ quan trọng Ngồi vai trò quan trọng việc giao thơng vận tải đường thủy nội địa, hệ thống sơng ngòi kênh rạch nước ta nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt, nước tưới tiêu phục vụ nơng, lâm nghiệp, nguồn cung cấp thủy sản đóng vai trò quan trọng việc điều tiết lũ, đảm bảo an tồn cho sống người dân Bên cạnh mặt lợi hệ thống sơng ngòi đem lại, hàng năm phải đối phó với nhiều khó khăn khơng nhỏ hệ thống sơng ngòi như: lụt lội, sạt lở bờ… Đặc biệt năm gần biến đổi khí hậu tồn cầu làm cho q trình xói bồi, biến hình lòng sơng diễn nghiêm trọng phức tạp Sự sạt lở bờ sơng, đê bao chống lũ… gây nhiều tổn thất lớn đến kinh tế xã hội đất nước đời sống nhân dân Vì việc xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng ngòi phòng ngừa cố cần thiết cấp bách Nhưng vấn đề lớn đặt hầu hết cơng trình bảo vệ bờ sơng xây dựng địa chất thềm sơng, nơi đa phần đất yếu, gây khó khăn q trình thiết kế thi cơng để đảm bảo tính an tồn cơng trình hệ thống sơng Đề tài nghiên cứu, phân tích khó khăn q trình xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng đất yếu, từ đề xuất biện pháp khắc phục hợp lý nhằm nâng cao hiệu kinh tế của cơng trình bảo vệ bờ Mục đích nghiên cứu II Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho móng cơng trình bảo vệ bờ sơng đất yếu Đề xuất biện pháp khắc phục cố III Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Cơng trình trình bảo vệ bờ sơng giải pháp kết cấu móng cơng trình bảo vệ bờ sơng đất yếu Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, phân tích so sánh số giải pháp kết cấu móng cơng trình bảo vệ bờ sơng điều kiện địa chất yếu, từ đề xuất giải pháp kết cấu móng hợp lý số điều kiện định IV Phƣơng pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh, thống kê, lấy ý kiến chun gia Nghiên cứu giải pháp khắc phục cố thiết kế thi cơng cơng trình bảo vệ bờ sơng đất yếu V Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đưa giải pháp hợp lý kết cấu móng biện pháp thi cơng để đảm bảo an tồn kinh tế cho cơng trình bảo vệ bờ sơng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đất tính chất xây dựng đất 1.1.1 Khái niệm đất, đất yếu Trong trường hợp khác nhau, thuật ngữ đất dùng mang sắc thái khác ý nghĩa Trong lĩnh vực địa chất, đất lớp vật liệu rời, hình thành đá bị phong hóa phân vụn khơng cố kết phân bố từ mặt đất xuống đá cứng Trong lĩnh vực xây dựng, đất nơi tiến hành cơng việc đó, đất Nền đất yếu đất khơng đủ sức chịu tải, khơng đủ độ bền biến dạng nhiều, khơng thể làm tự nhiên cho cơng trình xây dựng Khi xây dựng cơng trình dân dụng, cầu đường, cơng trình thủy gặp loại đất yếu, tùy thuộc vào tính chất lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo cơng trình mà người ta dùng phương pháp xử lý móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình Đất yếu đối tượng đặc biệt quan tâm nghiên cứu u cầu biện pháp xử lý phức tạp, đòi hỏi cơng tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích tính tốn cơng phu 1.1.2 Thuộc tính đất tính chất xây dựng đất a) Thuộc tính đất Đất có thuộc tính riêng biệt so với loại vật liệu khác sau: - Đất có nhiều pha cấu thành: đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu thay đổi từ thời điểm sang thời điểm khác bên khối đất - Đất vật liệu phi tuyến: đường quan hệ ứng suất - biến dạng khơng phải đường thẳng có đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu khơng giống với phương - Đất có liên kết đặc biệt - Đất tích lỗ rỗng lớn - Đất có tính phân tán - Đất đa dạng thành phần cấu trúc - Khi chịu tải trọng cơng trình, đất có thuộc tính sau : + Đất chịu lực nén lực cắt + Cường độ đất nhỏ biến dạng lại lớn + Độ biến dạng đất tăng dần theo thời gian có tải trọng tác dụng khơng đổi, tượng cố kết từ biến đất b) Tính chất xây dựng đất  Các tính chất lý đất - Tính liên kết đất Tính liên kết đất dính kết phần tử đất với (khi đất khơ tính chất biểu rõ) loại đất có tính liên kết lớn thường tạo thành đất kiểu kết cấu tảng cục lớn Ðơn vị đo tính liên kết đất xác định lực ấn vào đất (G/cm2) Những yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết đất là: thành phần giới, độ ẩm đất, cấu trúc đất, hàm lượng mùn thành phần cation hấp phụ đất Ðất có thành phần giới nặng chứa nhiều sét nên tính liên kết chúng lớn, ngược lại đất có thành phần giới nhẹ đất cát, có tỷ lệ hạt cát cao nên có tính liên kết Ðộ ẩm đất chi phối đến khả liên kết đất, loại đất có tính liên kết lớn đất sét đất khơ tính liên kết đất thể mạnh - Tính dính đất Tính dính đất khả kết dính đất với vật tiếp xúc với chúng Giống tính liên kết đất, tính dính phụ thuộc thành phần cấp hạt đất, kết cấu độ ẩm đất Những loại đất có tỷ lệ cấp hạt sét cao với thành phần khống sét cao tính dính chúng lớn, thành phần khống sét montmorilonit, illit có tính liên kết tính dính cao hẳn khống sét kaolinit hydroxit sắt Ngược lại với tỷ lệ sét, đất có hàm lượng mùn lớn làm giảm tính dính đất Hầu hết đất bắt đầu có tính dính cao độ ẩm đất đạt 60 - 80% độ trữ ẩm cực đại - Tính dẻo đất Tính dẻo hay độ dẻo đất thường thể đất trạng thái ẩm, có khả nặn tạo hình dạng định giữ ngun hình dạng khơng có lực bên ngồi tác động Ðất có chứa 15% hàm lượng sét trở lên bắt đầu có biểu tính dẻo rõ, tính chất có liên quan đến chất tự nhiên hạt sét chúng hấp phụ nước - Tính trương tính co đất Tính trương tính co đất đặc tính thể tích đất tăng lên ẩm bị co lại khơ Tính trương co đất có liên quan đến xâm nhập nước tinh tầng khống sét đặc tính phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hàm lượng sét có đất thành phần cation hấp phụ đất  Trong xây dựng, vấn đề phổ biến tổng hợp lại sau: - Đào đất: để chuẩn bị cho trường xây dựng cơng tác phục vụ nó, đất đào di chuyển Bài tốn liên quan chặt chẽ tới vấn đề chống đỡ - Chống đỡ đất: cần xác định khả tự chống đỡ thực mái dốc tự nhiên nhân tạo (khối đắp), đào hố móng (hào, hầm …) cơng trình đào cắt khác (đường…), cần thiết xác định nhu cầu phạm vi đòi hỏi cơng trình chống đỡ bên ngồi - Dòng thấm: đất có tính thấm, nước chảy qua nó, đó, vấn đề đặt lưu lượng hiệu chuyển động thấm đặt - Đất mơi trường chống đỡ: khối đất kề với cơng trình, phần hệ thống móng tính chất đất vai trò mơi trường chống đỡ phải khảo sát - Cơng trình xây dựng dùng đất: đất dùng phổ biến làm vật liệu xây dựng thi cơng đường, sân bay, đê đập, khối đắp… giống vật liệu khác bê tơng, thép… đất cần xác định đánh giá tính chất trước sử dụng tiến hành đo lường nhằm giám sát chất lượng để có cơng trình đảm bảo chất lượng 1.2 Các tiêu phân loại đất yếu Đất yếu loại đất có có sức chống cắt nhỏ tính biến dạng (ép lún) lớn, khả chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước 0,50 daN/ cm2), hệ số rỗng lớn (e >1), có mơđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2).Nếu khơng có biện pháp xử lý thích hợp thường ổn định tồn khối lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến cơng trình Khi xây dựng cơng trình đất yếu mà thiếu biện pháp xử lý thích đáng hợp lý phát sinh biến dạng chí gây hư hỏng cơng trình Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối làm tăng độ bền đất, làm giảm tổng độ lún độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi cơng giảm chi phí đầu tư xây dựng Cách phân biệt đất yếu nước nước ngồi có tiêu chuẩn cụ thể để phân loại đất yếu 1.2.1 Theo ngun nhân hình thành Loại đất yếu có nguồn gốc khống vật nguồn gốc hữu cơ: - Loại có nguồn gốc khống vật thường sét sét trầm tích nước ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng tam giác châu; loại lẫn hữu q trình trầm tích (hàm lượng hữu tới 10 - 12 %) nên có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, xác định đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng gần cao giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , sét e ≥ 1), lực dính C theo kết cắt nhanh khơng nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ - 10° lực dính từ kết thí nghiệm cắt cánh trường Cu ≤ 0,35 daN/cm2 Ngồi vùng thung lũng hình thành đất yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8) - Loại có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xun, mực nước ngầm cao, lồi thực vật phát triển, thối rữa phân hủy, tạo vật lắng hữu lẫn với trầm tích khống vật Loại thường gọi đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn tàn dư thực vật) Đối với loại xác định đất yếu hệ số rỗng đặc trưng sức chống cắt chúng đạt trị số Đất yếu đầm lầy than bùn phân theo tỷ lệ lượng hữu có chúng: Lượng hữu có từ 20 - 30% : Đất nhiễm than bùn Lượng hữu có từ 30 - 60% : Đất than bùn Lượng hữu 60% : Than bùn 1.2.2 Phân loại theo trạng thái tự nhiên (chỉ tiêu lý) Như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hồ, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt Đất yếu loại sét sét phân loại theo độ sệt B: B W  Wd Wnh  Wd (1-1) Trong đó: W: độ ẩm trạng thái tự nhiên Wd: độ ẩm trạng thái giới hạn dẻo Wnh: độ ẩm trạng thái giới hạn nhão Nếu B > gọi bùn sét (đất yếu trạng thái chảy) Nếu 0,75 < B ≤ đất yếu dẻo chảy Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn phân thành loại I, II, III: - Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại vách đất đào thẳng đứng sâu 1m chúng trì ổn định 1-2 ngày; - Loại II: Loại có độ sệt khơng ổn định; loại khơng đạt tiêu chuẩn loại I đất than bùn chưa trạng thái chảy; - Loại III: Đất than bùn trạng thái chảy Bảng 1.1 Một số tiêu phân biệt loại đất mềm: Loại đất Hàm lượng nước tự nhiên (%) Đất sét > 40 Chỉ tiêu Độ rỗng tự nhiên Hệ số co ngót (Mpa-1) Độ bão hồ (%) > 1,2 > 0,50 > 95 Góc nội ma sát (o) (chịu cắt nhanh) 30 > 0,95 > 0,30 > 95 21 cọc) m: hệ số điều kiện làm việc cọc m = 1,0 u: chu vi tiết diện cọc (sơ chọn loại cọc 35cmx35cm) F: diện tích tiết diện cọc Rp : cường độ đất mũi cọc, fi : cường độ đất mặt bn cọc, fi = f (B , C , j , h) (n > 10 cọc ) Rp = f (B , ư, C , h) mR , mf : hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống đất mR =1, mf =1 (Hạ cọc búa diezen) 77 Sử dụng phương pháp tính khơng phù hợp độ sệt lớp đất khơng có bảng tra, nên kết tính tốn khơng - Sức chịu tải cọc theo cường độ đất Sức chịu tải cọc tính theo cơng thức: Qu  AS FS  Ap q p (3-12) Sức chịu tải cho php cọc tính theo cơng thức: Qa  Qp QS  FSs FS p (3-13) Trong đó: FSs : hệ số an tòan cho thành phần ma sát bên, lấy 1,50 FSp : hệ số an tồn cho sức chống mũi cọc, lấy 2,00 FS tính theo cơng thức sau: Fs  ca   h' tan a qp tính theo cơng thức: q p  cNc   vp' Nq   Dp N (3-14) (3-15) Nc, Nq, N: Tra bảng theo TCVN 10304:2014 Với cọc thiết kế dài 25,50m tính tốn sức chịu tải cọc sau: Qa  Qp QS 45, 63 59,31     60, 08 FSs FS p 1,5 2, - Sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xun tĩnh Sức chịu tải cọc tính theo cơng thức: Qu  K1 NAp  K2 Ntb As (3-16) Trong đó: N : Chỉ số SPT trung bình khoảng 1d mũi cọc 4d mũi cọc Ap : Diện tích tiết diện mũi cọc, m2 Ntb: Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc phạm vi lớp đất rời, m2 As : Diện tích mặt bên cọc phạm vi lớp đất rời, m2 K1 : Hệ số lấy 400 cho cọc đóng Fs : Hệ số an tồn lấy 78 Bảng 3.10 Bảng kết xun tĩnh Chiều dài N1a m Cọc N1 Cọc 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 Cọc N Ntb lớp lớp lớp Mũi lớp 1a lớp 1a lớp 20,00 25,00 30,00 20,00 25,00 30,00 N2 19,00 19,00 19,00 19,00 19,00 19,00 11,70 11,70 11,70 11,70 11,70 11,70 0,00 2,00 7,00 0,00 2,00 7,00 11,70 11,70 11,70 11,70 11,70 11,70 0,76 1,75 3,60 0,76 1,75 3,60 Q P (KN) (T) 457,68 526,47 680,13 615,86 696,12 875,39 15,26 17,55 22,67 20,53 23,20 29,18 - Sơ tính tốn số lƣợng bố trí cọc Chọn chiều dài cọc thiết kế: L = 24m Sức chịu tải tính tóan cọc: Pcọc = 35,08 Tổng tải trọng đứng tác dụng: Nc ≈ 823 (trường hợp thi cơng) Tổng tải trọng ngang tác dụng: Pn ≈ 100 (trường hợp ngăn mặn) Số cọc xiên xác định sơ theo cơng thức: nx =  P (3-17) N c sin   Pm  Trong đó: P : Tổng lực nằm ngang tác dụng lên cống: PM  : Là khả chống lại lực ngang cọc lấy PM  = tấn.m Nc : Tải đứng trung b́ình tác dụng lên cọc: NC = 823/64 = 12,60 (Tấn/cọc) nx   P Nc sin    Pm   1, 4* 100  18 cọc 12, 60*1/ 26  Chọn số cọc xiên thiết kế 44 cọc đứng 20 cọc, tổng số cọc l 64 cọc, chiều di cọc thiết kế L cọc = 24.00m; Pcọc = 35,08tấn/cọc 3.2.3 Kết luận Qua kết tính tốn, kiểm tra, cơng trình ổn định đảm bảo an tồn.Vậy ta chọn kết cấu cơng trình sau: 79 BTCT M250 BT lót đá 4x6 M 100 dày 10cm Cọc tràm Þgốc =10÷12cm; L=4.0m ( mật độ đóng 16 cây/1m²) Hình 3.4 Cắt ngang kè cọc K0+040 80 3.3 Nhận xét Trong chương tác giả sâu vào phân tích ngun nhân xói lở bờ sơng Sài Gòn khu vực Khu phố 4, phường Thảo Điền, Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh Kết phân tích cho thấy ngun nhân chủ yếu tượng xói lở bờ sơng lớp 1a lớp cát san lấp, góc ma sát lực dính đất thấp, khơng đảm bảo điều kiện cân để chống trượt Kết kiểm tốn ổn định đường bờ tự nhiên Kmin= 0,94 ÷ 0,98 Khi đường bờ khơng đảm bảo ổn định tổng thể xuất trượt, sạt cục Bên cạnh đó, vận tốc dòng chảy điều kiện bình thường có triều cường vượt q vận tốc khơng xói lớp đất mặt đường bờ lòng sơng (vận tốc khơng xói dao động từ 0,4 ÷ 0,6m/s), dẫn đến tượng bị xói đường bờ Từ đặc điểm trạng khu vực, đặc điểm địa chất, đặc điểm địa hình thu thập số liệu thủy văn, từ ưu điểm phụ hợp móng cọc bê tơng cốt thép, tác giả đề xuất phương án gia cố bờ xử lý cơng trình móng cọc BTCT Qua tính tốn, kiểm tra, giải pháp kết cấu móng cọc đảm bảo cho cơng trình làm việc ổn định, an tồn, hiệu quả, giá thành hợp lý phù hợp với điều kiện, khả thi cơng, đáp ứng u cầu, mục tiêu đặt 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tác giả hồn thành luận văn với kết cụ thể sau: - Nghiên cứu dạng kết cấu móng cơng trình bảo vệ bờ sơng ứng dụng phổ biến móng nơng móng sâu - So sánh ưu, nhược điểm, phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu móng hợp lý điều kiện địa chất yếu, cụ thể kết cấu móng sâu - Tính tốn ứng dụng cho cơng trình cụ thể Một số tồn Do thời gian có hạn nên tác giả chưa thể để cập, phân tích đánh giá hết phương án xử lý đất yếu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng nói riêng cơng trình thủy lợi nói chung Luận văn dừng lại phân tích, đánh giá áp dụng thực tế phương pháp Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiếp Xã hội khơng ngừng phát triển, cơng nghệ xây dựng nói chung xử lý đất yếu nói riêng ngày phát triển, đa dạng tiến bộ, kinh tế Từ đó, người làm xây dựng có thêm nhiều phương án lựa chọn thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình cần xem xét kỹ phương án thực tế để đảm bảo cơng trình mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật cao Tiếp tục nghiên cứu phương án xử lý đất yếu khác để đưa đánh giá cụ thể cho phương án 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quang Chiêu (2010), Thiết kế thi cơng đắp đất yếu, NXB Xây dựng, Hà Nội GS.TS Lương Phương Hậu, Trần Đình Hợi (2004), Động lực học dòng sơng chỉnh trị sơng, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Lê Văn Kiểm (2009), Hư hỏng sửa chữa gia cường móng, NXB Xây dựng, Hà Nội Phan Sỹ Kỳ (2000), Sự cố số cơng trình thủy lợi Việt Nam biện pháp phòng tránh TS Nguyễn Thanh Sơn (2013), Nền móng cơng trình thủy GS.TS Hồng Văn Tân (1995), Quy trình thiết kế móng cọc tràm đất yếu (dự thảo) Lê Kim Truyền (1994), Bảo vệ mái đất chịu tác dụng của sóng, Báo cáo đề tài cấp Bộ Nguyễn Un (2010), Xử lý nề n đấ t ́ u xây dựng, NXB Xây dựng Tơn Thất Vĩnh (2003), Thiết kế cơng trình bảo vệ bờ, đê, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10.Đại học Hàng Hải Việt Nam (2012), Bài giảng cao học mơn Lý Thuyết Sóng 11.Đại học Thủy Lợi (2004), Thiết kế đê cơng trình bảo vệ bờ 12.NXB Giáo dục (1994), Những biện pháp cải tạo đất yếu xây dựng 13.NXB Xây dựng (2001), Áp lực đất Tường chắn đất 14.NXB Xây dựng (2004), Thi cơng cơng trình thủy lợi tập 1, tập 15.14 TCN 130 - 2002 Đê biển - tiêu ch̉n thiế t kế (Bộ NN&PTNT - 2002) 16.22 TCN 262 - 2000 Quy trình khảo sát thiết kế đường tơ đắp đất yếu (Bộ GTVT - 2000) 17.TCVN 9152:2012 Cơng trình thủy lợi - Quy trình thiết kế cơng trình thủy lợi 18.TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình 19.TCVN 10304:2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế 83