Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tường kè và cọc bê tông cốt thép chống sạt lở bờ kè quận cái răng – Sông Cần Thơ

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP TƯỜNG KÈ VÀ CỌC BÊ TƠNG
CỐT THÉP CHỐNG SẠT LỞ BỜ KÈ QUẬN CÁI RĂNG –
SƠNG CẦN THƠ
APPLY THE RETAINING WALL AND PILES TO CONTROL OF EROSION IN
CAI RANG DISTRICT EMBANKMENT CAN THO RIVER
PGS. TS. Võ Phán
Trường Đại Học Bách Khoa- TP.HCM
ThS. Trần Đức Trung
Trường Đại Học Cần Thơ
TĨM TẮT
Thành phố Cần Thơ là một trong năm thành phố lớn trực thuộc Trung ương, có
vị trí thuận tiện. Do đó, sự cần thiết cho việc mở rộng diện tích xây dựng, cơ sở hạ
tầng và đường giao thơng kết nối nhiều nơi là một trong những nhiệm vụ trọng
tâm trong việc thúc đẩy kinh tế của thành phố. Bên cạnh đó, tình trạng sạt lở
hàng năm ven sơng xuất hiện ngày càng nhiều và gây thiệt hại tài sản của người
dân và Nhà nước. Có rất nhiều giải pháp được đặt ra để chống sạt lở sơng như:
tường cọc bản, cọc bê tơng dự ứng lực.... Tuy nhiên, hầu hết các giải pháp thường
tốn kém và khó thực hiện. Vì vậy tác giả nghiên cứu, ứng dụng một giải pháp
"Tường kè và cọc bê tơng cốt thép" trong việc ổn định mái dốc. Bản tường bê
tơng cốt thép có nhiệm vụ giữ lớp đất mặt khơng trượt, bản tường được liên kết
với cọc qua đài cọc. Đây là giải pháp có hiệu quả và dễ thực hiện trong một phạm
vi rộng, tiết kiệm chi phí đầu tư.

ABSTRACT
Can Tho City is one of five cities directly under the Central Government, with a
convenient location. Therefore, the necessary for the expansion of the area of
construction, infrastructure and roads connecting many places is one of the key

tasks in the promotion of the city's economy. In addition, the annual avalanche
conditions along the river to appear more and more and damage to people and
their property. There are many methods to prevent erosion as: wall piles,
prestressed concrete piles.... However, most solutions are often costly and difficult
to implement. So the author apply a method "retaining wall and reinforced
concrete piles" in stabilizing roof. Wall of reinforced concrete with tasks keep
topsoil from moving, its with piles through piles. This solution is effective and easy
to implement in a wide range of investment cost.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sở hạ tầng là vấn
đề cấp thiết phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt đối với
Thành phố Cần Thơ, là nơi có nền kinh tế đang phát triển. Khu vực này có rất nhiều
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

467 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

kênh rạch tự nhiên và nhân tạo, cấu tạo địa chất phức tạp bao gồm các lớp đất yếu bão
hòa nước có bề dày khá lớn. Việc thiết kế và xây dựng các cơng trình ven kênh rạch gặp
nhiều khó khăn do nền đất yếu có khả năng chịu tải thấp và độ biến dạng lớn. Giải pháp
cơng trình bảo vệ bờ các kênh rạch thường được chọn lựa là bờ kè. Một trong những
giải pháp hợp lý cho cơng trình xây dựng bờ kè ven sơng là việc sử dụng bản bê tơng
cốt thép bảo vệ mái ta luy liên kết với hệ cọc nhằm hạn chế sự dịch chuyển ngang của
đất nền ven sơng. Vấn đề này đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong tính tốn thiết kế
các cơng trình cơ sở hạ tầng các đơ thị mới trên đất yếu của khu vực.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tổng hợp một số kết quả tính tốn lý thuyết về cọc chịu tải trọng ngang theo
phương pháp giải tích.
- Sử dụng phần mềm Plaxis tính tốn sức chịu tải ngang.
- So sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả mơ phỏng cơng trình bằng phần
mềm Plaxis.
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN

Phương pháp phần tử hữu hạn
Hiện nay chỉ có một số rất hạn chế các bài tốn theo mơ hình này được giải
bằng giải tích do tính phức tạp của nó và thường chỉ được các nhà tốn học quan tâm.
Trong khi đó các lời giải theo phương pháp số, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn
với sự trợ giúp của máy tính, đã phát triển rất mạnh và được sử dụng ngày càng rộng
rãi. Do tính chính xác, nhanh chóng nên tất cả các kỹ sư thiết kế đều quan tâm đến
phương pháp này.
Phương pháp này xét đến độ cứng của tường cọc bản, xem tường có độ cứng
hữu hạn. Đất và tường được mơ hình hóa thành một khối, khối này được phân thành các
phần tử riêng rẽ và sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải. Trong đó, tường
được chia nhỏ thành các thanh chịu uốn, nền đất trước và sau lưng tường được phân
chia thành các phần tử tam giác hoặc tứ giác phẳng, tương tác giữa đất và tường được
mơ hình bằng các phần tử tiếp xúc để bài tốn được liên tục. Ngồi việc xác định áp lực
đất tác dụng lên tường còn xác định được cả chuyển vị của tường. Việc tính tốn theo
hướng này cho kết quả gần với thực tế hơn.
Trong phương pháp phần tử hữu hạn, miền cần khảo sát sẽ được chia thành một
số hữu hạn các miền con, gọi là các phần tử. Các phần tử này liên kết với nhau tại các
điểm định trước trên biên gọi là các nút. Các hàm xấp xỉ được lựa chọn biểu diễn qua
giá trị của hàm tại các điểm nút trên phần tử. Các giá trị này được gọi là bậc tự do của
phần tử và chính là ẩn cần tìm của bài tốn. Trình tự phân tích được thực hiện như sau:
- Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát;
- Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp;

- Bước 3: Thiết lập ma trận độ cứng phần tử và vectơ tải phần tử;

468

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

- Bước 4: Ghép nối ma trận độ cứng được kết quả là hệ phương trình;
- Bước 5: Giải hệ phương trình đại số ;
- Bước 6: Tìm ứng suất, biến dạng và chuyển vị của tất cả các phần tử.
4. ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH BỜ KÈ QUẬN CÁI RĂNG SƠNG CẦN THƠ
Kè bờ trái sơng Cần Thơ được thiết kế với tổng chiều dài 4,781 m, bắt đầu từ vị
trí mép cầu Cái Răng cũ phía hạ lưu và kết thúc tại vị trí cuối cùng của cơng trình kè
hiện hữu, cách cầu Quang Trung 76 m về phía thượng lưu.

Hình 1. Vị trí kè Cần Thơ
Căn cứ hồ sơ "Khảo sát địa chất cơng trình phục vụ thiết kế BVTC Kè bờ trái"
do CN Cơng ty CP Tư vấn xây dựng CT Hàng Hải lập tháng 08/2009, địa chất tại khu
vực xây dựng cơng trình, từ trên xuống gồm các lớp đất như sau:

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

469 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Hình 2. Hình trụ hố khoan ( BORING LOG) HK12B

470

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Hình 3. Hình trụ hố khoan ( BORING LOG) HK KB1; HK 4B; HK6B; HK10B
Lớp đất 1:
Sét màu xám nâu, xám vàng, lẫn nhiều mùn hữu cơ, đơi chỗ lẫn rác thải sinh
hoạt, trạng thái biến đổi mạnh từ dẻo mềm đến dẻo cứng, phía cuối lớp chuyển dẻo
chảy. Đây là lớp đất trồng trọt và đất san lấp, phân bố ở phần trên cạn của khu khảo sát,
bắt gặp ở các lỗ khoan KB1, HK2B, KB3, KB4, HK4B, KB6, HK6B, KB8, HK8B,
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

471 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

HK10B, HK12B. Bề dày khoan qua lớp thay đổi từ 7,6 m (HK12B) đến 11 m (KB1,

HK4B, HK6B và HK10B).
Lớp đất 2:
Sét pha màu xám vàng, xám nâu, trạng thái dẻo cứng, trong lớp có kẹp các lớp
cát pha màu nâu vàng. Lớp đất này bắt gặp tại khu vực các lỗ khoan HK9N, KB3, KB4,
KB8 và KN11 đến hết chiều sâu hố khoan
Bảng 1. Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền
Lớp đất

W
(%)

γ (g/cm3)

Wch
(%)

Wd
(%)

Id

1

33,9

1,82

43,1

23,8

19,3

2

34,7

1,94

34,7

20,5

20,5

B

C
(Kg/cm2)

ϕ (°)

0,52

0,204

9,41

0,32

0,24

14,47

4.1. Tính tốn xử lý tường chắn theo phương pháp giải tích

Hình 4. Sơ đồ cấu tạo bờ kè

472

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Bảng 2. Bảng tính ứng suất, lực cắt và momen của cọc theo độ sâu cọc
Chiều sâu
Z (m)

Chiều sâu
Ze (m)

σ z (kN/m

0
0,14
0,28
0,42

0,56
0,70
0,84
0,98
1,12
1,26
1,41
1,55
1,69
1,83
1,97
2,11
2,25
2,39
2,53
2,67
2,81
3,09
3,37
3,65
3,93
4,22
4,92
5,62

0
0,1
0,2
0,3
0,4

0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,5
4

0
3,967
7,3731
10,234
12,558
14,374

15,687
16,582
17,038
17,116
16,926
16,396
15,573
14,576
13,448
12,209
10,841
9,4066
8,3204
6,5297
5,1196
2,4796
-3,582
-1,824
-3,269
-4,607
-6,418
-7,577

2

Cọc tiết diện B=300
Qz(kN)
Mz(kN.m)
)
23,240

0
22,956
3,266
22,218
6,452
21,026
9,452
19,493
12,08
17,708
14,92
15,671
17,31
13,497
19,34
11,273
21,12
9,011
22,56
6,710
23,54
4,466
24,36
2,468
24,84
0,320
25,08
-1,495
24,89
-3,283

24,52
-4,788
23,91
-5,004
23,31
-7,265
22,33
-8,280
21,29
-9,041
20,08
-10,053
17,38
-10,409
14,45
-10,174
11,59
-9,489
8,833
-8,373
6,252
-4,727
1,651
0,114
0,149

Vậy khi thay đổi tiết diện cọc kết quả tính tốn như sau:
Bảng 3. Bảng so sánh chuyển vị của cọc khi tiết diện thay đổi
B
(cm)

δ MH = δ HM

δ HH
(m/kN)

25x25 5,23x10-4
-4

30x30 3,72 x10

-4

35x35 2,78 x10

δ MM

y0

ψ0

(m/kN)

(cm)

2,81x10-4

2,46x10-4

1,76x10

-4

-4

1,18x10

-4

-4

(m −1 / Kn −1 )

1,35x10

0,81 x10

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

Δ

ψ

(rad)

(cm)

(rad)

1,2150

0,006535

1,2150

0,006537

0,8639

0,004082

0,8639

0,004085

0,6450

0,002735

0,6450

0,002732

473 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 
Biể u đồ áp lực ngang (kN/m2)

0
-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-1

-2
Độ sâu từ đáy đài (m)

Nhận xét 1: Dựa vào biểu
đồ nhận thấy áp lực ngang cực đại
của cọc ở vị trí độ sâu từ (1,10 m
-1,35 m), tỷ lệ nghịch với tiết diện
cọc và chiều sâu xuất hiện giá trị
cực đại tỷ lệ thuận với tiết diện

cọc.

-3

-4

-5

Hình 5. Biểu đồ áp lực σ z dọc
thân cọc 

-6

-7
Giá trị áp lực ngang cọc (kN/m2)
T iết diện cọc 350x350

T iết diện cọc 300x300

T iết diện cọc 250x250

Biểu đồ moment dọc thân cọc (kN.m)
0
0

5

10

15

20

25

30

-1

-2
Đ ộ sâu từ đ áy đ ài (m )

Nhận xét 2: Dựa vào biểu
đồ ta thấy moment dọc thân cọc
cực đại trong khoảng (1,55 m –
2,11 m), tỷ lệ thuận với tiết diện
cọc và chiều sâu xuất hiện giá trị
cực đại tỷ lệ thuận với tiết diện
cọc.

-3
-4

-5

Hình 6. Biểu đồ Moment Mz dọc
thân cọc 

-6

-7
Moment dọc thân cọc (kN.m)
Cọc tiết diện 350x350

474

Cọc tiết diện 300x300

Cọc tiết diện 250x250

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Hình 7. Biểu đồ Lực cắt Qz dọc
thân cọc 

Biểu đồ lực cắt dọc thân cọc (kN)
0
-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-1

Đ ộ sâu từ đáy đài (m )

Nhận xét 3: Dựa vào
biểu đồ nhận thấy lực cắt dọc
thân cọc cực đại tại vị trí đầu
cọc, cọc có tiết diện càng lớn
lực cắt phân bố trong cọc càng
đều khi xuống sâu.

-2

-3

-4

-5

-6

-7

Lực cắt dọc thân cọc (kN)
Cọc tiết diện 350x350

Cọc tiết diện 300x300

Cọc tiết diện 250x250

4.2. Tính tốn xử lý tường chắn theo phương pháp mơ phỏng bằng phần mềm
Plaxis
Bảng 4. Số liệu về Cọc
Vật liệu sử dụng
Kích thước
Diện tích tiết diện
Dung trọng

Elastic (Anchor)
0,3x0,3 m2
A = 0,09 m2
γ = 25 kN/m3

Khoảng cách các cọc
Hệ số Poisson ν
Mơ đun biến dạng E

Lspacing = 3 m
0,15
2,65x107 kN/m2

Bảng 5. Bản BTCT gia cố mái dốc:
Vật liệu sử dụng
Kích thước
Diện tích tiết diện
Dung trọng

Elastic (Plate)
0,1x1 m2
A = 0,1 m2
γ = 25 kN/m3

Mơ ment qn tính
Hệ số Poisson ν
Mơ đun biến dạng E

I = 8,33x10-5
0,15
2,65x107 kN/m2

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

475 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Bảng 6. Dầm giằng đỉnh cọc

Mơ hình sử dụng
Kích thước
Diện tích tiết diện
Dung trọng
Hệ số Poisson ν
Mơ đun biến dạng E

Linear- Elastic
0,5x1 m2
A = 0,5 m2
γ = 25 kN/m3
0,15
2,65x107 kN/m2

Hình 8. Mơ hình đầu vào

476

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Hình 9. Lưới biến dạng

Hình 10. Biểu đồ chuyển vị ngang và đứng của cọc
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

477 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

Hình 11. Biểu đồ lực cắt và moment của cọc
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua kết quả nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu giải pháp tường kè và cọc bê tơng
cốt thép trong việc chống sạt lở cơng trình ở quận Cái Răng sơng Cần Thơ” tác giả đã
tổng hợp và rút ra các kết quả sau:
1. Khi tải trọng ngang tác dụng lên cọc khơng thay đổi trong điều kiện nền đất yếu,
khi tăng tiết diện cọc từ 250x250 lên 350x350 thì chuyển vị ngang ở đầu giảm
45%.
2. Khi tải trọng ngang tác dụng lên cọc khơng thay đổi trong điều kiện nền đất yếu,
khi tăng tiết diện cọc từ 250x250 lên 350x350 thì ở cùng chiều sâu cọc z = 1,8
m tính từ đầu cọc thì ứng suất giảm 15,8%, momen tăng 26,7%, lực cắt tăng
223%.
3. Độ lún ổn định của cơng trình đắp dọc bờ kè trên đất yếu có giá trị lớn. Tuy
nhiên giá trị độ lún lệch khơng đáng kể và thay đổi khơng đáng kể theo thời
gian.
4. Chuyển vị ngang của đầu cọc ven sơng xuất hiện ngay sau khi xây dựng, đạt giá
trị lớn nhất sau tám năm sáu tháng và giảm dần theo thời gian.
5. Trên nền đất bùn sét yếu khi khống chế chuyển vị ngang cọc Δ = 1 cm thì sức
chịu tải ngang tối đa của cọc là Qmax = 22,5 kN.
478

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

6. Khi tính tốn chuyển vị ngang của cọc theo giải tích và phần mềm Plaxis kết quả
tính tốn theo Plaxis lớn hơn ở cùng một độ sâu.
Kiến nghị:
1.

Khi tính tốn cơng trình bờ kè ven sơng trên đất yếu nên xét điều kiện làm việc
đồng thời của cả hệ cơng trình nhằm đánh giá, phân tích đúng q trình làm việc
của cơng trình.

2.

Khi thiết kế cơng trình đắp trên đất yếu nên tận dụng đặc điểm cố kết của nền
theo thời gian để đánh giá độ ổn định cơng trình hợp lý hơn và cho phép giảm
giá thành cơng trình

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Châu Ngọc Ẩn, 2011. Cơ Học Đất. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.
2. Võ Phán, 2011. Các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng. Nhà
Xuất Bản Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh.
3. R.Whitlow, 1996. Cơ học đất.Nhà xuất bản Giáo Dục.
4. Bengt B. Broms, Oct. 1999, Design of lime, lime/cement and cement columns, Proc. of the
International Conf. on dry mix methods for deep soil stabilization, Stockholm, Sweden.
 
 
 

 
 

Người phản biện: GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

479 


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 

 

480

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM