BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN DANH BÁ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH KÈ TƯỜNG ĐỨNG BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nợi – 2010 BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỢ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN DANH BÁ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH KÈ TƯỜNG ĐỨNG BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60 – 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng Hà Nội - 2010 LỜI CẢM ƠN Luận văn "Nghiên cứu giải pháp ổn định kè tường đứng cọc đất - xi măng” hoàn thành theo nội dung đề cương nghiên cứu, đáp ứng yêu cầu đặt Trong Luận văn sử dụng kết nghiên cứu, số liệu thực Trung tâm cơng trình Ngầm, Viện Thủy cơng Tác giả xin trân trọng cám ơn giúp đỡ PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng tập thể cán Trung tâm việc góp ý, cho phép khai thác sử dụng tài liệu Trong suốt trình học tập, Tác giả ln nhận hướng dẫn tận tình Thầy, Cơ khoa Sau đại học, khoa Thủy công, trường đại học Thủy lợi Tác giả xin trân trọng cảm ơn quan tâm giúp đỡ quý báu Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới công ty Xây dựng chuyển giao công nghệ Thủy lợi- viện Khoa học Việt Nam tạo điều kiện cho tác giả cơng tác để hồn thành chương trình học tập Tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn tới tập thể lớp cao học 15 gia đình ln động viên, cổ vũ cho tác giả q trình hồn thành luận văn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỤC LỤC T T MỞ ĐẦU T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC LOẠI KÈ BẢO VỆ BỜ T T 1.1 Dạng tường đứng T T 1.2 Dạng mái nghiêng T T 1.3 Các hình thức gia cố bảo vệ mái nghiêng 10 T T 1.4 Một số loại khác 13 T T 1.5 Kết luận chương 18 T T CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU KÈ LẤN BIỂN HẠ LONG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .19 T T 2.1 Điều kiện tự nhiên 19 T T 2.2 Các phương án kết cấu đề xuất 20 T T 2.2.1 Phương án 1: Kết cấu tượng cừ BTCT-DUL 20 T T 2.2.2 Phương án 2: Kết cấu đê đá đổ 21 T T 2.2.3 Phương án 3: Kết cấu cọc BTCT + đá đổ + kết cấu kè đá hộc mái nghiêng 22 T T 2.2.4 Phương án 4: Kết cấu tường góc BTCT cọc vng kết hợp cọc cừ .24 T T 2.2.5 Phương án 5: Tường góc BTCT cọc vuông kết hợp đá đổ 25 T T 2.2.6 Phương án 6: Tường góc BTCT cọc vng kết hợp vịi voi ( conson) chắn đá 26 T T 2.2.7 Phương án 7: Kết cấu đê đất mái nghiêng .27 T T 2.3 So sánh phương án kết cấu đê .28 T T 2.4 Kết luận chương 32 T T CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ CỌC ĐẤT – XI MĂNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỂ ỔN ĐỊNH KÈ BỜ 33 T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.1 Giới thiệu chung công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng đất 33 T T 3.2 Tình hình ứng dụng Việt nam 34 T T 3.3 Một số dạng bố trí kết cấu cọc đất – xi măng 36 T T 3.4 Giới thiệu số dự án làm Thế giới 37 T T 3.5 Nguyên tắc chung thiết kế xử lý đất yếu cọc đất xi măng 40 T T 3.6 Tính tốn gia cố đất yếu cọc đất xi măng theo phương pháp tương đương 41 T T 3.6.1 Tính tốn theo trạng thái giới hạn .41 T T 3.6.2 Tính tốn theo trạng thái giới hạn .43 T T 3.7 Yêu cầu tối thiểu thiết kế cọc xi măng đất 44 T T 3.8 Cường độ kháng nén qu tham khảo qua dự án 44 T T 3.9 Giới thiệu số dự án sử dụng cọc đất xi măng để gia cố kè 46 T T 3.10 Kết luận chương 50 T T CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH KÈ TƯỜNG ĐỨNG BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG .51 T T 4.1 Đặt vấn đề 51 T T 4.2 Nâng cao ổn định cừ ván BTCTDUL 52 T T 4.3 Gia cố cọc đất xi măng cho phương án kè vòi voi .54 T T 4.3.1 Số liệu tính tốn .55 T T 4.3.2 Sơ đồ tính tốn mơ 59 T T 4.3.3 Kết tính tốn .66 T T 4.4 Kết luận chương 77 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T MỞ ĐẦU Tên Luận văn: "Nghiên cứu giải pháp ổn định kè tường đứng cọc đất - xi măng” Mục tiêu: Nghiên cứu ứng dụng cọc đất – xi măng để ổn định kè bờ dạng tường đứng đất yếu nhằm thuận lợi cho thi công giảm giá thành Sự cần thiết vấn đề nghiên cứu Kè bờ kết cấu sử dụng nhiều để bảo vệ bờ sơng, bờ biển Nói chung, để giảm giá thành xây dựng, kè mái nghiêng hợp lý Với số dự án, yêu cầu sử dụng phải làm kè tường đứng Kè tường đứng dạng kè góc, ghép BTCT dựa vào cọc đóng Với vùng đất yếu, gần sử dụng kè cừ ván BTCT ứng suất trước Tuy nhiên, đất yếu sâu, chiều cao kè lớn, việc thi công san phía sau ảnh hưởng làm ổn định kè Nhiều cố cơng trình xảy nguyên nhân Đã có số dự án nước thiết kế sử dụng cọc đất – xi măng để nâng cao ổn định kè cọc ván BTCT, dự án cải tạo sông Nhiêu Lộc Thị Nghè Cty CDM Mỹ thiết kế Tuy nhiên, tài liệu chưa trình bày phương pháp tính tốn cụ thể Mặt khác, nhiều trường hợp việc sử dụng kè cọc ván đắt địi hỏi phương tiện thiết bị thi cơng đặc chủng Nghiên cứu sử dụng cọc đất-xi măng để nâng cao ổn định kè tường đứng vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn Phạm vi nghiên cứu: Luận văn sâu vào kè lấn biển vùng đất yếu với yêu cầu cụ thể sau: Kè xây dựng để lấn biển Trước tiên phải xây dựng kè để làm phòng tuyến chống sóng bão bảo đảm an tồn cho khu vực lấn biển phía trong q trình thi cơng khai thác lâu dài sau Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Do yêu cầu sử dụng kè phải có dạng tường đứng, mặt chắn ngồi bê tông cốt thép để kết hợp làm chỗ neo đậu thuyền Nội dung nghiên cứu Phân tích ưu nhược điểm kết cấu kè bờ vùng đất yếu Đặc biệt ổn định tổng thể kè tường đứng Trên dự án cụ thể, đề xuất phương án kết cấu, so sánh kinh tế - kỹ thuật để tìm phương án chọn Tính tốn ổn định độ bền cho kết cấu có sử dụng cọc đất – xi măng để tăng cường ổn định Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Tham khảo tài liệu nước - Các hồ sơ thiết kế dự án nước - Sử dụng phần mềm thương mại có Cấu trúc Luận văn Luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan loại kè bảo vệ bờ Chương 2: Giới thiệu kè lấn biển Hạ long phương án thiết kế Chương 3: Giới thiệu công nghệ Jet-grouting khả ứng dụng kè Chương 4: Giải pháp nâng cao ổn định kè tường đứng cọc đất xi măng Phần Kết luận Kiến nghị Những kết đạt Luận văn − Nâng cao ổn định kè bảo vệ bờ vùng đất yếu vấn đề cần thiết, đáp ứng yêu cầu xúc thực tiễn Luận văn tổng kết Luận văn thạc sĩ kỹ thuật số dạng (kết cấu vật liệu) kè bờ sử dụng, từ chọn vấn đề nghiên cứu nâng cao ổn định cọc đất xi măng vấn đề có tính mới, tính khoa học thực tiễn − Trên sở dự án với yêu cầu đặt cụ thể, Luận văn đề xuất nhiều phương án kết cấu so chọn phương án tiêu chí: độ bền, ổn định, thuận lợi thi cơng, giá thành, Những phân tích trình bày Luận văn làm sâu sắc thêm sở lý thuyết thực tiễn kết cấu kè tường đứng có giá trị tham khảo cho kỹ sư tư vấn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC LOẠI KÈ BẢO VỆ BỜ Bờ sơng, bờ biển chịu tác động dịng chảy nên dễ bị xói lở, cần phải làm kè bảo vệ Trong trường hợp khác, nhu cầu phát triển kinh tế ven biển, xây dựng điểm du lịch cảnh quan ven bờ sông vùng đô thị có nhu cầu kè bờ Có thể phân loại kè bờ thành loại (1) Kè thành đứng (2) Kè mái nghiêng Vật liệu làm kè, kết cấu kè có nhiều loại phân tích 1.1 Dạng tường đứng + Ưu điểm: - Khối lượng vật liệu ít, địi hỏi tu khơng nhiều, sử dụng mặt kè để neo đậu tàu thuyền - Phần thẳng đứng thường gia công bờ (chủ động công nghệ chế tạo) nên bảo đảm chất lượng - Giải pháp thi công tốc độ thi công hiệu cao + Nhược điểm: - Phản lực mặt đứng tương đối lớn, dễ ổn định, nên sử dụng thích hợp với vùng có địa chất tương đối tốt Nhiều cố xảy với loại kè trình bày phần sau - Cơng nghệ thi cơng đại, địi hỏi độ xác cao - Các hình thức tường đứng áp dụng: tường cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực (BTCTDUL) có neo khơng neo, thùng chìm (caisson), tường chắn giải pháp kết cấu Tensar… * Các loại kè tường đứng sử dụng +) Cừ BTCTDUL Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 66 4.3.3 Kết tính tốn * Về ứng suất: Chương trình Plaxis 2D tự động kiểm tra so sánh với điều kiện tiêu chuẩn sau vịng lặp Vì chương trình tính tốn đến bước cuối cùng, khơng xảy tượng phá hoại đất vòng lặp Vì điều kiện ứng suất thỏa mãn Ứng suất tính tốn lớn σ’ max = -336,33 (kN/m2) R R P P * Về biến dạng: Độ lún theo phương thẳng đứng max ∆ z = 42,5 cm xảy R R thời gian thi công đường phản áp sau đường Kết độ lún dùng để tính tốn khối lượng đắp bù Thời gian kết thúc lún 90 ngày kể từ bắt đầu thi công đắp cát Độ lún tính tốn đưa vào khai thác sử dụng với tải trọng xe ∆ z = 42,5 (cm) - 40,1 (cm) = 2,4 (cm) R R * Hệ số an toàn: Hệ số an toàn thời điểm sau thi công xong k = 1,203 > [K] = 1,15 hệ số an toàn sau đưa vào khai thác với tải trọng xe H10 k =1,189 > [K] = 1,15 * Chuyển vị ngang đường đắp san phía trong: Tại điểm D (chân ngồi biển) ∆ h = 12 (cm) R R * Lực kéo căng vải 200/100: - Lớp vải thứ 200kN/m: 11.20 (kN/m) - Lớp vải thứ hai 200kN/m: 13.27 (kN/m) - Lớp vải thứ ba 200kN/m: 20.87 (kN/m) - Lớp vải thứ tư 100kN/m: 24.40 (kN/m) - Lớp vải thứ năm 100kN/m: 20.99 (kN/m) Kết tính tốn ứng suất biến dạng tốn thi cơng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 67 Hình 4.20: Ứng suất hiệu lớn thân đường khối đắp điều kiện khai thác σ’ max = -335,92 (kN/m2) R R P P Hình 4.21: Chuyển vị thẳng đứng điểm mặt cắt A-A*, ∆ z max = 40,1 cm R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật RP P 68 Hình 4.22: Chuyển vị ngang điểm mặt cắt A-A*, ∆ z max = cm R RP P Hình 4.23: Ứng suất hiệu lớn thân đường khối đắp điều kiện khai thác σ’ max = -336,33 (kN/m2) R R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật P P 69 Hình 4.24: Tổng chuyển vị khối đắp điều kiện khai thác Hình 4.25: Chuyển vị đứng điểm mặt cắt A-A*, ∆ z max = 42.5 cm R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật RP P 70 Hình 4.26: Chuyển vị ngang điểm mặt cắt A-A*, ∆ x max = 10 cm R RP P Hình 4.27: Chuyển vị thẳng đứng điểm mặt cắt B-B*, ∆ z max = 1,12 m R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật RP P 71 Hình 4.28: Chuyển vị ngang điểm mặt cắt B-B*, ∆ x max = 21,7 cm R RP P Hình 4.29: Chuyển vị thẳng đứng điểm mặt cắt C-C*, ∆ z max = 1,1 cm R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật RP P 72 Hình 4.30: Chuyển vị ngang điểm mặt cắt C-C*, ∆ x max = 12.4 cm R RP P Hình 4.31: Hệ số an tồn thời điểm sau thi công xong k = 1,203 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 73 Hình 4.32: Hệ số an toàn thời điểm đưa vào sử dụng với tải trọng xe H10, k = 1,189 Hình 4.33 Lực căng vải địa kỹ thuật 200kN/m, lớp vải thứ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 74 Hình 4.34: Lực căng vải địa kỹ thuật 200 kN/m, lớp vải thứ Hình 4.35: Lực căng vải địa kỹ thuật 200 kN/m, lớp vải thứ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 75 Hình 4.36: Lực căng vải địa kỹ thuật 100 kN/m, lớp vải thứ Hình 4.37: Lực căng vải địa kỹ thuật 100 kN/m, lớp vải thứ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 76 D Hình 4.38 Dịch chuyển ngang điểm D (chân mái ngoài), ∆ h = (cm) R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật R 77 4.4 Kết luận chương Trong chương sâu phân tích ổn định loại kè kiến nghị sử dụng với có mặt cọc đất xi măng: - Với phương án kè BTCTDUL, Luận văn dừng lại việc chứng minh hiệu khối gia cố đất xi măng Nhờ có khối xi măng mà rút ngắn chiều sâu đóng cừ, khơng cần làm neo đỉnh Do hạn chế thời gian, sau so sánh kinh tế, Luận văn khơng sâu tính tốn cụ thể - Với phương án kè vòi voi, giá thành thấp, thi công thuận lợi nên chọn để sâu tính tốn ổn định theo tường bước thi công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1.1 Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng để gia cố đất yếu nói chung, gia cố kè bờ nói riêng vấn đề Việt nam, lý thuyết lẫn thực tiễn Luận văn bước đầu tiếp cận vấn đề Trên sở tài liệu tham khảo nước để đề xuất kết cấu hợp lý trình bày phương pháp tính tốn cụ thể qua dự án sản xuất; 1.2 Kết cấu đề xuất Luận văn phát huy ưu điểm cọc đất – xi măng , đặc biệt cọc thi công công nghệ Jet-grouting: (1) Cọc đạt cường độ đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính tốn (2) Thi cơng điều kiện trường khó khăn, phức tạp, đáp ứng tiến độ đề (3) Giá thành chấp nhận 1.3 Những kết đạt Luận văn: - Nâng cao ổn định kè bảo vệ bờ vùng đất yếu vấn đề cần thiết, đáp ứng yêu cầu xúc thực tiễn Luận văn tổng kết số dạng (kết cấu vật liệu) kè bờ sử dụng, từ chọn vấn đề nghiên cứu nâng cao ổn định cọc đất xi măng vấn đề có tính mới, tính khoa học thực tiễn; - Trên sở dự án với yêu cầu đặt cụ thể, Luận văn đề xuất nhiều phương án kết cấu so chọn phương án tiêu chí: độ bền, ổn định, thuận lợi thi công, giá thành, Những phân tích trình bày Luận văn làm sâu sắc thêm sở lý thuyết thực tiễn kết cấu kè tường đứng có giá trị tham khảo cho kỹ sư tư vấn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 79 KIẾN NGHỊ Do kiến thức kinh nghiệm thân, khuôn khổ Luận văn, vấn đề lý thuyết lẫn thực tiễn nên nhiều vấn đề chưa giải được, cần phải có nghiên cứu tiếp tục Đó là: - Sử dụng cọc đất xi măng để gia cố ổn định cho kè BTCTDUL kết cấu Luận văn có nghiên cứu bước đầu trình bày chương Vấn đề cần sâu nghiên cứu hồn thiện phương pháp tính tốn - Phương pháp tính ổn định tổng thể theo cung trượt trình bày Luận văn phương pháp quy đổi tương đương, chưa xét đến khả chống cắt cọc - Các tiêu lý cọc đất xi măng (Phi, C) quy đổi từ cường độ kháng nén nở hơng cọc Phương pháp thí nghiệm xác định trực tiếp tiêu (Phi, C) cịn vấn đề bàn cãi, vật liệu đất xi măng có độ cứng lớn đất nhỏ đá nhiều lần, chưa có thiết bị tiêu chuẩn thí nghiệm phù hợp - Việc bố trí cọc kết cấu cụ thể để phát huy mặt mạnh giảm thiểu mặt yếu vật liệu đất xi măng tùy thuộc vào quan điểm cách xử lý linh hoạt người kỹ sư Nên có hướng dẫn cụ thể vấn đề để kỹ sư tư vấn tham khảo Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Châu Ngọc Ẩn (2002), Nền móng, NXb ĐHQG TP HCM Bộ Thủy Lợi (1979), Sổ tay kỹ thuật Thủy Lợi, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội Trịnh Văn Cương (2002), Địa kỹ thuật công trình, Bài giảng Cao học, Hà nội Nguyễn Quốc Dũng, Nguyễn Quốc Huy, Phùng Vĩnh An (2005), Xử lý đất yếu công nghệ khoan cao áp, Nxb Nông Nghiệp Phan Trường Phiệt (2001), Áp lực đất tường chắn đất, Nxb Xây dựng, Hà Nội Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phan Xn Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải (1997), Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, Nxb Xây dựng (tái bản), Hà Nội Trường Đại học Thủy lợi (2004), Thi cơng cơng trình thủy lợi ( tập 1,2), Nxb Xây dựng, Hà Nội Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (2010), Hướng dẫn sử dụng cọc đất xi măng thi công theo phương pháp Jet grouting để gia cố đất yếu chống thấm cơng trình thủy lợi, Tiêu chuẩn sở TCCS 5:2010/VKHTLVN, Nxb Xây dựng, Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... T MỞ ĐẦU Tên Luận văn: "Nghiên cứu giải pháp ổn định kè tường đứng cọc đất - xi măng? ?? Mục tiêu: Nghiên cứu ứng dụng cọc đất – xi măng để ổn định kè bờ dạng tường đứng đất yếu nhằm thuận lợi cho... Giới thiệu số dự án sử dụng cọc đất xi măng để gia cố kè 46 T T 3.10 Kết luận chương 50 T T CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH KÈ TƯỜNG ĐỨNG BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG .51 T T 4.1... CẢM ƠN Luận văn "Nghiên cứu giải pháp ổn định kè tường đứng cọc đất - xi măng? ?? hoàn thành theo nội dung đề cương nghiên cứu, đáp ứng yêu cầu đặt Trong Luận văn sử dụng kết nghiên cứu, số liệu thực