Nghiên cứu ổn định và biến dạng của hệ tường cọc bản bê tông cốt thép bảo vệ công trình ven sông trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở đồng bằng sông cửu long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA
HỆ TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP
BẢO VỆ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU VÀ NGẬP LŨ Ở ĐỒNG
BẰNG SÔNG CỬU LONG
CHUYÊN NGÀNH: CƠ HỌC ĐẤT, CƠ HỌC NỀN MÓNG, CÔNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP.Hồ Chí Minh- Năm 2009


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2009
Tác giả


MỤC LỤC
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ ỔN ĐNNH VÀ BIẾN DẠNG CƠNG

1

4

TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TƠNG CỐT THÉP Ở ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG.
1.1. Đặc điểm cấu tạo địa chất, tình hình ngập lũ và sạt lở ở ĐBSCL
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo địa chất và đất yếu ở ĐBSCL

4
4

1.1.2. Tình hình ngập lũ ở ĐBSCL

10

1.1.3. Tình hình sạt lở đất ven sơng ở ĐBSCL

13

1.2. Tổng quan về cơng trình TCBBTCT bảo vệ cơng trình ven sơng ở

18

ĐBSCL
1.2.1. Đặc điểm cơng trình TCB bằng vật liệu BTCT

18

1.2.2. Các dạng cơng trình TCBBTCT được sử dụng phổ biến

18

1.2.3. Cơng trình TCBBTCTULT bảo vệ cơng trình ven sơng ở

20

ĐBSCL
1.3. Các phương pháp tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB

23

khơng neo và có 1 neo đã được nghiên cứu
1.3.1. Tính tốn ổn định cơng trình TCB

23

1.3.2. Tính tốn biến dạng cơng trình TCB

32

1.4. Tổng quan về nghiên cứu thí nghiệm trong phịng và thực nghiệm

34

trên hiện trường để tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB
1.4.1. Nghiên cứu thí nghiệm trong phịng

34

1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

35

1.5. Nhận xét và những vấn đề tồn tại

35

1.5.1. Nhận xét

35

1.5.2. Những tồn tại của việc nghiên cứu trước đây

36

1.6. Những nhiệm vụ cần nghiên cứu trong luận án

36


1.6.1. Đối tượng nghiên cứu

36

1.6.2. Nội dung nghiên cứu

36

1.6.3. Hạn chế đề tài nghiên cứu

37

Chương 2. TÍNH TƯỜNG CỌC BẢN THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN

39

BẰNG GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH KẾT HỢP
PHƯƠNG PHÁP ĐÚNG DẦN
2.1. Tính TCB khơng neo theo LEM bằng phương pháp giải tích
2.1.1. Phương pháp tính TCB không neo theo LEM đã được nghiên

39
39

cứu .
2.1.2. Phương pháp tính TCB khơng neo bằng phương pháp giải tích

42

kết hợp phương pháp đúng dần do tác giả đề nghị
2.1.3. So sánh kết quả tính tốn theo các phương pháp
2.2. Sơ đồ tính TCB khơng neo và có 1 neo, đầu tự do theo LEM trong

44
46

trường hợp nền nhiều lớp
2.2.1. Giả thiết tính

46

2.2.2. Sơ đồ đất nền

46

2.2.3. Một số ký hiệu, cơng thức và qui ước chung

47

2.2.4. Cơng thức tính áp lực đất và nước tác dụng lên TCB ở đoạn 1

49

2.3. Tính TCB khơng neo theo LEM và bằng phương pháp giải tích

51

kết hợp phương pháp đúng dần trong trường hợp nền nhiều lớp
2.3.1.Trình tự tính

51

2.3.2. Tính tốn Dtt và Mmax

51

2.4. Tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo LEM và bằng phương pháp

64

giải tích kết hợp phương pháp đúng dần trong trường hợp nền nhiều

lớp
2.4.1. Sơ đồ, giả thiết và trình tự tính TCB có 1 neo, đầu tự do

64

2.4.2. Tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong trường hợp nền nhiều lớp

65

bằng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp đúng dần.
2.5. Xác định chiều sâu chôn cọc thiết kế Dtk

73


2.5.1. Các phương pháp xác định Dtk

73

2.5.2. Phương pháp xác định Dtk theo hệ số ổn định

74

2.6. Kết luận chương 2

76

Chương 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN

77

TÍCH SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA ĐẤT NỀN VÀ CƠNG
TRÌNH DỰA TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NỀN HARDENING SOIL (HS)
3.1. Sự cần thiết tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB theo

77

phương pháp SSI
3.2. Tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB theo phương

79

pháp SSI
3.3. Cơ sở lý thuyết mơ hình đất nền Hardening Soil (HS)

79

3.3.1. Mơ hình đàn hồi phi tuyến

80

3.3.2. Mơ hình đất nền Hardening soil (HS)

82

3.4. Tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB theo phương

87

pháp SSI dựa trên mơ hình đất nền HS bằng PLAXIS 8.2

3.5. Ứng dụng phương pháp SSI dựa trên mơ hình đất nền bằng

89

PLAXIS 8.2 để tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB ở
ĐBSCL
3.5.1. Đặc điểm tính tốn

89

3.5.2. u cầu thí nghiệm để xác định các thông số cơ lý của đất nền

90

3.6. Kết luận chương 3

90

Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG

91

ĐỂ TÍNH TỐN HỆ TCB DẠNG KHƠNG NEO BẢO VỆ CƠNG
TRÌNH VEN SƠNG
4.1. Cơng tác khảo sát và thí nghiệm trong phịng

92

4.1.1. Cấu tạo địa chất

92

4.1.2. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất

93

4.2. Công tác nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường
4.2.1. Mục đích của đo đạc

95
95


4.2.2. Thiết bị đo

95

4.2.3. Thực hiện đo đạc

95

4.2.4. Kết quả đo đạc

97

4.3. Tính tốn TCB khơng neo theo lý thuyết
4.3.1. Tính TCB khơng neo theo phương pháp LEM
4.4.2. Tính tốn kiểm tra TCB theo phương pháp SSI dựa trên mô hình

97

97
100

đất nền HS bằng PLAXIS 8.2
4.4. So sánh kết quả tính mơ phỏng và thực nghiệm

104

4.4.1. Quan hệ giữa chiều sâu chơn cọc thiết kế Dtk theo K odLEM

104

4.4.2. Tính TCB bằng LEM, SSI và theo thời gian

104

4.4.3. Chuyển vị ngang TCB theo tính tốn mơ phỏng và thực nghiệm

105

4.4.4. Ảnh hưởng của độ cứng và độ sâu chôn cọc đế chuyển vị TCB

105

và moment phát sinh
4.5. Kết luận chương 4

106

Chương 5. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM TRÊN HIỆN

108

TRƯỜNG ĐỂ TÍNH TỐN HỆ TƯỜNG CỌC BẢN CĨ 1 NEO BẢO
VỆ CƠNG TRÌNH VEN SƠNG
5.1. Thực hiện thí nghiệm trong phịng

108

5.1.1. Mục đích và u cầu thí nghiệm trong phịng

108

5.1.2. Kết quả thực hiện

108

5.2. Tính tốn TCB theo lý thuyết cân bằng giới hạn

111

5.2.1. Mục đích tính tốn cơng trình TCB theo LEM

111

5.2.2. Xác định các thông số thiết kế cơng trình

111

5.2.3. Tính tốn TCB theo phương pháp cân bằng giới hạn (LEM)

111

5.3. Thiết kế mơ hình TCB có 1 neo

115

5.3.1. Lựa chọn TCB

115

5.3.2. Tính tốn thanh neo và bản neo

115

5.4. Nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường
5.4.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường

117
117


5.4.2. Phương tiện thực nghiệm

117

5.4.3. Xây dựng cơng thức tính y và M khi biết biến dạng của bê tông

125

5.4.4. Xây dựng cơng trình TCB có 1 neo để tiến hành thực nghiệm

129

5.4.5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

132

5.5. Tính toán TCB theo phương pháp SSI bằng PLAXIS 8.2 dựa trên

137

mơ hình HS
5.5.1. Mục đích tính tốn

137

5.5.2. Các thơng số đầu vào

138

5.5.3. Điều kiện và các giai đoạn tính tốn

139

5.5.4. Kết quả tính tốn

139

5.6. So sánh kết quả tính tốn theo lý thuyết và nghiên cứu thục

141

nghiệm
5.6.1. Quan hệ giữa chiều sâu chôn cọc Dtk theo hệ số ổn định k odLEM

141

5.6.2. So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng và thực nghiệm

141

5.7. Kết luận chương 5

147

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN

148

Kết luận

148

Kiến nghị

149

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
Các chữ viết tắt:
- BTCTULT: Bê tông cốt thép ứng lực trước
- CU: Thí nghiệm nén 3 trục cố kết khơng thốt nước
- ĐBSCL: Đồng bằng sơng Cửu Long
- Đvt: Đơn vị tính
- HS: Mơ hình đất nền Hardening Soil
- KT: Khơng thốt nước (Undrained)
- LEM: Phương pháp cân bằng giới hạn (Limit Equibrilium Method)
- MĐNV: Mặt đất nạo vét
- MĐTN: Mặt đất tự nhiên
- NCS: Nghiên cứu sinh
- SSI: Tác động tương hỗ giữa đất nền và cơng trình (Soil-Structure
Interaction)
- SF: Hệ số an tồn
- SS: Mơ hình đất nền Soft-Soil
- TCB: Tường cọc bản
- TCBBTCT: Tường cọc bản bê tông cốt thép
- TCBBTCTULT: Tường cọc bản bê tông cốt thép ứng lực trước
- T : Thoát nước (Drained)
- TN: Thí nghiệm
Các ký hiệu:
Stt
1
2
3
4

5
6

Ký
hiệu
a
A
At
Atp
Ab
c

Đơn vị
tính
m2/kN
m2
m2
m2
m2
kN/m2

Giải thích
Hệ số nén của đất
Diện tích tiết diện ngang
Diện tích tiết diện ngang của thép
Diện tích tiến diện ngang của thép ứng lực trước
Diện tích tiết diện ngang của bê tơng
Lực dính của đất

c’
ccu
D
Dlt
Dtk
Dtt
e
e0
Eb
Et
Etp

kN/m2
kN/m2
m
m
m
m
kN/m2
kN/m2
kN/m2

ref
E oed

kN/m2

19

E 50ref

kN/m2

20

E 50refNH

kN/m2

21

E 50refDH

kN/m2

22

E urref

kN/m2

23
24
25
26
27
28
29

F

hT
hN
hi
hp
I

kN
m
m
m
m
m4
-

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

I

Lực dính của đất có hiệu

Lực dính ứng với TN nén 3 trục theo sơ đồ CU
Chiều sâu chơn cọc
Chiều sâu chơn cọc tính theo lý thuyết
Chiều sâu chôn cọc thiết kế
Chiều sâu chôn cọc theo tối thiểu
Hệ số rỗng của đất
Hệ số rỗng ban đầu của đất
Module đàn hồi của bê tông
Module đàn hồi của cốt thép
Module đàn hồi của cốt thép ứng lực trước
Module biến dạng của đất theo TN nén không nở hông
ứng với áp lực nén ref (pref=100kN/m2)
Module biến dạng của đất theo TN nén 3 trục ứng với
50% biến dạng và pref=100kN/m2
Module biến dạng của đất xét trong ngắn hạn theo TN
nén 3 trục ứng với 50% biến dạng và pref=100kN/m2
Module biến dạng của đất xét trong dài hạn theo TN nén
3 trục ứng với 50% biến dạng và pref=100kN/m2
Module biến dạng của đất theo TN ứng với điều kiện dỡ
và gia tải với pref=100kN/m2
Lực thanh neo
Chiều cao của TCB tính từ MĐNV đến đỉnh tường
Đơ sâu đặt neo tính từ đỉnh tường đến neo
Chiều dày lớp đất thứ i
Khoảng cách từ mặt đất nạo vét đến điểm đặt lực P
Moment quán tính của tiết diện ngang
Chỉ số dẻo

p

30

k ai

-

Hệ số áp lực đất chủ động lớp đất thứ i

31

k pi

-

Hệ số áp lực đất bị động lớp đất thứ i

32

k ttpi

-

Hệ số áp lực đất bị động tính tốn lớp đất thứ i

33

k ltpi

-

Hệ số áp lực đất bị động theo lý thuyết lớp đất thứ i

34

k odLEM

-

Hệ số ổn định tính theo LEM

35
36

k odSSI

-

Hệ số ổn định tính theo phương pháp SSI
Hệ số ổn định tính theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

37
38
39

kx
ky
M,
[M]

tt

k od

m/ngày
m/ngày
kNm

Hệ số thấm của đất theo phương ngang
Hệ số thấm của đất theo phương đứng
Moment uốn, moment uốn của TCB trước khi xảy ra nứt


40
41
42
43

Mmax
p
pw

kNm
kN/m2
kN/m2

p aiT( (pP)C)

kN/m2

44
45

P

kN

Pi T (P )

kN

46
47
48
49
50
51
52
53

Rb
Rk
Rt
Rtp
Sr
q
u
ux

kN/m2
kN/m2
kN/m2

kN/m2
%
kN/m2
cm (mm)
cm (mm)

Moment uốn cực đại
Áp lực
Áp lực nước
Áp lực đất chủ động (a), bị động (p), tại điểm C, lớp đất
thứ i, bên trái (T), bên phải (P) của TCB
Lực tập trung
Tổng hợp lực của áp lực đất và nước tác dụng lên TCB
ở lớp đất thứ I, bên trái (T) hoặc bên phải (P). Trường
hợp khơng có chử T(P): qui ước là bên trái
Cường độ chịu nén của bê tông
Cường độ chịu kéo của bê tông
Cường độ chịu kéo của thép
Cường độ chịu kéo của thép ứng lực trước
Độ bão hòa nước của đất
Áp lực phân bố đều tác dụng trên bề mặt đất
Chuyển vị
Chuyển vị ngang của đầu TCB

54

u xmax

cm (mm)

Chuyển vị ngang lớn nhất của TCB

55

u yN

cm (mm)

Độ lún đất nền

56

u xN

cm (mm)

Chuyển vị ngang của bề mặt đất nền

xt , xtp

m (mm)

W
WP

%
%
%

Khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm của thép

và thép ứng lực trước
Độ Nm tự nhiên
Giới hạn dẻo
Giới hạn nhảo
Trọng lượng của TCB trên mét dài, độ chứa nước
Trọng lượng riêng tự nhiên của đất
Trọng lượng riêng bão hòa của đất
Trọng lượng riêng đNy nổi của đất
Trọng lượng riêng của đất tùy thuộc vào điều kiện tính
Trọng lượng riêng của đất nằm trên mực nước ngầm
Trọng lượng riêng của nước
Góc ma sát giữa đất và kết cấu ở lớp đất thứ i
Biến dạng tương đối
Biến dạng đàn hồi của đất theo phương ứng suất chính i
Biến dạng tương đối lớn nhất của TCB ở độ sâu z

57
58
59
60

W
L

61
62
63
64
65
66

67
68
69
70
71

w
γ
γsat
γ’
γ*
γd
γw
δi
ε
ε ie
ε bzmax

kN/m
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
Độ
%
%
%

72

ε t , ε t'

%

73

ε tp , ε tp '

%

Biến dạng tương đối của thép trong vùng chịu kéo và
chịu nén
Biến dạng tương đối của thép ứng lực trước trong vùng


74

κ

chịu kéo và chịu nén
Hệ số nở điều chỉnh

λ

Chỉ số nén điều chỉnh

*

75
*

76
77
78

νb
ν’

-

νu

-

79
80
81
82
83
84
85
86
87

ν ur
ρ
σb
σi

φi
φ’i
φcu
Φ

m
kN/m2
kN/m2
Độ
Độ
Độ
m
Độ

ψ

Hệ số Poisson của bê tông
Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện thoát nước
Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện khơng thốt
nước
Hệ số Poisson của đất ứng với điều kiện nén và dỡ tải
Bán kính cong của tiết diện ngang
Ứng suất kéo phát sinh trong bê tông
Ứng suất pháp theo phương ứng suất chính i
Góc ma sát trong của đất ở lớp đất thứ i
Góc ma sát trong có hiệu của đất ở lớp đất thứ i
Góc ma sát trong của đất trong TN 3 trục theo sơ đồ CU
Đường kính của thanh thép
Góc nở của đất

CÁC BẢNG BIỂU
Chương 1
1. Bảng 1.1. Bảng chỉ tiêu vật lý lớp đất sét yếu
2. Bảng 1.2. Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét hữu cơ
3. Bảng 1.3. Đặc trưng chống cắt của lớp đất sét không lẫn chất hữu cơ
4. Bảng 1.4. Đặc trưng chống cắt của các lớp đất bùn
5. Bảng 1.5. Đặc trưng chống cắt của các lớp đất bùn
6. Bảng 1.6. Chỉ tiêu biến dạng và hệ số thấm của đất bùn ở một số tỉnh ở
ĐBSCL
7. Bảng 1.7. Tổng hợp các khu vực bị sạt lở
8. Bảng 1.8. Các bài tốn tính tốn ổn định và biến dạng của TCB
9. Bảng 1.9. Bảng qui định biến dạng cho phép của TCB
10. Bảng 1.10. Đặc điểm phương pháp tính ổn định và biến dạng

Chương 2
11. Bảng 2.1. Tổng hợp kết quả tính TCB khơng neo theo các phương pháp
12. Bảng 2.2. Bảng tổng hợp một số đề xuất xác định Dtk
Chương 3
Chương 4
13. Bảng 4.1. Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của các lớp đất
14. Bảng 4.2. Tổng hợp giá trị module biến dạng và m của các lớp đất
15. Bảng 4.3. Kết quả đo đạc chuyển vị ngang đầu TCB
16. Bảng 4.4. Tính TCB không neo theo phương pháp đồ giải
17. Bảng 4.5. Kết quả tính TCB theo 2 phương pháp
18. Bảng 4.6. Kết quả tính TCB bằng LEM theo thời gian
19. Bảng 4.7. Thông số đầu vào của đất nền
20. Bảng 4.8. Các đặc trưng tính tốn của TCB W400A
21. Bảng 4.9. Kết quả kiểm tra TCB bằng PLAXIS 8.2
22. Bảng 4.10. Chuyển vị ngang của TCB giữa tính mơ phỏng và thực nghiệm

23. Bảng 4.11. Thông số TCB.


Chương 5
24. Bảng 5.1. Một số đặc trưng cơ lý các lớp đất.
25. Bảng 5.2. Kết quả xác định các thông số biến dạng các lớp đất
26. Bảng 5.3. Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo phương pháp đồ giải
27. Bảng 5.4. Bảng phân lớp và tính TCB theo phương pháp đồ giải.
28. Bảng 5.5. Kết quả tính TCB bằng phương pháp do tác giả đề nghị
29. Bảng 5.6. Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do theo 2 phương pháp
30. Bảng 5.7. Số liệu về đặc tính của thép sử dụng trong TCB
31. Bảng 5.8. Giá trị áp lực đất tác dụng lên TCB theo tải trọng q
32. Bảng 5.9. Kết quả tính moment theo ε bmax và theo chiều sâu
33. Bảng 5.10. Kết quả đo đạc chuyển vị ngang của đà giằng bằng máy kinh vĩ
34. Bảng 5.11. Tính y ứng với q=9kN/m2
35.Bảng 5.12. Độ lún của đất nền uy
36. Bảng 5.13. Thông số đầu vào của các lớp đất
37. Bảng 5.14. Thông số đầu vào của TCB SW400A
38. Bảng 5.15. Thông số đầu vào của thanh neo
39. Bảng 5.16. Thông số đầu vào của đà giằng
40. Bảng 5.17. Thông số đầu vào của bản neo
41. Bảng 5.18. So sánh giá trị áp lực đất giữa lý thuyết và đo đạc ứng với
q=9kN/m2
42. Bảng 5.19. So sánh lực neo F theo lý thuyết và thực nghiệm
43. Bảng 5.20. So sánh giá trị áp lực đất theo lý thuyết và thực nghiệm


CÁC HÌNH ẢNH VÀ HÌNH VẼ
Chương 1
1. Hình 1.1. Bản đồ đồng bằng sơng Cửu Long

2. Hình 1.2. Cột địa tầng ở ĐBSCL
3. Hình 1.3. Phân vùng đất yếu ở ĐBSCL
4. Hình 1.4. Bản đồ phân vùng ngập lũ ĐBSCL
5. Hình 1.5. Mơ tả tác động của lũ lên cơng trình và đất nền
6. Hình 1.6. Vị trí các điểm sạt lở sơng Cửu Long trước năm 2000
7. Hình 1.7 (a,b). Hình ảnh tiêu biểu cho sự sạt lở bờ sơng Cửu Long.
8. Hình 1.8. Chu trình sạt lở bờ sơng.
9. Hình 1.9. Các giải pháp phịng chống giảm nhẹ thiên tai do hiện tượng sạt lở.

10. Hình 1.10. TCB khơng neo.
11. Hình 1.11. TCB có neo, đầu tự do
12. Hình 1.12. TCB có neo đầu ngàm
13. Hình1.13. Kiểm tra tia nước khi thi cơng
14. Hình 1.14. Bờ kè TCBBTCTULT
15. Hình 1.15. Mặt cắt ngang cơng trình bờ kè bến Trần Hầu (Hà Tiên)
16. Hình 1.16. Đầu TCB bị nghiêng
17. Hình 1.17. TCB được đóng lùi vào bên trong
18. Hình 1.18. Hình ảnh bờ kè
19. Hình 1.19. Đầu TCB bị chuyển vị ngang lớn
20. Hình 1.20 (a,b,c). Biểu đồ áp lực đất theo hình thức chuyển vị và theo thực
tế trong trường hợp tường mềm có neo
21. Hình 1.21. Sơ đồ tính TCB theo nền biền dạng cục bộ theo phương ngang
22. Hình 1.22. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo mơ hình đàn-dẻo lý
tưởng
23. Hình 1.23.Các mặt bao phá hoại theo tiêu chuNn Mohr-Coulomb
24. Hình 1.24. Quan hệ giữa ε1 và q trong TN nén 3 trục với điều kiện thoát
nước


25. Hình 1.25. Mặt bao phá hoại và mặt dẻo theo mơ hình HS trong khơng

gian ứng suất chính
26. Hình 1.26. Quan hệ lơga giữa biến dạng thể tích và ứng suất trung bình
trong thí nghiêm nén khơng nở hơng
27. Hình 1.27. Đặc trưng của đường biến dạng tổng của mơ hình Soft-Soil
trong khơng gian ứng suất chính
28. Hình 1.28. Mặt bằng dịng sơng và bờ
29. Hình 1.29. Mặt cắt ngang
Chương 2
30. Hình 2.1. Sơ đồ làm việc của TCB khơng neo
31. Hình 2.2. Sơ đồ tính TCB khơng neo theo phương pháp 1
32. Hình 2.3. Sơ đồ tính theo phương pháp 2
33. Hình 2.4. Sơ đồ tính TCB khơng neo do tác giả đề nghị
34. Hình 2.5. Sơ đồ giải hệ phương trình cân bằng lực ngang và moment
35. Hình 2.6 : Kết quả tính TCB theo phương pháp do tác giả đề nghị
36. Hình 2.7. Sơ đồ đất nền
37. Hình 2.8. Sơ đồ tính ở đoạn 1
38. Hình 2.9. Sơ đồ tính TCB khơng neo với nền đất gồm 8 lớp
39. Hình 2.10. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H.1
40. Hình 2.11. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H. 2
41. Hình 2.12. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H 3
42. Hình 2.13. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H. 4
43. Hình 2.14. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H. 5
44. Hình 2.15. Sơ đồ tính TCB ứng với T.H. 6
45. Hình 2.16. Kết quả tính TCB khơng neo
46. Hình 2.17. Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do
47. Hình 2.18. Sơ đồ tổng qt tính tốn TCB có 1 neo, đầu tự do
48. Hình 2.19. Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong trường hợp nền nhiều
lớp

49. Hình 2.20. Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do T.H.1N
50. Hình 2.21. Sơ đồ tìm nghiệm y>0 và nhỏ nhất phương trình bậc 3
51. Hình 2.22. Sơ đồ tính TCB có 1 neo, đầu tự do ứng với T.H.2N
52. Hình 2.23. Sơ đồ tính tốn TCB có 1 neo, đầu tự do T.H.3N
53. Hình 2.24. Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do
54. Hình 2.25: Sơ đồ tính hệ số ổn định koLEM
đ
Chương 3
55. Hình 3.1. Quan hệ k a , k p với dạng và sự gia tăng của chuyển vị
56. Hình 3.2. Chuyển vị của TCB có 1 neo, đầu tự do
57. Hình 3.3. Chuyển vị của cọc trước và sau khi tăng D
58. Hình 3.4. Quan hệ ε 1 và q dạng hyperbole trong TN nén 3 trục
59. Hình 3.5. Quan hệ ε 1 và q trong TN nén 3 trục theo sơ đồ thốt nước
60. Hình 3.6. Hình ảnh mặt giới hạn dẻo theo HS trong khơng gian ứng suất
chính
61. Hình 3.7. Mặt dẻo theo mơ hình HS trong mặt phẳng q~ − p
Chương 4
62.Hình 4.1. Bờ kè TCB đường Hồng Diệu
63. Hình 4.2. Đoạn kè có hT=4m (lớn nhất)
64. Hình 4.3. Chiều dài TCB SW400
65. Hình 4.4. Mặt cắt ngang TCB
66. Hình 4.5. Bố trí cốt thép TCB
67. Hình 4.6. Thực hiện khoan khảo sát địa chất tại công trình
68. Hình 4.7. Hình trụ hố khoan điển hình
69. Hình 4.8. TN nén 3 trục mẫu đất sét
70. Hình 4.9. TN nén cố kết mẫu đất bùn sét
71. Hình 4.10 a, b. Thực hiện công tác đo đạc chuyển vị của bờ kè
72. Hình 4.11. Vị trí các điểm đo đạc trên cơng trình bờ kè đường Hồng Diệu.
73. Hình 4.12. Sơ đồ bố trí mốc đo và vị trí điểm đo.

74. Hình 4.13. Sơ đồ, phân lớp, biểu đồ áp lực và đa giác dây.
75. Hình 4.14. Đa giác lực.
76. Hình 4.15. Sơ đồ tính TCB.
77. Hình 4.16. Kết quả tính TCB khơng neo trong ngắn hạn.
78. Hình 4.17. Kết quả tính TCB khơng neo trong dài hạn.
79. Hình 4.18. Biến dạng của TCB và đất nền xét trong ngắn hạn.
80. Hình 4.19. Moment phát sinh ứng với điều kiện ngắn hạn
81. Hình 4.20. Chuyển vị ngang của TCB ứng với điều kiện ngắn hạn
82. Hình 4.21. Kết quả tính k odSSI = ΣMsf = 1,559 (trong ngắn hạn).
83. Hình 4.22. Hình ảnh chuyển vị của TCB trong ngắn hạn và dài hạn.
84. Hình 4.23. Quan hệ giữa k odLEM theo Dtk
85. Hình 4.24. Sự thay đổi Mmax theo độ cứng và độ sâu chơn cọc D
86. Hình 4.25. Sự thay đổi u xđ theo độ cứng và độ sâu chơn cọc D
Chương 5
87. Hình 5.1 a, b. Vị trí bờ kè bị sự cố và xây dựng mơ hình thực nghiệm
88. Hình 5.2. Hình trụ hố khoan
89. Hình 5.3 a,b. Thực hiện cơng tác thí nghiệm trong phịng
90. Hình 5.4. Sơ đồ tính, phân lớp và đa giác dây với tmin
91. Hình 5.5. Đa giác lực
92. Hình 5.6: Kết quả tính TCB có 1 neo, đầu tự do trong ngắn hạn
93. Hình 5.7. Cấu tạo bản neo
94. Hình 5.8. Xác định vị trí đặt bản neo
95. Hình 5.9. Chi tiết TCB SW400A
96. Hình 5.10. Mặt cắt ngang đầu cọc
97. Hình 5.11. Mặt cắt bố trí cốt thép cọc
98. Hình 5.12. Phối cảnh mơ hình thực nghiệm
99. Hình 5.13. Mặt bằng mơ hình thực nghiệm TCB có 1 neo
100. Hình 5.14. Mặt cắt mơ hình thực nghiệm TCB có 1 neo
101. Hình 5.15. Chi tiết đầu tường

102. Hình 5.16. Bố trí cốt thép đà giằng
103. Hình 5.17. Chi tiết bản neo
104. Hình 5.18. Mặt bằng bố trí điểm đo chuyển vị của TCB, bản neo và đất
nền
105. Hình 5.19. Mốc đo biến dạng đất nền M
106. Hình 5.20. Mốc đo chuyển vị bản neo N
107. Hình 5.21. Hộp đo áp lực đất bằng cảm biến FLA 6-11 (hãng TLM của
Nhật Bản)
108. Hình 5.22. Inclinometer
109. Hình 5.23. Cảm biến để đo biến dạng
110. Hình 5.24. Mặt cắt bố trí điểm đo áp lực đất
111. Hình 5.25. Mặt cắt bố trí điểm đo biến dạng TCB và thanh neo
112. Hình 5.26. Bố trí thiết bị đo áp lực
113. Hình 5.27. Bố trí thiết bị đo biến dạng
114. Hình 5.28. Sơ đồ tính ứng suất và biến dạng TCB khi biết ε bmax
115. Hình 5.29. Sơ đồ tính y khi biết ε bmax
116. Hình 5.30. Sơ đồ phân vùng tính giá trị M
117. Hình 5.31. Chi tiết bố trí cốt thép chịu lực của TCB SW400A
118. Hình 5.32. Cọc BTCTULT SW400A
119. Hình 5.33. Gia cơng thanh neo Φ27 l=15m
120. Hình 5.34. Chi tiết hộp đo áp lực đất
121. Hình 5.35. Lắp đặt cảm biến đo biến dạng
122. Hình 5.36. Lắp đặt thiết bị đo áp lực đất
123. Hình 5.37. Kiểm tra thiết bị sau khi lắp đặt
124. Hình 5.38. Kiểm tra xói nước
125. Hình 5.39. Kiểm tra q trình hạ cọc
126. Hình 5.40. Hạ cọc bằng phương pháp xói nước kết hợp búa rung
127. Hình 5.41. Bản neo và thanh neo

128. Hình 5.42. Mốc đo biến dạng nền đất và giả tải bề mặt


129. Hình 5.43. Thu nhận số liệu đo đạc trên hiện trường
130. Hình 5.44. Áp lực đất tác dụng lên TCB
131. Hình 5.45. Moment phát sinh lên TCB theo q
132. Hình 5.46. Chuyển vị ngang của TCB theo q
133. Hình 5.47. Độ lún của đất nền theo q
134. Hình 5.48. Lực thanh neo theo tải trọng q
135. Hình 5.49. Áp lực đất bị động tác dụng lên bản neo ở -1,6m theo q
136. Hình 5.50. Biến dạng của TCB và đất nền
137. Hình 5.51. Biểu đồ moment phát sinh trong TCB (Mmax=44kNm)
138. Hình 5.52. Chuyển vị ngang của TCB ( u xmax = 22,95mm )
139. Hình 5.53. Áp lực đất có hiệu tác dụng lên TCB
140. Hình 5.54. Quan hệ k odLEM theo Dtk
141. Hình 5.55. Áp lực đất tác dụng lên TCB theo mơ phỏng và thực nghiệm
142. Hình 5.56. Biểu đồ moment theo mô phỏng và thực nghiệm
143. Hình 5.57. Chuyển vị ngang của TCB theo mơ phỏng và thực nghiệm
144. Hình 5.58. Độ lún đất nền theo mơ phỏng và thực nghiệm
145. Hình 5.59. Lực thanh neo theo mơ phỏng và thực nghiệm theo q
146. Hình 5.60. Áp lực đất bị động tác dụng lên bản neo ở -1,6m theo q


1

MỞ ĐẦU
Đồng bằng sơng Cửu Long là vùng đất phì nhiêu, vựa lúa lớn nhất của cả nước
và là một trong những vùng kinh tế trọng điểm đang được Đảng và Nhà nước quan
tâm đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật để phát triển. Tuy nhiên, đây cũng là
vùng đất yếu theo quan điểm của nhà xây dựng.

ĐBSCL có hệ thống sơng ngịi chằng chịt giúp cho ngành sản xuất nông
nghiệp, thủy sản và giao thông thủy có điều kiện thuận lợi để phát triển. Nhiều khu
vực thị tứ dân cư đơng đúc và cơng trình thường được xây dựng ven sơng. Trong
nhiều năm qua, tình trạng sạt lở và lũ lụt càng ngày trở nên nghiêm trọng hơn đe
dọa đến tính mạng và tài sản của nhân dân cũng như sự an tồn của nhiều cơng trình
ven sơng. Kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy một trong những
giải pháp hữu hiệu để chống sạt lở và bảo vệ cơng trình ven sơng là sử dụng bờ kè
bằng TCBBTCT. Thực tế một số cơng trình bờ kè bằng TCBBTCT được xây dựng
trong thời gian qua đã đáp ứng được yêu cầu sử dụng nhưng cũng tồn tại một số
cơng trình đã xảy ra sự cố như bị trượt hoặc có chuyển vị ngang lớn khơng đáp ứng
u cầu sử dụng và tính thNm mỹ của cơng trình. Vì vậy, việc nghiên cứu ổn định và
biến dạng cơng trình TCBBTCT bảo vệ cơng trình ven sông trong điều kiện đất yếu
và ngập lũ ở ĐBSCL nhằm đảm bảo khai thác lâu dài cơng trình và mang lại hiệu
quả kinh tế cao là yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực tiển.
Mục đích của luận án bao gồm việc nghiên cứu những nội dung chính sau:
1. Tổng quan về sự ổn định và biến dạng của hệ cơng trình TCBBTCT bảo vệ
cơng trình ven sơng ở ĐBSCL. Trong đó, phân tích những sự cố cơng trình TCB,
phương pháp tính tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB đã được nghiên cứu
trong nước và trên thế giới. Từ đó xác định những nội dung nghiên cứu tiếp.
2. Nghiên cứu tính tốn ổn định cơng trình TCBBTCT dạng khơng neo và
dạng có 1 neo, đầu tự do bằng phương pháp cân bằng giới hạn (LEM), sử dụng
phương pháp giải tích kết hợp phương pháp đúng dần và lập chương trình máy tính
để tính trong trường hợp nền nhiều lớp là dạng bài toán phổ biến trong thực tế.


2

3. Nghiên cứu phương pháp tính chiều sâu chơn cọc thiết kế Dtk của TCB theo
hệ số ổn định kodLEM trong trường hợp đất nền gồm nhiều lớp.
4. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích sự làm việc đồng thời giữa đất

nền và cơng trình (SSI) theo mơ hình nền Hardening Soil để tính tốn ổn định và
biến dạng cơng trình TCB.
5. Thực hiện thí nghiệm trong phịng xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền để
tính tốn cơng trình TCB theo lý thuyết (LEM, SSI); tiến hành thực nghiệm trên
hiện trường cơng trình TCB dạng khơng neo; xây dựng mơ hình cơng trình
TCBBTCT dạng có 1 neo trên nền đất yếu và nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình
thực.
6. So sánh thơng số ổn định và biến dạng cơng trình TCBBTCT theo tính tốn
lý thuyết và kết quả thực nghiệm nhằm rút ra các kết luận liên quan đến phương
pháp tính tốn ổn định và biến dạng hệ cơng trình TCBBTCT bảo vệ cơng trình ven
sơng trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở ĐBSCL.
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:
- Phương pháp phân tích: Nghiên cứu cơ sở các phương pháp tính tốn ổn định
và biến dạng cơng trình TCB, từ đó phân tích, đánh giá, xác định những vấn đề cịn
tồn tại để tiếp tục nghiên cứu bổ sung.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp giải tích, phương
pháp đúng dần để xây dựng phương pháp và lập chương trình máy tính và nghiên
cứu ứng dụng mơ hình đất nền phù hợp với đặc điểm của bài toán.
- Nghiên cứu thí nghiệm trong phịng: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền
bằng các thiết bị thí nghiệm trong phịng phù hợp với u cầu tính tốn lý thuyết.
- Nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trường: Sử dụng thiết bị đo đạc, quan
trắc hiện đại để thu nhận số liệu về ổn định và biến dạng hệ cơng trình TCBBTCT.
Đối tượng nghiên cứu là cơng trình TCBBTCT dạng khơng neo và dạng có 1
neo bảo vệ cơng trình ven sơng trong điều kiện đất yếu và ngập lũ ở ĐBSCL.
Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn trong các vấn đề sau:


3

- Các cơng trình TCBBTCT với mục đích chống xói lở và bảo vệ các cơng

trình ven sơng là các cơng trình đường giao thơng và tải trọng tính là tải trọng tĩnh.
- Không xét đến biến dạng từ biến và quá trình cố kết của đất nền.
Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu:
1. Phương pháp và chương trình tính tốn TCB dạng khơng neo và dạng có 1
neo, đầu tự do theo phương pháp cân bằng giới hạn trong trường hợp nền đất gồm
nhiều lớp do tác giả đề xuất đã khắc phục được những hạn chế của phương pháp đồ
giải, cho kết quả chính xác, nhanh chóng và thuận lợi trong tính tốn thực tế.
2. Phương pháp xác định chiều sâu chôn cọc thiết kế Dtk theo hệ số ổn định
kodLEM cho

phép lựa chọn Dtk trong trường hợp nền đất gồm nhiều lớp.

3. Xác định các thông số biến dạng của đất dính theo mơ hình đất nền Hardening
Soil (HS).
4. Ứng dụng phương pháp SSI dựa trên mơ hình đất nền HS để mơ phỏng tính
tốn ổn định và biến dạng cơng trình TCB.
5. Nghiên cứu về ổn định và biến dạng cơng trình TCB trên mơ hình có kích
thước thực bằng các thiết bị đo đạc và quan trắc có độ chính xác và mức độ tin cậy
cao.
6. Từ kết quả nghiên cứu trên mơ hình, so sánh với kết quả tính tốn mơ phỏng
theo lý thuyết, rút ra những kết luận có thể vận dụng trong tính tốn thiết kế cơng
trình TCB thực tế.
Cấu trúc của luận án: Nội dung chính của luận án gồm phần mở đầu, 05 chương
chính, phần kết luận và kiến nghị, gồm 149 trang thuyết minh, 146 hình ảnh và hình
vẽ, 43 bảng biểu, 50 tài liệu tham khảo và 01 tập phụ lục 148 trang.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ ỔN ĐNNH VÀ BIẾN DẠNG CƠNG

TRÌNH TƯỜNG CỌC BẢN BÊ TƠNG CỐT THÉP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG
CỬU LONG.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO ĐNA CHẤT, TÌNH HÌNH NGẬP LŨ VÀ SẠT LỞ
Ở ĐBSCL
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo địa chất và đất yếu ở ĐBSCL
ĐBSCL là đoạn cuối của tam giác châu sông Cửu Long (sông Cửu Long
thường được gọi là sông Mê kông) với diện tích khoảng 39.600km2, được giới hạn
ở phía Bắc bởi biên giới Việt Nam-Campuchia, Tây Ninh và thành phố Hồ Chí
Minh, phía Nam và phía Đơng bởi biển Đơng và phía Tây là vịnh Thái Lan
(hình1.1).

Hình 1.1. Bản đồ đồng bằng sơng Cửu Long
ĐBSCL được tạo thành nhờ q trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích do phù sa
của sơng Cửu Long. Địa hình tương đối bằng phẳng hơi nghiêng ra biển với độ dốc
khơng đáng kể. Trên tồn ĐBSCL, tầng bồi tích được hình thành thuộc thời kỳ cận


5

đại, trầm tích kỷ Đệ tứ khoảng 10.000năm (thời kỳ Holocene), chủ yếu là trầm tích
tam giác châu có chiều dày thay đổi khá lớn.
1.1.1.1. Cấu tạo địa tầng
Theo Nguyễn Thanh [28], về mặt địa tầng chia ra làm 2 phạm vi địa tầng khá
rõ rệt bao gồm (hình 1.2):

Hình 1.2. Cột địa tầng ở ĐBSCL
- Tầng bồi tích trẻ hay tầng trầm tích Holocene được chia thành 3 bậc:
+ Bậc Holocene dưới giữa QIV-1 gồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ
cùng kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lổ Pleistocene, chiều dày đạt tới 12m.
+ Bậc Holocene giữa QIV-2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng,

chiều dày từ 10÷70m.
+ Bậc Holocene trên QIV-3 gồm các tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo
thành thành phần vật chất và diện phân bố, gồm:


6

• Tầng trầm tích biển, sơng biển hỗn hợp và sinh vật: mQIV-3, ambQIV-3 gồm
hạt cát mịn, bùn sét hữu cơ.
• Tầng trầm tích sinh vật-đầm lầy ven biển bamQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ, than
bùn.
• Tầng trầm tích sơng hồ hỗn hợp và sinh vật ambQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ.
• Tầng bồi tích aQIV-3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ.
Chiều dày của lớp trầm tích Holocene trên biến đổi từ 9÷20m, trung bình 15m
và tồn bộ chiều dày của 3 tầng Holocene đạt tới 100m.
- Tầng bồi tích cổ hay trầm tích Pleistocene: Tầng này gồm có 3÷5 tập hạt mịn
xen kẹp 3÷5 tập hạt thơ, mỗi tập tương ứng với Pleistocene trên, giữa, dưới, có
chiều dày thay đổi từ 4÷85m.
1.1.1.2. Đất yếu ở ĐBSCL
- Sự phân bố đất yếu: Qua nghiên cứu cấu tạo địa tầng ĐBSCL cho thấy gần
như có thể gặp đất yếu ở tồn vùng. Căn cứ theo đặc trưng thành phần thạch học,
điều kiện địa chất cơng trình và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu
vực đất yếu khác nhau (hình 1.3):
+ Khu vực I: Vùng đất sét màu xám nâu, xám vàng (bmQIV): Đất á sét màu
xám nâu, có chỗ đất mềm yếu và chiều dày không quá 5m. Sức chịu tải của nền
tương đối tốt trừ các khu vực đất yếu thì phải gia cố nền khi xây dựng cơng trình.
+ Khu vực II: Đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát (a,amQIV) xen kẹp với các lớp
á cát, gồm các phân khu:
• Phân khu IIa (a,amQIV): Bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp,
gối lên trên nền sét cứng QI-III, chiều dày không quá 20m.

• Phân khu IIb (a,amQIV): Bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp,
chiều dày tầng đất yếu có thể đạt đến 60m.
• Phân khu IIc: Đất bùn như phân khu IIa, IIb, có chiều dày khơng q 25m.
• Phân khu IId: Đất bùn như các phân khu IIa, IIb, IIc đã nêu ở trên. Bề dày
tầng đất yếu nhỏ hơn 30m.