Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã phú tâm huyện châu thành tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRƯƠNG HỮU TÂM

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO CÁC
TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT CỦA CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SẠT
LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU
THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60 – 58 – 02 – 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. NGUYỄN QUANG TUẤN

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô, đồng thời với
kinh nghiệm làm việc tại cơ quan, sự giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp và đặc biệt là
sự giúp dỡ chỉ bảo của thầy TS. Nguyễn Quang Tuấn. Việc thực hiện đề tài luận văn
cao học “Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công
trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm- Huyện Châu Thành- Tỉnh Sóc Trăng”
tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích

dẫn trong luận văn đều được ghi gõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Người làm luận văn

Trương Hữu Tâm

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sĩ, tôi đã nhận được
sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báo của nhiều cá nhân tập thể.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quý Thầy, Cô trường Đại
học Thủy Lợi Hà Nội và nhất là các Thầy, Cô tại Bộ môn Địa kỹ thuậtcủa trường đã
tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin cảm ơn vì những kiến thức cần
thiết, bổ ích và vì những kinh nghiệm mà các Thầy, Cô đã tận tình truyền giảng lại cho
tôi để tôivận dụng vào công việc thực tiễn, góp vào hành trang trên bước đường tương
lai trong cuộc sống, và có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Tiếp đến, tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy TS.Nguyễn Quang Tuấn đã tận tình hướng
dẫn, chỉ dạy ân cần, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, cung
cấp và đề ra định hướng trong suốt quá làm luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân
thành cảm ơn thầy.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Công Trình- Trường
Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng
tiến độ.

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị, các bạn cùng học lớp Cao học
CH24ĐKT12đã cung cấp tài liệu, giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bổ ích
để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.
Cuối cùng tui xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động
viên giúp đỡ về mặt tinh thần và vật chất để tôi hoàn thành chương trình học tập.
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và lượng kiến thức bao la vô tận nên không thể
tránh khỏi những thiếu xót nhất định. Tôi rất mong được sự đóng góp và ý kiến quý
báu của Quý Thầy Cô và bạn bè để ngày càng hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cám ơn!

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG................................................................................................ ix
MỞ ĐẦU............. ........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ .... 5
1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất. ............................... 5
1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn. ........................................................................................... 5
1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn. ................................................................................. 6
1.2. Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn. .............................................................................................. 7
1.3. Các bước thiết kế tường chắn.................................................................................................. 8
1.3.1. Chọn mặt cắt tính toán.......................................................................................................... 9
1.3.2. Xác định lực tác dụng lên tường chắn. ................................................................................ 9
1.3.3. Kiểm tra ổn định tường chắn. ............................................................................................ 10
1.3.4. Kiểm tra điều kiện trượt ổn định tường chắn.................................................................... 10
1.3.5. Kiểm tra điều kiện lật ổn định tường chắn. ....................................................................... 10
1.3.6. Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất. ...................................................... 10
1.3.7. Kiểm tra lún của tường chắn. ............................................................................................. 11

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN .................. 12
2.1. Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn............................................................................ 12
2.1.1. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn. .............................................................. 12
2.1.2. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm). .......................................................... 12
2.2. Xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn. ....................................................................... 13
2.3. Lý thuyết áp lực đất của C.A.COULOMB .......................................................................... 14
2.3.1. Tính toán áp lực chủ động lớn nhất của đất theo lý thuyết C.A.Coulomb ..................... 14
2.3.2. Tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên tường chắn. .............................. 20
2.4. Các phương pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn. ..................................................... 21
2.4.1. Tính toán áp lực đất theo lý luận W.J.W.RANKINE. ..................................................... 21
2.4.2. Tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.Xôclovski......................................................... 28
2.5. Tính toán áp lực đất lên tường chắn trong các trường hợp thường gặp. ............................ 31
2.5.1. Trường hợp tải trọng ngoài tác dụng lên mặt đất. ............................................................ 32
iii


2.5.2. Trường hợp lưng tường gãy khúc và mặt đất phẳng........................................................ 35
2.5.3. Trường hợp đất đắp sau tường gồm nhiều lớp. ................................................................ 36
2.5.4. Trường hợp đất đắp sau tường có nước ngầm.................................................................. 38
2.6. Nhận xét phạm vi áp dụng lý thuyết áp dụng lên tường chắn. ........................................... 39
2.7. Một số vấn đề chú ý khi tính toán áp lực lên tường chắn. .................................................. 40
2.7.1. Việc chọn các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp ........................................................................... 40
2.7.2. Ảnh hưởng của sự nở đất và áp lực đất thủy động ........................................................... 42
2.8. Kiểm tra ổn định tường chắn. ............................................................................................... 42
2.8.1. Tiêu chuẩn đảm bảo sự ổn định......................................................................................... 42
2.8.2. Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng. ...................................................... 44
2.9. Mô hình hóa phân tích ổn định tường chắn. ........................................................................ 49
2.9.1. Giới thiệu về phần mềm Geo-Slope và các đặc điểm, khả năng mô hình hóa của các
modun. ................. ......................................................................................................................... 49
2.9.2. Bài toán tường chắn và các lựa chọn trường hợp tính. .................................................... 49

2.9.3. Mô hình tính toán hệ tường chắn đất đắp nền. ................................................................. 50
2.9.4. Phân tích kết quả tính toán ................................................................................................. 55
2.10. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn. .................................................................. 58
2.10.1. Đặt vấn đề tính toán theo TCVN-4253-2012. ................................................................ 58
2.10.2. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn................................................................ 59
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ỨNG DỤNG CHO CÔNG
TRÌNH XỬ LÝ SẠT LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU
THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG. .................................................................................................. 73
3.1. Đặc điểm địa hình tại khu vực bờ kênh xã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc
Trăng.................... ......................................................................................................................... 73
3.2. Phân tích địa hình khu vực. ................................................................................................... 73
3.2.1. Địa chất. .... ......................................................................................................................... 73
3.2.2. Địa chất thủy văn. ............................................................................................................... 74
3.2.3. Nhận định và phân tích nguyên nhân gây sạt lở hoặc mất ổn định của công trình. .... 75
3.3. Thiết lập bài toán và tính toán ổn định tường chắn. ............................................................ 75
3.3.1. Xử lý bằng cọc bê tông cốt thép ........................................................................................ 76
3.3.2. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ I ...................................................................................... 83
3.3.3. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ II ..................................................................................... 87

iv


3.3.4. Kiểm tra ổn định tổng thể công trình bằng phần mềm GeoSlope khi sử dụng giải pháp
cọc bê tông cốt thép ...................................................................................................................... 90
3.3.5. Phân tích kết quả và bình luận ........................................................................................... 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 98

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản .......................................................................................... 6
Hình 1.2 Mặt cắt ngang công trình ................................................................................................ 9
Hình 2.1 Biểu đồ cường độ áp lực đất tác dụng lên tường, vòng tròn Mohr biểu diễn ứng suất
tại điểm M ........... ......................................................................................................................... 14
Hình 2.2 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất rời theo lý thuyết
C.A.Coulomb. ..... ......................................................................................................................... 14
Hình 2.3 Hàm số Ec=f(ω) biến thiên theo dạng đường cong .................................................... 15
Hình 2.4 Mô tả tính toán áp lực chủ động lớn nhất của đất rời theo phương pháp giải tích, biểu
đồ đa giác lực. ..... ......................................................................................................................... 16
Hình 2.5 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất dính theo lý thuyết
C.A.Coulomb ...... ......................................................................................................................... 19
Hình 2.6 Mô tả tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên tường chắn. ............... 20
Hình 2.7 Mô ta tính toán áp lực theo lý luận W.J.RANKINE đối với đất rời. ......................... 22
Hình 2.8 Trạng thái ứng suất bị động và các họ đường trượt và biểu đồ cường độ áp lực chủ
động. .................... ......................................................................................................................... 23
Hình 2.9 Trạng thái ứng suất bị động của một điểm, các mặt trượt, biểu đồ cường độ áp lực bị
động. .................... ......................................................................................................................... 23
Hình 2.10 Mô tính toán áp lực theo lý luận W.J.RANKINE đối với đất dính. ........................ 25
Hình 2.11 Biểu đồ phân bố cường độ và điểm đặt của áp lực chủ động. ................................. 26
Hình 2.12 Biểu đồ phân bố cường độ và điểm đặt của áp lực bị động. .................................... 28
Hình 2.13 Mô tả tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.XÔCLOVSKI ................................. 29
Hình 2.14 Mô tả tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.XÔCLOVSKI ................................. 30
Hình 2.15 Sơ đồ tính toán áp lực chủ động của đất lên tường chắn theo phương pháp
Coulomb .............. ......................................................................................................................... 32
Hình 2.16 Biểu đồ phân bố cường độ áp lực chủ động.............................................................. 34
Hình 2.17 Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất bị động........................................................... 34
Hình 2.18 Mô tả tính toán tường chắn với tải trọng phân bố đều không kín khắp trên mặt đất
phẳng.................... ......................................................................................................................... 35

Hình 2.19 Mô tả tính toán tường chắn với lưng tường gãy khúc mặt đất phẳng...................... 36
Hình 2.20 Trình bày dạng phân bố cường độ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ
tiêu cơ lý khác nhau. ..................................................................................................................... 37

vi


Hình 2.21 Biểu đồ phân bố cường dộ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ tiêu cơ
lý khác nhau......... ......................................................................................................................... 38
Hình 2.22 Biểu đồ tính toán áp lực đất trường hợp đất đắp sau tường có nước ngầm............. 38
Hình 2.23 Lực tác dụng lên thỏi và đa giác lực theo phương pháp Bishop .............................. 43
Hình 2.24 sơ đồ tính sức chịu tải của nền và sự ổn định của công trình khi trượt hỗn hợp ..... 47
Hình 2.25 Mặt cắt ngang thể hiện một số kích thước cơ bản..................................................... 50
Hình 2.26 Thiết lập thông số giới hạn trang vẽ........................................................................... 52
Hình 2.27 Thiết lập tỉ lệ và đơn vị tính toán................................................................................ 52
Hình 2.28 Thiết lập lưới vẽ Grid.................................................................................................. 52
Hình 2.29 Phát thảo mặt cắt các lớp đất nền, và tường chắn ..................................................... 53
Hình 2.30 Nhập thông số cho lớp đất đắp ................................................................................... 53
Hình 2.31 Nhập thông số cho lớp đất 1a Bùn sét ....................................................................... 53
Hình 2.32 Thiết lập hoạt tải công trình ........................................................................................ 54
Hình 2.33 Thiết lập lưới tâm trượt, và lưới bán kính trượt......................................................... 54
Hình 2.34 Mô phỏng công trình thể hiện mặt cắt tường lớp đất trên phần mềm GeoSlope.... 55
Hình 2.35 Mô phỏng hiển thị cung trượt và tâm trượt theo phương pháp Bishop ................... 56
Hình 2.36 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope với tâm trượt nguy
hiểm nhất ở trường hợp 4 ............................................................................................................. 56
Hình 2.37 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 1........ 57
Hình 2.38 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 2........ 57
Hình 2.39 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 3........ 58
Hình 2.40 Sơ đồ các lớp đất thuộc hố khoan .............................................................................. 60
Hình 2.41 Mặt cắt ngang công trình ............................................................................................ 60

Hình 2.42 Mặt cắt ngang tường chắn .......................................................................................... 62
Hình 2.43 Sơ đồ biểu thị tính toán và điểm đặt của lực tác dụng trường hợp nguy hiểm........ 63
Hình 2.44 Sơ đồ áp lực thấm trường hợp (MNN) ...................................................................... 64
Hình 2.45 Hình Cung trượt nguy hiểm vẽ bằng AutoCad ......................................................... 70
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí cọc .............................................................................................................. 79
Hình 3.2 Sơ đồ sức kháng trượt của cọc...................................................................................... 80
Hình 3.3 Sơ đồ làm việc của cọc và cung trượt nguy hiểm ....................................................... 81
Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất tác dụng và phân bố ứng suất tại đáy móng quy ước........................ 88

vii


Hình 3.5 Mô phỏng cọc và nhập số liệu đầu vào trên phần mềm GeoSlope phương án 1 với 2
hàng cọc đứng ..... ......................................................................................................................... 91
Hình 3.6 Mô phỏng cọc và nhập số liệu đầu vào trên phần mềm GeoSlope phương án 2 với
hàng cọc phía sông được đóng xiên 8:1 ...................................................................................... 91
Hình 3.7 Mô phỏng kết quả cung trượt và tâm trượt nguy hiểm phương án 1 với 2 hàng cọc
đứng ..................... ......................................................................................................................... 92
Hình 3.8 Mô phỏng kết quả cung trượt và tâm trượt nguy hiểm phương án 2 với hàng cọc
phía sông đóng xiên 8:1................................................................................................................ 92

viii


DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
Bảng 2.1 Hệ số áp lực hông Ko ................................................................................................... 14
Bảng 2.2 Trị số góc ma sát giữa đất đắp và lưng tường. ............................................................ 18
Bảng 2.3 hệ số áp lực đất chủ động 𝝀𝒄𝒅 ∗theo thuyết Xôcôlovxki.......................................... 31

Bảng 2.4hệ số áp lực đất bị động 𝝀𝒃𝒅 ∗theo thuyết Xôcôlovxki ............................................. 31

Bảng 2.5 Kích thước cơ bản tường chắn ..................................................................................... 51

Bảng 2.6 Khai báo tải trọng đầu vào và cao trình mực nước..................................................... 51
Bảng 2.7 Khai báo chỉ tiêu cơ lý đất............................................................................................ 51
Bảng 2.8 Tổng hợp hệ số an toàn các trường hợp xảy ra tính toán theo phương pháp Bishop58
Bảng 2.9 Tổng hợp số liệu địa chất các lớp đất trong hố khoan. [5] ......................................... 61
Bảng 2.10 Hệ số rỗng trong thí nghiệm nén lún. [5] .................................................................. 61
Bảng 2.11 giá trị kích thước cơ bản tường chắn ......................................................................... 62
Bảng 2.12 Hệ số vượt tải [8] ........................................................................................................ 65
Bảng 2.13 Kết quả tổng hợp lực và cánh tay đòn của trường hợp tính toán............................. 65
Bảng 2.14 Giá trị tính toán ứng suất thành phần......................................................................... 66
Bảng 2.15 Giá trị tính toán ứng suất trong trường hợp nguy hiểm............................................ 66
Bảng 2.16 Tổng hợp giá trị tính toán kiểm tra hình thức trượt .................................................. 67
Bảng 2.17 Chỉ tiêu các lớp đất cần xét trượt ............................................................................... 67
Bảng 2.18 Tính toán ứng với ϕtb=9.1° ........................................................................................ 68
Bảng 2.19 Kết quả tính toán hệ số an toàn theo số liệu chỉ tiêu cơ lý đất cho trường hợp nguy
hiểm nhất. ............ ......................................................................................................................... 70
Bảng 3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu ................................................................ 76
Bảng 3.2 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 30cm x30cm ................... 78
Bảng 3.3 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 35cmx35cm .................... 78
Bảng 3.4 Tổng hợp sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép theo đất nền Qa (T) ........................ 78
Bảng 3.5 Tính toán số lượng cọc ................................................................................................. 79
Bảng 3.6 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo độ bền vật liệu ..................................... 81
Bảng 3.7 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo điều kiện ngàm dưới mặt trượt........... 82
Bảng 3.8 Tính toán lực kháng trượt của cọc ............................................................................... 82
Bảng 3.9 Tính toán tải trọng đứng và tải trọng ngang tác dụng lên cọc.................................... 83

ix

Bảng 3.10 Ứng suất bản thân ....................................................................................................... 87
Bảng 3.11 Trị số ứng suất các điểm nằm trên trục đi qua điểm A và B ................................... 88
Bảng 3.12 Kết quả tính toán lún tại mép A ................................................................................. 89
Bảng 3.13Kết quả tính toán lún tại mép B .................................................................................. 89
Bảng 3.14 khoảng cách và lực cắt cọc 35x35 (cm) .................................................................... 90
Bảng 3.15 Hệ số an toàn công trình khi chưa xử lý và xử lý bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện
35x35cm, dài 19m ........................................................................................................................ 93

x


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Khi tính toán thiết kế nền móng theo trạng tới hạn cần phải phán đoán các hình thức
trượt của nền, khả năng trượt phẳng, khả năng trượt hỗn hợp hoặc khả năng trượt sâu.
Các trường hợp này đều tính toán rất phức tạp và khối lượng tính toán rất nhiều.
Một số tường chắn có hệ số cấp công trình quan trọng, nên khi phải xét tính toán các
trường hợp nguy hiểm về tải trọng, xu hướng sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô
phỏng bài toán là phổ biến.
Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng tính toán nền móng tường chắn theo trạng thái
giới hạn sẽ cho thấy được tổng thể các trường hợp ứng suất và chuyển vị của cả hệ
công trình. Điều này giúp cho người thiết kế cảm nhận trực quan và nhanh chóng lựa
chọn được phương án thiết kế hợp lý và xét được các trường hợp làm việc của tường
chắn. Đồng thời sử dụng phần mềm chuyên dùng sẽ phát hiện những trường hợp mất
ổn định của tường chắn mà các phương pháp tính toán không thể xác định được do
khối lượng tính lặp không đạt yêu cầu. Tuy nhiên một số tùy chọn trong việc mô
phỏng, nếu chọn không sát với thực tế thì dẫn đến kết quả sai số lớn.
Vì vậy việc tính toán tường chắn đất theo trạng thái giới hạn cho một số trường hợp
nguy hiểm khi sử dụng phần mềm địa kĩ thuật chuyên dùng, có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn. Cùng chia sẻ với các đồng nghiệp các đánh giá, so sánh, ưu điểm, nhược

điểm về mặt kỹ thuật. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng đóng góp vào sự an toàn lâu
dài của hệ công trình.

II. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu giải pháp ổn định tường chắn cho công trình sạt lở bờ kênh khu vựcxã Phú
Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.

1


III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
a.Cách tiếp cận
Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với
các đoạn bờ sông, bờ kênh chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở ở Sóc Trăng
và Đồng bằng sông Cửu Long. Tổng hợp về ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ
trong đó có ứng dụng cọc bê tông cốt thép để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ
sông.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phần mềm ứng dụng nhiều tiện ích, nổi tiếng của GeoSlope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang sử dụng
rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán ổn định.
Thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tình hình
xói lở và công trình kè đã thi công xây dựng xong cho bờ kênh khu vực xã Phú Tâm –
Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Lấy đó
làm trường hợp nghiên cứu, phân tích của luận văn.
b. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh
Sóc Trăng. Tổng hợp, phân tíchđiều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, đánh giá tình
hình xói lở bờ kênh.
Khái quát về tường chắn, tải trọng tác động và tính toán ổn định tường chắn
Nghiên cứu các phương pháp tính toán áp lực đất và ổn định tường chắn
Giới thiệu phần mềm GeoSlope, tính toán ổn định tổng thể bờ kênh cho trường hợp

hiện trạngcông trình thông qua sử dụng phần mềm GeoSlope – Studio vớimô đun
Slope/W để tính toán.
Mô phỏng mô hình bài toán tường chắn cho đoạn kênhkhu vựcxã Phú Tâm – Huyện
Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.

2


Nghiên cứu ổn định tường chắn, sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn. Đánh giá kết
quả, so sánh mức độ tin cậy trong phần mềm GeoSlope – Studio.
Nghiên cứu giải pháp xử lý sạt lở bờ kênh bằng cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ kênh.
Đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và hiệu quả của giải pháp sử
dụng cọc bê tông cốt thép.
c. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu công trình, tài liệu khảo sát đất nền.
Phương pháp nghiên cứu mô hình, mô phỏng tính toán ổn định thông qua phần
mềmGeo Slope kết hợp nghiên cứu lý thuyết, so sánh kết quả cho thấy mức độ tin cậy
phần mềm GeoSlope.
d. Kết quả đạt được
Đánh giá,phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở,
đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ công trình bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm – Huyện
Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.
Giới thiệu phần mềm GeoSlope - Studio – 2007 và phương pháp cân bằng giới hạn,
dùng mô đun Slope/W để tính toán ổn định bờ kênh cho trường hợp hiện trạng thể hiện
cung trượt nguy hiểm để có căn cứđưa ra giải pháp xử lý ổn định.
Kiểm tra, tính toán ổn định công trìnhtheoTCVN-4253-2012, so sánh kết quả tính toán.
Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và khối đất để xác
định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử dụng cọc bê tôngcốtthépcủa bờ kênh khu
vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.
e. Cấu trúc luận văn

Luận văn này gồm96trang, có 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất và tiêu chuẩn thiết kế.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định tường chắn.

3


Chương 3: Phân tích và tính toán ổn định ứng dụng cho công trình xử lý sạt lở bờ kênh
khu vực xã Phú Tâm- huyện Châu Thành- tỉnh Sóc Trăng.
Không kèm theo phụ lục và có 14 tài liệu tham khảo.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN
THIẾT KẾ
1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất.
1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn.
Tường chắn là loại công trình chắn đất, có mái thẳng đứng; gãy khúc hoặc nghiêng đối
với đất đắp hoặc mái đào hố móng v.v…với kết cấu công trình dung để giữ khối đất
đắp hoặc vai hố đào sau tường khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi
trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông. Khi làm việc lưng tường chắn tiếp xúc
với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất.
Khi thiết kế tường chắn đất cần tính toán chính xác cẩn thận và đầy đủ tải trọng tác
dụng lên tường chắn đặc biệt là áp lực chủ động của đất lên tường chắn không những
đảm bảo được an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm được nhiêu chi phí xây dựng.
Người ta có thể phân loại tường chắn dựa trên các cơ sở mục đích sau đây: Theo mục
đích xây dựng, theo đặc tính công tác của tường, theo chiều cao tường, theo vật liệu
xây dựng tường, theo độ nghiêng của tường hay theo phương pháp thi công xây dựng
tường, theo độ cứng, v.v… Trong đó việc phân loại tường theo độ cứng là yếu tố quan

trọng nhất để tính toán sự làm việc đồng thời giữa tường chắn và đất. Về cách phân
loại này, tường được phân thành các loại như sau:
Tường cứng: là loại tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có
chuyển vị tịnh tiến và xoay. Loại tường này thường dùng vật liệu gạch, đá hộc, bê tông
đá hộc, bê tông, tường có chiều cao, rộng, dày thường gần bằng nhau. Độ ổn định của
loại tường này thường được quyết định do trọng lượng bản thân tường, do đó còn có
tên gọi là tường trọng lực.
Tường bán trọng lực: loại tường này thường được tạo bởi các cấu kiện bê tông cốt thép
hoặc nhiều tấm bê tông cốt thép ghép lại với nhau. Tường này có chiều dày nhỏ hơn
nhiều so với chiều cao và bề rộng của tường. Độ ổn định được đảm bảo không chỉ do

5


trọng lượng bản thân và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp nằm trên
bản móng.
Tường mềm: là loại tường sinh ra biến dạng uốn khi chịu tác dụng của áp lực đất. Loại
tường này thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại, do đó chiều dày
nhỏ hơn nhiều so với chiều cao, bề rộng của tường. Nếu bản thân tường chắn đất bị
biến dạng thì nó sẽ làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa lưng tường chắn với khối đất
đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường và cũng
làm thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao của tường. Sự ổn định của
loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nền. Do đó loại
tường này còn gọi là tường cọc, tường cừ. Để giảm bớt độ chôn sâu trong đất của
tường và để tăng độ cứng của tường người ta dùng neo tường vào khối đất. [1]

Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản
1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn.
Như khái niệm trên, Tường chắn đất là kết cấu công trình để giữ cho khối đất sau
tường được cân bằng, khỏi bị sạt và trượt. Tường chắn đất được dùng như một bộ phận

của công trình thủy lợi, do đó tải trọng tác động lên nó được đưa về hai tổ hợp: cơ bản
và đặc biệt, theo quy định của TCXD-VN-9152-2012. Tuy nhiên tùy theo đặc điểm
làm việc của tường chắn mà mỗi tổ hợp đó đều được phân ra cụ thể khác nhau.
Tuân theo các tiêu chuẩn xây dựng, tổ hợp cơ bản như sau:
a) Trọng lượng bản thân tường, tải trọng của đất, các thiết bị và tải trọng cố định đặt
trên tường.
b) Áp lực đất lên tường chắn và móng tường, kể cả tải trọng phân bố trên mặt đất đắp.
c) Áp lực nước lên tường chắn và móng tường ứng với mực nước dân bình thường.

6


d) Áp lực nước thấm khi chế độ thấm ổn định hoặc không ổn định nhưng lặp lại đều
đặn, với điều kiện các thiết bị thoát nước và chống thấm làm việc bình thường.
e) Tác động của sóng
f) Tác động của nhiệt, ứng với biến thiên nhiệt độ trung bình tháng của môi trường
xung quanh, lấy theo điều kiện nhiệt độ trung bình năm;
g) Tải trọng gây ra do các phương tiện vận chuyển, máy móc.
h) Tải trọng do tàu thuyền và neo buộc gây ra.
Tổ hợp đặc biệt bao gồm những tải trọng nêu ở mục a, b, e, g cộng thêm các loại tải
trọng sau đây:
i) Tải trọng của động đất.
j) Áp lực nước khi mực nước chắn quá mức.
k) Áp lực nước thấm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
l) Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi
trường xung quanh theo năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm.
m) Tác động do tàu thuyền va đập gây ra.
Khi lựa chọn tổ hợp các tải trọng và tác động để tính toán tường chắn, cần xác định rõ
xác suất đồng thời xảy ra thực tế của chúng để loại trừ các trường hợp những tổ hợp tải
trọng và tác động không thể xảy ra hoặc xảy ra rất hiếm. Mặt khác cần dự đoán trước

trình tự thi công công trình để đảm bảo không gây ra các trường hợp bất lợi về trạng
thái ứng suất công trình và những cấu kiện của nó trong giai đoạn thi công.[2]
1.2. Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn.
Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng các tài liệu sau đây để thiết kế tường chắn đất bao gồm:
a) Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thủy lợi C4.76
b) Tiêu chuẩn nền công trình thủy công- công trình thủy lợi: TCVN 4253-2012
c) Tiêu chuẩn quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi: TCVN 9152-2012
Ngoài ra một số đơn vị còn sử dụng các tiêu chuẩn của Euro Code bao gồm một số các
tài liệu như sau:
a. Euro code 7 Geotechnical design

7


Part 1: General rule
Part 2: Ground investigation & testing
b. EN 1990 Euro code Basic of Structural Design
1.3. Các bước thiết kế tường chắn.
Trong thiết kế tường chắn đất, việc tính toán các áp lực tác dụng lên tường chắn là
tương đối phức tạp.Việc giải bài toán được thực hiện một số bước như sau.
Chọn mặt cắt cho tường chắn: Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình lựa chọn
chiều sâu thiết kế, chọn sơ bộ kích thước của tường chắn (kích thước về chiều cao
tường chắn, bề rộng móng, bề rộng đỉnh cũng như bề dày tường chắn…)
Xác định các tải trọng từ đó tổ hợp và tính toán các lực tác dụng lên tường chắn. Khi
tính toán cần tiến hành đối với ba tổ hợp tải trọng tác động:
+ Tổ hợp cơ bản
+ Tổ hợp đặc biệt
+ Tổ hợp tải trọng trong giai đoạn thi công công trình
Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất về khả năng chịu tải (theo ổn định và độ
bền) cần được thực hiện theo tổ hợp tải trọng và tác động bất lợi nhất có thể xảy ra

trong giai đoạn sử dụng, sửa chữa cũng như trong quá trình xây dựng nhằm đảm bảo
cho kết cấu:
+ Không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác, đất nền đảm bảo cường
độ…
+ Không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc
về vị trí (tính toán chống trượt và chống lật cho tường chắn đất …)
+ Đối với những tường chắn có nền đất thì cần tính toán ổn định tường chắn theo sơ đồ
tính toán về trượt; Trượt phẳng, Trượt hỗn hợp, Trượt sâu.
+ Đối với những tường chắn đất có nền là đá thì cần tính toán với sơ đồ trượt phẳng và
sơ đồ lật quanh chân tường trước.

8


1.3.1. Chọn mặt cắt tính toán.
Việc chọn mặt cắt là xác định các kích thước hợp lý mặt cắt của tường, móng và địa
hình khu vực

Hình 1.2 Mặt cắt ngang công trình
Kích thước tường được chọn theo kinh nghiệm và theo điều kiện thực tế
Tường chắn được cấu tạo bằng bê tông cốt thép
Mặt cắt tường nên chọn sao cho tiết kiệm được vật liệu, làm việc tốt, ứng suất phân bố
đáy móng, phân bố càng đều càng tốt, đơn giản và dễ dàng thi công.
1.3.2. Xác định lực tác dụng lên tường chắn.
- Áp lực chủ động của đất lên tường chắn Ecd
- Áp lực bị động của đất lên tường chắn Ebd
- Áp lực của nước sông, nước ngầm lên tường chắn Es; Enn
- Trọng lượng bản thân của tường chắn G
- Áp lực đẩy nổi Eđn
- Áp lực thấm Eth

- Tổ hợp các tải trọng trong quá trình thi công (Tải trọng xe, các thiết bị thi công; tải
trọng của người đi bộ….)

9


Tiến hành tổ hợp các tải trọng (có sử dụng các hệ số tin cậy, hệ số tin cậy có thể lớn
hơn, hoặc nhỏ hơn 1 để khi tính toán xét đến sự làm việc của kết cấu bất lợi hơn.
1.3.3. Kiểm tra ổn định tường chắn.
Việc tính toán ổn định của công trình trên nền trọng lực không phải là đá phải theo sơ
đồ trượt phẳng, trượt hỗn hợp và trượt sâu. Các sơ đồ trượt kể trên có thể xảy ra theo
dạng trượt tịnh tiến hoặc vừa trượt vừa quay trên mặt bằng
1.3.4. Kiểm tra điều kiện trượt ổn định tường chắn.
Hình thức trượt phẳng của công trình chỉ xảy ra khi cả 3 điểu kiện sau được thỏa mãn:
σ
≤ N th = 3
b × γ tb

−

Chỉ số mô hình: N =

−

Hệ số chống cắt: tgψ= tgϕ +

−

Mức độ cố kết nền : Cv0 =

C
≥ 0.45
σ tb

K t × (1 + e) × t 0
≥4
a × γ n × h02

Nếu một trong ba điều kiện không thỏa thì công trình sẽ xảy ra hình thức trượt hỗn hợp
hoặc trượt sâu.
1.3.5. Kiểm tra điều kiện lật ổn định tường chắn.
Công thức tính ổn định lật: Klat =

∑ Mcl > [Kl]
∑ Mgl

Với Kl là hệ số ổn định lật (dựa vào cấp công trình)
ΣMcl Tổng moment của thành phần chống lật (T.m)
ΣMgl tổng moment của thành phần gây lật (T.m)
1.3.6. Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất.

N- Tải trọng tính toán trên nền

N≤

Ntc
Ktc

Ntc- Sức chịu tải của nền

10


Ktc- Hệ số tin cậy.
1.3.7. Kiểm tra lún của tường chắn.
Điều kiện: S < Sgh
Lưu ý: Trong trường hợp móng tường chắn đặt lên trên nền là đất, đá có cường độ lớn
ít có nguy cơ hư hỏng do mất ổn định trượt sâu, trượt hỗn hợp, do đó thường phải kiểm
tra ổn định về hai mặt: Trược phẳng và lật.
Dưới tác dụng của lực ngang, sự trượt hỗn hợp là có thật. Tuy nhiên, nếu không xảy ra
trượt phẳng và trượt sâu- là hai trạng thái giới hạn thì trượt sâu không thể xảy ra. Vì
vậy khi tính toán có thể bỏ qua trường hợp tính toán trượt hỗn hợp.
Kết luận chương 1.
Chương 1 đã tổng hợp được các dạng của tường chắn, điều kiện sản sinh cũng như các
loại tải trọng tác dụng. Từ đó cho thấy các loại đặc điểm cũng như phân loại theo điều
kiện làm việc của tường chắn.
Tổng hợp được một số tiêu chuẩn thiết kế thường dùng và các bước cơ bản thiết kế
tường chắn, đặc biệt áp dụng đến tường chắn chống sạt lở thích hợp với điều kiện sông
ngòi của đồng bằng sông Cửu Long. Ngoài ra còn hình thành phương pháp luận cho
tính toán thiết kế cả hệ công trình nền, tường và đất đắp.
Tổng hợp được các điều kiện kiểm tra ổn định tường chắn đối với bài toán sạt lở bờ
sông, bờ kênh trong các công trình thủy lợi.
Như vậy, để thực hiện đầy đủ các bước tính toán tường chắn đất , khối lượng công việc
là rất lớn. Vậy để giảm được thời gian và tăng phân tích trường hợp làm việc bất lợi
của tường, xu hướng sử dụng phần mềm chuyên môn trong tính toán thiết kế là rất
quan trọng và ngày càng nhiều. Ngoài việc đánh giá ổn định một cách chính xác thì
việc mô phỏng của các phần mềm đưa ra thật sự thuận lợi và phù hợp với quy định của
các quy phạm hiện hành. Các tính toán và phân tích ở các chương sau sẽ phân tích kỹ
hơn.

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG
CHẮN
2.1. Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn.
Lý thuyết áp lực đất là một trong những vấn đề quan trọng và phức tạp của Cơ học đất.
Gồm hai loại cơ bản khác nhau:
Loại không xét đến độ cứng của tường và loại có xét đến độ cứng của tường ( loại này
có thể tham khảo trong các tài liệu chuyên sâu về tường chắn đất).
Loại không xét đến độ cứng của tường, giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến
các trị số áp lực đất ở các trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực bị động. Về
loại này có thể phân thành hai nhóm chính.
2.1.1. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn.
Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi
mặt trượt có hình dạng trước, như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Đại
diện cho xu hướng lý thuyết này là lý thuyết A. Coulomb (1773) và sau đó được
I.V.Pôngxele, K.Culman,… phát triển hoàn thiện thêm. [1]
2.1.2. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm).
Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các chỉ số áp lực đất chủ động và áp lực đất
bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp đạt trạng thái cân bằng giới hạn
cùng một lúc. Lý thuyết này đã được giáo sư V.L.M.Rankine đề ra năm 1857 sau đó
được nhiều tác giả phát triển thêm. Đặc biệt đến nay lý thuyết cân bằng giới hạn phân
tố được phát triển mạnh mẽ, trước hết phải kể đến các công trình nghiên cứu lý thuyết
của viện sĩ V.V.Xôcôlovski. Đến nay, lý thuyết tính toán đến áp lực đất có xét đến độ
cứng của tường (tường mềm) chưa được nghiên cứu đầy đủ bằng lý thuyết tính toán áp
lực đất lên tường cứng loại này được phát triển theo hai hướng.
Xu hướng tính gần đúng theo các biểu thức tính toán áp lực đất chủđộng và áp lực đất
bị động đối với tường cứng.

12


Xu hướng tính tường mềm như dầm tựa lên nền đàn hồi và dùng các loại mô hình cơ
học về nền để giải. Các phương pháp theo xu hướng này không những cho phép xác
định áp lực đất lên tường mềm (tức là phản lực nền) mà còn xác định được chuyển vị
của tường mềm. Lý luận áp lực đất của Xôcôlovski hiện nay được coi là lý luận chặt
chẽ về mặt toán học, cho kết quả với độ chính xác khá cao và đúng với các quan sát
thực tế, song cũng còn bị hạn chế chủ yếu ở chổ cách thực hiện lời giải quá phức tạp,
chưa ra được các lời giải và bảng tính cho mọi trường hợp cần thiết khi tính toán áp
dụng thực tế. Mặt khác lý luận áp lực đất của C.A.Coulomb chỉ được coi là lý luận gần
đúng do những hạn chế của các giả thiết cơ bản. Song hiện nay lý luận này được dùng
phổ biến để tính toán các trường hợp có áp lực đất chủ động tác động lên tường chắn,
vì các bước tính toán tương đối đơn giản, có khả năng giải được các bài toán thực tế
phức tạp và cho kết quả đủ chính xác trong các trường hợp tính toán áp lực đất chủ
động, tuy nhiên việc xác định áp lực đất bị động lại có mức sai số khá lớn so với thực
tế. [1]
2.2. Xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn.
Xét bài toán với mặt đất sau tường đồng chất nằm trong trạng thái cân bằng bền, đất
sau tường phẳng và nằm ngang. Giả thiết lưng tường phẳng thẳng đứng và sự có mặt
của tường không làm ảnh hưởng thay đổi đến điều kiện làm việc của đất. khi đó áp lực
của đất tác dụng lên mặt phẳng lưng tường chính là áp lực hông trên mặt phẳng đó
trong nền khi không có tường. Do khối đất ở trạng thái cân bằng tĩnh nên áp lực đó gọi
là áp lực tĩnh.
Cường độ áp lực đất tĩnh được xác định theo công thức sau:
Po= K. γ. z

(2.1)

Trong đó: γ: là dung trọng của đất.

z: là độ sâu của điểm M cần tính

Ko : hệ số áp lực hông của đất. Hệ số này có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc tính
theo các công thức sau:K o=

µo

1-µo

;

Hoặc có thể lấy theo bảng (2-1) sau:

K o= 1-sinφ ;

13

K o=

1-sinφ
cos φ

(2.2)