Thiết kế tường cừ và kết cấu chắn giữ đất - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Bộ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

---- 0O0-----

THIẾT KÉ TƯỜNG cư VÀ KẾT CẤU
CHẮN GIỮ ĐẤT

HÀ NỘI 09-2019



Mục lục
LỜI NÓI ĐẰU............................................................................................................................. 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ TƯỜNG cừ.....................................................2

1.1 Công dụng và phân loại tường cừ............................................................................... 2
1.1.1 Cơng dụng........................................................................................................... 2

1.1.2. Phân loại........................................................................................................... 2
1.2 Các sơ đồ trình tự thi công........................................................................................ 10
1.3 Sơ lược về phương pháp thi công............................................................................. 11

CHƯƠNG 2: TƯỜNG cừ KIỂU CONGXƠN................................................................ 14

2.1 Tường cừ kiểu congxon trong cát............................................................................. 15
2.1.1 Xác định chiều sâu hạ cừ thích họp................................................................ 15
2.1.2 Các bước tính tốn đê xác định biếu đồ áp lực............................................... 18

2.1.3 Tính tốn mơmen uốn lớn nhất........................................................................19

2.1.4 Các trường họp đặc biệt cho tường cừ kiểu congxon hạ trong đất rời.......... 22
2.2 Tường cừ kiểu congxon hạ trong đất sét.................................................................. 25

2.2.1 Tính tốn tường cừ kiêu congxon hạ trong đất sét..........................................25
2.2.2 Mô men uốn lớn nhất....................................................................................... 27

2.2.3 Các trường họp đặc biệt tính tốn tường cừ kiểu congxon hạ trong đất sét... 30
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN TƯỜNG cù NEO (CHỐNG) THEO PHƯƠNG
PHÁP GIẢI TÍCH.......................................................................................................................... 33

3.1 Phương pháp chống giữ đất tự do trường họp tường cừ hạ trong đất cát.............. 34
3.2 Giảm mô men cho tường cừ có neo hạ trong cát..................................................... 36

3.3 Phương pháp biểu đồ áp lực tính tốn cho tường cừ hạ trong đất cát.................... 42
3.4 Phương pháp chống giữ đất tự do khi tường cừ hạ trong đất sét............................ 45

3.5 Phương pháp chống giữ đất cố định.........................................................................52
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI TRONG TÍNH TỐN
TƯỜNG CỪ..................................................................................................................................... 58

4.1. Giới thiệu sơ lược về phương pháp đồ giải............................................................ 58
4.2. Dùng phương pháp đồ giải thiết kế tường cừ......................................................... 58
4.3 Cách xác định đường đóng trong trường hợp bài tốn tổng qt:.......................... 61
4.4 Các giá trị thiết kế có được khi tính toán theo phương pháp đồ giải...................... 62

4.5 Hiệu chỉnh các giá trị thiết kế tính được.................................................................. 62
II


CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN NEO......................................................................................... 65

5.1 Giới thiệu về neo......................................................................................................... 65
5.1.1 Các loại neo thường gặp.................................................................................... 65

5.1.2 Cách bố trí neo................................................................................................... 67

5.1.3 Các dạng phá hoại cùa tường neo..................................................................... 67
5.2 Khả năng giữ của neo bản trong đất cát..................................................................... 70

5.2.1 Thiết lập cơng thức tính.................................................................................... 70
5.2.2 Tương quan thực nghiệm dựa trên các thí nghiệm mơ hình........................... 73

5.2.3 Hệ số an toàn của bản neo................................................................................. 74
5.2.4 Khoảng cách giữa các neo................................................................................. 74

5.3 Sức kháng giới hạn của neo giằng............................................................................. 76
5.4 Quan trắc hiện trường cho ván cừ neo....................................................................... 77

CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THANH CHỐNG................................................................. 79

6.1. Giới thiệu về thanh chống......................................................................................... 79
6.2. Phương pháp áp lực đất biểu kiến............................................................................. 82
6.3. Hệ thống giằng chống................................................................................................ 87
6.3.1 Hệ thống giằng chống nằm ngang..................................................................... 87
6.3.2 Giằng cuối và giằng góc.................................................................................... 90

6.3.1 Những thanh nẹp................................................................................................ 92
6.3.2 Những trụ chống trung tâm............................................................................... 94

CHƯƠNG 7: ỐN ĐỊNH TƯỜNG cù............................................................................... 100

7.1 Giới thiệu................................................................................................................... 100
7.2 Các loại hệ số an toàn............................................................................................... 100

7.3 Phương pháp hệ chắn đất tự do và phương pháp hệ chắn đất cố định.................. 102
7.4

Phá hoại cắt tổng thể của tường có chống....................................................... 104

7.4.1

Phá hoại đẩy vào........................................................................................ 104

7.4.2 Phá hoại đẩy trồi............................................................................................... 110
7.5 Phá hoại cắt tổng thể của tường công xôn............................................................... 133
7.6 Đẩy nổi....................................................................................................................... 141
7.7.2 Trường hợp thực tế........................................................................................... 148

CHƯƠNG 8: GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHÀN MỀM DÙNG ĐỂ THIẾT KÉ
TƯỜNG CỪ.............................................. ’.................................................................................... 151

III


8.1.

Giới thiệu về phần mềm SPW 2006................................................................ 151

8.1.1.

Phần mềm SPW 2006:............................................................................. 151

8.1.2. Các đặc trưng khai báo trong mơ hình:.......................................................... 152

8.2 Giới thiệu phần mem Plaxis 2D............................................................................. 158
8.1.2.

Phần mềm Plaxis 2D..................................................................................158

8.1.3.

Các đặc trưng khai báo mơ hình.............................................................. 159

8.1.4.

Ví dụ cơng trình thực tế.............................................................................164

PHẦN BÀI TẬP......................................................................................................................173
ĐỊ ÁN THIẾT KÉ CỪ THÉP............................................................................................177
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 180

IV


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, tường ván cừ (thuật ngữ tiếng anh là Sheet Pile
Wall) được sử dụng ngày càng phổ biến. Từ các cơng trình thủy cơng như cảng, bờ kè, cầu

tàu, đê chắn sóng, cơng trình cải tạo dịng chảy, cơng trình cầu, đường hầm, các cơng trình

dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp đến các cơng
trình tạm như hố đào có gia cố, các hố móng dưới sâu.. .vv
Cuốn sách này nhằm truyền tải những kiến thức, những kinh nghiệm thiết kế cừ thép
mà thực tế đang cần. Nội dung cuốn sách bao gồm những vấn đề cơ bản sau đây:
- Cồng dụng và phân loại tường cừ
- Tường cừ kiên côngxon
- Tường cừ neo
- Tính tốn neo
- Đồ án thiết kế tường cừ
- Hệ thống bảng tra thông số

Tham gia biên soạn cuốn giáo trình này gồm PGS. TS Hồng Việt Hùng; TS. Trần
Thế Việt; và TS. Đỗ Tuấn Nghĩa. Do thời gian chuẩn bị rất ngắn vì vậy cuốn sách chắc
chắn chưa hồn chỉnh và sẽ cịn nhiều thiếu sót. Rất mong được trao đổi cùng bạn đọc,


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ TƯỜNG cừ
Kết cấu tường cừ là loại kết cấu tưởng mỏng được hạ sâu vào đất để đảm bảo sự ổn
định. Loại kết cấu này đã và đang được ứng dụng phổ biến trên nhiều lĩnh vực, bao gồm:

❖ Làm kết cấu chắn giữ như các kết cấư ngăn nước, các mố trụ cầu, và các kết cấu
chắn giữ tạm thời đế gia cố hố đào khi thi công.
❖ Làm đê quai ngăn nước, kết cấu bảo vệ bờ,
❖ Làm tường chống thấm dưới đê, đập, và cho một số loại cơng trình khác
Cuốn giáo trình này sẽ trình bày cơng dụng, các ngun tắc cơ bản thiết kế và thi

công tường cừ.
1.1 Công dụng và phân loại tường cù’
1.1.1 Công dụng

Các cọc cừ liên kết hoặc bán liên kết (hạ liền kề) với nhau để tạo nên hệ thống tường
liên tục giúp chắn giữ vật liệu, chống sạt trượt hay dùng để ngăn nước tạo hiện trường thi

cơng các hố móng nằm dưới mực nước ngầm. Khác với các loại kết cấu chắn giữ khác,
việc xây dựng tường cừ thường không yêu cầu phải tháo nước hố móng cho hiện trường,
quy trình thi cơng đơn giản, mang tính cơ giới hóa cao, thời gian thi công ngắn và khi thi
công không gây ra nhiều xáo trộn cho nền. Ngồi ra, tường cừ có thể bám theo các loại địa
hình phức tạp. Chính vì những ưu điểm này mà tường cừ ngày càng được sử dụng rộng rãi
với nhiều mục đích khác nhau, từ các cơng trình cảng (Hình 1.1), bờ kè, cầu tàu, đê chắn
sóng, cơng trình cải tạo dịng chảy, kênh mương, các cơng trình gia cố mái dốc hay bờ bao

đến các cơng trình tạm, ví dụ như các hố đào có gia cố.vv...

Mực nước sơng

■

Tường
cừ 'x
Biên mở móng

.

■

"

*

♦

Phía đất

1
1
■

Hình 1.1. Tường cừ trong cơng trình cảng

1.1.2. Phân loại

Hiện nay, có nhiều các loại cừ đã và đang được áp dụng ngoài thực tế. Một số loại
tường cừ thường được dùng trong xây dựng gồm: Tường cừ gỗ (Hình 1.2), tường cừ bê
2


tơng đúc sẵn (Hình 1.3) và tường cừ thép (Hình 1.4). Ngồi ra, tường cừ nhơm và cừ bằng
vật liệu nhựa tổng hợp cũng đã được sử dụng. Việc lựa chọn loại tường cừ phù hợp cần căn
cứ vào chức năng tường, các đặc tính của đất nền, và sự hài hịa với các kết cấu có sẵn.
a) Tường cừ gổ

Là loại cừ dễ tìm, gia cơng và có thể chế tạo thành nhiều tiết diện khác nhau, thường
chỉ được dùng với các kết cấu nhẹ, tạm thời, nằm dưới mực nước ngầm. Nếu phải sử dụng

cho các kết cấu chính phía trên mực nước ngầm thì cần có giải pháp xử lý. Dù có vậy thì
tuối thọ cơng trình cũng bị giảm đi. Hàng ngàn năm trước, con người đã sử dụng thân cây
gỗ đóng vào đất tạo ra những bức tường ngăn hoặc gia cố. Những hàng gỗ đóng song song
được đổ đầy đất bên trong để giúp tường vững chắc hơn. Những thân gỗ có thể được liên
kết lại bằng thừng, hoặc dùng các thanh nẹp ở phía sau. Ngày nay, các tấm cừ gỗ được gia
cơng, liên kết lại bằng hèm và mộng, giúp tường được thẳng hàng với độ kín và khít tốt

hơn. Tường cừ gỗ có chiều cao nhỏ tới trung bình (3 m - 5 m), loại thường gặp nhất là
tường cừ tấm gỗ đơn và tường cừ các tấm ván ghép. Tấm gỗ có kích thước mặt cắt ngang

khoảng 50 mm X 300 mm và được đóng hay hạ ghép nối mép, ghép bằng hèm và mộng
(Hình 1.2b), bằng các chốt kim loại (Hình 1.2c), các tấm chêm (Hình 1.2d) hay được tạo
bằng cách ghép đai ba bản lại với nhau, trong đó bản ở giữa trồi lên so với hai bản kia 50 75 mm. (Hình 1.2e).

3


(b) Liên kết bằng hèm và mộng

(a) Ghép nối mép

(c) Liên kết bang chốt

(d) Liên kết bằng tắm chêm

(e) Liên kết bang
Bu lơng

Hình 1.2, Một số loại liên kết giữa các cừ gỗ

Hiện nay, cùng với sự phát triên của cơng nghệ gia cơng và vật liệu màng vải lọc
phía sau tường, cừ gỗ đã được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các cơng trình thủy như
bén thuyền, kè sông, kè mỏ hàn, tường chắn, v.v.
b) Tường cừ bê tông đúc sẵn

Tường cừ bê tông đúc sẵn hay tường cọc ván là một dạng đặc biệt của tường chắn
đất, thường được sử dụng đế bảo vệ các cơng trình ven sơng kết họp với việc chống xói lở

bờ sơng. Loại tường này có ưu thế đặc biệt trong mơi trường biển, mơi trường có tính bào
mịn cao và khi cơng trình chịu tải trọng dọc trục lớn. Tường cừ bê tơng đúc sẵn thường có
khối lượng lớn, được thiết kế có gia cố cốt thép đế có thế chịu được các loại ứng suất

thường xuyên tác dụng lên kết cấu sau khi xây dựng và cũng đế chịu được các ứng suất
phát sinh trong q trình thi cơng. Mặt cắt ngang của các loại tường này rộng khoảng 500 800 mm, dày 150 - 250 mm.

Kinh nghiệm ở một số cơng trình đã xây dựng cho thấy loại tường này có thế gây ra

lún tăng thêm (do trọng lượng bản thân tường) khi được lắp đặt trên nền đất yếu. Trong
trường họp này, chức năng ngăn nước của tường có thể bị ảnh hưởng. Cừ bê tơng cốt thép
có giá thành chấp nhận được so với ứng dụng công nghệ truyền thống, được sản xuất tại
công xưởng nên dễ hiện đại hóa, dễ kiếm tra chất lượng, năng xuất cao, có thế sản xuất
theo đơn nhiều chủng loại sản phâm theo quy cách khác nhau, đáp ứng nhiều dạng địa
hình, địa chất, thi cơng dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng. Ớ các vùng Miền
4


Nam nước ta, rất nhiều cơng trình bờ kè được gia cố sử dụng cơng nghệ này. Hình 1.3 là sơ
đồ hình chiếu đứng và mặt cắt ngang của tường cừ bê tông cốt thép ghép bằng vữa đổ sau
(a) và ghép mộng (b).

Ghép mộng

(a) Tấm cừ ghép bằng vữa đố sau

(b) Tấm cừ ghép với nhau bang mộng

Hình 1.3. Tường cừ Bê tông cốt thép

Các cọc ván bê tông thường là loại cọc giữ ứng lực đế có thế chịu được áp lực từ kết
cấu chắn giữ cũng như lực đóng khi thi cơng.
c) Tường cừ thép
Tường cừ thép hay cừ ván thép (thuật ngữ tiếng anh là Steel sheet pile) trong lĩnh vực
xây dựng, đây là loại được sử dụng phổ biến nhất. Cọc ván thép được dùng lần đầu tiên

vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, hiện nay, tường cừ thép được sữ
dụng khá phổ biến trong ngành xây dựng. Ưu điểm nổi bật của loại cừ này so với các loại

cừ khác là khả năng chịu ứng suất động khá cao, khả năng chịu lực lớn trong khi cừ có
trọng lượng khá nhỏ, cừ có thế được dùng ở cả trên và dưới nước với tuôi thọ lớn. Cừ ván
thép khi cần có thế dễ dàng gia tăng chiều dài cừ bằng cách dùng mối nối hàn hoặc bulơng.
Ngồi ra, với sự tiện dụng, thời gian thi công ngắn và khả năng tái sử dụng nhiều lần cũng
thế hiện tính kinh tế của kết cấu chắn giữ này. Tuy nhiên, tính bị ăn mịn trong mơi trường
làm việc chính là nhược điểm của loại kết cấu chắn giữ này.
về kích thước, ở Mỹ cừ dày khoảng 10-13 mm, ở châu Au, tường cừ có thế mỏng
và rộng hơn. Be rộng bản cừ có thế thay đối từ 400 mm đến 750 mm. Sử dụng cọc có bề
rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề rộng bản nhỏ vì cần ít
số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn. Hơn nữa, việc giảm số cọc sử
dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian, chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời giúp tăng khả

5


năng ngăn thấm. Chiều dài cừ ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy
nhiên chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thường
từ 9 đến 15 m), riêng cọc dạng hộp gia cơng ngay tại cơng trường có thể lên đến 72m.
Mặt cắt ngang của tường có thể là hình chữ Ư, V, w, z, với chất liệu thép đặc, có
dạng vịm cong nhiều, cong ít, hay thẳng. Liên kết các ván cù’ có thể có dạng rãnh khóa,
dạng kẹp giống như “ngón cái - ngón trỏ” hay liên kết khớp cầu để hợp thành một hệ

thống tường chắn khép kín để ngăn nước và chắn đất. Hình 1.4 là sơ đồ cài mắc loại “ngón
cái - ngón trỏ” dùng cho các đoạn tường phang có tác dụng ngăn nước thấm qua. Loại liên
kết khớp cầu dùng cho các loại tường cừ có mặt cắt ngang dạng chữ z như minh họa từ
Hình 1.5. Hình 1.6 và Hình 1.7 là hai ứng dụng của tường cừ thép trong thi cơng hố đào
sâu và cơng trình đường bộ, hầm giao thồng đi qua một số địa hình đồi dốc phức tạp. ứng
suất uốn thiết kế cho phép của một số loại tường cừ thép được liệt kê như trong Bảng 1.1.
Bảng 1.2 liệt kê các đặc tính của mặt cắt ngang tường cừ thép do tập đoàn thép Bethlehem
sản xuất.

Hình 1.4. Liên kết ván cừ kiểu kẹp

6


Hình 1.5. Liên kết ván cừ kiểu khớp cầu

Hình 1.6. Dùng cừ thép để chống đờ hố móng

7


Hình 1.7. Dùng cừ thép để gia cường mái dốc
Ngồi khả năng chịu ứng suất động khá cao, khả năng chịu lực lớn, trọng lượng bản

thân nhẹ và có thể tái sử dụng, cừ thép có thể dễ dàng gia tăng chiều dài bằng mối nối hàn
hoặc bu lông, tường cừ thép được áp dụng ngày càng phổ biến.

Bảng 1.1 ứng suất thiết kế cho phép của một số loại tường cừ thép
Loại thép

ứng suất cho phép

ASTM A - 328

170 MN/m2

ASTMA-527
ASTM A - 690

210MN/m210MN/m2

8


Bảng 1-2. Đặc tính của một sơ mặt căt tường cừ do tập đoàn thép Bethlehen sản xuât
Ký hiệu
mặt căt

Phác họa mặt cãt

Modul mặt căt

Mơ men qn tính

m3/m
của tường

m4/m
của tường

326.4 X 10-5

PZ-40

670.5 X 10'6

12.7 mill

409 nun

15.2 nun

PZ-35

260.5 X 10-5

493.4 X 10-6

162.3 X 10-5

251.5 X 10-6

97 X 10-5

115.2 X 10-6

10.8 X 10'5

4.41 X IO'6

12.8 X 10-5

5.63 X 10-ố

12.7 nun

379 mm
15.2 nun
h—Khoảng cách đóng = 575 nun —H

PZ-27

9.53 nun
304.8 nun
9.53 nun

Khống cách đóng = 457.2 nun-H

PZ-22

9.53 nun
228.6 nun

9.53 nun
h- khoảng cách đóng = 558.8 mm—H

PSA-31

12.7 nun

khoảng cách đóng = 500 nim-H

PSA-23

9.53 nun

-*khoảng cách đóng = 406.4 nun-

9


1.2 Các sơ đồ trình tự thi cơng
Tường cừ có thế được chia làm hai loại cơ bản: (a) côngxon và (b) neo. Tùy theo loại
cừ chọn, điều kiện địa chất và phạm vi cơng trình mà có thế chọn sơ đồ trình tự thi cơng
phù họp. Khi thi cơng tường cừ, đầu tiên bản cừ được hạ vào đất, sau đó đất được lấp vào
sau tường, hay đầu tiên hạ bản cừ, rồi đào bỏ khối đất phía trước. Trong cả hai trường hợp
trên, đất dùng để đắp sau tường thường là đất hạt rời. Đất phía dưới cao trình đào có thể là

cát hoặc sét. Mặt đất bên phía có nước gọi là đường biên bùn hay đường biên mở móng.
Như vậy, về phương pháp thi cơng, có thế chia thành hai loại:

1.

Kết cấu đắp

2.

Ket cấu đào

Các bước thi công kết cấu đắp như sau:

Mặt đất tự
nhiên ban

Bước 2

Bước 1

Bước 4

Hình 1.8 Các bước thi cơng kết cấu đắp

Bước 1. Bóc bỏ phần đất tại chỗ phía trước và sau của vị trí dự định hạ cừ.
Bước 2. Đóng (hạ) cọc cừ.
Bước 3. Đắp đất đến vị trí của neo, và lắp đặt hệ thống neo.

10


Bước 4. Đắp nốt phần cịn lại đến cao trình thiết kế (đỉnh tường).

Với loại tường dạng congxon, chỉ thực hiện các bước 1, 2 và 4. Các bước thi cơng cừ bóc
bỏ như sau:
Bước 1. Đóng (hạ) tường cừ.
Bước 2. Đắp đất phần sau cừ đến vị trí đặt neo, và lắp đặt hệ thống neo.
Bước 3. Đắp phần cịn lại sau cừ cho đến đỉnh tường.

Bước 4. Bóc bở phần phía trước của tường cừ.
Chú ỷ: Với tường cừ kiêu congxon, khơng cần có bước 2.

Thanh neo

Bước 3
Hĩnh 1.9 Các bước thi công một kết cấu đào
1.3 Sơ lược về phương pháp thi cơng

Như đã trình bày, các bản cừ có thể là gỗ, bê tơng cốt thép hay thép. Ở Việt Nam
hiện nay, hai loại sau được dùng phố biến. Mục này chỉ trình bay sơ lược một số bước
chính khi thi cơng cừ thép. Với loại tường cừ này, các ván cừ thường được liên kết với

nhau theo các cặp và được thi công theo một trong ba cách sau:

11


a) Phương pháp rung động: Đây là phương pháp thi công phổ biến nhất. Ván cừ đầu tiên
được hạ vào trong đất. Một búa rung với thiết bị kẹp được gắn với đỉnh ván cừ thứ hai
sau khi nó đã được liên kết với cừ đầu tiên. Bước cuối cùng, ván cừ sẽ dần được hạ sâu
xuống theo lực rung. Quy trình thi cồng cụ thể có thể được tóm tắt theo các bước:
Bước 1 - Định vị ván cừ (Hình 1.10) dùng khung hay dầm định hướng đặt trên mặt
nền để định hướng vị trí của tường cừ.

Dâm dẫn hưởng

Mặt nền

Hình 1.1 Oa: Định vị ván cừ bằng dầm định hướng

Bước 2 - Thi công ván cừ thứ nhất: dùng máy nâng, định vị và hạ cừ vào trong nền

cho đến khi còn khoảng 1 m cừ chừa lại phía trên mật nền.
Bước 3 - Thi cơng cừ thứ hai: hệ thống giàn máy hạ cừ thứ hai vào trong nền. Chú ý
rằng, cừ thứ hai cần được liên kết với cừ thứ nhất qua loại liên kết định sẵn.
Bước 4 - Lặp lại bước 2 và 3 cho đến khi hết đoạn tường trong phạm vi dầm định

hướng. Quy trình cụ thê như trong Hình l-10b.

Váii cừ

Búa rung

Hình 1.10b: Quy trình thi cơng cừ thép theo phương pháp rung động

Chú ý: Neu hàng cừ vừa đóng chưa đạt chiều sâu hạ theo thiết kế thì cần phải tăng
tiếp chiều sâu hạ cừ. Việc này được tiến hành bằng phương pháp hàn hoặc nối bằng bulông
phần đáy của các cừ trong loạt tiết theo với đỉnh của các cừ đã đóng.

12


b) Ép hạ cừ: Các ván cừ được ép xuống nền bằng các máy ép thủy lực khi khu vực thi
cơng có u cầu về hạn chế tiếng ồn và rung động do hạ cừ. Tuy nhiên, phương pháp
này tốn nhiều thời gian và có giá thành cao hơn. Với phương pháp này, độ thắng đứng
của cừ có sai số trong khoảng 0 - 1% và đầu cừ nghiêng ra ngồi cơng trình.
c) Hạ cừ bằng phương pháp đào: Các ván cừ cũng có thể được hạ xuống nền bằng phương
pháp đào. Theo phương pháp này, người ta đào một rãnh dài sau đó được đổ đầy bằng
dung dịch vữa xi măng đế giữ ổn định hai bên thành rãnh. Các ván cừ sau đó được căn
chỉnh đế hạ xuống rãnh và ổn định khi dung dịch vữa xi măng đông cứng lại.

13

CHƯƠNG 2: TƯỜNG cừ KIÈU CONGXON
Phần lớn các tường trọng lực và trụ chống có thể quay quanh đáy của chúng đủ để

thỏa mãn yêu cầu về trạng thái ứng suất chủ động trong nêm phá hoại. Ngược lại, với
tường cừ kiểu congxon ví dụ như tường neo, hố đào có thanh chống đỡ hoặc thanh giằng

v.v. thường gồm những cấu kiện có độ cứng chịu uốn tương đối nhỏ nhưng được chống đỡ
tại những cao trình khác nhau bởi các neo hay thanh chống, đồng thời sự ổn định của

tường cịn được đảm bảo nhờ phần tường chơn vào trong đất dưới cao trình đào thấp nhất.
Tường cừ kiêu cong xon thường được khuyến nghị dùng khi tường có chiều cao vừa

phải (khoảng 6 m hoặc nhỏ hơn) tính từ đường biên nạo vét. Nguyên lý cơ bản đê dự tính
biểu đồ phân bố áp lực hơng thực lên tường cừ kiểu congxon được lý giải trên Hình 2.1.
Hình vẽ cho thấy tính chất uốn ngang của tường cừ dạng congxon đóng (hạ) vào lớp cát
phía dưới đường biên mở móng. Tường xoay quanh điếm o. Do áp lực thủy tĩnh tại độ sâu
bất kỳ từ hai mặt bên của tường triệt tiêu lẫn nhau, nên ta chỉ xét áp lực đất hiệu quả. Trong
vùng A, áp lực ngang đúng là áp lực chủ động từ phía đất. Trong vùng B, do đặc tính uốn
của tường, áp lực đất lên tường phía đất là áp lực chủ động, áp lực đất lên tường phía có
nước là áp lực bị động. Điều kiện này lại ngược lại đối với vùng c là vùng phía dưới điếm
xoay o. Phân bố áp lực thực lên tường như nêu trên Hình 2.1b. Tuy nhiên, với yêu cầu
thiết kế, Hình 2.1 c được đưa ra để đơn giản tính tốn.

Có thể thấy rằng tường cừ kiểu congxon tạo ra sự ổn định từ áp lực đất bị động ở cả
2 bên tường. Tuy nhiên, sự phân bố áp lực đất này lại khác nhau khi tường làm việc trong

14

đất rời và đất dính. Đây cũng là vấn đề được thảo luận trong chương này. Các mục từ 2.1.1
- 2.2.3 trình bày cách lập biếu thức tốn học phân tích tường cừ dạng congxon. Chú ý
rằng, ở các bến cảng, mực nước thường dao động do ảnh hưởng của thủy triều. Vì vậy nên
thận trọng khi xác định mực nước vì nó sẽ ảnh hưởng đến biểu đồ áp lực thực.

2.1 Tường cừ kiểu congxon trong cát

2.1.1 Xác định chiều sâu hạ cừ thích hợp
Đê lập các quan hệ tính chiều sâu ngập thích họp của tường cừ vào đất hạt rời, xem

Hình 2.2a. Đất được chống giữ bởi tường cù’ phía trên đường biên mở móng cũng là cát.

Mực nước ngầm ở độ sâu L] phía dưới đỉnh tường. Cho góc ma sát hiệu quả của cát là ộ .
Cường độ áp lực chủ động tại độ sâu z = L1 là
(2.1)

trong đó,

Ka = Hệ số áp lực đất chủ động Rankin = tan2 (45 - ộ /2)
ỵ = Trọng lượng đơn vị của đất phía trên mực nước ngầm.

Hình 2.2 Tường cừ kiếu conxon hạ trong đất cát:

(a) biểu đồ phân bố áp lực thực; (b) biếu đồ mô men

15


Tương tự, áp lực chủ động tại độ sâu z = L1 + L2 (tại độ sâu đường biên mở móng)

là:
ơ-2 =(^L,+/'L2)^a

(2.2)

trong đó ỵ = trọng lượng đơn vị hiệu quả của đất = ỵsat - ỵw

Chú ý rằng, tại cao trình của đường biên mở móng, áp lực thủy tĩnh từ hai phía của

tường có cùng độ lớn và triệt tiêu lẫn nhau.
Để xác định biểu đồ áp lực ngang thực phía dưới đường biên mở móng tới điểm xoay

o, như nêu trong Hình 2.2a, người thiết kế phải xét áp lực bị động tác dụng từ bên trái
(phía có nước) hướng về bên phải (phía đất) của tường và cũng phải xét áp lực chủ động
tác dụng theo chiều từ phải sang trái tường. Trong những trường hợp này, bỏ qua áp lực
thủy tĩnh ở cả hai phía tường, áp lực chủ động tại độ sâu z là:

ơa =\rL\ + y'l2 + r'^-L~Li'>\K.,

(2-3)

Tương tự, áp lực bị động tại độ sâu z là:
ơ'p=r\z-Lì-L2)Kp

(2.4)

trong đó Kp = hệ số áp lực bị động Rankin = tan2 (45 + ệ'/2)

Kết hợp các PT (2.3) và (2.4) ta được biểu thức tính áp lực ngang thực,

cr-crl-ơ-p =(A+/^)^a -r\z-L-L2\Kp -Ka)

= ờ2—ỵ'(z — L)(Kp—Ka)
Trong đó: L = L1 + L2
Áp lực thực, ơ' = 0 tại độ sâu L3 phía dưới đường biên đào,

Vậy

Hay
(2.6)
(z-L) = L3 =

r\KP-Ka)

Phương trình (2.6) cho thấy độ dốc của đường phân bố áp lực DEF bằng 1 trên (KpKa)y', vì vậy trong biểu đồ áp lực:

16


(2.7)

HB = ơ3=L4(Kp-KaW

Tại đáy tường cừ, áp lực bị động, Ờ , tác động từ phải sang trái, áp lực chủ động tác
động từ trái sang phải của tường cừ, vì vậy, tại độ sâu z = L + D:
+ r'B2 + r'D)Kp

ƠP =

(2.8)

Tại cùng độ sâu đó:
ơ, =r'ỡ^a

(2.9)

Do đó, áp lực ngang thực tại đáy của tường cừ là
+ r'L^K,, + r'D(Kp - Ka)

- <7 = ơ4 =

(2.10)

= (rLí+r'L2)Kp+/L3(Kp-Ka) + ỵ'L4(Kp-Ka)

= ờ5+ỵ'L4(Kp—Ka)
Trong đó

à5=(rLi+ỵ'L2)Kp+ỵ'L3(Kp-Ka)
D = L3 + L4

(2.11)
(2.12)

Để tường ồn định, có thể áp dụng nguyên lý cân bằng tĩnh:

£ các lực ngang trên đơn vị chiều dài tường = 0
và

£ momen của các lực trên đơn vị chiều dài tường quanh điểm B = 0
Lấy tổng các lực theo phương ngang, ta có

Diện tích của biểu đồ áp lực ACDE - diện tích EFHB + diện tích FHBG = 0

Hay:
(2.13)

Trong đó p = diện tích của biểu đồ áp lực ACDE
Lấy tổng mô men các lực quanh điểm B:
P(L4 + z) -11 L4a3 j|A J +1 L5 (C7; + Ơ4 )í ệ ì = 0

(2.14)

17


Từ PT (2.13),
L = cr3L4 - 2p

(2.15)

<7; + ƠA
Kết hợp các PT (2.7), (2.10), (2.14), và (2.15) và rút gọn lại, ta được phương trình
bậc bốn theo L4:

L4 + ẠL4 - A2L24 - A3L4 - A4 = 0

(2.16)

Trong phương trình này,

(2.17)

A =

r'(KP-Ka)

4=—^—
6p[2Ỉỵ\Kp-Ka) + a5\

(2.18)

(2.19)

Ỳ\Kp-K
_ P(6ỈƠ5+4P)
Aa —

(2.20)

2.1.2 Các bước tính tốn để xác định biểu đồ áp lực

Dựa vào lý thuyết nêu trên, các bước tính tốn đế xác định biểu đồ áp lực của tường
cừ dạng congxon trong đất rời như sau:

1.

Tính tốn Ka và Kp.

2.

Tinhcrj {PT (2.1)} và ơ2 {PT (2.2)} (chú ý: L1 và L2 đã biết)

3.

Tính L3 [PT (2.6)].

4.

Tính p.

5.

Tính z (tức là trọng tâm của diện tích áp lực ACDE) bằng cách lấy momen đối

với E.
6.

Tính ơ-5{PT(2.11)}.

7.

Tính A1, A2, A3, và A4 {PT (2.17) đến (2.20)}.

8.

Giải PT (2.16) theo phương pháp thử dần đê xác định L4.

18


9.

Tính ơ4 {PT (2.10)}.

10.

Tính ơ-3{PT(2.7)}.

11.

Tính được L5 từ PT (2.15).

12.

Vẽ biểu đồ phân bố áp lực như nêu trong Hình 2.2a.

13.

Xác định chiều sâu hạ tường lý thuyết {PT (2.12)} L3 + L4. Chiều sâu hạ tường

thực sẽ tăng khoảng 20-30%.

Chú ý rằng một số kỹ sư thiết kế ưa dùng một hệ số an toàn cho hệ số áp lực đất bị
động tại thời điếm ban đầu. Trong trường hợp đó, với bước 1,
Kp(thiết kế) -

Kp

F.S

Trong đó FS = hệ số an toàn (thường khoảng 1,5 và 2)

Với cách phân tích này, theo các bước từ 1-12 với giá trị Ka = tan2 (45 - ộ' /2) và
Kp(tk)

(thay cho Kp). Chiều sâu chơn cừ thực bây giờ có thể được xác định bằng cách thêm

L3, nhận được từ bước 3, và L4, nhận được từ bước 8.
2.1.3 Tính tốn mơmen uốn lớn nhất

Tính chất biến đơi của biếu đồ mômen cho tường cừ dạng congxon được biêu thị
trong Hĩnh 2.2b. Mômen uốn lớn nhất sẽ xảy ra giữa điểm E và F’. Để nhận được mômen
lớn nhất (Mmax) trên đơn vị dài của tường cần phải xác định diêm có lực cắt bằng khơng.
Với trục mới z’ (gốc tại điếm E) khi ứng suất cắt bằng không,

p = |(z')2(^-^)z'
Hay

2P

(2.21)

Wp-KaW
Khi xác định được điếm có lực cắt bằng khơng (điếm F” trong Hĩnh 2.2Ị), độ lớn
của mơmen lớn nhất có thể xác định theo

M^=P(z + z')-

(2.22)

Khi đó, kích thước mặt cắt cần thiết của tường sẽ được xác định theo ứng suất uốn

cho phép của vật liệu tường, hay

19


s

_^max

(2.23)

O'all

Trong đó s = mồđun chống uốn yêu cầu của tường cừ trên đon vị dài của kết cấu

ơalỉ = ứng suất uốn cho phép của tường cừ.

Ví dụ 2.1
Hình 2.3 cho thấy một tường cừ kiểu congxon đóng vào đất hạt rời. Ở đây, L1 = 2m, L2 =

3m, r = 15.9 kN/m3, rbaoh„a = 19.33 kN/m3, và ộ'= 32°.
a.

Chiều sâu chôn cừ lý thuyết D là bao nhiêu?

b.

Khi D tăng 30%, tổng chiều dài của tường cừ là bao nhiêu?

c.

Mô đun chống uốn của tường cừ là bao nhiêu? Khi ơall = 172 MN/m2.

Giải
Phan a :

Dùng biểu đồ phân bố áp lực trong hình 2.2a, có thể lập bảng sau để từng bước tiến

hành tính tốn :

Li

Cát

Mực nước ngầm

y
c' = 0
ộ'

Ỵsat

Lị

c' = 0

Biên mở móng
/X\
y$at
D

c’ = 0

3L

Hình 2.3 Tường cừ kiếu congxon

20