Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền móng các công trình nhà từ 3 đến 5 tầng trên nền đất yếu ven sông hậu thuộc khu vực tp cần thơ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.62 MB, 219 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRƯƠNG PHÚC THỌ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN
MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 5 TẦNG
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU VEN SÔNG HẬU THUỘC KHU
VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ
Chuyên ngành : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
Mã số ngành
: 31.10.02
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2005
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1:
GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:
TS. LÊ BÁ KHÁNH
Cán bộ chấm nhận xét 1:
Cán bộ chấm nhận xét 2:
Luận văn Thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày
tháng
năm 2005
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐAO TẠO SĐH
Tp. HCM, ngày 11 tháng 01 năm 2005
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TRƯƠNG PHÚC THỌ
PHÁI: NAM
NGÀY THÁNG NĂM SINH: 09-7-1977
NƠI SINH: CẦN THƠ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
MÃ SỐ: 00903233
KHÓA: 14 (NĂM 2003 – 2005)
I/-TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN
5 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU VEN SÔNG HẬU THUỘC KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ.
II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1/-NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền móng các công trình nhà từ 3 đến 5 tầng trên đất
yếu ven sông Hậu thuộc khu vực thành phố Cần Thơ.
2/-NỘI DUNG:
PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương 1: Tổng quan về công trình trên đất yếu ven sông Hậu thuộc khu vực TP Cần Thơ.
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN
Chương 2: Nghiên cứu về đất yếu và đất yếu ven sông Hậu thuộc khu vực TP Cần Thơ.
Chương 3: Cấu tạo các giải pháp gia cố nền móng và các giải pháp bảo vệ bờ.
Chương 4: Nghiên cứu giải pháp tính toán về ổn định của nền móng và cọc bản bảo vệ bờ cho
công trình nhà từ 3 đến 5 tầng trong điều kiện nền đất yếu ven sông.
Chương 5: Nghiên cứu giải pháp tính toán về biến dạng của nền móng và cọc bản bảo vệ bờ cho
công trình nhà từ 3 đến 5 tầng trong điều kiện nền đất yếu ven sông.
Chương 6: Ứng dụng kết quả nghiên cứu để tính toán cho công trình thực tế trong điều kiện nền
đất yếu ven sông Hậu thuộc khu vực Thành phố Cần Thơ.
PHẦN III: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 7: Nhận xét, kết luận và kiến nghị.
III/- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV/- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V/- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CB HƯỚNG DẪN 1
CB HƯỚNG DẪN 2
GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG TS. LÊ BÁ KHÁNH
17/01/2005
30/09/2005
GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
TS. LÊ BÁ KHÁNH
CHỦ NHIỆM NGÀNH
BM QL NGÀNH
TS. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày tháng
năm 2005
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
[\
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS.TSKH Lê Bá Lương đã tận
tâm hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đở và động viên tác giả trong suốt thời gian thực
hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức
và kinh nghiệm q giá làm nền tảng cho việc nghiên cứu khoa học cũng như
công tác thực tế sau này:
Û Giáo sư Tiến só khoa học Lê Bá Lương.
Û Tiến só Lê Bá Khánh
Û Giáo sư Tiến só khoa học Nguyễn Văn Thơ.
Û Tiến só Châu Ngọc Ẩn
Û Tiến só Võ Phán
Û Tiến só Lê Bá Vinh
Xin bày tỏ lòng biết ơn với lãnh đạo và tập thể thầy cô Phòng Đào tạo sau
đại học, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tác giả trong suốt khóa học tại trường
Xin bày tỏ lòng biết ơn Thạc só Kiến trúc sư Trần Văn An, Viện trưởng,
cùng với ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Viện Kiến Trúc Quy Hoạch TP Cần
Thơ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian theo học
cao học.
Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn thông cảm và động viên
trong suốt thời gian thực hiện luận vaên.
PROPOSAL
[\
CanTho city is crossed by the Hau River, which has the length more than 70km
and the averaged deepness almost 13m, it is also the most important water way
of MeKong Delta. Therefore, it is very convenient to develop the industrial
zones, tourist and residential areas along the river sides and these islets as like
as Khuong islet, Au islet, Son islet…However, the geological structure in these
zones are very soft, flaccid and complicated; Moreover, It is often threatened
the sustainability of riverside buildings because of occurring of flood and
landslide every September and October annual. Then, It is very necessary to
research about selecting some suitable solutions and calculating stabled
deformation for riverside building as like as the way how to protect the
riverside, the logical distance from building to riverside.
Therefore, the topic:“CASE STUDY of STABILITY AND DEFORMATION
OF FOUNDATIONS for THE 3-5rd FLOORS BUILDINGS ON THE SOFT and
FLACCID SOIL ALONGS THE HAU RIVER, CANTHO CITY” will
concentrate on studying about about soft and flaccid soil of Hau riverside,
CanTho city, at the same time studying about logical solutions and method for
calculating stability and deformation of foundations for the 3-5 floors buildings
which locate on this zone. Next, at once we will study about method for
calculating stability and deformation of retaining wall which protects the
riverside and buildings.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
[\
Sông Hậu đoạn chảy qua Thành phố Cần Thơ dài hơn 70Km là tuyến giao thông
đường thủy quan trọng, với độ sâu trung bình hơn 13m. Do đó dọc theo bờ sông và
các cồn trên sông Hậu như cồn Khương, cồn Ấu, cồn Sơn… rất thuận lợi để phát
triển các khu công nghiệp, du lịch và dân cư. Tuy nhiên, địa chất ở những khu vực
này rất yếu và phức tạp, hơn nữa, hàng năm vào khoảng tháng 9 tháng 10 nước lũ
về gây ngập úng và sạt lở bờ sông, đe dọa sự bền vững của các công trình ven
sông. Vì vậy, việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp nền móng hợp lý và tính toán ổn
định biến dạng cho các công trình nhà ven sông cũng như hình thức kè bảo vệ bờ
sông, khoảng cách hợp lý từ công trình đến bờ sông là rất cần thiết.
Vì thế luận văn “NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN MÓNG
CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 5 TẦNG TRÊN ĐẤT YẾU VEN SÔNG
HẬU THUỘC KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ” sẽ tập trung nghiên cứu về
đặc điểm, tính chất của nền đất yếu ven sông Hậu thuộc khu vực TP. Cần Thơ,
đồng thờiø nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý và phương pháp tính toán ổn định
và biến dạng của nền móng công trình nhà 3 đến 5 tầng ở khu vực này. Bên cạnh
đó cũng đồng thời nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định và biến dạng của bờ
kè bảo vệ bờ sông và công trình.
MỤC LỤC
[\
Nhiệm vụ luận văn Thạc só.
Lời cảm ơn.
Tóm tắt luận văn
PHẦN A: NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
PHẦN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU VEN
SÔNG HẬU THUỘC KHU VỰC TP CẦN THƠ.
1.1 Các sự cố điển hình của các công trình ven sông
1.2 Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp nền móng áp dụng cho công
trình ven sông
1.2.1. Giải pháp móng nông trên nền đất yếu được gia cố bằng cừ tràm
1.2.2. Giải pháp móng sâu: móng cọc BTCT tiết diện nhỏ
1.3 Nghiên cứu các dạng công trình tường chắn bảo vệ bờ sông và công
trình ven sông
1.3.1. Tường trọng lực
1.3.2. Tường bán trọng lực
1.3.3. Tường cọc bản
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU VÀ ĐẤT YẾU VEN SÔNG
HẬU THUỘC KHU VỰC TP CẦN THƠ
2.1 Khái niệm chung về đất yếu
2.1.1 Định nghóa đất yếu
2.1.2 Phân loại đất yếu
2.1.3 Phân bố đất yếu
2.1.4 Các đặc trưng cơ lý của đất sét yếu
2.2 Các đặc điểm cơ bản của đất yếu
2.2.1 Thành phần hạt và thành phần khoáng
2.2.2 Nước trong đất
2.2.3 Tính dẻo
2.2.4 Độ bền kết cấu
2.2.5 Biến dạng
2.2.6 Sức chống cắt
2.2.7 Tính lưu biến
2.3 Khái quát về đất yếu đồng bằng sông cửu long và đất yếu ven sông
Hậu thuộc khu vực Tp. Cần Thơ
2.3.1 Đặc điểm địa chất công trình của khu vực đồng bằng sông Cửu
Long
2.3.2 Đặc trưng cơ lý của đất nền ở đồng bằng sông Cửu Long
2.3.3 Các đặc điểm cơ bản của đất yếu ven sông hậu thuộc khu vực Tp
Cần Thơ
1
3
4
6
7
8
9
9
10
10
12
12
12
13
14
14
14
15
16
17
17
18
18
19
19
22
23
2.4 Một số mặt cắt địa chất công trình tiêu biểu cho khu vực ven sông
Hậu thuộc Tp. Cần Thơ
2.4.1 Cơ sở lý thuyết thống kê các chỉ tiêu cơ lý của đất nền
2.4.2 Thống kê các chỉ tiêu cơ lý của một số mặt cắt địa chất tiêu biểu
của nền đất yếu ven sông hậu thuộc khu vực Tp. Cần Thơ
2.5 Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số nén cc và hệ số cố kết Cv
2.5.1 Xác định hệ số cố kết CV
2.5.2 Xác định chỉ số nén Cc
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO HP LÝ VỀ XỬ
LÝ NỀN MÓNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ CHO CÔNG
TRÌNH 3 – 5 TẦNG VEN SÔNG HẬU THUỘC KHU VỰC TP CẦN
THƠ
3.1 Lựa chọn giải pháp nền móng cho công trình 3 đến 5 tầng trên đất
yếu ven sông hậu thuộc khu vực Tp Cần Thơ
3.1.1 Giải pháp vắt ép nước ra khỏi đất sử dụng các đường thoát nước
đứng chế tạo sẳn (bấc thấm) kết hợp với gia tải trước
3.1.2 Giải pháp cọc đất trộn vôi xi măng
3.1.3 Giải pháp gia cố nền đất yếu sử dụng cừ tràm
3.1.4 Giải pháp móng trên nền cọc btct tiết diện nhỏ
3.1.5 Phương án móng chọn cho công trình nhà 3 đến 5 tầng trên nền đất
yếu ven sông hậu thuộc khu vực Thành phố Cần Thơ
3.2 Cấu tạo các giải pháp móng chọn
3.2.1 Cấu tạo giải pháp gia nền đất yếu cho công trình nhà đến 3 tầng
bằng hệ cừ tràm
3.2.2 Cấu tạo phương án xử lý nền đất yếu dưới công trình nhà đến 5
tầng bằng giải pháp cọc btct tiết diện nhỏ (b<35cm)
3.3 Lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông
3.3.1 Tường bán trọng lực
3.3.2 Tường cọc bản
3.3.3 Cấu tạo các giải pháp kè bảo vệ bờ chọn cho công trình nhà 3 đến
5 tầng trên nền đất yếu ven sông hậu thuộc khu vực thành phố Cần
Thơ
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN MÓNG
VÀ TƯỜNG CỌC BẢN BẢO VỆ CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 5
TẦNG TRÊN ĐẤT YẾU VEN SÔNG
4.1 Tính toán sức chịu tải của nền đất bên dưới công trình nhà 3 đến 5
tầng
4.1.1 Phương pháp tính toán dựa trên mức độ phát triển của vùng biến
dạng dẻo trong nền
4.1.2 Phương pháp dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn điểm
4.1.3 Công thức sức chịu tải có xét đến ảnh hưởng của dạng móng, chiều
sâu chôn móng và độ nghiêng của tải tác động
24
24
27
30
30
31
36
36
37
37
38
39
39
39
42
51
51
52
54
57
57
58
59
4.1.4 Phương pháp tính dựa trên giả thuyết mặt trượt phẳng
61
4.2 Tính toán ổn định của móng trên nền gia cố cừ tràm
62
4.2.1 Xác định phạm vi nén chặt đất yếu của một cừ tràm
62
4.2.2 Xác định số lượng cừ tràm trong trường hợp nền đất yếu có hệ số
thấm lụựn K> 0.1 ì 10 6 ữ 9.9 ì 10 −6 cm/s
62
4.2.3 Xác định số lượng cừ tràm trong trường hợp nền đất yếu có hệ số
thấm b K< 0.1 × 10 −7 ÷ 9.9 × 10 −7 cm/s
64
4.2.4 Tính toán móng trên nền gia cố cừ tràm
66
4.3 Giải pháp móng cọc
68
4.3.1 Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu
68
4.3.2 Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất
nền theo qui phạm 205-1998
68
4.3.3 Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
theo qui phạm 205-1998
69
4.3.4 Tính toán độ lún của móng cọc theo tcvn 205:1998
70
4.4 Áp lực đất lên tường chắn
71
4.4.1 Các loại áp lực đất
71
4.4.2 Áp lực đất tónh
72
4.4.3 Thuyết áp lực đất của Coulomb
73
4.4.4 Áp lực ngang tác dụng lên tường chắn do tải trọng phụ (công trình
nhà 3 – 5 tầng)
75
4.5 Nghiên cứu tính toán các pp tính toán ổn định tường cọc bản
77
4.5.1 Tính toán tường cọc bản có neo theo phương hướng giải tích dựa
trên lý thuyết Coulomb và Rankine
78
4.5.2 Các giải pháp giải tích tính neo cho tường cọc bản theo phương
hướng giải tích
85
4.5.3 Nghiên cứu đánh giá ổn định tổng thể cho cả hệ gồm tường cọc bản
và khối đất sau lưng tường (có công trình 3 đến 5 tầng)
88
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VỀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN
MÓNG VÀ TƯỜNG CỌC BẢN BẢO VỆ BỜ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ
TỪ 3 ĐẾN 5 TẦNG TRÊN ĐẤT YẾU VEN SÔNG
5.1 Nghiên cứu tính toán biến dạng theo phương đứng của nhà 3 đến 5
tầng trên đất yếu
94
5.1.1 Độ lún theo phương đứng do hiện tượng cố kết thứ 1
94
5.1.2 Độ lún không thoát nước hay độ lún tức thời do biến dạng đàn hồi 97
5.1.3 Độ lún theo phương đứng do hiện tượng cố kết thứ 2 (từ biến) do
ứng suất pháp
99
5.1.4 Độ lún theo phương đứng do hiện tượng từ biến do ứng suất cắt τ
theo phương ngang (từ biến ra sông)
103
5.2 Nghiên cứu tính toán biến dạng theo phương ngang của nhà 3-5 tầng
trên đất yếu
108
5.3 Nghiên cứu tính toán độ lún theo thời gian dựa vào sự biến đổi độ ẩm
– độ chặt của đất nền
108
CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỰC
TẾ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU VEN SÔNG HẬU THUỘC KHU VỰC TP
CẦN THƠ
6.1 Địa chất công trình.
112
6.2 Cấu tạo.
113
6.2.1 Tải trọng công trình
113
6.2.2 Giải pháp nền móng cho công trình
113
6.2.3 Cấu tạo giải pháp bờ kè bảo vệ cho công trình
114
6.3 Tính toán nền gia cố cừ tràm dưới móng công trình
115
6.3.1 Tính toán khả năng chịu tải nền đất yếu được gia cố bằng cừ tràm
dưới móng công trình.
115
6.3.2 Tính toán biến dạng từ biến do ứng suất pháp tuến σ và do ứng
124
suất tuyếp tuyến τ
6.4 Tính toán tường cọc bản bảo vệ bờ theo lý thuyết Coulomb
129
6.4.1 Vẽ biểu đồ các áp lực ngang tác dụng lên tường
129
6.4.2 Xác định chiều sâu chôn cọc
136
6.4.3 Xác định momen cực đại và kích thước cọc bản.
137
6.4.4 Xác định lực neo
138
6.4.5 So sánh kết quả tính toán với chương trình Prosheet
138
6.4.6 Xác định khoảng cách hợp lý từ công trình đến bờ kè
144
6.4.7 Sử dụng chương trình Geo-Slope/w để kiểm tra hệ số ổn định tổng
thể của cả hệ thống gồm cọc bản và công trình
144
PHẦN III: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 7: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Các nhận xét và kết luận
146
7.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo
149
Luận văn Thạc só
-1-
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:
Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm Đồng bằng sông Cửu Long, phía
Tây sông Hậu, phía Bắc giáp An Giang, phía Nam giáp Hậu Giang, phía Tây
giáp Kiên Giang, phía Đông giáp Vónh Long và Đồng Tháp. TP Cần Thơ nằm
bên bờ sông Hậu, một bộ phận của sông Mê-kông chảy qua 6 quốc gia, đặc
biệt là phần trung và hạ lưu chảy qua Lào, Thái Lan và Cam-pu-chia. Các tàu
có tải trọng lớn (trên 1.000 tấn) có thể đi các nước và đến TP Cần Thơ dễ dàng.
Ngoài ra, tuyến Cần Thơ – Xà No – Cái Tư, là cầu nối quan trọng giữa
TP.Hồ Chí Minh, tỉnh Hậu Giang và Cà Mau. Với các điều kiện thuận lợi như
vậy và các cơ sở hạ tầng hiện có TP.Cần Thơ được quy họach thành trung tâm
động lực phát triển của vùng Tây Nam Bộ.
Luận văn Thạc só
-2-
Sông Hậu đoạn chảy qua Thành phố Cần Thơ dài hơn 70Km là tuyến
giao thông đường thủy quan trọng, với độ sâu trung bình hơn 13m. Cần Thơ có
hai cảng lớn trên sông Hậu là cảng Cần Thơ và cảng Cái Cui. Do đó dọc theo
bờ sông và các cồn trên sông Hậu như cồn Khương, cồn Ấu, cồn Sơn… rất
thuận lợi để phát triển các khu công nghiệp, du lịch và dân cư. Tuy nhiên hằng
năm vào mùa lũ, khoảng tháng 9 tháng 10, các vùng phía Bắc và đông Bắc
(tiếp giáp với Đồng Tháp và An Giang) bị ngập úng với độ sâu trên dưới 1m.
Nước lũ còn làm sạt lở bờ sông, đe dọa sự bền vững của các công trình ven
sông. Hư hỏng, sạt lở bờ sông thực sự là một trở ngại lớn cho việc phát triển
của Thành phố Cần Thơ nói riêng và cả Đồng bằng sông Cửu Long nói chung.
Hơn nữa, đất ở các khu vực ven sông Hậu là đất rất yếu với chiều dày lớp bùn
sét lớn (40-50m) nên các công trình xây dựng ở khu vực này phải rất chú trọng
đến vấn đề nền móng, kinh phí cho việc xử lý nền móng chiếm tỷ trọng khá
cao trong toàn bộ kinh phí của công trình (30% đến 40%).
Do đó, trong phạm vi đề tài “Nghiên cứu ổn định và biến dạng của nền
móng các công trình nhà từ 3 đến 5 tầng trên nền đất yếu ven sông Hậu thuộc
khu vực thành phố Cần Thơ” là một nhu cầu bức thiết xuất phát từ thực tế
nhằm giải quyết việc xây dựng các công trình ở ven sông Hậu phục vụ cho
mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội của TP. Cần Thơ. Đây là một bài toán thực
tế cần được nghiên cứu để có thể giải quyết vấn đề kinh tế, mỹ thuật, chất
lượng của các công trình ven sông. Hơn nữa, do chiều dày tầng đất yếu quá
lớn, nên đối với các công trình tải trọng nhỏ và vừa việc sử dụng giải pháp
móng cọc đôi khi là không hợp lý do kinh phí cao mà sức chịu tải lại nhỏ và khi
bờ sông bị sụp lở, áp lực đất tác dụng lên các cọc có thể làm ảnh hưởng đến độ
ổn định của công trình. Nhưng nếu sử dụng các giải pháp móng nông kết hợp
Luận văn Thạc só
-3-
với các biện pháp gia cố nền đất thì vấn đề ổn định và biến dạng của nền và
móng là vấn đề cần quan tâm đặc biệt và vẫn chưa đựơc nghiên cứu đầy đủ. Vì
vậy các vấn đề mà đề tài sẽ tập trung nghiên cứu là ổn định và biến dạng của
nền móng các công trình nhà 3 đến 5 tầng khi xây dựng trên nền đất yếu ven
sông Hậu và biện pháp bảo vệ bờ bờ sông dưới ảnh hưởng của tải trọng công
trình.
2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:
-Do chiều dài sông Hậu đoạn chảy qua TP Cần Thơ là hơn 70km nên chỉ đặc
biệt nghiên cứu những đặc tính địa chất mang tính đặc trưng của khu vực.
-Nghiên cứu về ổn định và biến dạng của nền móng. Phạm vi ảnh hưởng của
các công trình đến bờ sông.
-Nghiên cứu biện pháp bảo vệ bờ bằng tường cọc bản, các dạng tường chắn
khác chỉ nghiên cứu cấu tạo.
-Chưa xét đến ảnh hưởng của tải trọng động tác dụng lên công trình và cọc
bản.
3. PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI:
• Nghiên cứu về ổn định của nền móng các công trình trên đất yếu ven
sông.
• Nghiên cứu về biến dạng của nền móng các công trình trên đất yếu ven
sông.
• Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của công trình đến bờ sông.
• Nghiên cứu cấu tạo, ổn định và biến dạng của giải pháp bảo vệ bờ bằng
hệ tường cọc bản.
Luận văn Thạc só
-4-
CHƯƠNG 1:
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG
TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU VEN SÔNG HẬU
1.1 CÁC SỰ CỐ ĐIỂN HÌNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG:
-Sập đổ bờ kè chợ Phụng Hiệp:
Chợ Ngã Bảy, Huyện Phụng Hiệp, Tỉnh Hậu Giang (Cần Thơ cũ)
nằm dọc ngay cạnh theo bờ sông, được bảo vệ bằng bờ kè BTCT bán
trọng lực trên nền cọc CTCT. Do ảnh hưởng xói ngầm của dòng chảy và
tải trọng các công trình nhà bên trong đã làm bờ kè bị sập, vênh ra sông.
Hình 1-1: Hư hỏng bờ kè chợ Phụng Hiệp
Luận văn Thạc só
-5-
-Khu vực bến phà Hậu Giang, bến Cái Vồn:
Bờ sông bị sạt lở nghiêm trọng do dòng chảy mạnh tạo ra các xoáy
ngầm. Nhiều giải pháp bờ kè khác nhau đã được sử dụng như tường
trọng lực, bán trọng lực, cọc cừ thép không neo… nhưng đều bị hư hỏng
đe dọa sự an toàn của bến phà và công trình bên trong. Hiện nay phải
sử dụng tường cọc bản thép có neo để bảo vệ bờ và các công trình bên
trong.
Hình 1-2: Tường cọc bản thép bảo vệ bến phà Hậu Giang
-Cồn Khương, cồn Ấu, cồn Sơn trên sông Hậu, TP. Cần Thơ:
Sạt lở nghiêm trọng do lũ và do ảnh hưởng bởi sự thay đổi dòng chảy
do hiện tượng khai thác cát quá mức gây ra. Các giải pháp bờ kè trọng
lực và bán trọng lực đã được sử dụng nhưng đều thất bại. Nguyên do là
dòng chảy xiết của nước đã tạo thành các xói ngầm làm sụp lở bờ sông
Luận văn Thạc só
-6-
và làm mất ổn định các hình thức bờ kè trọng lực và bán trọng lực đã sử
dụng. Đây là các khu qui họach mới của Thành phố Cần Thơ, vì vậy nếu
không có giải pháp bảo vệ bờ sông thích hợp thì tình hình sạt lở có thể
đe dọa các công trình dự kiến sẽ được xây dựng theo qui họach.
1.2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG ÁP
DỤNG CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG.
Hình 1-3: Bản đồ khu trung tâm Tp. Cần Thơ
Dọc theo sông Hậu thuộc khu vực Thành phố Cần Thơ là các công trình
nhà ở, kho xăng dầu, nhà máy chế biến lương thực, kho lúa gạo… Trong đó
các công trình nhà thường có qui mô từ 3 đến 5 tầng như các dãy phố liên
Luận văn Thạc só
-7-
kế, các dãy biệt thự dọc theo bờ rạch Khai Luông, cồn Khương, trường
năng khiếu nghiệp vụ TDTD Tp. Cần Thơ, Nhà nghỉ Công đoàn Tp. Cần
Thơ… trên cồn Cái khế dọc theo sông Hậu.
Đối với các công trình xây dựng ven sông mà vùng hoạt động về ứng
suất hoặc biến dạng lớn hơn khoảng cách từ công trình đến bờ sông thì nền
đất phải được coi là nền bán không gian hữu hạn với giới hạn là mái dốc
của bờ sông.
Do đặc điểm nền đất yếu ven sông nên trong nền đất thường xuất hiện
nước ngầm có áp nên không thể áp dụng các giải pháp giếng cát kết hợp với
gia tải trước, giải pháp đệm cát, cọc cát để gia cố nền đất yếu trước khi đặt
móng công trình. Vì vậy, các giải pháp nền và móng thường được sử dụng là
móng nông trên nền gia cố cừ tràm và móng trên nền cọc BTCT tiết diện nhỏ.
1.2.1.
GIẢI PHÁP MÓNG NÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ĐƯC GIA CỐ
BẰNG CỪ TRÀM.
a/- Tác dụng của cừ tràm trong đất sét yếu:
-Làm cho đất yếu bị nén chặt với mức độ nhất định.
-Khả năng bám dính của đất sét yếu vào xung quanh cừ tràm.
-Chống chuyển dịch ngang của đất sét yếu.
b/- Phạm vi áp dụng:
Với địa chất ven sông Hậu thuộc khu vực Tp. Cần Thơ thường có
lớp đất yếu có chiều dày >20m nên cừ tràm sử dụng ở đây sẽ treo
trong đất yếu. Vì thế đặt móng trên nền đất yếu gia cố bằng cừ tràm
chỉ có thể chịu được tải trọng công trình nhà đến 3 tầng khi sử dụng
móng băng và 4 tầng khi sử dụng móng bè.
Luận văn Thạc só
-8-
c/- Ưu điểm:
-Thi công đơn giản.
-Giá thành thấp.
d/-Nhược điểm:
-Độ lún lớn và nhiều khả năng xảy ra lún lệnh nếu phân phối ứng
suất đáy móng không hợp lý dẫn đến nhiều sự cố cho công trình như
nghiêng, nút nẻ…
-Khi lún thường gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
1.2.2.
GIẢI PHÁP MÓNG SÂU: MÓNG CỌC BTCT TIẾT DIỆN NHỎ.
a/-Tác dụng:
Truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất tốt sâu bên dưới
thông qua sức chống ở mũi và mà sát của đất ở xung quanh cọc.
b/-Phạm vi áp dụng:
Móng cọc BTCT tiết diện nhỏ thường được áp dụng khi các giải
pháp móng nông không còn thích hợp cho công trình, hoặc do tải
trọng quá lớn hoặc do lớp đất yếu bên trên quá yếu. Các công trình
nhà từ 4 đến 5 tầng thường phải sử dụng giải pháp móng cọc.
c/-Ưu điểm:
-Không chỉ có khả năng khắc phục hoặc hạn chế được biến dạng lún
có trị số quá lớn hoặc biến dạng không đồng đều của nền đất mà còn
có thể đảm bảo ổn định cho công trình khi chịu tải trọng ngang.
-Giảm bớt khối lượng vật liệu xây móng, khối lượng đất cần đào đắp.
-Không phụ thuộc vào thời tiết, có thể cơ giới hóa trong chế tạo và
thi công cọc, đẩy nhanh tiến độ thi công.
Luận văn Thạc só
-9-
d/-Nhược điểm:
Do tầng đất yếu dày nên phải sử dụng cọc dài, có tiết diện lớn
mà sức chịu tải lại không được cao nên phải sử dụng nhiều cọc, dẫn
đến giá thành cao.
1.3 NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH TƯỜNG CHẮN BẢO VỆ
BỜ SÔNG VÀ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG
1.3.1 TƯỜNG TRỌNG LỰC:
a/-Tác dụng:
Tường trọng lực dựa vào trọng lượng bản thân tường để tạo ra sự
ổn định cho tường và đất sau lưng tường. Áp lực ngang của đất và
nước cũng như tải trọng của công trình sau lưng tường được cân bằng
bởi tải trọng này.
b/-Phân loại:
Tường trọng lực thường được làm bằng khối bê tông (lắp ghép
hoặc đổ tại chỗ), đá hộc, gạch hoặc rọ đá xếp chồng và liên kết với
nhau.
c/-Ưu điểm:
Ưu điểm lớn nhất của tường trọng lực là dễ thi công và giá thành
thấp.
d/-Nhược điểm:
-Tường trọng lực có trọng lượng lớn nên dễ lún và mất ốn định tổng
thể khi đặt trên đất yếu, vì vậy phải kết hợp với xử lý nền đất yếu
bằng cừ tràm hoặc cọc BTCT tốn kém.
-Cũng vì trọng lượng lớn nên thường chỉ đặt nông và có chiều cao
hạn chế.
Luận văn Thạc só
-10-
-Khả năng chống xói lở kém, hầu như chỉ có tác dụng chống xói mòn
mặt bên do sóng và dòng chảy.
1.3.2 TƯỜNG BÁN TRỌNG LỰC:
-
Trong điều kiện nền đất yếu không thể xây dựng các tường chắn
trọng lực có chiều cao cần thiết thì có thể sử dụng tường bán trọng
lực để bảo vệ bờ sông và công trình.
-
Tường bán trọng lực là sự kết hợp giữa tường BTCT và bản thân
đất sau lưng tường để tiết kiệm khối lượng bê tông và làm tăng khả
năng chống cắt và chống lật cho tường bằng cách cấu tạo các sườn
hoặc gia cường thêm cốt thép ở những vị trí chịu kéo.
1.3.3 TƯỜNG CỌC BẢN:
a/-Tác dụng:
Do có chiều dài lớn, cắm sâu vào nền đất, tường cọc bản có khả
năng chịu được tải trọng ngang lớn, chống xói lở bờ sông và ngay cả
chống xói lở ở đáy sông. Thường được sử dụng để bảo vệ các công
trình quan trọng, cac khu thương mại, dân cư đông đúc.
b/-Phân loại theo vật việu:
-Tường cọc bản bằng thép.
-Tường cọc bản bằng BTCT.
c/-Phân loại theo hình thức neo:
-Hệ tường cọc bản có neo.
-Hệ tường cọc bản không có neo.
d/-Nhược điểm:
Giá thành cao, đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp và kỹ thuật thi công
cao.
Luận văn Thạc só
-11CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU VÀ ĐẤT YẾU VEN
SÔNG HẬU THUỘC KHU CỰC TP CẦN THƠ
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT YẾU.
2.1.1 ĐỊNH NGHĨA ĐẤT YẾU.
Đất yếu là các loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng
0.5kg/cm2 đến 1.0kg/cm2), có tính nén lớn, hầu như bão hòa nước, có
hệ số rỗng e lớn (e>1), mun biến dạng thấp (Eo<5kg/cm2), lực chống
cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp gia cố, xử lý đúng đắn thì việc
xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể
thực hiện được.
Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều
kiện lục địa, vũng vịnh hoặc biển.
Đất yếu có nguồn gốc lục địa: Có thể là tàn tích, sườn tích, bồi
tích do do gió, nước, do lũ bùn đá, do con người gây ra…
Đất yếu có nguồn gốc vũng vịnh: Có thể thành tạo ở cửa sông,
tam giác châu thổ hoặc vịnh biển.
Đất yếu có nguồn gốc biển: Có thể thành tạo ở khu vực nước
nông, thềm lục địa hoặc khu vực biển sâu.
2.1.2 PHÂN LOẠI ĐẤT YẾU.
Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị
trí trong không gian, điều kiện địa lý, khí hậu… mà tồn tại các loại đất yếu
khác nhau:
Luận văn Thạc só
-12-
Các loại đất dính (á cát, á sét, sét) ở trạng thái mềm, bão hòa
nước thuộc các giai đọan đầu của quá trình hình thành đá sét.
Đây chính là dạng đất yếu phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long.
Các loại cát hạt mịn, cát bụi ở trạng thái rời, bão hòa nước.
Các loại đất bùn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than
mùn hóa…
Các loại đất có tính lún ướt như đất đỏ bazan, có hệ số rỗng lớn,
khi chuyển từ trạng thái khô sang trạng thái bão hòa nước sức
chống cắt giảm nhỏ đi rất nhiều.
Các loại trầm tích aluvi, đất tàn tích, sườn tàn tích có nguồn gốc
từ đá granite, cát bột kết, sét kết… có hàm lượng khoáng vật
Montmorinolite cao nên dễ bị trương nở khi thấm nước (sự tăng
thể tích trong quá trình ướt nước).
2.1.3 PHÂN BỐ ĐẤT YẾU.
Các sản phẩm do phân hóa đá gốc, đất các loại ở đầu nguồn được
nước suối, sông ngòi vận chuyển và trầm tích lại thành đất yếu,
nên dọc theo các dòng sông lớn, đặc biệt vùng châu thổ và cửa
biển thường có các vóa đất yếu có chiều dày tăng dần theo hướng
ra cửa biển, cửa sông.
Vùng châu thổ các sông là môi trường trầm tích mạnh, đồng bộ
nên đã hình thành nhiều vóa đất sét mềm yếu, đây chính là các
loại đất yếu tiêu biểu ở Đồng bằng sông Cửu Long.
Luận văn Thạc só
-13-
2.1.4 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT SÉT YẾU.
Tên thường gặp của đất sét yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long:
Bùn sét lẫn hữu cơ, có xác xây mục, màu xanh đen, trạng thái
nhão.
Các đặc trưng vật lý cơ bản:
• Độ ẩm thiên nhiên:
W=60% – 80%.
• Hệ số rỗng thiên nhiên: e=1.4 – 2.2
• Dung trọng thiên nhiên: γ w =1.5 – 1.6kg/cm3
Các đặc trưng cơ học:
• Lực dính:
c=0.05 – 0.06kg/cm2.
• Gón ma sát trong:
ϕ =4o – 5o
• Môđun tổng biến dạng: Eo=4 – 7kg/cm2.
2.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU
2.2.1 THÀNH PHẦN HẠT VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG:
Đất sét yếu được cấu tạo bởi hai thành phần hạt chủ yếu: hạt rắn thô
(có kích thước hạt d>0,005mm) và hạt sét (có kích thước hạt
d<0.005mm) được hình thành trong quá trình phong hóa. Trong thành
phần hạt sét chiếm tỷ lệ lớn.
Đất sét yếu được cấu tạo bởi 3 khoáng chính là: Kaolinite,
Montmorillonite và Illite. Trong đó thành phần Montmorillonite là thành
phần khoáng có ảnh hưởng lớn nhất đến tính chất cơ lý của đất sét yếu.
Thành phần khoáng này có hoạt tính bề mặt rất mạnh do tổng diện tích
mặt ngoài trên một đơn vị thể tích là rất lớn dẫn đến trường lực hút tónh
điện rất mạnh làm cho đất sét yếu có khả năng mang tải nhỏ và có tính
biến dạng lớn, nhất là biến dạng theo thời gian.
Luận văn Thạc só
-14-
Thành phần khoáng của đất một số khu vực thuộc đồng bằng sông Cửu
Long: [3]
Khu vực
Hàm lượng
Montmorillonite
Illite
Kaolinite
Rạch Cần Giuộc
50
30
20
Cai Lậy
60
20
20
Long Xuyên
80
10
10
Giồng Nhị Qui
100
-
-
Qua đó nhận thấy đất yếu đồng bằng sông Cửu Long có hàm lượng
Montmorillonite khá cao, điều này làm cho đất sét yếu ở khu vực này có
tính chất phức tạp, khả năng mang tải nhỏ.
2.2.2 NƯỚC TRONG ĐẤT
Nước trong đất bao gồm 2 loại chính: Nước liên kết và nước tự do. Hai
loại này có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ lý của đất, đến khả năng
mang tải và đặc tính biến dạng của đất.[7]
Nước liên kết: Gồm nước hấp thụ và màng nước liên kết. Nước liên kết
được phân gồm nước liên kết chặt và nước liên kết rời. Đây chính là
nhân tố hình thành biến dạng từ biến của đất.
Nước tự do: gồm nước tự do và nước trọng lực và nước mao dẫn. Nước tự
do nằêm xa hạt rắn và chỉ chịu tác dụng của trọng trường. Áp lực nước tự
do trong đất chính là là áp lực nước lỗ rỗng u. Nước tự do cũng chính là
thành phần có ảnh hưởng rất lớn đến tính biến dạng lún và khả năng
chịu tải của đất sét yếu.
Luận văn Thạc só
-15-
2.2.3 TÍNH DẺO
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Độ dẻo
của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Mức độ phân tán, thành phần khoáng,
hàm lượng và tính chất hóa học của các loại nước trong đất. Để xét tính dẻo
của đất sét người ta dựa vào giới hạn Atterberg.
Chỉ số dẻo: I p = WL − W p
Ngoài ra, Skemton cũng đề nghị dùng chỉ số hoạt tính keo (Ak) để biểu
diễn mối quan hệ giữa thành phần tính chất hóa keo với độ dẻo của đất sét.
Ak =
WL − W p
Mc
Trong đó:
WL: Giới hạn chảy.
Wp: Giới hạn dẻo.
Mc: Hàm lượng hạt sét.
Ip: Chỉ số dẻo.
Khi đó,
Nếu Ak > 1.25
: Đất sét có hoạt tính keo cao.
Nếu 1.25
: Đất sét có hoạt tính keo vừa.
Nếu Ak < 0.75
: Đất sét có hoạt tính keo thấp.
Qua các nghiên cứu đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long cho ta thấy
chỉ số Ak ở một số khu vực là khá cao.[3]
Khu vực
Loại đất
Sét
Bùn sét
