Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình đường và kè ven sông qua việc tính toán bằng phần mềm phần tử hữu hạn

64

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY LỚP ĐẤT
YẾU TỚI CHIỀU DÀI CỌC VÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG
LỰC CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀ KÈ VEN SÔNG QUA VIỆC
TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN PLAXIS 8.2
STUDY INVESTIGATED THE EFFECT OF SOFT SOIL THICKNESS TO THE
LENGTH OF PRESTRESSED CONCRETE SHEET PILES FOR ROAD WORKS
AND RIVER EMBANKMENTS THROUGH SOFTWARE CALCULATED BY
FINITE ELEMENT 8.2 PLAXIS
Nguyễn Thành Đạt1, Nguyễn Hải Dương2 , Trần Giang Nam3
1
Khoa Kỹ thuật xây dựng, ĐH GTVT TPHCM
2
Đoàn thanh niên CSHCM, ĐH GTVT TPHCM
3
Công Ty TNHH Tư Vấn – Thiết Kế - Xây Dựng Khánh Tường
Tóm tắt: Hiện tượng sạt lở đã và đang diễn ra ở nhiều khu vực thuộc hệ thống sông Cửu Long,
gây tổn thất về kinh tế và đe dọa đến sự phát triển của nhiều tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long.
Do đó để giải quyết được vấn đề trên thì nhiều địa phương đã triển khai giải pháp xây dựng đường và
kè ven sông. Tuy nhiên nhiều công trình đường và kè ven sông lại không đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật đề ra do quá trình tính toán áp dụng tường cọc bản chưa được nghiên cứu kỹ. Vì vậy trong phạm
vi nghiên cứu của bài báo, nhóm tác giả giới thiệu một công nghệ trong việc xây dựng công trình
đường và kè ven sông đang được ứng dụng hiệu quả ở nhiều địa phương đó là cọc ván cừ bê tông cốt
thép dự ứng lực, đồng thời nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván
bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình đường và kè ven sông nhằm giải quyết yêu cầu kỹ thuật đề
ra mà quá trình ứng dụng tường cọc bản chưa đáp ứng được, đặc biệt tại các vùng đất yếu như khu
vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Từ khóa: Cọc ván cừ bê tông cốt thép dự ứng lực, nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp

đất yếu tới chiều dài cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình đường và kè ven sông.
Abstract: Avalanche phenomenon has been occurring in many areas of the Mekong River system,
causing economic losses and threatening the development of several Mekong Delta provinces. So to
solve the problem on the local multiple solutions implemented construction of roads and river
embankments. But the many road works and river embankments did not meet the technical
requirements set out because they calculated by the application of the pile has not been adequately
studied, therefore within the scope of the study of the article. So that the authors introduce the
technology in the application of road construction and river embankments are being applied
effectively in some localities and this technology is “prestressed concrete sheet piles”. Research also
investigated the effect of soft soil to the length of of prestressed concrete sheet piles for road works
and river embankments to address the technical requirements set out which process the application
pile not met, particularly weak areas such as the Mekong Delta.
Keywords: Prestressed Concrete Sheet Piles, study investigated the effect of soft soil to the length
of prestressed Concrete Sheet Piles for road works and river embankments.

1. Giới thiệu
Hiện tượng sạt lở trên hệ thống sông
Cửu Long đã và đang là lực cản lớn đến sự
nghiệp phát triển bền vững ở các tỉnh Đồng
bằng sông Cửu Long. Sạt lở hàng năm đã gây
nhiều thiệt hại đến mức báo động. Kinh phí
đầu tư cho các công trình bảo vệ bờ dọc theo
các khu vực xói lở ven sông là rất lớn. Tuy
nhiên, các loại dạng công trình ấy đã mang

lại hiệu quả đến đâu thì vẫn còn là một vấn
đề cần được quan tâm.
Nhiều công trình đường ven bờ, bảo vệ
bờ đã xảy ra sự cố trong thi công do quá trình
tính toán áp dụng tường cọc bản chưa được

tính toán kỹ. Những nghiên cứu trước đây chỉ
dừng lại ở mức tìm tòi, phân tích tính ưu việt
của tường cọc ván và khả năng ứng dụng vào
công trình bảo vệ kè ven sông. Trong khi đó


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016

cọc ván bê tông cốt thép đã được ứng dụng
vào Việt Nam khá lâu nhưng khả năng áp
dụng của nó chưa được suy tính một cách cẩn
thận, đặc biệt tại các vùng đất yếu như khu
vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Vì vậy, nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng
chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván
bê tông cốt thép dự ứng lực cho công trình
đường và kè ven sông là vấn đề cấp thiết, có
ý nghĩa thực tiễn.
2. Giải quyết vấn đề
2.1. Tổng quan về cọc ván bê tông cốt
thép dự ứng lực ở Việt Nam
Cọc ván cừ bê tông cốt thép đúc sẵn dự
ứng lực, cọc ván PC được chế tạo lần đầu bởi
công ty P.S. Mitsubishi (Nhật Bản) cách đây
hơn 50 năm. Cọc được thiết kế với nhiều
hình dạng mặt cắt khác nhau như dạng
phẳng, dạng sóng, dạng mặt lõm…
Trong vòng 20 năm qua, kết cấu tường
chắn sử dụng cọc ván PC đã được áp dụng
khá nhiều ở Việt Nam tính từ năm 1999 tại

cụm công trình Nhiệt điện Phú Mỹ ở các
hạng mục hệ thống các kênh dẫn chính và
các kênh nhánh với tổng chiều dài cừ
42.149m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m
đưa nước từ sông Thị Vải vào để giải nhiệt
cho các Turbin khí. Hay một số các công
trình khác như: Kè bờ và Cầu tàu Nha Trang
– Khánh Hòa thực hiện năm 2003; Kè bờ bảo
vệ thị trấn Năm Căn – Cà Mau thực hiện năm
2010, Kè kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Thành
phố Hồ Chí Minh…

Hình 1. Một số dạng công trình áp dụng cọc ván bê
tông cốt thép dự ứng lực.

65

2.2. Giới thiệu tổng quan về phần

mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.2
Phương pháp phần tử hữu hạn là phương
pháp số để giải các bài toán được mô tả bởi
các phương trình vi phân riêng phần cùng với
các điều kiện biên cụ thể.
Cơ sở của phương pháp này là làm rời
rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài
toán. Các miền liên tục được chia thành
nhiều miền con (phần tử). Những miền này
được liên kết với nhau tại các điểm nút. Trên
miền con này, dạng biến phân tương đương

với bài toán được giải xấp xỉ dựa trên các
hàm xấp xỉ ở từng phần tử, thoả mãn điều
kiện tại biên cùng với sự cân bằng và liên tục
giữa các phần.
Plaxis là phần mềm trên cơ sở phần tử
hữu hạn, dùng để phân tích các bài toán địa
kỹ thuật như: Chuyển vị, ổn định, dòng thấm.
Plaxis được sử dụng rộng rãi trong tính toán
các công trình thực tế vì nó sử dụng đơn
giản, thân thiện với người dùng và kết quả
đáng tin cậy.
Hai mô hình đất nền trong Plaxis thường
được sử dụng để tính toán cho cả đất dính và
đất rời là mô hình Mohr-Coulomb (MC) và
mô hình Hardening Soil (HS). Tuy nhiên
việc lựa chọn mô hình còn phụ thuộc vào loại
vật liệu, ứng xử của đất theo tải trọng và tác
động, mục đích bài toán. Bên cạnh, các thông
số đưa mô hình cần sự thí nghiệm chính xác
và phù hợp. Hiện nay tại Việt Nam, do điều
kiện thí nghiệm chưa được đầy đủ, các thông
số đưa vào mô hình còn hạn chế. Những
thông số đầu vào của mô hình MC dễ dàng
tiến hành thí nghiệm trong điều kiện cho
phép. Vì những lý do trên, tác giả chọn mô
hình Mohr - Coulomb để thể hiện vật liệu
trong phần mô phỏng bài và tính toán.
2.3. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng
chiều dày lớp đất yếu tới chiều dài cọc ván
Bê tông cốt thép DƯL

2.3.1. Lựa chọn dự án nghiên cứu
Hiện tượng sạt lở trên hệ thống sông
Cửu Long nói chung và sông Tiền nói riêng
đang diễn biến phức tạp gây ảnh hưởng lớn
đến an toàn cho người và của tại khu vực ven
sông, hơn thế còn ảnh hưởng lớn đến sự phát
triển kinh tế khu vực mà Thành phố Mỹ Tho,


66

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016

tỉnh Tiền Giang là một trong những nơi quan
trọng phát triển kinh tế khu vực đã và đang
chịu ảnh hưởng của hiện tượng sạt lở.
Thấy được thực trạng này, tháng 3/2009,
Uỷ ban Nhân dân tỉnh Tiền Giang đã ban
hành Quyết định số 718 về việc phê duyệt dự
án đầu tư xây dựng công trình “Đường và kè
sông Tiền khu vực Thành phố Mỹ Tho”.
Công trình được thực hiện với qui mô như
sau: Phần kè có chiều dài 2.625m, kết cấu kè
mái đứng, tường cọc ván bê tông cốt thép dự
ứng lực, điểm đầu giáp với bờ Đông cửa rạch
Bình Đức (Phường 6) và điểm cuối giáp với
cuối ranh khuôn viên phía Tây của Công ty
TNHH Một thành viên Cấp nước Tiền Giang
(Phường 1).

Hình 2. Vị trí của Dự án.

kè là 5 kN/m2, hoạt tải trên nền đường là 5,78
kN/m2. Kết cấu tường cọc ván DWL
W740A. Tường cọc ván được neo vào trụ
BTCT, như hình 3.
2.3.3. Mô hình tính toán
Ứng với mặt cắt tính toán, tác giả mô
phỏng bài toán cho các trường hợp thay đổi
chiều dài tường cọc ván (tính từ đỉnh tường)
lần lượt là: 7m, 9m, 11m, 13m, 15m, 17m,
19m, 21m, 23m, 25m.
2.3.4. Các số liệu phục vụ tính toán
Bảng 1. Số liệu địa chất cho tính toán.

Bảng 2. Đặc trưng vật liệu kết cấu cọc, đài cọc cọc
ván.

2.3.2. Lựa chọn mặt cắt nghiên cứu

Bảng 3. Các đặc trưng của neo.

Hình 3. Mặt cắt tính toán.

Công trình được tính toán, kiểm tra với
bốn mặt cắt tính toán điển hình tương ứng
với bốn vị trí công trình. Tuy nhiên trong
điều kiện bài báo, tác giả chỉ chọn một mặt
cắt điển hình để tính toán và tiến hành như
sau:

Mặt cắt ứng với đoạn kè 3G có cao trình
đáy kè từ - 3m đến - 4.6m. Hoạt tải trên mặt

Tổng chiều dài của neo là 7,78m, có góc
nghiêng 3,5 độ so với phương ngang.
2.3.5. Mô hình hóa Plaxis 8.2 ta được
kết quả tính toán
Căn cứ vào kích thước mặt cắt ngang kè,
kích thước mô hình được xác định dựa theo
Briaud và Lim (1997) [3], chiều rộng mô
hình là Be + We , Be = 3(He + D) với He là
chiều cao tự do (He = 6,5m) và D là chiều
dài của tường chôn trong lớp đất không thấm
nước (D=13,5m). Vậy bề rộng của mô hình
là 3 x (6,5 m + 13,5 m) + 20 m = 80 m.


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016

Chiều cao mô hình là 31,95m. Chiều dài theo
phương dọc lớn nên sử dụng mô hình ứng
suất phẳng. Hố đào được chống đỡ bằng
tường neo cọc ván Bê tông cốt thép dự ứng
lực. Neo bên trên ở cao độ +1,68m. Khoảng
cách theo phương ngang giữa các neo là
3,0m.
Tại vị trí cọc ván đạt 20 m, ta có kết quả
như sau:

Hình 4. Mức độ chuyển vị giai đoạn hoàn thiện.

Hình 5. Lưới biến dạng giai đoạn hoàn thiện.
Bảng 4. Kết quả phân tích các trường hợp thay đổi
tường cọc ván.

67

Bảng 5. Số liệu quan trắc hiện trường chuyển vị đầu
cừ các vị trí CV1, CV2, CV3, CV4, CV5, CV6, CV7
cuối giai đoạn thi công mặt cắt tính toán.

3. Kết luận:
Kết quả tính toán cho thấy chuyển vị đầu
cừ giảm dần khi chiều dài cọc tăng, chuyển
vị đầu cừ giảm mạnh khi chiều dài cọc nằm
trong đoạn từ 5,0m đến 13,0m (đạt 25,77%),
dần ổn định ở chiều dài 15,0m đến 19,0m
(đạt 4,2%) và thay đổi rất nhỏ (0,42%) khi
chiều dài cọc đạt từ 20,0m trở đi. Hơn nữa ở
đây chính là sự thay đổi góc chuyển hướng
của đồ thị, nguyên nhân chính là do khi chiều
dài cọc thay đổi, cọc sẽ đi qua các lớp đất
khác nhau với các chỉ tiêu cơ lý khác nhau.
Từ giai đoạn chiều dài cọc trong khoảng
5,0m đến 13,0m, hệ số ổn định tăng nhanh
(11,4%) theo sự biến thiên chiều dài cọc ván
và trường hợp nhỏ nhất trong mặt cắt mô
phỏng là 1,45. Từ chiều dài cọc 13,0 m trở
đi, hệ số ổn định cọc vẫn tiếp tục tăng
(1.99%) nhưng mức độ thì ngược lại không

tăng mà giảm đi. Điều đó nói lên rằng mức
độ tăng của hệ số ổn định công trình giảm
dần hay nói cách khác, công trình đã đạt ổn
định nhất định và sự thay đổi chiều dài cọc
đã ảnh hưởng khá nhỏ tới sự ổn định này.
Vì vậy phương pháp này giúp chúng ta
xác định được chiều dài cọc cần thiết để đạt
ổn định ứng với lớp địa chất của công trình,
nhằm giải quyết yêu cầu kỹ thuật đề ra mà
quá trình ứng dụng tường cọc bản chưa đáp
ứng được, đặc biệt tại các vùng đất yếu như
khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và làm


68

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016

giảm chi phí đầu tư ban đầu nhưng vẫn mang
lại hiệu quả như mong muốn.
4. Khuyến nghị:
Trong phạm vi khuôn khổ đề tài chỉ
nghiên cứu tính toán loại kè với mặt cắt thiết
kế theo hồ sơ thiết kế dự án đường và kè
sông Tiền khu vực Thành phố Mỹ Tho với
địa chất tại khu vực này. Tuy nhiên, để quyết
định tới việc chọn chiều dài tường cọc ván
còn nhiều yếu tố khác cũng cần xem xét và
tùy thuộc nhiều vào địa chất từng khu vực.
Do đó, cần phải nghiên cứu tính toán và so

sánh thêm:
- Các mặt cắt thiết kế công trình.
- Các địa chất khu vực Đồng bằng sông
Cửu Long.
- Các loại neo, góc neo, lực neo khác
nhau.
Các vấn đề này sẽ được giải quyết ở
hướng nghiên cứu tiếp theo như sau:
- Nghiên cứu bài toán Plaxis 3D;
- Nghiên cứu bài toán dưới tác dụng của
tải trọng động;
- Nghiên cứu bài toán với các vùng địa
chất có sự sói lở của dòng chảy 

Tài liệu tham khảo:
[1] GS.TS. Phan Trường Phiệt (2001), Áp Lực Đất Và
Tường Chắn Đất, Nhà Xuất Bản Xây Dựng. Hà
Nội.
[2] TS. Nguyễn Bảo Việt (2015), Cọc ván cừ bê tông
cốt thép dự ứng lực, khả năng ứng dụng vào
công trình kè trên nền đất yếu, Tạp chí KHCN
Xây dựng - số 1/2015.[3] Phạm Văn Giáp,
Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Ngọc Huệ(1998),
Công Trình Bến Cảng, Nxb Xây Dựng.
[4] TS Châu Ngọc Ẩn (2002), Nền Móng, Nhà Xuất
bản Đại học Quốc gia TP.

[5] Đỗ Tấn Long (2012), Nghiên cứu sử dụng hợp lý
cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực (lưu vực
đồng bằng sông cửu long), Luận văn thạc sĩ,

Khoa Xậy dựng, Trường Đại Học Bách Khoa
TP. Hồ Chí Minh.
[6] Tiêu chuẩn 14TCN 35-85, Hướng dẫn thiết kế
tường chắn công trình thủy lợi HDTL.C4.76.
[7] Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử
hữu hạn, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà
Nội.
[8] Báo cáo kết quả khảo sát địa kỹ thuật xây dựng
công trình dự án Đường và kè sông Tiền khu vực
thành phố Mỹ Tho, Công ty cổ phần tư vấn xây
dựng công trình Thủy-Bộ(SUDEWAT), 2009.
[9] Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công dự án “Đường và kè
sông Tiền khu vực thành phố Mỹ Tho”, Công ty
cổ phần tư vấn xây dựng công trình Thủy-Bộ
(SUDEWAT), 2010.
[10] Cọc ván Bê tông dự ứng lực, chỉ dẫn kỹ thuật,
Công ty Cổ phần Bê tông 6, 2014.
[11] Tiêu chuẩn TCXD.57.73, Thiết kế tường chắn
các công trình thủy công.
[12] Luận văn cao học “Ứng dụng phương pháp phần
tử hữu hạn khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp đất
yếu tới chiều dài tường cọc ván cho công trình kè
ven sông” của Trần Giang Nam - học viên
trường Đại học GTVT TP.HCM.
[13] Nhật ký theo dõi mốc chuyển vị đầu cừ , Công
trình: Đường Và Kè Sông Tiền Khu Vực TP.Mỹ
Tho, Liên danh công ty TNHH MTV ĐTXD Van
Tường, Công ty cổ phần bê tông ly tâm Dung
Quất, DNTN xây dựng Thuận Thành, Công ty
TNHH bê tông đúc sẵn VINA-PSMC và DNTN

Thương Mại Dịch Vụ Đồng Thắng.

Ngày nhận bài: 13/04/2016
Ngày hoàn thành sửa bài: 05/05/2016
Ngày chấp nhận đăng: 12/05/2016