Nghiên cứu ứng dụng công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực để xử lý ổn định mái cho công trình trên nền đất yếu

LỜI CẢM ƠN
Luận văn "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng
lực để xử lý ổn định mái cho cơng trình trên nền đất yếu" được hồn thành nhờ sự
giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.
Có được thành quả này là nhờ sự truyền thụ kiến thức của các thầy giáo, 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 giáo, cô giáo trong
Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian học tập tại trường cùng sự quan tâm giúp
đỡ của Ban Lãnh đạo Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ - Trường Đại học
Thủy lợi, gia đình, bạn bè đồng nghiệp trong cơng tác và học tập để học viên hoàn
thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Trịnh Minh Thụ,
các thầy giáo, cô giáo trong bộ mơn Địa kỹ thuật cơng trình Trường Đại học Thủy
Lợi đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho luận văn này.
Do còn hạn chế về trình độ chun mơn, cũng như thời gian có hạn, nên q
trình thực hiện luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong muốn tiếp tục nhận
được chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè đồng nghiệp để
hồn thiện hơn nữa kiến thức của mình.
Hà nội, ngày 02 tháng 12 năm 2010

Võ Thanh Bình



1

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU......................................................................................................................7
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................... 7

II. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................ 8

1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài .........................................................................8
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................................8
III. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 8
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC .. 9
1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC........................ 9

1.1.1. Giới thiệu chung ...........................................................................................9
1.1.2. Các tính năng của cơng nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực.............................10
1.1.3. Cấu tạo cừ bản BTCT dự ứng lực ...............................................................10
1.1.4. Kết cấu cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực ...............................................11
1.1.5. Liên kết giữa các tấm cừ bản BTCT dự ứng lực ........................................12
1.1.6. Tiêu chuẩn kỹ thuật của cừ bản BTCT dự ứng lực ....................................12
1.1.7. Các đặc tính kỹ thuật, kích thước tiêu chuẩn của các loại cừ .....................12
1.2. CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC ................... 16

1.2.1. Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực trên thế giới .....................16
1.2.2. Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực ở Việt Nam .....................19
1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI ..................................................................... 22
CHƯƠNG 2 ...............................................................................................................23
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ QUY TRÌNH THI CƠNG CỪ BẢN BÊTƠNG
CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ...................................................................................... 23
2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC ....................... 23

2.1.1. Tài liệu cơ bản và các bước tính tốn .........................................................23
2.1.2. Tính tốn xác định nội lực và chiều dài cừ .................................................23
2.1.3. Trường hợp tường cừ bản khơng có neo ....................................................24
2.1.4. Trường hợp tường cừ bản có neo ...............................................................29

2

2.1.5. Thiết kế cừ bản BTCT dự ứng lực ..............................................................33
2.1.6. Thiết kế thanh neo, bộ phận giữ neo và dầm ốp tường cừ .........................33
2.1.7. Kiểm tra ổn định của tường cừ và đất nền ..................................................35
2.1.8. Kết luận. ......................................................................................................38
2.2 QUY TRÌNH THI CÔNG CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC ................................ 38
CHƯƠNG 3 ...............................................................................................................48
TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DƯL ... 48
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH ........................................................ 48

3.1.1. Vị trí địa lý cơng trình ................................................................................48
3.1.2. Nhiệm vụ và quy mô của dự án ..................................................................49
3.1.3. Đặc điểm địa hình, địa mạo ........................................................................52
3.1.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng thuỷ văn.........................................................52
3.1.5. Đặc điểm địa chất cơng trình ......................................................................58
3.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ VÀ HÌNH THỨC KẾT CẤU........................ 60

3.2.2. Hình thức bố trí cắt ngang tuyến kênh........................................................63
3.2.3. Phân đoạn xử lý nền....................................................................................63
3.3. LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TỐN ........................................................... 66

3.3.1 Giới thiệu mơ hình tính tốn để giải quyết bài toán nghiên cứu .................66
3.3.2 Lựa chọn phần mềm tính tốn .....................................................................67
3.3.3 Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis..........................................................68
3.3.5 Khái qt về mơ hình hóa trong phần mềm Plaxis ......................................78
3.4. TÍNH TỐN ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA NỀN VÀ NỘI LỰC CỦA CỪ BẢN
BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC .................................................................... 78

3.4.1 Số liệu tính tốn ...........................................................................................78
3.4.2 Lựa chọn mặt cắt, trường hợp và sơ đồ tính tốn ........................................80
3.4.3 Các giả thiết, mơ hình và các bước tính tốn Cừ bản BTCT dự ứng lực ....81
3.4.4 Kết quả tính tốn ..........................................................................................83
3.4.4 Tính tốn kết cấu neo kè ..............................................................................90
3.5. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN ............... 93


3

3.5.1 Phân tích, đánh giá kết quả tính tốn ...........................................................93
3.5.2 Nhận xét kết quả tính tốn ...........................................................................93
CHƯƠNG 4 ...............................................................................................................94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 94
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 94

1. Các nội dung đạt được trong luận văn ..............................................................94
2. Những tồn tại và hạn chế ..................................................................................95
4.2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 96
CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN ....................................................................................98


4

THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1 : Sản phẩm cừ bản bê tơng cốt thép dự ứng lực.........................................11
Hình 1-2 : Cấu tạo của vật liệu kín nước tại khớp nối của Cừ..................................12
Hình 1-3 : Kích thước hình học của mặt cắt ngang tại thân và đỉnh các loại cừ .....13

Hình 1-4 : Các đặc trưng hình học của mặt cắt ngang các loại Cừ...........................14
Hình 1-5 : Trọng lượng bản thân của các loại Cừ bản BTCT...................................15
Hình 1-6 : Các thơng số kỹ thuật của các loại Cừ được chế tạo và sản xuất............16
Hình 1-7 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thơng ở Nhật Bản................17
Hình 1-8 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thông ở Nhật Bản................17
Hình 1-9 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thơng ở Nhật Bản................18
Hình 1-10 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng ở Đức........................18
Hình 1-11 : Ứng dụng Cừ làm kè kết hợp chỉnh trang đơ thị ..................................20
Hình 1-12 : Ứng dụng Cừ làm kè bờ biển ...............................................................20
Hình 1-13 : Ứng dụng Cừ làm kè lấn biển ..............................................................21
Hình 1-14 : Ứng dụng Cừ làm cảng cầu tàu cập bến bờ biển..................................21
Hình 1-15 : Ứng dụng Cừ làm tường chắn sóng kết hợp xử lý nền cho đê biển......22
Hình 2-1 : Tường cừ bản khơng neo đóng vào đất cát.......................................... ..24
Hình 2-2 : Sự thay đổi biểu đồ áp lực đất ròng, Sự thay đổi biểu đồ momen.........25
Hình 2-3 : Tường cừ bản khơng neo đóng vào đất sét.............................................28
Hình 2-4 : Tường cừ bản có neo..............................................................................29
Hình 2-5 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất cát...................................30
Hình 2-6 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất sét...................................31
Hình 2-7 : Tường cừ bản có neo đầu ngàm đóng trong đất cát...............................32
Hình 2-8 : Sơ đồ tính chiều dài thanh neo................................................................34
Hình 2-9 : Sơ đồ tính tốn ổn định lật tường cừ.......................................................35
Hình 2-10 : Sơ đồ tính tốn ổn định trượt phẳng tường cừ......................................36
Hình 2-11 : Sơ đồ tính tốn ổn định trượt cung trịn................................................38
Hình 2-12 : Quy trình thi cơng cừ bản BTCT dự ứng lực........................................39
Hình 2-13: Chế tạo cừ bản BTCT dự ứng lực tại nhà máy......................................44
Hình 2-14 : Định vị tuyến cơng trình tại cơng trường..............................................44
Hình 2-15 : Vận chuyển, bốc xếp cừ tại cơng trường..............................................45


5

Hình 2-16: Bắt đầu thi cơng đóng cây cừ đầu tiên tại cơng trường..........................45
Hình 2-17 : Kết thúc thi cơng đóng cây cừ đầu tiên đến cao trình thiết kế. ............46
Hình 2-18 : Thi cơng cừ tại cơng trường (Thi cơng trên cạn)...................................46
Hình 2-19 : Thi cơng cừ tại cơng trường (Thi cơng dưới nước)...............................47
Hình 3-1 : Bản đồ tổng thể khu vực dự án trên mạng google...................................48
Hình 3-2 : Phối cảnh tổng thể khu vực cơng trình đầu mối......................................52
Hình 3-3 : Bố trí mặt cắt ngang đại diện tuyến kênh................................................65
Hình 3-4 : Sơ đồ tính tốn.........................................................................................81
Hình 3-5 : Sơ đồ chia lưới phần tử và điều kiện biên của bài tốn...........................82
Hình 3-6 : Sơ đồ tính tại Bước 1...............................................................................82
Hình 3-7 : Sơ đồ tính tại Bước 2...............................................................................83
Hình 3-8 : Sơ đồ tính tại Bước 3...............................................................................83
Hình 3-9 : Lưới biến dạng tổng thể...........................................................................83
Hình 3-10 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản..............................................................84
Hình 3-11 : Biểu đồ Mơmen của cừ..........................................................................84
Hình 3-12 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định ...............................84
Hình 3-13 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm...............................................85
Hình 3-14 : Đường quan hệ chuyển vị với hệ số ổn định K minmin .............................85
R

R

Hình 3-15 : Sơ đồ tính tốn.......................................................................................86
Hình 3-16 : Lưới biến dạng tổng thể.........................................................................86
Hình 3-17 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản .............................................................87
Hình 3-18 : Biểu đồ Mơmen của cừ..........................................................................87
Hình 3-19 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định................................88
Hình 3-20 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm...............................................88
Hình 3-21 : Đường quan hệ chuyển vị với hệ số ổn định K minmin .............................89

R

R

Hình 3-22 : Mặt bằng bố trí neo cho một đơn ngun tường kè...............................91
Hình 3-23 : Sơ đồ lực tác dụng lên tường neo..........................................................91
Hình 3-24 : Sơ đồ tính tốn.......................................................................................98
Hình 3-25 : Lưới biến dạng tổng thể.........................................................................98
Hình 3-26 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản .............................................................98
Hình 3-27 : Biểu đồ Mơmen của cừ..........................................................................99
Hình 3-28 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định................................99


6

Hình 3-29 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm...............................................99
Hình 3-30 : Sơ đồ tính tốn.....................................................................................100
Hình 3-31 : Lưới biến dạng tổng thể.......................................................................100
Hình 3-32 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản ...........................................................100
Hình 3-33 : Biểu đồ Mơmen của cừ........................................................................101
Hình 3-34 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định..............................101
Hình 3-35 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm.............................................101
Hình 3-36 : Sơ đồ tính tốn.....................................................................................102
Hình 3-37 : Lưới biến dạng tổng thể.......................................................................102
Hình 3-38 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản ...........................................................102
Hình 3-39 : Biểu đồ Mơmen của cừ....................................................................... 103
Hình 3-40 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định..............................103
Hình 3-41 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm.............................................103
Hình 3-42 : Sơ đồ tính tốn.....................................................................................104
Hình 3-43 : Lưới biến dạng tổng thể.......................................................................104

Hình 3-44 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản ...........................................................104
Hình 3-45 : Biểu đồ Mơmen của cừ........................................................................105
Hình 3-46 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định..............................105
Hình 3-47 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm.............................................105
Hình 3-48 : Sơ đồ tính tốn.....................................................................................106
Hình 3-49 : Lưới biến dạng tổng thể.......................................................................106
Hình 3-50 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản ...........................................................106
Hình 3-51 : Biểu đồ Mơmen của cừ........................................................................107
Hình 3-52 : Lưới biến dạng tổng thể của bài tốn tính ổn định..............................107
Hình 3-53 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm.............................................107

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1 : Tổng hợp các thơng số chính của cơng trình..........................................49
Bảng 3-2 : Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất đắp và đất nền.............................................60
Bảng 3-3 : Thơng số tính tốn của Cừ bản BTCT dự ứng lực .................................79
Bảng 3-4 : Giá trị hệ số Rinter áp dụng cho các lớp đất...........................................79
Bảng 3-5 : Bảng tổng hợp kết tính tốn chi tiết cho các mặt cắt..............................89


7

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay khi xây dựng các cơng trình ở vùng đồng bằng nước ta như đồng
bằng sông Hồng, sông Cửu Long và các vùng đồng bằng ven biển Miền Trung
thường gặp các loại trầm tích đất yếu như đất bùn, đất có hàm lượng hữu cơ cao, đất
sét chảy, cát chảy có bề dày lớn. Việc xử lý nền móng rất phức tạp, tốn kém. Chi
phí để xử lý nền móng thường chiếm tỉ lệ cao có lúc chiếm tới 60% giá thành cơng
trình.
Với các cơng trình có diện tích lớn như đường, bãi…vv. Các giải pháp

thường được sử dụng là xử lý bằng bấc thấm, cọc cát, cọc vôi – cát hay cọc Xi
măng đất. Hạn chế của các giải pháp này là : (1) Chiều sâu gia cố hạn chế ; (2) Hiệu
quả thấp trong trường hợp chịu tải trọng lớn (đặc biệt rất kém khi chịu tải trọng
ngang), mực nước ngầm cao ; (3) Thiếu vật liệu thay thế đất yếu do vật liệu tại chỗ
không đảm bảo yêu cầu .v.v..
Trong thiết kế và thi cơng các cơng trình Thủy Lợi ven đê, sông như : Cống
lấy nước, Trạm bơm hay kênh, mương v.v.. Việc ứng dụng các giải pháp xử lý về
kết cấu và xử lý nền cũng gặp nhiều khó khăn do : (1) Cơng trình thường là có tải
trọng lớn ; (2) Đất nền có tính nén lún cao, chiều dày của lớp đất này rất lớn hoặc
đất nền là cát chảy ; (3) Chịu ảnh hưởng trực tiếp của dòng chảy trong mùa lũ.
Xử lý gia cố nền bằng Cừ bản Bê tông cốt thép dự ứng lực còn khá mới mẻ
đối với Việt Nam. Đây là một công nghệ đã được nghiên cứu, phát minh và ứng
dụng nhiều năm qua ở Nhật Bản và trên thế giới mang lại hiệu quả rất to lớn và
được áp dựng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là các ngành giao thơng, thuỷ lợi…v.v.
Chính vì vậy, các chủ đầu tư còn rất phân vân khi quyết định lựa chọn phương án,
mặc dù đã bị thuyết phục bởi các yếu tố khác như : giá thành hạ, tốc độ thi cơng
nhanh, tính thẩm mỹ cao, dễ kiểm sốt chất lượng và khối lượng…v.v.
Do vậy việc nghiên cứu giải pháp xử lý ổn định mái cơng trình bảo vệ bờ có
nền đất yếu bằng cừ bản bê tông cốt thép Dự ứng lực đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật,
kinh tế và thi công phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay là nhu cầu rất thiết
thực và cấp bách.


8

II. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu về hình dạng, đặc tính kỹ thuật, điều kiện ứng dụng, quy trình và
biện pháp thi cơng của cơng trình có sử dụng cơng nghệ Cừ bản bê tơng cốt thép dự
ứng lực.

- Nghiên cứu tính tốn sự làm việc của Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực
trong nền đất yếu.
- Tính tốn ứng suất – biến dạng cho cơng trình cụ thể được xử lý gia cố bằng
Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) theo
mơ hình tính trên máy tính.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu và áp dụng tính tốn thiết kế cụ thể cho cơng trình
là xử lý ổn định mái cho tuyến kênh dẫn của Dự án : Nâng cấp, mở rộng cống Nam
Đàn và hệ thống kênh tại tỉnh Nghệ An.
III. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của cơng nghệ.
- Nghiên cứu phương pháp tính tốn ổn định, ứng suất, biến dạng của cừ bản
bê tông cốt thép dự ứng lực.
- Nghiên cứu phương pháp thi công và các điều kiện ứng dụng.
- Chọn cơng trình cụ thể để mơ hình hóa tính tốn.
- Phân tích, so sánh và đánh giá kết quả đạt được.


9

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
CỪ BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC
1.1.1. Giới thiệu chung
Đất nước ta đang trong quá trình xây dựng và phát triển mạnh mẽ đặc biệt
trong lĩnh vực xây dựng nói chung. Do đó xuất hiện nhiều vấn đề cần có các giải
pháp mới tiên tiến để giải quyết như :
- Hầu hết các thành phố lớn, nhỏ ở nước ta đều có sơng rạch, kênh mương, ao,

hồ... cần định kỳ nạo vét và phải xây bờ kè thì mới chống được sạt lở, tạo mỹ quan
cho thành phố
- Rất nhiều con sông vừa và nhỏ, do nhiều nguyên nhân thường hay sạt lở,
luôn có nhu cầu chỉnh trang, chống sạt lở, nhất là những vùng có đơng dân cư
- Nhiều tỉnh, thành phố có bờ biển bồi có nhu cầu lấn biển ồ ạt, tạo thêm đất
xây dựng bằng cách làm bờ kè rồi bơm cát, hoặc đổ đất đến cao trình cần thiết, sẽ
trở thành đất xây dựng.
- Những tỉnh, thành gần biển có nhu cầu giữ lại nước ngọt, ngăn mặn xâm
nhập, ngăn triều cường làm ngập các khu dân cư... cần phải xây dựng hệ thống đê
và đập với các cửa cống hai chiều để đóng- mở khi cần thiết, kết hợp với một số
trạm bơm dự phòng để bơm nước ra vào những lúc mưa to và triều cường dâng cao.
Với công nghệ truyền thống, khi xây dựng các cơng trình cầu giao thơng, bến
cảng, đê đập, kênh mương, kè sông, kè biển...trên nền đất yếu người ta dùng nhiều
loại kết cấu khác nhau như: tường cừ gỗ, tường cừ thép, tường cừ bê tông cốt thép,
tường cừ hỗn hợp, bờ kè bằng đá hộc... tất cả đều có hiệu quả trong những trường
hợp nhất định, song đối với trường hợp cơng trình có nền là đất yếu đặc biệt là có
hiện tượng cát đùn cát chảy thì các giải pháp trên một là không giải quyết được hai
là cho giá thành quá cao thi công phức tạp thời gian thi công thường kéo dài gây
ảnh hưởng đến sinh hoạt, cuộc sống của nhân dân trong khu vực công trình làm
tăng giá thành cơng trình.


10

Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã nghiên cứu
và phát minh ra công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực với kiểu dáng hình
học có dạng lượn sóng của mặt cắt tiết diện để thay thế các công nghệ truyền thống
trên. Với các tính năng vượt trội cơng nghệ này đã được sử dụng rất rộng rãi và phổ
biến trên thế giới.
1.1.2. Các tính năng của cơng nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực

Cơng nghệ cọc ván BTCT dự ứng lực có nhiều tính năng vượt trội như cường
độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng,
khả năng chịu lực của ván. Do được sản xuất tại cơng xưởng theo quy trình công
nghệ tiên tiến của Nhật Bản nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, giảm thiểu
được khuyết tật, năng suất cao, chủng loại sản phẩm đa dạng, đáp ứng theo nhiều
dạng địa hình và địa chất khác nhau...
Tuổi thọ cơng trình cũng được nâng cao lên, bởi cọc ván BTCT dự ứng lực
được sản xuất từ những vật liệu có cường độ cao, khả năng chịu lực tốt nên giảm
được rất nhiều trọng lượng vật tư cho cơng trình, dễ thay thế cọc mới khi những cọc
cũ gặp sự cố. Hơn nữa, cũng nhờ thép được chống gỉ, chống ăn mịn, khơng bị oxy
hóa trong mơi trường nước mặn cũng như nước phèn, chống được thẩm thấu nhờ sử
dụng bằng vật liệu Vinyl cloride khá bền vững.
Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền
thống, thi cơng nhanh, dễ dàng và chính xác, khơng cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà
lan và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là có thể thi công được. Một ưu
điểm nữa là trong xây dựng nhà cao tầng dùng móng cọc ép ở các thành phố, có thể
dùng cọc ván BTCT dự ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép
cọc, đất khơng bị dồn về những phía có thể gây hư hại những cơng trình kế cận làm
nứt tường, sập đổ…
1.1.3. Cấu tạo cừ bản BTCT dự ứng lực
Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực được cấu tạo từ 2 thành phần chủ yếu là bê
tông và cốt thép. Tùy thuộc vào loại kết cấu và yêu cầu của từng cơng trình có thể
lựa chọn chủng loại phù hợp.


11

-

Thành phần cốt liệu của bê tông gồm :

+ Xi măng : Xi măng Porland đặc biệt cường độ cao.
+ Cốt liệu (cát, đá) : dùng loại tiêu chuẩn kích thước không lớn hơn 20mm.
+ Phụ gia : phụ gia tăng cường độ của bêtơng thuộc nhóm G. Đối với các cơng
trình nằm trong mơi trường mặn có thể dùng thêm phụ gia chống ăn mòn.
+ Nước : Phải là nước sạch khơng có axít và các tạp chất khác.
b. Thép:
+ Thép chịu lực : là thép có cường độ cao thuộc nhóm SD40.
+ Thép tạo ứng suất trong bê tông: Gồm các sợi cáp bằng thép loại SWPR –7B
đường kính 12.7mm – 15.2mm.
1.1.4. Kết cấu cừ bản bê tơng cốt thép dự ứng lực
Theo các kết quả nghiên cứu để tăng khả năng chịu lực kết cấu và hình dáng
được cấu tạo có dạng hình chữ C với chiều rộng của bản cừ là khơng thay đổi
B=996mm cịn các thơng số khác như góc nghiêng của cánh bản, chiều dày và chiều
dài cừ được thiết kế định hình và thay đổi tùy theo u cầu của từng cơng trình nên
người thiết kế có thể dễ dàng lựa chọn được kích thước cừ phù hợp.
Kích thước cơ bản :
+ Chiều rộng cừ bản: 996 mm.
+ Chiều dày: 60-120 mm.
+ Chiều cao: 120-600 mm.
+ Chiều dài: 3-24 m.

Hình 1-1 : Sản phẩm cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực


12

1.1.5. Liên kết giữa các tấm cừ bản BTCT dự ứng lực
Các tấm cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực được liên kết với nhau bằng khớp
nối âm dương tạo thành một liên kết vững chắc. Để đảm bảo điều kiện khít nước,

đặc biết để ngăn chặn triện để khi gặp phải vùng địa chất có hiện tượng cát đùn, cát
chảy giữa khớp nối sử dụng một vật liệu kín nước (Joint) được chế tạo bằng nhựa
tổng hợp có độ bền rất cao. Do bằng nhựa dẻo nên Joint khơng hề gây khó khăn
trong q trình thi cơng.

Hình 1-2 : Cấu tạo của vật liệu kín nước tại khớp nối của Cừ
1.1.6. Tiêu chuẩn kỹ thuật của cừ bản BTCT dự ứng lực
Các thông số kỹ thuật của cừ được quy định theo tiêu chuẩn JISA -5354
(1993) của Ủy ban tiêu chuẩn chất lượng Nhật Bản. Yêu cầu về thông số kỹ thuật
cơ bản của cừ được thể hiện qua cường độ bê tông [R b ] và mômen chống uốn cho
R

R

phép của cừ [M c ].
R

R

+ Cường độ bê tông yêu cầu [R b ] = 650-725 kg/cm2.
R

R

P

P

+ Mômen chống uốn [M c ] : Tùy thuộc từng loại kết cấu cừ.
R

R

1.1.7. Các đặc tính kỹ thuật, kích thước tiêu chuẩn của các loại cừ
Để thuận lợi cho công tác ứng dụng trong thực tế đã nghiên cứu và sản xuất
nhiều loại cừ với các thông số, đặc tính kỹ thuật và hình dạng khác nhau tùy thuộc
vào u cầu của mỗi cơng trình cụ thể.


13

a

b

c

d

h

f

80

198

396

0

60

60

0.0624

78

200

400

0

80

80

0.0829

100

178

356

0

100

100

0.0881

93.8

184.2

368.4

3.7

125

100

0.1085

112.5

155.5

331

37.5

150

100

0.1160

131.3

148.7

293.4

56

175

100

0.1252

97

181

362

97

190

100

0.1243

109

169

338

63

215

100

0.1315

117.3

160.7

321.4

76

230

100

0.1468

130

148

296

93

280

100

0.1598

155

123

246

117

330

100

0.1835

140

138

276

110

380

100

0.1818

150

126

256

125

480

100

0.2078

Hình 1-3 : Kích thước hình học của mặt cắt ngang tại thân và đỉnh các loại Cừ.


14

Chủ
ng loại

H

A

(CM)

(CM2)

Y
Yu(c m )

I
YL(c m )

(c m4)

Z
Zu(c m3)

ZL(c m3)

W-120-1000

12.0

624

6.00

6.00

6912

1152

1152

W-160-1000

16.0

829

8.00

8.00

16350

2044

2044

W-180-1000

18.0

881

9.00

9.00

23547

2616

2616

W-225-1000

22.5

1085

11.25

11.25

45722

4064

4064

W-250-1000

25.0

1160

12.50

12.50

63041

5043

5043

W-275-1000

27.5

1252

13.75

13.75

84100

6117

6117

W-300-1000

30.0

1243

15.00

15.00

106003

7067

7067

W325-AB-1000

32.5

1315

16.25

16.25

134261

8262

8262

W-350-AB-1000

35.0

1468

17.50

17.50

169432

9682

9682

W-400-AB-1000

40.0

1598

20.00

20.00

248685

12434

12434

W-450-AB-1000

45.0

1835

22.50

22.50

353354

15705

15705

W-500-AB-1000

50.0

1818

25.00

25.00

462362

18494

18494

W-600-AB-1000

60.0

2078

30.00

30.00

765907

25530

25530

Hình 1-4 : Các đặc trưng hình học của mặt cắt ngang các loại Cừ.


15

Chủ
ng loại

W-120-1000

W-160-1000

W-180-1000

W-225-1000

W-250-1000

W-275-1000

W-300-1000

Chiề
u dà
i

Trọng lượng

m

t

3.0

Chủ
ng loại

Chiề

u dà
i

Trọng lượng

m

t

0.49

8.0

2.65

3.5

0.57

8.5

2.82

4.0

0.65

9.0

2.98

4.5

0.73

9.5

3.15

5.0

0.80

10.0

3.31

5.5

0.88

11.0

3.64

6.0

0.96

12.0

3.97

6.5

1.04

13.0

4.30

7.0

1.11

14.0

4.63

4.0

0.86

9.0

3.32

4.5

0.97

9.5

3.50

5.0

1.07

10.0

3.69

5.5

1.17

11.0

4.05

6.0

1.28

12.0

4.42

6.5

1.38

13.0

4.79

7.0

1.48

14.0

5.15

7.5

1.59

15.0

5.52

8.0

1.69

4.0

0.92

10.0

4.01

4.5

1.03

11.0

4.41

5.0

1.14

12.0

4.81

5.5

1.25

13.0

5.21

6.0

1.36

14.0

5.61

6.5

1.47

15.0

6.01

7.0

1.58

16.0

6.41

7.5

1.69

8.0

1.80

5.0

1.39

11.0

5.06

5.5

1.53

12.0

5.52

6.0

1.66

13.0

5.97

6.5

1.80

14.0

6.43

7.0

1.93

15.0

6.89

7.5

2.07

16.0

7.35

8.0

2.21

17.0

7.81

8.5

2.34

9.0

2.48

6.0

1.78

13.0

5.92

6.5

1.92

14.0

6.38

7.0

2.07

15.0

6.83

7.5

2.24

16.0

7.29

8.0

2.35

17.0

7.74

8.5

2.50

18.0

8.20

9.0

2.64

19.0

8.65

9.5

2.79

20.0

9.11

10.0

2.93

7.0

2.22

15.0

7.81

7.5

2.38

16.0

8.33

8.0

2.53

17.0

8.84

8.5

2.69

18.0

9.36

9.0

2.85

9.5

W-325-AB-1000

W-350-AB-1000

W-400-AB-1000

W-450-AB-1000

W-500-AB-1000

W-600-AB-1000

19.0

9.88

3.00

20.0

10.40

10.0

3.16

21.0

10.92

11.0

3.47

7.0

2.20

7.5

2.36

8.0

2.51

8.5

2.67

9.0

2.82

9.5

2.98

10.0

3.13

11.0

3.44

12.0

3.76

Hình 1-5 : Trọng lượng bản thân của các loại Cừ bản BTCT


16

Chiề
u dà
i (m)

W-120-1000

120

W-160-1000

160

1.41

60

1.92
80

W-180-1000

180

2.95

W-225-1000

225

4.02

W-250-1000

250

W-275-1000

275

W-300-1000

300

W-325-A-1000

5.73

100

7.53
9.06
110

11.3

325

W-325-B-1000
W350-A-1000

12.7
996

350

W-350-B-1000
W-400-A-1000

16.1
19.1

400

W-400-B-1000
W-450-A-1000

22.3

450

W-450-B-1000
W-500-A-1000

W-600-B-1000

120

25.4
29.4

500

W-500-B-1000
W-600-A-1000

14.8

33.8
37.7

600

47.9
55.4

Hình 1-6 : Các thơng số kỹ thuật của các loại Cừ được chế tạo và sản xuất.
Ghi chú : Mơmen chó phép trong bảng trên là mơmen uốn đảm bảo khơng xảy ra
U

U

vết nứt có bề rộng lớn hơn 0,05mm bất kể phía mặt chịu nén hay chịu kéo của Cừ.
1.2. CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC
1.2.1. Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực trên thế giới

Từ khi Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) phát minh ra loại “cừ BTCT dự
ứng lực” với những tính năng và ưu điểm vượt trội so với các giải pháp truyền
thống cũ giải pháp này đã được sử dụng để xây dựng rất có hiệu quả ở Nhật Bản với
nhiều lĩnh vực trong đó chủ yếu là :
+ Cơng trình đường giao thơng, cầu cảng biển...
+ Kè bảo vệ chống xói lở bờ sơng, biển.
+ Tường chắn sóng, tường hướng dịng...
+ Tường chống thấm trong thân đập, nền cơng trình thủy lợi, đê bao vũng lũ...


17

Hình 1-7 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thơng ở Nhật Bản

Hình 1-8 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thông ở Nhật Bản


18

Hình 1-9 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thơng ở Nhật Bản

Hình 1-10 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng ở Đức


19

1.2.2. Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực ở Việt Nam
Cọc ván BTCT-DUL được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam khoảng năm
1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, làm kênh
dẫn nước giải nhiệt cho nhà máy tuốc bin khí với chiều dài trên 1.000m, chiều rộng

45m, chiều sâu 8,7m – với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự
hướng dẫn trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván BTCTDUL – Tiến sĩ ITOSHIMA Hiện nay kênh này vẫn bền vững và Nhật đã chuyển
giao công nghệ này cho ta.
Hiện nay đặc biệt là vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long và khu vực Nam Bộ là
những vùng có địa hình địa chất rất phức tạp do địa chất nền chủ yếu là loại trầm
tích mềm yếu, khả năng chịu lực kém rất phù hợp để ứng dụng cơng nghệ này. Với
những tính năng ưu việt của mình ở nước ta trong những năm qua cơng nghệ này đã
được ứng dụng rất rộng rãi với tốc độ phát triển nhanh và được áp dụng trên nhiều
lĩnh vực như giao thông, thủy lợi, đê sông, đê, cảng biển.v.v..
Ngay từ khi tiếp cận loại sản phẩm mới này, nhận ra tiềm năng ứng dụng rất
lớn trong xây dựng các cơng trình hạ tầng, Cơng ty C&T đã nghiên cứu chế tạo ứng
dụng cọc ván PC, để từ đây hình thành sự đột phá đem lại giải pháp mới cho các
cơng trình kè bảo vệ bờ, chống sạt lở, các bến sơng, kè biển, các cơng trình thuỷ
lợi...Bước phát triển tiếp theo: Từ năm 2005 – công ty C&T đã liên doanh với tập
đoàn PS.MITSUBISHI đầu tư 01 nhà máy sản xuất Cấu Kiện Bê tơng Đúc Sẵn
trong đó cọc ván PC là sản phẩm chính chủ yếu, đáp ứng nhu cầu ngày càng gia
tăng về sản phẩm này. Đến nay đã có thêm cơng ty Bê tơng 620 Châu Thới mua bản
quyền công nghệ và cũng đã sản xuất loại Cừ thương phẩm này ra thị trường.


20

Hình 1-11 : Ứng dụng Cừ làm kè kết hợp chỉnh trang đơ thị (Long An).

Hình 1-12 : Ứng dụng Cừ làm kè bờ biển (Thị xã Hà Tiên).


21

Hình 1-13 : Ứng dụng Cừ làm kè lấn biển (Nhiệt điện Phú Mỹ).

Hình 1-14 : Ứng dụng Cừ làm cảng cầu tàu cập bến bờ biển.


22

Hình 1-15 : Ứng dụng Cừ làm tường chắn sóng kết hợp xử lý nền cho đê biển.
1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI
Hiện nay cơng nghệ Cừ ván BTCT Dự ứng lực đã được ứng dụng khá rộng
rãi và phổ biến ở nước ta nhưng ngồi những tính năng ưu việt thì cơng nghệ này
vẫn cịn tồn tại một số những nhược điểm mà trong quá trình thiết kế người sử dụng
rất cần phải có sự quan tâm đúng mực để đảm bảo tính an tồn, khả thi và kinh tế
cho phương án chọn.
+ Công nghệ chế tạo phức tạp trong q trình sản xuất địi hỏi phải có dây
chuyền và công nghệ kiểm tra, giám sát chặt chẽ.
+ Thi cơng địi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi cơng hiện đại, máy móc thi
cơng khá cồng kềnh (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực...)
+ Do phải mua bản quyền công nghệ và được sản xuất tại nhà máy do đó
phải vận chuyển đến cơng trình làm cho giá thành Cừ thành phẩm vẫn cịn rất cao.
+ Do cừ có chiều rộng khá lớn (B=996mm) nên khó thi cơng theo đường
cong có bán kính nhỏ.
+ Do mặt cắt ngang cừ có tiết diện khá lớn đối nên với những cơng trình có
địa chất nền mà lớp đất yếu dày lại nằm hơi sâu, phía trên lại là lớp đất cứng cũng
tương đối dày thì vấn đề thi cơng đóng cừ qua lớp đất cứng cũng sẽ gặp rất nhiều
khó khăn và tốn kém.


23

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ QUY TRÌNH THI CƠNG CỪ
BẢN BÊTƠNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC
2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC
2.1.1. Tài liệu cơ bản và các bước tính tốn
Tính tốn thiết kế Cừ bản BTCT dự ứng lực có nhiều phương pháp khác nhau
nhưng đều với một mục đích : Lựa chọn được quy mô cho kết cấu ứng với loại Cừ
bản BTCT phù hợp để vừa đảm bảo điều kiện an toàn, ổn định (chuyển vị, biến
dạng ) vừa phải đảm bảo điều kiện kinh tế cho cơng trình.
Để phục vụ cơng việc tính tốn Cừ bản bê tơng cốt thép dự ứng lực cần các
tài liệu cơ bản sau :
+ Tài liệu khảo sát địa hình, địa chất cơng trình.
+ Tài liệu thủy văn, thủy lực và chế độ dòng chảy tại khu vực cơng trình.
+ Phương án bố trí và kết cấu cơng trình.
+ Các đặc tính kỹ thuật của Cừ bản bê tơng cốt thép dự ứng lực.
Trình tự tính tốn bao gồm những bước cơ bản sau :
- Bước 1: Tổng hợp và tính tốn các số liệu cần thiết phục vụ cho tính tốn
(các chỉ tiêu cơ lý của tài liệu địa chất, thông số kỹ thuật của cừ....).
- Bước 2: Lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính tốn (Tính thủ cơng hay bằng phần
mềm thương mại).
- Bước 3: Tính tốn các giá trị nội lực, biến dạng và chiều dài cừ.
- Bước 4: Phân tích và so sánh các giá trị nội lực, biến dạng với các giá trị cho
phép. Nếu thỏa mãn lựa chọn loại cừ giả thiết làm phương án thiết kế nếu khơng
phải tính lại với phương án cừ khác.
- Bước 5: Thiết kế hệ thống neo, bộ phận giữ neo (Nếu cần phải có).
- Bước 6: Kiểm tra ổn định của cừ và nền.
- Bước 7: Kết luận.
2.1.2. Tính tốn xác định nội lực và chiều dài cừ (Tính thủ cơng)
Theo giáo trình “Cơng trình Bến cảng ”. Việc tính tốn ổn định bản thân
tường cừ bản dựa trên lý thuyết áp lực đất của Coulomn và Rankine. Tường cừ bản