Phân tích ổn định công trình kè bằng giải pháp móng cọc ở khu vực thành phố Cần Thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


TRƯƠNG HOÀNG NAM

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH KÈ
BẰNG GIẢI PHÁP MÓNG CỌC
Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ
CHUYỀN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ NGÀNH :
60 58 02 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS.Lê Bá Vinh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trương Quang Thành
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 05 tháng
01 năm 2017.

Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm
2. TS. Nguyễn Danh Thắng
3. PGS.TS.Lê Bá Vinh
4. TS. Trương Quang Thành
5. TS. Lê Văn Pha
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận
vãn đã được sửa chữa (nếu cố).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRƯƠNG HOÀNG NAM

MSHV: 1570675

Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1985

Nơi sinh: CẦN THƠ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

Mã ngành: 62580204

1. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH KÈ BẰNG GIẢI PHÁP

MÓNG CỌC Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ.
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng hợp các phương pháp tính toán kè trên đất yếu;
- Chọn lựa giải pháp nền móng và đánh giá ổn định công trình kè trên móng cọc kết hợp bản bê
tông cho khu vực có lớp đất yếu có bề dày lớn;
- Mô phỏng theo sơ đồ 2D và 3D công trình kè trên cọc ở khu vực Ninh Kiều - TP. Cần Thơ
bằng Plaxis nhầm phân tích ổn định tổng thể công trình.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016
5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp. HCM, ngày .... tháng 12 năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Bùi Trường Sơn

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu, được sự giảng dạy và hướng dẫn tận tình của Thầy,
Cô phụ trách lớp Cao học - Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm - Khóa 2015, đặc biệt là Quý Thầy
Cô trong Bộ môn Địa cơ & Nền móng, em đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ này.
Lời đầu tiên kính bày tỏ lòng biết ơn đối với tất cả Thầy Cô đã hết lòng truyền đạt những
kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em chân thành cảm ơn Thầy Bùi

Trường Sơn đã nhiệt tình hướng dẫn và không ngừng động viên em trong suốt quá trình thực hiện
luận văn
Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị, các bạn trong lớp Kỹ thuật xây dựng công
trình ngầm-Khóa 2015, gia đình và các bạn bè đã động viên và khích lệ em rất nhiều trong suốt
thời gian làm luận văn.
TP Hồ Chí Minh, ngày .... tháng .... năm 2016

Trương Hoàng Nam


TÓM TẮT
Công trình kè ven sông ở khu vực có lớp đất yếu lớn thường có giá trị chuyển vị lớn. Điều
này gây khó khăn cho công việc đảm bảo điều kiện làm việc ổn định của công trình. Ngoài ra, việc
san lấp sau lưng tường trên đất yếu thường gây độ lún lớn và gia tăng áp lực lên tường kè. Kết quả
mô phỏng đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng của công trình kè ven sông trên đất yếu cho
phép rút ra các nhận định hữu ích trong tính toán thiết kế loại hình công trình này. Từ đó có thể

đưa ra các nhận xét và kết luận có lợi cho việc chọn lựa bố trí các cấu kiện công trình hợp lý.


SUMMARY
Building a retaining wall along the river side on a soft soil makes a large displacement
values. This is a difficult condition to ensure stable construction. In addition, the backfill soil
behind the retaining wall usually leads to large displacement values and increases large pressure
beside the retaining wall. The results of evaluating stress states - deformation of the embankment
on soft soil allows designers to have useful experiments to design and build a construction.
Therefore, it provides comments and conclusions usefully for selecting and arranging building
elements properly.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Trương Hoàng Nam, tác giả của luận văn “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KÈ

BẰNG GIẢI PHÁP MÓNG CỌC Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ”, thực hiện
tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, năm 2016.
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện
luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

TP Hồ Chí Minh, ngày .... tháng.............. năm 2016

Trương Hoàng Nam


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1

Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................. 1
Mục đích của đề tài ........................................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ
CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY ............................................................ 3
1.1. Một số nguyên nhân gây sạt lở bờ sông ở khu vực ĐBSCL hiện nay ............................... 3
1.2. Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hiện nay .............................................. 5
1.3. Nhận xét chương ................................................................................................................ 12

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ
TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG .................................................... 14
2.1. Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng ........................................................................... 14
2.2. Các tải trọng cơ bản trong tính toán kè ven sông .............................................................. 15
2.3. Tính toán áp lực lên tường chắn......................................................................................... 15
2.4. Các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang ......................................................... 21
2.5. Đặc điểm các yếu tố phân tích tính toán của phần mềm Plaxis ......................................... 25
2.6. Nhận xét chương ............................................................................................................... 32

CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ CỦA BỜ KÈ
TRÊN CỌC KHU VỰC NINH KIỀU, THÀNH PHỐ CẰN THƠ ........................... 33
3.1. Điều kiện địa chất và yêu cầu thiết kế................................................................................ 33
3.2. Tính toán thiết kế công trình kè ........................................................................................ 36
3.3. Kiểm tra ổn định nền ......................................................................................................... 47
3.4. Tính chuyển vị công trình .................................................................................................. 52
3.6. Kết luận chương ................................................................................................................. 58

CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TỔNG THẺ CÔNG TRÌNH BẰNG PHẦN
MỀM PLAXIS ............................................................................................................... 59
4.1. Mô phỏng đánh giá theo sơ đồ bài toán phang ................................................................. 59
4.2. Mô phỏng bang plaxis 3D .................................................................................................. 64

4.3. Kết luận chương ................................................................................................................. 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 72


KẾT LUẬN .................................................................................................................... 72
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................... 72
HUỚNG NGHIÊN CỨU.............................................................................................. 73


Bảng 2.1 Xác định hệ số nền K.................................................................................................... 23
Bảng 3.1 Ket quả thí nghiệm nén ba trục cu ................................................................................ 34
Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của lớp cát san lấp .................................................................................. 34
Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý tổng hợp của đất .............................................................................34
Bảng 3.4. Moment dọc theo thân cọc : .......................................................................................53
Bảng 3.5. Lục cắt dọc theo cọc : .................................................................................................. 55
Bảng 3.6. Áp lục ngang : ............................................................................................................. 58
Bảng 4.1. Tóm tắt các đặc trung cơ lý của đất nền sử dụng cho bài toán mô phỏng....59
Bảng 4.2 Đặc trung của cọc

60

Bảng 4.3 Đặc trung của đài cọc ..................................................................................................60
Bảng 4.4 Đặc trung bản chắn ......................................................................................................60
Bảng 4.5. Bảng so sánh kết quả tính toán theo giải tích và phần mềm Plaxis ............................. 71


Hình 1.1. Tàu thuyền luu thông trên sông gây thay đổi dòng chảy và tạo sóng ............................ 4
Hình 1.2. Mật độ nhà dân dày đặc, hiện tượng lấn chiếm bờ sông khá phổ biến .......................... 5
Hình 1.3a. cấu tạo rọ đá ................................................................................................................. 5

Hình 1.3b. Thảm đá ....................................................................................................................... 5
Hình 1.4. Cừ Larsen tại nhà máy ................................................................................................... 6
Hình 1.5. Cọc ván bê tông dự ứng lực ........................................................................................... 8
Hình 1.6. Sơ đồ tường kè và cọc bê tông cốt thép ....................................................................... 11
Hình 1.7. Cọc bê tông cốt thép tiến diện vuông ........................................................................... 12
Hình 1.8. Cọc bê tông ly tâm dự ứng lực ..................................................................................... 13
Hình 2.1. Biểu đồ áp lực nước ..................................................................................................... 15
Hình 2.2. Biểu đồ áp lực đất chủ động......................................................................................... 15
Hình 2.3. Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn....................................................... 16
Hình 2.4. Trạng thái chủ động và bị động ................................................................................... 17
Hình 2.5. Sơ đồ áp lực chủ động của đất ..................................................................................... 18
Hình 2.6. Áp lực đất chủ động ..................................................................................................... 20
Hình 2.7. Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời ......................................... 21
Hình 2.8. Quy luật biến đổi của hệ số nền ................................................................................... 22
Hình 2.9. Sơ đồ tác động của Moment và tải trọng ngang lên cọc .............................................. 24
Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo theo yêu cầu thiết kế .............................................................................. 35
Hình 3.2. Vị trí xây dựng công trình ............................................................................................ 36
Hình 3.3. Cấu tạo tường kè (đơn vị cm) ...................................................................................... 37
Hình 3.4. Cấu tạo mũi cọc............................................................................................................ 38
Hình 3.5. Cấu tạo thân cọc ........................................................................................................... 38
Hình 3.6. Cấu tạo đài cọc (đơn vị cm) ......................................................................................... 38
Hình 3.7. Cấu tạo bản tường ........................................................................................................ 39
Hình 3.8. Cấu tạo kè ven sông trên hệ cọc ................................................................................... 39
Hình 3.9. Tổ hợp lực lên bản tường kè trong quá trình thi công.................................................. 40
Hình 3.10. Tổ hợp lực lên bản tường kè trong quá trình sử dụng ................................................ 41
Hình 3.11. Tổ hợp lực lên bản tường kè với mực nước thấp nhất ............................................... 43
Hình 3.12. Biểu đồ mô men dọc theo thân cọc ............................................................................ 55
Hình 3.13. Biểu đồ lục cắt dọc theo thân cọc.............................................................................. 56

Hình 3.14. Biểu đồ áp lục ngang ................................................................................................. 58
Hình 4.1. Mặt cắt đứng kè............................................................................................................ 59
Hình 4.2. Mô hình đầu vào với tải trọng tác dụng A=q=15kN/m2 .............................................. 61
Hình 4.3. Tổng chuyển vị của hệ lưới công trình 362,56* 10-03 m ............................................ 61
Hình 4.4. Tổng chuyển vị ngang dưới dạng vùng đồng giá trị Ux = 195,90. 10-03 m.62
Hình 4.5. Tổng chuyển vị đứng dưới dạng vùng đồng giá trị Uy = -355,62. 10-03 m .62
Hình 4.6. Tổng chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, Moment và lực dọc của cọc đứng D300 (Ux=
195,9. 10-3 m;ưy= -124,02. 10-3 m;Mmax= 14,66 kNm/m;Qmax= -9,84 kN/m) ...................... 63
Hình 4.7. Mô Tổng chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, Moment và lực dọc của cọc xiên D300 (ưx=
194,88. 10-3 m;ưy= -123,77. 10-3 m;Mmax= 9,37 kNm/m;Qmax= -12,84 kN/m) .................... 63
Hình 4.8. Mô Tổng chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, Moment và lực dọc của bản tường (Ux=
183,95. 10-3 m;Uy= -123,78. 10-3 m;Mmax= -12,93 kNm/m;Qmax=
16,52 kN/m) ................................................................................................................................. 64
Hình 4.9. Mặt bằng và mặt đứng điển hình trong tính toán mô phỏng ....................................... 65
Hình 4.10. Tổng chuyển vị dưới dạng vùng đồng giá trị UTot = 682,20.10-3m ........................ 65
Hình 4.11. Tổng chuyển vị ngang dưới dạng vùng đồng giá trị Ux = 170,95.10-3m...66
Hình 4.12. Tổng chuyển vị đứng dưới dạng vùng đồng giá trị Uy = 682,20.10-3m ....66
Hình 4.13. Tổng chuyển vị ngang của cọc và tường kè Ux = 169,02.10-3m .............................. 67
Hình 4.14. Chuyển vị đứng của cọc và tường kè Uy = -136,23.10-3m ....................................... 68
Hình 4.15. Momment dọc theo thân cọc M3 = 67,31 kNm ......................................................... 68
Hình 4.16. Lực cắt dọc theo thân cọc Q12 = 184,67 kN.............................................................. 69
Hình 4.17. ứng suất lên mặt bằng và mặt cắt qua hàng cọc ......................................................... 70
-1 -


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ở Cần Thơ có nhiều hạng mục bờ kè, công viên, đường giao thông chạy dài từ Quận Ninh Kiều
đến Quận Cái Răng với tổng chiều dài hơn 1Okm với tổng số vốn ước tính hơn 1.000 tỷ đồng. Các
dự án được triển khai nhằm vừa tạo mỹ quan cho thành phố vừa chống sạt lở bờ sông do các hộ

dân sinh sống lấn chiếm sông và các hoạt động khai thác cát gây ra. Công trình quy hoạch công
viên bờ kè khách sạn Hương Việt là một gói trong dự án bờ kè sông cần Thơ với chiều dài hơn 500
m.
Dọc theo tuyến kè của dự án đã ghi nhận hơn 40 điểm sạt lở bờ sông đe dọa đến tính mạng và
tài sản của người dân. Đứng trước tình hình đó, một số hộ dân đã xếp bao tải cát, đóng cọc tràm
hoặc gia cố thêm bằng cách đắp bùn để chống sạt lở khu vực nhà mình nhưng các giải pháp này
không mang lại hiệu quả cao và không đảm bảo ổn định. Một số đoạn tiếp tục sạt lở mạnh với quy
mô lớn hơn đã được địa phương xử lý bằng kè rọ thép đá hộc, tuy nhiên hiện tượng sạt lở vẫn
thường xuyên xảy ra tại các vị trí chưa được xử lý làm cho địa phương bị động trong công tác
phòng, chống sạt lở này.
Để hạn chế và chấm dứt hiện tượng sạt lở, cần thiết thực hiện các công trình kiên cố và bền
vững hơn. Biện pháp công trình được chọn lựa ở đây là bờ kè bằng bê tông cốt thép. Ở đây, công
trình sử dụng kết cấu tường chắn bê tông cốt thép có bản chống hên cọc bê tông cốt thép và mái
gia cố bằng bê tông cốt thép được lựa chọn để xử lý ổn định bờ sông. Việc phân tích đánh giá
phương án thiết kế giúp làm rõ khả năng ổn định và dự báo chuyển vị của công trình mang tính cấp
thiết cho địa phương phổ biến lớp đất yếu như khu vực cần Thơ.
Phân tích ổn định công trình kè bằng giải pháp móng cọc trên đất yếu trong điều kiện làm việc
đồng thời của cọc và bản bêtông cốt thép gia cố mái dốc. Việc tính toán, phân tích được áp dụng
cho công trình thực tế ven sông khu vực quận Ninh Kiều, thành phố cần Thơ.

Mục đích của đề tài
Việc nghiên cứu, phân tích căn cứ vào các giải pháp tính toán khả năng ổn định do việc san lấp
nền khu vực ven sông. Do quá trình cố kết, đất nền có thể bị biến dạng và tạo ra lực đẩy ngang vào
thân cọc cắm qua chúng. Trong nội dung luận văn còn tiến


-2hành phân tích sự tương tác và ảnh hưởng của độ lún đất nền lên sự làm việc của hệ công trình bao
gồm tường kè bê tông cốt thép (BTCT) và cọc BTCT gia cố bờ kè. Nhiệm vụ của luận văn là mô
phỏng đánh giá khả năng ổn định của công trình kè ở khu vực có lớp đất yếu với bề dày lớn, tiến
hành phân tích ứng xử đồng thời của công trình nhằm tìm ra giải pháp hợp lý đánh giá ổn định tổng

thể cho loại công trình này.


-3-

CHƯƠNG1. TỔNG QUAN NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP
CHỐNG SẠT LỞ CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG HIỆN NAY
1.1. Một số nguyên nhân gây sạt lở bờ sông ở khu vực ĐBSCL hiện nay
Hiện tượng sạt lở bờ sông ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là do rất nhiều
nguyên nhân khác nhau gây ra trong đó có nguyên nhân do tự nhiên và cả các nguyên nhân do con
người gây ra. Nhìn chung hiện tượng sạt lở trên là do các nguyên nhân chủ yếu sau đây:

1.1.1. Do địa chất vùng bờ
Địa chất bờ sông là một trong những yếu tố quyết định đến sự xói lở bờ. Kết quả khảo sát
cho thấy địa chất các lớp đất bờ sông chủ yếu là bùn hữu cơ, bùn sét với trạng thái chảy, dẻo chảy
và dẻo mềm. Với cấu tạo địa chất như trên, bờ sông rất dễ bị xói lở dưới tác động của ngoại lực và
các yếu tố tác động khác do vận tốc cho phép không xói của các loại đất yếu này có giá trị bé.

1.1.2. Do thủy triều
Khu vực ĐBSCL cách biển Tây khoảng 70km bởi vậy sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều
khá rõ rệt. Chế độ thuỷ triều ở đây là nhật triều với 2 lần lên xuống trong ngày. Dưới tác động của
dòng thấm (khi nước dâng và rút), các hạt bùn, đất bờ sông sẽ bị cuốn ra ngoài và được dòng nước
mang đi gây hiện tượng xói lở.

1.1.3. Do ảnh hưởng bởi lũ
Lũ cũng là một trong nhưng nguyên nhân gây xói lở, dưới tác động của dòng chảy các hạt
bùn, đất cấu tạo bờ sông sẽ bị cuốn trôi gây hiện tượng xói lở. Dòng chảy lũ tại các sông miền Tây
Nam không quá lớn và xảy ra với tần suất hiếm nhưng dưới tác động kết hợp của dòng chảy lũ và
sóng tàu ghe thì hiện tượng xói lở bờ càng được thúc đẩy.

1.1.4. Do hoạt động của tàu thuyền
ĐBSCL có hệ thống giao thông thủy rất phát triển với đội ghe vận tải có quy mô lớn, mật độ
tàu thuyền lưu thông trên sông luôn dày đặc với các tàu vận chuyển hàng hoá tải trọng lớn. Dưới
tác động của sóng tàu, lớp đất yếu tại bờ sông sẽ bị xói lở, mức độ sạt lở tuỳ thuộc vào độ mạnh
yếu của sóng, sóng tàu càng lớn thì mức độ xói lở càng lớn đặc biệt đối với sóng của các tàu vận
tải lớn chạy sát bờ sông.


-4-

Hình 1.1. Tàu thuyền lưu thông trên sông gây thay đổi dòng chảy và tạo sống
1.1.5. Do hoạt động khác của con người
Hoạt động của con người cũng cố ảnh hưởng nhất định đến sự xói lở bờ khu vục này. Sụ
khai thác hệ sinh vật trên sông, lấn chiếm bờ sông, lòng sông làm thu hẹp mặt cắt ướt của dòng
chảy và gia tăng vận tốc dòng chảy. Ngoài ra, tình trạng xây dựng đê bao tràn lan trên các sông
thượng nguồn làm thay đổi các chế độ thuỷ động lực học của dòng chảy cũng là nguyên nhân gây
ra sự xói lở này.
Mỗi nguyên nhân ít nhiều đều cỏ vai trò trong sự xói lở bờ sông, đối với tuyến sông trên
ĐBSCL kết qủa điều tra tại khu dân cư ven sông cho thấy rằng hiện tượng xói lở xảy ra mạnh mẽ
nhất trong mùa mưa lũ bởi vậy cố thể nguyên nhân chính gây ra sụ xói lở bờ sông là do sống và
dòng chảy lũ kết hợp địa chất khá yếu tại khu vực ĐB SCL.

Hình 1.2. Mật độ nhà dân dày đặc, hiện tượng lấn chiếm bờ sông khá phổ biến
1.2. Các giải pháp chống sạt lở thường làm ở ĐBSCL hỉện nay
1.2.1. Rọ đá
Rọ đá (Gabion) hay thảm đá (Revet Mattresses hay Reno mattresses) như một cái hộp bình
khối, mà bên trong chứa đá đề sử dụng gia cố cho các công trình. Chúng là cảc hệ thống hình lưới
có liên kết thành cảc khối hình học và phía trong là đả xếp, cấu tạo rọ đá thường đơn giản.

-5-

Hình 1.4. Thảm đá
Lịch sử cho thấy rọ đá được sử dụng từ rất lâu để tạo nên các khối liên kết làm các đường
ngầm qua sông.
Ngày nay, rọ đá và thảm đá chủ yếu được làm bằng thép có mạ kẽm hoặc nhôm kẽm. Phần
lớn được tráng phủ một lớp nhựa bên ngoài để giảm các tác động xâm thực ăn mòn của môi trường
với lỗi thép bên trong. Một số công trình có nguy cơ ăn mòn
đặc biệt, rọ đá và thảm đá được làm hoàn toàn bằng hợp chất polymer vì chúng cố đặc tính trơ vượt
trội dưới tác động ăn mòn so vói các vật liệu khác.
Rọ đả được dùng chủ yếu cho các công trình sau :
-

Tường chắn đát, mố cầu

-

Chống xói bờ sông, biển

-

Lảt mái và đảy kênh

-

Bảo vệ mái đê, kẻ


6
-

Đập tràn, bậc nước, dốc nước

1.2.2. Cừ Larsen
Cọc ván thép Larsen được sản xuất vối nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với cảc đặc
tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ
u, z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (co), dạng tấm phẳng (straight web) cho các
kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc u hoặc 4 cọc z hàn
với nhau.

Hình 1.5. Cừ Larsen tại nhà máy
Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (cảc tên gọi khác là cừ thép, cừ Larssen,
cọc bản, thuật ngữ tiếng Anh là Steel sheet pile) được sử dụng ngày càng


-7- phổ biến, từ các công trình thủy công như cảng,
bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các
công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp.
Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể được
xem như một loại vật liệu xây dựng với những đặc tính riêng biệt, thích hợp với một số bộ phận
chịu lực trong các công trình xây dựng.
Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế với cọc ván thép (thường kết
hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn, đất được lấp đầy bên trong và
bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép với móng cọc ống thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng
suất trước bên dưới. Tường cọc thép này cũng được ngàm vào bê tông giống như cọc ống.
Bên cạnh công trình cảng, nhiều công trình bờ kè, kênh mương, cải tạo dòng chảy cũng sử
dụng cọc ván thép do tính tiện dụng, thời gian thi công nhanh, độ bền chịu lực tốt.
Lĩnh vực mà cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất hiện nay đó là làm tường vây chắn đất
hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời. Ta có thể thấy cọc ván thép được sử dụng khắp mọi
nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống

cấp thoát nước ngầm, trạm bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương.
+ Ưu điểm:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử
dụng).
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé.
- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài.
- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế.
+ Nhược điểm:
- Nhược điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sử dụng
cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu). Tuy nhiên, nhược điểm này có thể khắc phục bằng các
phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử
dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao.


-8-

1.23. Cừ ván bê tông dự ứng lực
Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại “cọc
ván BTCT dự ứng lực” với kiểu đáng hình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng
thử nghiệm rất có hiệu quả ờ Nhật trong nhiều năm qua.
Cọc ván PC được ứng dụng vào Việt Nam năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện
Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu - với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật Đản và đặc biệt sự hướng
dẫn trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván bê tông ứng lực trước - Tiến
sĩ ITOSHIMA, Công ty C&T đã thi công hoàn hảo hệ thống các kênh dẫn chính và các kênh nhánh
với tổng chiều dài cừ 42.000m chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m đưa nước từ sông Thị Vải vào để
giải nhiệt cho các Turbin khí.

Hình 1.6. Cọc ván bê tông dự ứng lực
+ Ưu điểm:
- Rẻ hơn cừ larsen và có độ bền lâu dài.

- Đề hạ cừ nếu không phải trong thành phố thì cố thể dùng búa Diezen đề đống, đơn giản
rẻ tiền và nhanh hoặc kết hợp phương pháp phun áp lực cao.
- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc chịu nén của
bê tông và chịu kéo của thép, tiết diện chịu lực ma sát tăng từ 1,5 -ỉ- 3 lần so với loại cọc vuông có
cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất nền tăng).
- Khả năng chịu lực tăng: mô men chống uốn, xoắn cao hơn cọc vuông bê tông thường,
do đó chịu được mômen lớn hơn.


-9- Sử dụng vật liệu cường độ cao (bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu. Cường độ chịu
lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối.
- Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.
- Chế tạo trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹ quan
đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trên mặt đất.
- Kết cấu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít. Với bề rộng cọc lớn sẽ phát huy tác
dụng chắn các loại vật liệu, ngăn nước. Phù hợp với các công trình có chênh lệch áp lực trước và
sau khi đóng cọc như ở mố cầu và đường dẫn
- Cường độ chịu lực cao: tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng và
khả năng chịu lực của ván
- Thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, bởi giải toả mặt bằng rất tốn
kém, chỉ cần xà lan và cẩu vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là thi công được.
- Trong xây dựng nhà cao tầng ở thành phố dùng móng cọc ép, có thể dùng cọc ván BTCT
dự ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc, đất không bị dồn về những phía
có thể gây hư hại những công trình cận kề (như làm nứt tường, sập đổ...). Đây là một giải pháp thay
thế tường trong đất (dày tối thiểu 600 - với chi phí xây lắp rất cao) hoặc tường cừ larsen trong một
số trường hợp như những trường hợp phải để cừ lại (có một số trường hợp cạnh nhà dân, khi rút cừ
lên thì nhà dân bị nứt).
+ Nhược điểm:
- Gần khu vực nhà dân không dùng đóng ngoài ra nếu thi công phải tránh chấn động.
- Trong khu vực xây chen phải khoan mồi rồi mới ép được cọc, nên tiến độ thi công tương

đối chậm.
- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường.
- Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rưng, búa thuỷ lực,
máy cắt nước áp lực...)
- Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện.
- Ma sát âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu lực như cọc
ma sát trong vùng đất yếu.
- Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn chế độ sâu
hạ cọc.

1.2.4. Tường kè và cọc bê tông cốt thép
Đây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong phạm vi rộng không cần những thiết bị


- 10thi công quá hiện đại, phức tạp trong việc phòng chống sạt lở công trình ven sông, tiết kiệm nhiều
chi phí đầu tư xây dựng so với các giải pháp khác. Tuy nhiên còn phụ thuộc nhiều vào chiều cao
mái dốc và điều kiện địa chất của khu vực đất nền mà quyết định chọn lựa giải pháp cho phù hợp.

1.2.5. Tường chắn đất
Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái hố đào khỏi bị sạt trượt. Xây dựng
kết cấu tường chắn đất để tăng cường ổn định của công trình chịu các áp lực ngang của đất. Các bộ
phận của công trình chịu các loại áp lực ngang của đất như: tường các tầng hầm, mố cầu, tường
chắn đất, tường chắn cống thoát nước, đường hầm, bờ kè là bản tường...
Tường chắn được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi và công
trình thủy công.

Mục đích:
- Để giữ đất sau lưng tường được cân bằng, khỏi bị trượt, tụt xuống.
- Chống sạt lở công trình mới xây dựng bên cạnh công trình cũ.
- Chống thành hố móng, hố đào sâu.

- Chống sạt lở bờ sông, bờ kè.
- Chống thấm nước từ thượng lưu xuống hạ lưu của công trình thủy công.

Cấu tạo về tường kè
Tường kè sử dụng ở đây giống như Tường bản góc hay còn gọi là tường chữ L có cấu tạo
như sau:
Tường đứng (bản tường): chiều cao tường 255cm chiều dày (25-15cm).
Tường bản đáy: bề rộng 2 m, chiều dày 35cm.
Chiều dài cọc L=14m.


-11HO<;> :
■ 'Wýi Ííí/: Í
S

ilss* $

: rẸ.ĩi.ĩ: EE: E

::

'i í <:: -

EE :jE.:ĩ.ĩ

.:E-E-E:E:E:E::?:?E-E:.:E:I

Hình 1.7. Sơ đồ tường kè và cọc bê tông cốt thép
1.2.6. Móng cọc

Cấu tạo về móng cọc bê tông cốt thép
Cọc bê tông cốt thép là kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, cọc được
đóng hay thi công đổ tại chổ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá,
sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn.
Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lạỉ với nhau và phân bố tải trọng của công trình
lên các cọc. Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống qua hệ đài bản chất sinh ra
do chuyển vị tại đỉểm liên kết cọc vói hệ đài. cỏ thể phân ra làm đài tuyệt đổi cứng và đài mềm
trong tính toán thiết kế hệ cọc. Coi đài móng cứng tuyệt đối khỉ chiều cao đài phải rất cứng. Dưới
tác dụng của tải trọng thì chuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính (hay là mặt cắt
ngàm cọc trước phẳng sau vẫn phẳng) do đố thông thường cọc ở vị trí biên sẽ có nội lục lớn.

Các dạng cọc trong đất nền
Cọc đỏng đứng
Khỉ cố tải trọng ngang công trình không lớn người ta thường đống cọc theo phương đứng
1 góc 900 so với mặt đất tự nhiên.

Cọc đóngxỉên
Khỉ có tải trọng ngang lớn cọc đống đứng không đủ khả năng chịu lục ta cố thể đóng cọc
xiên. Độ xiên của cọc giúp cho cọc tăng khả năng chịu lực, khỉ tải ngang do lực thắng xe, do áp lực
nước chảy trong vùng có ảnh hưởng thủy triều,.. .cỏ thể đóng xiên khoảng 200 hoặc cỏ thể hom tùy
thiết bị đống cọc.


- 12-

Các loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp
+ Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông

Hình 1.8. Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông
Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 200x200, 250x250, 300x300, và kích thước lớn hom

thường được sử dụng cọc rỗng hoặc cọc đặc trong các công trình dân dụng, cầu đường, công trình
thủy có tiết diện cọc tùy theo yêu cầu tải trọng công trình.

+ Cọc bê tông cắt thép tiết diện tròn
Cọc tròn thường được sử dụng như cọc bê tông ly tâm dự ứng lực cỏ đường kính ngoài
300,350,400,450, 500 hay lớn hom

1.3. Nhận xét chương
Do cấu tạo địa chất ở khu vực cần Thơ cố lớp đất yếu có bề dày đáng kể trên bề mặt nên
giải pháp móng cọc thường được lựa chọn cho các công trình. Công trình kẻ trên cọc bê tông cốt
thép là giải pháp hiệu quả để giải quyết tình trạng sạt lở. Đề tính toán và đảnh giá khả năng ổn định
của loại hình công trình này, chúng tôi lựa chọn đề tài “Ôn định công trình kè bằng giải pháp móng
cọc khu vực thành phố cần Thơ”. Đây cũng là các vấn đề cấp thiết trong thiết kế của khu vực đất
yếu như ở cần Thơ nói riêng và ĐBSCL nói chung.
Ngoài ra, độ lún của nền đất yếu sau lưng tường kè thường có giá trị lớn và gây áp lực bổ
sung lên hệ kè. Do đó, để hạn chế hiện tượng bất lợi này cần thiết có các giải pháp hạn chế độ lún
của nền sau lưng tường. Việc đánh giá vai trò của các cấu kiện công trình cũng như đánh giá khả
năng ổn định tổng thể giúp làm sáng tỏ và rút ra các nhận xét có lợi cho loại hình công trình này
cho khu vực có lớp đất yếu có bề dày lớn như ở Cần Thơ.


- 13-

CHƯƠNG 2. Cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
TUỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
2.1. Các dạng tải trọng và phân loại tải trọng
2.1.1. Các dạng tải trọng
+ Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tĩnh); Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu không
biến đổi trị số hoặc biến số của chúng so với số bình quân có thể bỏ qua không tính như trọng lượng
bản thân kết cấu, áp lực của đất.

+ Tải trọng khả biến (tải trọng động); Tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu có biến
đổi trị số mà số biến đổi của chúng so với số bình quân không thể bỏ qua được như tải trọng động
mặt sàn, ô tô, cầu trục hoặc tải trọng xếp đống vật thiệu.
+ Tải trọng ngẫu nhiên: Tải trọng mà thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu không nhất
định xuất hiện nhưng hễ có xuất hiện thì hệ số rất lớn và thời gian duy trì tương đối ngắn như động
đất, lực phát nổ, lực va đập.

2.1.2. Phân loại tải trọng
* Áp lực nước
Tường chắn đất cứng duy trì ở vị trí tĩnh tải bất động, loại áp lực ngang này của đất được
gọi là áp lực ngang ở trạng thái tĩnh, ký hiệu là Eo (kN/m).

* Áp lực đất
Có hai loại áp lực ngang cực trị gồm: áp lực chủ động và áp lực bị động:
+ Khi đạt cực tiểu có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo chủ
động, ký hiệu là Ea (kN/m).
+ Khi đạt cực đại có tên là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo bị động,
ký hiệu là Ep (kN/m).
Tải trọng thi công như: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữa tường cừ,
.... Tải trọng phụ do sự biến đổi về nhiệt độ và sự co ngót của bê tông gây ra. Tùy theo loại kết cấu
chắn giữ khác nhau.

* Tải trọng ngoài
Bao gồm các tải trọng xe thi công, tải trọng sử dụng và tải trọng tàu thuyền khi neo đậu.

2.2. Các tải trọng CO’ bản trong tính toán kè ven sông
Khi tính toán kết cấu chắn giữ, các áp lực tác dụng vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn
giữ gồm áp lực đất, áp lực nước và các tải trọng ngoài, các áp lực này làm cho kết cấu chắn giữ