NGHIÊN CỨU KẾT CẤU TƯỜNG KÈ ĐÊ BIỂN XỬ LÝ BẰNG MÓNG NÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU, ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÈ BIỂN ĐỒ SƠN - HẢI PHÒNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.16 MB, 86 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
TRẦN BẰNG GIANG
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU TƯỜNG KÈ ĐÊ BIỂN XỬ LÝ BẰNG
MÓNG NÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU, ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN
CHO CÔNG TRÌNH KÈ BIỂN ĐỒ SƠN - HẢI PHÒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
TRẦN BẰNG GIANG
NGHIÊN CỨU KẾT CẤU TƯỜNG KÈ ĐÊ BIỂN XỬ LÝ BẰNG
MÓNG NÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU, ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN
CHO CÔNG TRÌNH KÈ BIỂN ĐỒ SƠN - HẢI PHÒNG
Chuyên ngành
:
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số
:
60 – 58 - 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HD KHOA HỌC : TS ĐINH ANH TUẤN
HÀ NỘI – 2013
LỜI CẢM ƠN
Luận văn " Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên
nền đất yếu, ứng dụng tính toán cho công trình kè biển đồ sơn - Hải Phòng” được
hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ
quan và gia đình.
Tác giả xin trân trọng và bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn
TS. Đinh Anh Tuấn đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho
luận văn này.
Có được thành quả này là nhờ sự truyền đạt kiến thức của các thầy, cô giáo
trực tiếp giảng dạy và công tác tại Trường Đại học Thủy lợi... trong suốt thời gian
tác giả học tập tại trường.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo Trường Đại
học Thủy lợi trong thời gian học tập tại đây, sự quan tâm giúp đỡ của Phòng Nghiên
Cứu Công trình Trạm - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, gia đình, bạn bè đồng
nghiệp trong công tác và học tập để tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 3 năm 2013
Tác giả luận văn
Trần Bằng Giang
BẢN CAM KẾT VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Kính gửi:
Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ Lợi.
Khoa Công Trình.
Phòng Đào tạo ĐH&SĐH.
Bộ môn Công nghệ & Quản lý Xây dựng.
Tên tôi là: Trần Bằng Giang
Ngày tháng năm sinh: 06/10/1983
Học viên cao học lớp: CH18C11, niên khoá: 2010 - 2012, trường Đại học
Thuỷ lợi
Tôi viết bản cam kết này xin cam kết rằng đề tài luận văn “Nghiên cứu kết
cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng dụng tính
toán cho công trình kè biển đồ sơn - Hải Phòng” là công trình nghiên cứu của
cá nhân mình. Tôi đã nghiêm túc đầu tư thời gian và công sức dưới sự hướng
dẫn của TS. Đinh Anh Tuấn để hoàn thành đề tài theo đúng quy định của nhà
trường. Nếu những điều cam kết của tôi có bất kỳ điểm nào không đúng, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm và cam kết chịu những hình thức kỷ luật của nhà
trường.
Hà nội, tháng 3 năm 2013
Cá nhân cam kết
Trần Bằng Giang
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI KẾT CẤU TƯỜNG KÈ - BIỆN PHÁP XỬ
LÝ NỀN
............................................................................................................................................. 3
1.1 Đặc điểm công trình kè biển và công trình bảo vệ bờ nước ta ........................ 3
1.2 Các hình thức và dạng tường kè biển đã được nghiên cứu áp dụng ................ 4
1.2.1 Tường kè bê tông cốt thép.................................................................................... 4
1.2.2 Tường kè cừ thép .................................................................................................. 6
1.2.3 Tường kè đá xây ................................................................................................... 5
1.2.4 Một số công trình kè biển đã được áp dụng ở nước ta ....................................... 8
1.3 Nguyên nhân hư hỏng của kết cấu kè bảo vệ bờ biển.................................... 11
1.3.1 Một số thiệt hại do hư hỏng đê, kè biển gây ra ................................................. 11
1.3.2 Nguyên nhân hư hỏng ........................................................................................ 12
1.4 Nhận xét. ........................................................................................................ 16
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH, BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ............................................................................................... 17
2.1 Khái quát chung về ổn định. .......................................................................... 17
2.1.1 Các giả thiết......................................................................................................... 17
2.1.2 Trạng thái cân bằng giới hạn. ............................................................................. 19
2.1.3 Mô hình tính toán thứ nhất . ............................................................................... 20
2.1.4 Mô hình tính toán thứ hai . ................................................................................. 22
2.2 Các phương pháp ổn định công trình ............................................................. 23
2.2.1 Khái quát chung .................................................................................................. 23
2.2.2 Phân tích ổn định theo lý thuyết trượt phẳng .................................................... 24
2.2.3 Phân tích ổn định theo lý thuyết trượt cung tròn. ............................................. 29
2.2.4 Nghiên cứu tính toán ổn định về tường kè biển................................................ 33
2.3 Biện pháp xử lý nền công trình trên nền đất yếu ........................................... 36
2.3.1 Các loại nền đất yếu thường gặp........................................................................ 36
2.3.2 Ảnh hưởng của nền đất yếu đến công trình xây dựng...................................... 37
2.3.3 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình ........................................................ 38
2.3.4 Các biện pháp xử lý về móng ............................................................................ 38
2.3.5 Các biện pháp xử lý nền đất yếu. ....................................................................... 40
2.4 Áp dụng phần mềm tính toán ổn định công trình. ......................................... 45
2.5 Nhận xét. ........................................................................................................ 47
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÈ BIỂN ĐỒ SƠN - HẢI
PHÒNG
........................................................................................................................................... 48
3.1 Giới thiệu chung về công trình kè biển Đồ Sơn – Hải Phòng. ...................... 48
3.1.1 Tên công trình: .................................................................................................... 48
3.1.2 Điều kiện tự nhiên, vị trí công trình................................................................... 48
3.1.3 Đặc điểm địa chất: .............................................................................................. 49
3.1.4 Đặc điểm khí tượng: ........................................................................................... 50
3.1.5 Chế độ thủy, hải văn. .......................................................................................... 51
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
3.2 Các dạng tường kè cần tính toán.................................................................... 53
3.3 Sơ đồ và trường hợp tính toán. ...................................................................... 54
3.4 Các lực tác dụng lên công trình ..................................................................... 55
3.4.1 Các lực tác dụng thẳng đứng: ............................................................................ 55
3.4.2 Các lực tác dụng nằm ngang .............................................................................. 56
3.5 Tính toán áp lực khi sóng rút. ........................................................................ 57
3.6 Tính toán kiểm tra ổn định cục bộ ................................................................. 60
3.6.1 Hệ số ổn định lật: ................................................................................................ 60
3.6.2 Ứng suất nền ....................................................................................................... 61
3.6.3 Xác định sức chịu tải của nền ............................................................................ 61
3.7 Kiểm tra ổn định lớp đất thứ 2 ....................................................................... 62
3.8 Tính toán ổn định tổng thể ............................................................................. 64
3.8.1 Sơ đồ tính: ........................................................................................................... 64
3.8.2 Trường hợp tính toán: ......................................................................................... 64
3.8.3 Kết quả tính toán: ................................................................................................ 64
3.9 Tính toán ứng suất biến dạng với mặt cắt lựa chọn. ...................................... 68
3.9.1 Phương pháp tính toán........................................................................................ 68
3.9.2 Trường hợp tính toán .......................................................................................... 68
3.9.3 Điều kiện vật liệu ................................................................................................ 68
3.9.4 Kết quả tính toán ................................................................................................. 69
3.10 Nhận xét kết quả tính toán. ............................................................................ 75
KẾT LUẬN
……………………………………………………………………………... ........... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................................ 77
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
T
9
3
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
HÌNH VẼ
Hình 1-1: Một số mặt cắt tường kè bằng bê tông ....................................................................... 5
Hình 1-2: Tường kè bằng đá xây ................................................................................................. 6
Hình 1-3: Tường kè sử dụng cừ thép ........................................................................................... 7
Hình 1-4: Mặt cắt điển hình kè Cửa Lò (đoạn tường bê tông trọng lực) ..................................... 8
Hình 1-5:Mặt cắt ngang kè Thiên Cầm – tỉnh Hà Tĩnh .............................................................. 9
Hình 1-6: Thi công gia cố kè Thiên Cầm – tỉnh Hà Tĩnh ............................................................ 9
Hình 1-7: Tường kè Đồ Sơn – Hải Phòng ................................................................................. 10
Hình 1-8: Tường kè ở huyện đảo Lý Sơn .................................................................................. 10
Hình 1-9: Tường kè kết hợp đường giao thông Quảng Ninh .................................................... 11
Hình 1-10: Sóng trùm qua đê trong bão số 7/2005.................................................................... 12
Hình 1-11: Hư hỏng ở tường kè Đồ Sơn - Hải Phòng ............................................................... 13
Hình 1-12: Hư hỏng kè đường Nguyễn Tất Thành (Đà Nẵng) ................................................. 13
Hình 2-1: Sơ đồ mặt cắt ngang một mái dốc ............................................................................. 17
Hình 2-2: Sơ đồ các dạng mặt trượt theo mặt phẳng gãy khúc ................................................. 18
Hình 2-3: Sơ đồ dạng mặt trượt là cung tròn ............................................................................. 18
Hình 2-4: Đường cong quan hệ Cgh = f (φ gh ) ........................................................................... 19
Hình 2-5: Sơ đồ tính toán ổn định theo phương pháp phân mảnh............................................. 21
Hình 2-6: Sơ đồ tính ổn định xem khối đất trượt là vật rắn nguyên khối .................................. 22
Hình 2-7:Mái dốc vô hạn với dòng chảy song song mặt dốc .................................................... 25
Hình 2-8: Các lực tác dụng lên lăng thể ở mái dốc không thoát nước ...................................... 26
Hình 2-9: Các lực tác dụng lên lăng thể ở mái dốc thoát nước ................................................. 27
Hình 2-10: Trượt mặt dốc theo mặt phẳng, cao hữu hạn ........................................................... 28
Hình 2-11: Phương pháp phân mảnh ......................................................................................... 30
Hình 2-12: Sơ đồ tính toán theo phương pháp của W. Fellenius .............................................. 31
Hình 2-13: Sơ đồ tính toán theo phương pháp của W.Bishop ................................................... 32
Hình 2-14: Xử lý đệm cát nền móng công trình. ....................................................................... 41
Hình 2-15:Xử lý nền bằng bấc thấm và đệm cát . ..................................................................... 42
Hình 2-16: Xử lý nền bằng đệm cọc cát. ................................................................................... 44
Hình 3-1: Vị trí khu vực nghiên cứu ......................................................................................... 49
Hình 3-2: Dạng mặt cắt tính toán .............................................................................................. 54
Hình 3-3: Sơ đồ và các tổ hợp tải trọng tác dụng dạng mặt cắt 1.............................................. 55
Hình 3-4: Sơ đồ và các tổ hợp tải trọng tác dụng dạng mặt cắt 2.............................................. 55
Hình 3-5:Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng khi sóng rút ............................................ 57
Hình 3-6: Sơ đồ tính toán kiểm tra ổn định lớp 2 ...................................................................... 63
Hình 3-7. Mô hình tính toán ổn định tường chắn MC 1 ............................................................ 65
Hình 3-8: Miền phân tích ổn định tường kè và các hệ số ổn định MC 1................................... 66
Hình 3-9 :Hệ số ổn định nhỏ nhất k minmin = 1,293 MC 1........................................................... 67
Hình 3-10: Hệ số ổn định nhỏ nhất k minmin = 0,725 MC 2......................................................... 67
Hình 3-11: Sơ đồ lưới phần tử tính toán ứng suất - biến dạng công trình ................................. 70
Hình 3-12: Biến dạng tổng thể .................................................................................................. 70
Hình 3-13: Biến dạng ngang...................................................................................................... 71
Hình 3-14: Biến dạng đứng ....................................................................................................... 71
Hình 3-15: Biến dạng ngang tường kè ...................................................................................... 72
Hình 3-16: Biến dạng đứng tường kè ........................................................................................ 72
Hình 3-17: Lực dọc tường kè .................................................................................................... 73
Hình 3-18: Lực cắt ngang tường kè ........................................................................................... 73
Hình 3-19: Biểu đồ mô men tường kè và bản đáy ..................................................................... 74
Hình 3-20: Mặt trượt tường kè tính toán theo Plaxis................................................................. 74
Hình 3-21: Hệ số ổn định tường kè tính theo phương pháp Plaxis, F s = 1,473 ........................ 75
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
RU
U
R
U
T
9
3
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
RU
U
TU
9
3
RU
U
RU
U
T
9
3
U
RU
U
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
TU
9
3
T
9
3
U
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
TU
9
3
TU
9
3
TU
9
3
TU
9
3
TU
9
3
T
9
3
U
T
9
3
U
T
9
3
U
T
9
3
U
T
9
3
U
R
U
RU
T
9
3
U
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
BẢNG BIỂU
Bảng 3-1. Bảng thông số lực tác dụng lên tường kè dạng mc 1 .......................................... 59
Bảng 3-2. Bảng thông số lực tác dụng lên tường kè dạng mc 2 .......................................... 60
Bảng 3-3. Kết quả tính toán hệ số ổn định lật...................................................................... 61
Bảng 3-4. Kết quả tính toán ứng suất nền ............................................................................ 61
Bảng 3-5. Kết quả tính toán sức chịu tải của nền ................................................................ 62
Bảng 3-6. Bảng kết quả tính toán ổn định trượt tổng thể các phương án kè ....................... 64
Bảng 3-7. Số liệu chỉ tiêu cơ lý đất nền ............................................................................... 68
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
T
9
3
U
TU
9
3
TU
9
3
T
9
3
U
T
9
3
U
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài:
Đê biển là công trình quan trọng góp phần phòng tránh và giảm nhẹ thiên
tai, ổn định đời sống nhân dân, đồng thời góp phần phát triển kinh tế, phát
triển môi trường cảnh quan du lịch. Tuy nhiên công trình đê biển cũng chịu
tác động của nhiều yếu tố: sóng, thủy triều, bãi ngoài bị xói lở hoặc không ổn
định ... do đó yêu cầu cấp thiết cần có giải pháp công trình gia cố bảo vệ các
tuyến đê hữu hiệu.
Ở nước ta, các công trình kè biển được nghiên cứu xây dựng trong điều
kiện, môi trường biển còn khá mới mẻ, chưa có những giải pháp công trình cụ
thể. Thực tế chứng minh một số công trình đã được xây dựng và đảm bảo
được nhiệm vụ đề ra, song cũng có những công trình chưa thực sự hiệu quả.
Đề tài “Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên
nền đất yếu, ứng dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng”
là vấn đề mang tính thực tiễn, khoa học lớn, góp phần giải quyết bài toán kết
cấu và ổn định nền trong thiết kế và thi công các công trình đê biển.
2. Mục đích của Đề tài:
Nghiên cứu hình thức kết cấu cho các dạng kè đê biển ở nước ta.
Nghiên cứu biện pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng kè đê biển.
Ứng dụng thực tế.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Phân tích, tổng hợp và kế thừa các thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu bài
toán động trong cơ học;
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và công cụ máy tính để tìm lời giải
hợp lý.
4. Kết quả dự kiến đạt được:
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
2
Đề xuất một số dạng kết cấu tường kè tối ưu.
Biện pháp xử lý nền cụ thể cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
5. Nội dung luận văn:
Chương I: Tổng quan về các loại kết cấu tường kè - biện pháp xử lý nền
Chương II: Các phương pháp tính toán ổn định, biện pháp xử lý nền công
trình trên nền đất yếu
Chương III: Ứng dụng tính toán cho công trình kè biển đồ sơn - hải phòng
Kết luận và kiến nghị
Danh mục tài liệu tham khảo
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI KẾT CẤU TƯỜNG KÈ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
1.1 Đặc điểm công trình kè biển và công trình bảo vệ bờ nước ta
Việt Nam có bờ biển dài hơn 3000km, lãnh hải và vùng đặc quyền kinh tế
của nước ta gấp 3 lần đất liền, mang lại cho chúng ta nhiều tài nguyên vô giá
nhưng cũng không ít hiểm họa. Dọc theo bờ biển có nhiều cảng biển, khu du
lịch, khu dân cư cần được bảo vệ bằng các công trình đê chắn sóng và ngăn
cát. Do bờ biển dài nên hệ thống đê biển Việt nam cũng dài, nhiều vùng bờ
biển bị xói lở rất cần được gia cố.
Ở nước ta, hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ đóng vai trò cực kỳ
quan trọng trong công việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn
cho các trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trải dài
theo các triền sông, duyên hải từ Bắc chí Nam. Chúng ta đã tích lũy được
nhiều kinh nghiệm trong việc xây dựng và gìn giữ các tuyến đê biển. Lịch sử
đã ghi lại những trận vỡ đê với sức tàn phá ghê gớm, để lại hậu quả nghiêm
trọng. Hiện nay, trong điều kiện đất nước đang công nghiệp hóa, hiện đại hóa,
những yêu cầu về việc bảo vệ các khu dân cư và kinh tế chống lại sự tàn phá
của bão lũ, sóng thần, nước dâng ngày càng trở lên cấp bách. Bên cạnh việc
củng cố, nâng cấp các tuyến đê sẵn có, việc quy hoạch bảo vệ bờ sông, bờ
biển xà xây dựng các hệ thống đê, kè mới đang được đặt ra ở cả 3 miền đất
nước.
Các loại công trình bảo vệ bờ biển ở nước ta:
- Loại công trình chống ngập do thủy triều và nước dâng đối với khu dân
cư, khu kinh tế hoặc vùng khai hoang lấn biển. Loại này chủ yếu là các dạng
đê biển.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
4
- Loại công trình giảm sóng ngăn cát, xây dựng trên vùng bãi trước mục
tiêu bảo vệ. Loại này bao gồm các loại cây rừng ngập mặn, các hệ thống
tường ngăn cát, giảm sóng.
- Loại công trình gia cố bờ trực tiếp chống sự phá hoại của sóng và dòng
chảy. Loại này thường gọi là kè biển.
Trong giới hạn luân văn này, tác giả nghiên cứu, tính toán cho hình thức
công trình bảo vệ bờ là Kè biển.
1.2 Các hình thức và dạng tường kè biển đã được nghiên cứu áp dụng
Phân loại theo vật liệu cấu tạo thì tường kè chống sóng phân làm 2 loại chính:
Tường kè bê tông cốt thép và Tường kè đá xây, ngoài ra còn 1 số loại kết cấu
như Tường kè cừ thép, tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực.
1.2.1 Tường kè bê tông cốt thép
a. Ưu điểm:
- Có độ bền cao, chịu được môi trường nước biển mặn và các tác động
mạnh của sóng, gió, nhiệt độ...
- Cho phép đúc tại chỗ các tấm và khối có kích thước lớn đủ mức đảm
bảo ổn định dưới tác động lớn của sóng và dòng chảy.
- Kết cấu mỏng nhẹ hơn so với tường kè đá xây do dó có thể giảm được
chi phí xử lý nền.
b. Nhược điểm:
- Khi xây dựng tường kè bê tông cốt thép cần sử dụng xi măng bền sunfat,
phụ gia chống xâm thực bở nước biển mặn, đảm bảo tuổi thọ bê tông;
- Chi phí xây dựng cao, do sử dụng các loại vật liệu đắt tiền;
- Cốt thép trong bê tông dễ bị ăn mòn bởi nước biển, đặc biệt khi lớp bê
tông bảo vệ bị hư hỏng.
c. Một số dạng mặt cắt tường kè bê tông cốt thép
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
5
a)
b)
c)
Hình 1-1: Một số mặt cắt tường kè bằng bê tông
1.2.2 Tường kè đá xây
a. Ưu điểm :
- Nguồn cung cấp đá hộc rất dồi dào và phong phú.
- Có độ bền cao, chịu được môi trường nước biển mặn và các tác
động mạnh của sóng, gió, nhiệt độ...
- Dễ sửa chữa, tôn cao
- Tận dụng vật liệu đá sẵn có ở các địa phương giá thành xây dựng thấp
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
6
b. Nhược điểm:
- Với kết cấu đá xây, cá thể các viên đá ở mặt ngoài tường bị sóng và
dòng chảy tác động có thể làm chuyển dịch ra khỏi kết cấu tường kè sẽ ảnh
hưởng đến ổn định của các viên đá lân cận. Sự phá hoại của kè có thể bắt đầu
từ sự mất ổn định của các viên đá cá thể.
c. Một số dạng mặt cắt tường kè đá xây
Hình 1-2: Tường kè bằng đá xây
1.2.3 Tường kè cừ thép
Ưu điểm:
- Có chiều cao lớn , ổn định vững chắc
- Có thể sử dụng trên hầu hết các loại nền (trừ nền đá)
- Có thể tháo dỡ đễ dàng.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
7
- Thi công cơ giới hóa cao đó thời gian thi công nhanh, có thể Hạ cừ
bằng máy chấn rung, máy búa đóng, máy ép thủy lực
- Tiết diện mặt cắt nhỏ, tiết kiệm diện tích
Nhược điểm :
- Thường giá thành đắt do sử dụng vật liệu thép
- Nhanh bi ăn mòn do trong môi trường nước mặn.
- Khi yêu cầu độ bền cao cần sử dụng vật liệu thép chống gỉ, hoặc có
biện pháp bảo vệ vật liệu trong môi trường mặn.
- Khi thi công phải có trình độ cơ giới nhất định
Hình 1-3: Tường kè sử dụng cừ thép
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
8
1.2.4 Một số công trình kè biển đã được áp dụng ở nước ta
1.2.4.1 Kè chống sạt lở kết hợp bến cá nhân dân và san nền khu tái định
cư phường Nghi Tân - Thị xã Cửa Lò – tỉnh Nghệ An
Hình 1-4: Mặt cắt điển hình kè Cửa Lò (đoạn tường bê tông trọng lực)
* Vị trí:
Khu vực Công trình thuộc địa phận Phường Nghi Tân - Thị xã Cửa Lò Tỉnh Nghệ An là vùng bãi dưới chân núi Gươm ven bờ hữu sông Cấm.
* Quy mô công trình:
Xây dựng hệ thống kè bảo vệ từ phía sau cửa ra Ba ra Nghi Quang đến
tuyến kè khu vực cảng Cửa Lò, tổng chiều dài 1.164,0m bao gồm:
+ Đoạn kè lát mái, dài 868.7m.
+ Đoạn kè trọng lực kết hợp bến cá nhân dân dài 295.4m. Kết cấu bằng
bê tông mác 200, chiều rộng đỉnh 0,5m, chiều rộng chân 2,0m, chiều rộng
móng 4,0m, dày 1m. Phía ngoài chân tường gia cố bằng đá hộc thả rối rộng
1,5m, mái m = 2. Bố trí 2 hàng ống nhựa φ110mm thoát nước, khoảng cách
ống phân bố theo chiều dài tường 3m/ống. Cao trình đỉnh kè +4,0, chân tường
-0,6, đáy móng tường -1,7.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
9
1.3 + Đường du lịch kết hợp bến cá: dọc theo chiều dài kè, đất đắp nền
đường đầm chặt K ≥ 0,95 đến cao trình +3,2, rộng 15,0m, mái m = 2,
tạo độ dốc ngang hướng về kè i = 3%. Mặt đường rộng 2,0, kết cấu
bằng bê tông mác 200 đổ tại chỗ, dày 20cm, bố trí các khe lún bằng
giấy dầu tẩm nhựa đường cách nhau 5,0m.
+ Cống thoát nước φ50: 35 cái.
+ Cống tiêu dưới đê: 2 cửa BxH = 1,4x2m, chiều dài cống 22m.
+ Kênh tiêu: B kênh = 5m, H kênh = 2 ÷ 2,6m, chiều dài kênh 78,2m.
San lấp mặt bằng ở phía trong tuyến kè để tạo quỹ đất khu dân cư phục vụ
di dân và tái định cư của phường Nghi Tân.
1.3.1.1 Kè Thiên Cầm – Hà Tĩnh
Hình 1-5: Mặt cắt ngang kè Thiên Cầm – tỉnh Hà Tĩnh
Hình 1-6: Thi công gia cố kè Thiên Cầm – tỉnh Hà Tĩnh
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
10
1.3.1.2 Tường kè Đồ Sơn – Hải Phòng
Hình 1-7: Tường kè Đồ Sơn – Hải Phòng
1.3.1.3 Kè biển huyện đảo Lý Sơn
Hình 1-8: Tường kè ở huyện đảo Lý Sơn
1.3.1.4 Kè phía biển bằng bê tông dự ứng lực dạng thẳng đứng
(thuộc Dự án tuyến đường bao biển Lán Bè – Cột Đồng Quảng Ninh)
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
11
Hình 1-9: Tường kè kết hợp đường giao thông Quảng Ninh
1.4 Nguyên nhân hư hỏng của kết cấu kè bảo vệ bờ biển
1.4.1 Một số thiệt hại do hư hỏng đê, kè biển gây ra
Các cơn bão đổ bộ bờ biển nước ta với sức gió mạnh cấp 9, cấp 10, cấp 11,
cấp 12 và giật trên cấp 12. Bão đổ bộ vào thời điểm triều cường gây nước
dâng cao trên các tuyến đê, sóng tác động mạnh gây sự cố nghiêm trọng về
công trình, trên một số đoạn đê biển sóng đã vượt qua mặt đê tràn nước vào
phía trong.
Trong cơn bão số 2 năm 2005, bão đã gây hư hỏng nặng nhất tại các tuyến
đê biển thuộc địa bàn các huyện Cát Hải, Kiến Thụy và thị xã Đồ Sơn. Tại
Cát Hải đê Hoàng Châu - Văn Chấn từ K5,4 - K7,9 bị vỡ những đoạn còn lại
bị sóng tràn qua gây biến dạng nghiêm trọng và gây ngập lụt khu vực thị trấn
Cát Hải; tại Kiến Thụy và Đồ Sơn đê biển 1 sóng làm mái kè xô sạt tại K12,8
- K13,1, tại K13,5 - K15 mái kè hư hỏng nghiêm trọng, có chỗ mái đê sạt sâu
đến 2m, đê biển khu du lịch bị phá huỷ gần như toàn bộ, đổ tường chắn
sóng... đê biển 2 từ K0,6 - K1 và K8,2 - K8,25 kè đá lát khan bị hư hỏng
nặng.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
12
Bão số 6 (Vicente) đổ bộ vào Hải Phòng ngày 18/9/2005 với sức gió mạnh
cấp 9, giật cấp 10. Sóng lớn, thuỷ triều và nước dâng trong bão đã duy trì trong
thời gian dài từ 10h - 22h. Tại Cát Hải sóng tràn qua đê Văn Chấn gây xô, sạt
nặng đê, kè và tràn nước vào khu dân cư; đê biển 1 tại K14,3 tấm bê tông bị lật,
xói sâu vào trong thân đê, tại K12,8 - K13,1 và K13,7 - K15,0 mái kè bị sóng
đánh hư hỏng nhiều; đê biển 2 sóng làm xô, sạt cục bộ mái kè tại K0,83 - K3,7.
Bão số 7 năm 2005, với sức gió mạnh cấp 11, cấp 12 và giật trên cấp 12 với
sức gió mạnh duy trì trong thời gian dài hơn 12 giờ, kết hợp với thời gian
nước triều cường đã gây nước dâng cao từ trên 1m dọc bờ biển từ Hải Phòng
đến Thanh Hóa. Cơn bão đã gây thiệt hại nặng nề cho các tỉnh ven biển mà
bão tràn qua.
Hình 1-10: Sóng trùm qua đê trong bão số 7/2005
1.4.2 Nguyên nhân hư hỏng
1.4.2.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng và phá hoại chủ yếu của tường kè biển
Sự tác dụng của sóng đối với kè là nguyên nhân trực tiếp và được xem là
nguyên nhân chính gây hư hỏng tường kè. Sóng gây mất ổn định mái dốc.
Sóng vỗ mạnh vào thân kè, chân kè gây sói lở kè dẫn đến hư hỏng
Ảnh hưởng của dòng triều gây nên sự thiếu hụt bồi tích với khối lượng lớn
dẫn đến quá trình bào mòn đáy và xói lở mãnh liệt.
Ảnh hưởng của chế độ Nhật chiều; thủy văn ven bờ biến đổi mạnh.
Do dòng chảy xiết thúc vào mái, chân kè
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
13
Do sự ăn mòn của nước biển theo thời gian làm hư hỏng kết cấu kè.
Do quá trình thiết kế còn nhiều sai lệch: kết cấu tường chưa hợp lý, biện
pháp xử lý nền chưa tốt…
Do quá trình thi công công trình chưa đảm bảo chất lượng: vật liệu kém
chất lượng, thi công không đúng thiết kế…
Do Địa chất đáy lòng dẫn kém thường xuyên bị thay đổi.
Hình 1-11: Hư hỏng ở tường kè Đồ Sơn - Hải Phòng
Hình 1-12: Hư hỏng kè đường Nguyễn Tất Thành (Đà Nẵng)
1.4.2.2 Nguyên nhân vượt tiêu chuẩn thiết kế:
* Gió mạnh
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
14
Bão gây ra gió mạnh cấp 9 đến cấp 12, đặc biệt trong những năm gần đây
gió mạnh giật trên cấp 12. Gió mạnh đã gây ra thiệt hại lớn cho các tỉnh,
thành phố ven biển.
* Sóng:
Xác định chiều cao sóng do bão gây ra ở vùng bờ biển của khu Cát Hải với
các cơn bão đổ bộ trong năm 2005 bằng quan trắc mắt thường, bằng các
camera quay được ta có thể phân tích như sau:
Khi bão vào nếu gặp triều kiệt thì quan trắc thấy rằng cũng chỉ có sóng
đánh lên tới cao trình +3,5 hoặc đến +4 là cùng. Nhưng khi gặp triều cường
như cơn bão số 7 thì sóng đánh cao ở gần bờ và khi gặp mái đê biển sóng cao
4 - 5m kể từ chân công trình, do vậy mới có hiện tượng hàng loạt đê biển hoặc
bờ đất phía sau kè bị gãy hoặc sạt hàng loạt.
Phân tích như vậy khi đưa ra phương án thiết kế để chống chọi được với cơ
chế tổ hợp trong đó có yếu tố sóng.
* Nước biển dâng do bão
Việc xác định mức nước dâng do bão ở vùng Hải Phòng, từ quan trắc của
cơn bão số 2 tại Đồ Sơn và Cát Hải cho thấy, vì nước dâng trong dông lốc cục
bộ như Hải Phòng cả cột sóng cao tới 8 - 10 m từ chân công trình. Trong cơn
bão này đã gặp triều cường.
Qua điều tra tại bờ biển Đồ Sơn và Cát Hải (bão số 2); Tại Hải Hậu (bão số
7), thì khi sóng hất vào các nhà cao tầng cao khoảng 4,2m, nếu trừ đi mực
nước triều thực tế lúc đó thì nước dâng là 2,8m.
Kết luận: Qua thực tế các cơn bão xảy ra trong năm 2005 cho thấy, khi tính
toán và thiết kế đê, kè biển có thể đảm bảo an toàn với bão cấp nhỏ hơn cấp 9
và triều có tần suất 5%, nhưng với sức gió như bão số 2, số 6, số 7 là các trận
bão cấp 10 và trên cấp 10 lại gặp triều cuờng thì đê, kè biển của thành phố
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
15
Hải Phòng, Nam Định, Thanh Hoá bị nước tràn qua mặt và bị phá hoại là điều
không thể tránh khỏi.
1.4.2.3 Các nguyên nhân về thiết kế:
Hiện nay, ở nước ta việc tính toán các đặc trưng sóng gió thiết kế phần lớn
dựa vào qui phạm của Liên Xô cũ. Tuy nhiên, những tài liệu cần thiết cho
thiết kế hoặc rất thiếu hoặc không đồng bộ hoặc không đúng yêu cầu cũng là
nguyên nhân dẫn tới các tính toán chưa đạt như mong muốn. Đối với các công
thức tính toán kinh nghiệm có nhiều hệ số nên độ chính xác phụ thuộc nhiều
vào kinh nghiệm của người tính toán. Do vậy sai khác do hai người cùng tính
cho một vùng có thể rất lớn. Mặt khác, để tránh sự phức tạp khi sử dụng các
công thức lý thuyết với nhiều hệ số, các tác giả xây dựng các biểu đồ phụ trợ
cũng dễ gây ra sai số lớn.
Một số quan niệm trong tính toán chưa phản ánh đúng bản chất của hiện
tượng. Chẳng hạn, khi tính mực nước thiết kế ứng với một tần suất xác định
thường sử dụng phương pháp thống kê mực nước lớn nhất xảy ra hàng năm
tại một trạm triều xác định và dùng một dạng hàm phân bố xác suất để tính ra
mực nước thiết kế. Tuy nhiên, giá trị mực nước đó đã bao gồm cả thuỷ triều
và nước dâng. Quan niệm chưa đúng sẽ dẫn tới trị số tính toán không phản
ánh đúng bản chất vật lý của hiện tượng.
Để khắc phục những hạn chế của việc tính toán trước đây, gần đây qui định
tạm thời về thiết kế đê biển đã được ban hành. Tuy nhiên ở tài liệu mới này
vẫn còn tồn tại một số vấn đề sau:
+ Tuy đã đưa được các tiến bộ khoa học mới nghiên cứu về các đặc
trưng thuỷ hải văn vào để tính toán, nhưng để giảm nhẹ quá trình tính hệ
thống bảng tra hoặc các đồ thị với một quy trình không mấy thuận tiện đã
được đưa ra.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
16
+ Một số khái niệm như đà gió, sóng tại chân công trình, sóng leo tính
theo qui phạm trên chưa thuận lợi và độ chính xác chưa cao.
+ Ảnh hưởng của rừng ngập mặn, tương tác của công trình và đường
bờ, yếu tố hình học mặt cắt công trình cũng chưa được xem xét tới.
Trong khi các vấn đề thảo luận trên đây đã được các nhà khoa học nước
ngoài như Đan Mạch, Hà Lan, Mỹ, Nhật ... nghiên cứu khá chi tiết và đã phát
triển các phần mềm. Các phần mềm đã bao gồm được một biên độ rộng các
nhân tố tác động và phạm vi thay đổi của nó. Việc sử dụng các phần mềm cho
phép xem xét các tổ hợp khác nhau một cách nhanh chóng và giúp người thiết
kế đưa ra nhiều kịch bản giúp cho các nhà ra quyết định lựa chọn dựa trên
điều kiện kinh tế - kỹ thuật và tính quan trọng của từng công trình.
1.5 Nhận xét.
Trong chương này tiến hành nghiên cứu tổng quan về công trình kè biển.
Tóm tắt một số kết quả như sau:
+ Tường kè đê biển là giải pháp có tác dụng lớn trong việc đảm bảo ổn
định lâu dài cho các công trình ven biển; Bảo vệ bờ biển cho các khu vực đê
kè trực diện với biển chống sự xói mòn và phá hoại do sóng biển.
+ Tường kè đa dạng về hình thức, kết cấu, có sự ứng dụng kỹ thuật mới,
tuy nhiên phổ biến áp dụng ở nước ta là kết cấu tường kè bê tông cốt thép và
đá xây. Việc ứng dụng tùy từng điều kiện cụ thể về thủy văn, địa chất, địa
hình, điều kiện thi công… mà áp dụng từng kết cấu tường kè cụ thể hoặc kết
hợp các loại kết cấu để đạt hiệu quả kỹ thuật, kinh tế.
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
17
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH, BIỆN
PHÁP XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
2.1 Khái quát chung về ổn định.
Mái dốc là khối đất có mặt giới hạn là mặt dốc. Mái dốc được hình thành
do tác động tự nhiên ( sườn núi, bờ sông...) hoặc do tác động nhân tạo (taluy,
đất đắp, hố móng, đê, kè...)
Hình 2-1: Sơ đồ mặt cắt ngang một mái dốc
Mái dốc càng thoải thì độ ổn định càng cao, nhưng khối lượng vật liệu đắp
và diện tích mặt bằng chiếm chổ lớn, không hiệu quả kinh tế. Các giả thiết về
mặt trượt như sau:
2.1.1 Các giả thiết
a./. Giả thiết mặt trượt có dạng là mặt phẳng gãy khúc:
Đề tài: Nghiên cứu kết cấu tường kè đê biển xử lý bằng móng nông trên nền đất yếu, ứng
dụng tính toán cho công trình kè biển Đồ Sơn - Hải Phòng
