Nghiên cứu ổn định và biến dạng của công trình bờ kè trong điều kiện đất yếu ở đồng bằng sông cửu long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----oOo----

VĂN HỮU HUỆ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
CỦA CÔNG TRÌNH BỜ KÈ TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----oOo----

VĂN HỮU HUỆ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
CỦA CÔNG TRÌNH BỜ KÈ TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG
Chuyên ngành
Mã số

: Cơ học đất, Cơ học Nền móng và Công trình ngầm
: 2 . 15 . 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG, HDC.
2. GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ, HDP.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2008

;
.


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin tạc dạ ghi ơn công lao to lớn của GS.TSKH. Lê Bá
Lương, GS.TSKH. Nguyễn Văn Thơ đã bất chấp thời gian, sức khoẻ, tận tâm
hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ lúc xây dựng đề cương, lựa chọn đề
tài, hỗ trợ các thiết bị thí nghiệm đến lúc hoàn thành luận án.
Trân trọng cảm ơn những lời góp ý chân tình, nhiệt huyết của GS.TSKH.
Trương Minh Vệ và Viện só TSKH. Nguyễn Văn Đáng về các phương trình
mới.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Ngọc Thanh (Khoa Toán tin –
ĐH. Khoa học Tự nhiên TPHCM.) đã dành nhiều thời gian quý báu để hướng
dẫn sử dụng các phần mềm toán học để giải các phương trình mới.
Thành thật cảm ơn PGS.TS. Phan Thị Tươi đã dành cho tôi sự ưu ái đặc
biệt trong việc tham gia đề tài khoa học cấp bộ nhằm hỗ trợ kinh phí và thiết bị
thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho đề tài và luận án tốt nghiệp.
Xin trân trọng ghi nhớ sự quan tâm chỉ đạo góp ý và giúp đỡ chân tình
để hoàn thành các thủ tục báo cáo chuyên đề, bảo vệ cơ sở… và mượn thiết bị
thí nghiệm của TS. Nguyễn Văn Chánh, TS. Võ Phán và TS. Lê Thị Bích

Thuỷ.
Tác giả xin ghi ơn Tổng Giám đốc Cty.CP.ĐTXD. Tân Bình Phạm Xuân
Hải đã hỗ trợ kinh phí và động viên giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Bản thân thành thật ghi ơn Chị Lê Thanh Xuân – P. Chủ tịch UBND.
Tỉnh Vónh long, TS. Bùi Văn Sáu – Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ, đặc
biệt cảm ơn Ths. Nguyễn Văn Thanh – Giám đốc Sở Nông nghiệp và PTNT.
và Anh Lê Hiếu Thuận – Giám đốc Ban Quản lý các Dự án Thủy lợi đã nhiệt
tình hỗ trợ, động viên, giúp đỡ về vật chất cũng như tinh thần trong quá trình
hoàn thành luận án.
Cuối cùng không quên cảm ơn Quý thân hữu, đồng nghiệp đã tận tâm,
dày công, không quản ngày đêm giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.

VĂN HỮU HUỆ


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, các kết
quả, các số liệu, các công thức đề nghị và các phương trình mới nêu trong luận án là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Trong quá trình nghiên cứu tác giả có sử dụng một số phần mềm phụ trợ như
Mathematica Version 4.0, Maple Version 6.0 và Maple Version 9.5 để giải các phương
trình mới và phần mềm Slope/ W. để tính toán cung trượt của các tác giả khác.

VĂN HỮU HUỆ


MỤC LỤC

Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục bảng biểu, hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG CỦA
BỜ KÈ VEN SÔNG TRONG ĐẤT YẾU

5

1.1. Tổng quan những công trình nghiên cứu đã có
trên những vùng đất sét yếu bão hoà nước

1.2. Những vấn đề còn tồn đọng, những vấn đề nghiên cứu

5

11

1.2.1. Những vấn đề còn tồn đọng

11

1.2.2. Những vấn đề tập trung nghiên cứu

12

1.3. Một số hình ảnh sạt lở trong và ngoài nước

12

Chương 2: NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VỀ CÔNG TRÌNH BỜ KÈ
TRONG ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL.

15


2.1. Đặc điểm về đất sét yếu ở ĐBSCL. và thực tế sạt lở

15

2.1.1. Khái niệm

15

2.1.2. Đặc điểm

17

2.1.3. Hiện tượng xói lở

26

2.2. Nghiên cứu cấu tạo kết cấu kè và vật liệu đắp sau tường kè
31
2.2.1. Công trình bảo vệ bề mặt taluy bờ sông

31

2.2.2. Công trình cấu tạo hệ kết cấu tiếp nhận lực ngang
33
2.2.3. Công trình cấu tạo hỗn hợp
34
2.2.4. Công trình thực tế thường gặp ở ĐBSCL.

34

2.2.5. Chọn vật liệu đắp sau kè

35

Chương 3: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH, PHÁT TRIỂN MỚI
CÁC TƯƠNG QUAN TÍNH CHIỀU DÀI TCB. ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH

3.1. Nghiên cứu các phương pháp tính toán ổn định

37

37

3.1.1. Tính ổn định đất sau kè khi chưa có TCB.

38

3.1.2. Phương pháp đồ giải Blum – Lohmyer

41

3.2. Nghiên cứu phương pháp giải tích, phát triển mới một tương quan tính
chiều dài TCB.

45

3.2.1. Trường hợp TCB. bảo vệ KDC., đường vào cầu giao thông
với việc đưa hệ số tin cậy về tải trọng vào tải trọng ngoaøi

46


3.2.2. Trường hợp TCB. bảo vệ KDC. hay đường vào cầu giao
thông với việc đưa hệ số an toàn vào hệ số áp lực đất bị động
59
3.2.3. Trường hợp cho TCB. cho kè ven sông có tải trọng ngoài bên
trên với việc đưa hệ số tin cậy về tải trọng vào tải trọng ngoài
61
3.2.4. Trường hợp cho TCB. cho kè ven sông có tải trọng ngoài bên
trên với việc đưa hệ số an toàn vào hệ số áp lực đất bị động

69

3.2.5. Xây dựng mối tương quan giữa độ sâu đặt neo và chiều dài
TCB. bảo vệ KDC. hay đường vào cầu giao thông

70

3.2.6. Xây dựng mối tương quan giữa độ sâu đặt neo và chiều dài

TCB. cho công trình bờ kè bảo vệ bờ sông

74

3.2.7. Chứng minh các nghiệm thực của phương trình là bậc nhất
75

3.3. Sử dụng phần mềm Mathematica 4.0, Maple 6.0 và 9.5

75

3.3.1. Khái quát về Mathematica 4.0, Maple 6.0 và 9.5

75

3.3.2.Giải phương trình bằng Mathematica, Maple

76

3.4. Những điểm mới ở chương 3 của NCS.

78

Chương 4: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG KÈ,
THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
80

4.1. Nghiên cứu phương pháp tính toán biến dạng kè

80

4.1.1. Nghiên cứu biến dạng từ biến do ứng suất cắt

80

4.1.2. Nghiên cứu biến dạng từ biến của đất dính
do ứng suất pháp

85

4.1.3. Lý thuyết tính toán chuyển vị đầu cọc

90

4.1.4. Tính toán lún nền đắp trên đất yếu

91

4.1.5. Tính biến dạng từ biến do tính nhớt và ứng suất pháp

92

4.1.6. Tính biến dạng từ biến do tính nhớt và ứng suất pháp

93

4.1.7. Tính toán chuyển vị ngang

93

4.2. Thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm hiện trường

94

4.2.1. Các thí nghiệm trong phòng

94

4.2.2. Các thực nghiệm hiện trường

108

Chương 5: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH
VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

111

5.1. Hình trụ hố khoan địa chất kè Phường 1, TX. Vónh Long.

111

5.2. Tính chiều sâu TCB. trên excel theo độ sâu lòng sông..

112

5.3. Tính ổn định và biến dạng cho Kè Phường 1, TX. Vónh Long

115

5.4. Tính chuyển vị ngang đầu cọc Kè Phường 1, TX. Vónh Long

127

5.5. Kết luận

130

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

132

Kết luận

132

Kiến nghị

135


DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

136

TÀI LIỆU THAM KHẢO

137

PHỤ LỤC

140


DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TT

Danh mục

(1)

(2)

I
1.1
1.2
1.3
2.1
2.1
2.3
2.4
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
3.1
3.2

3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15

Chương Trang
(3)

(4)

1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3

3
3
3
3
3
3
3
3
3

13
13
14
15
17
18
19
28
32
33
33
34
34
39
40
48
51
52
54
56

62
65
70
74

Hình vẽ, hình ảnh
Tường chắn đất ở Wembley bị xê dịch.
Gạch tự chèn sạt ra phía sông ở PĐ.6, Kè P.1, TXVL.
Hệ thống cọc ở kè Đình Tân Hoa dịch chuyển ra sông.
Biểu đồ phân bố đất yếu ở ĐBSCL.
Cấu trúc của đất sét.
Mạng tinh thể của các khoáng vật.
Sơ đồ tác dụng tương hỗ điện phân tử của hạt khoáng.
Chu trình sạt lở bờ sông.
Một số dạng kè cải thiện bề mặt taluy.
Một số kè ven sông tiếp nhận lực ngang dạng TCB.
Kè ven sông tiếp nhận lực ngang dạng tường chắn đất.
Kè có kết cấu tiếp nhận lực ngang dạng hỗn hợp.
Công trình thực tế được xây dựng nhiều ở ĐBSCL.
Sơ đồ lực tương tác giữa các mảnh.
Sơ đồ tính áp lực thủy động tác dụng lên các mảnh.
Cắt ngang TCB.
Cắt ngang TCB. và sơ đồ áp lực đất.
Phân tích hình thang áp lực đất.
Hệ tọa độ Oxy để tính mô men tónh.
Sơ đồ biểu thị vị trí đặt lực và cánh tay đòn.
Cắt ngang TCB.
Sơ đồ tính cánh tay đòn.
Mặt cắt ngang TCB.
Mặt cắt ngang TCB.

(1)
4.1
4.2
4.4
4.5
4.9
4.15
4.20
4.21
5.1
5.2
5.7
5.8
5.11
5.12
II
2.5
3.3
3.4
3.5
3.6
4.3
4.6
4.7
4.8
4.10
4.11

(2)
Sơ đồ thành tạo biến dạng từ biến do ứng suất cắt.
Mô hình từ biến do ứng suất cắt của Maxlov N.N.
Sơ đồ cấu trúc tương tác giữa khoáng sét, nước, cation.
Sơ đồ biến dạng từ biến do ứng suất pháp.
NCS. thí nghiệm nén mẫu trong phòng
Mô hình thí nghiệm tìm mô đun lún.
NCS. trình bày đo chuyển vị ngang đầu cọc ở Kè P.1,
Ảnh chuyển vị ngang đầu cọc Kè P.1, TXVL.
Hình trụ hố khoan địa chất kè P.1, TXVL.
Kè bảo vệ đường KDC. Hiệp Bình Phước, TPHCM.
Sơ họa mặt cắt ngang Kè Phường 1, TXVL.
Tiết diện cọc chữ T.
Cắt ngang Kè Phường1, TXVL.
Tiết diện cọc chữ T.

(3)
4
4
4
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5

5

(4)
80
80
85
86
95
105
108
109
111
112
115
116
127
128

2
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4

23
42
43
43
44
83
87
88
92
95
99

Biểu đồ
Quan hệ ứng suất – biến dạng trong lịch sử chịu tải.
Biểu đồ cường độ áp lực đất thực.
Biểu đồ thực biến đổi về biểu đồ tương đương.
Biểu đồ chuyển đổi tương đương.
Biểu đồ chuyển đổi tương đương sau cùng.
Sơ đồ tốc độ và biến dạng từ biến do ứng suất cắt.
Sơ đồ biến dạng nén chặt, từ biến.
Sơ đồ kết quả thí nghiệm về từ biến.
Biểu đồ biến dạng tỷ đối theo thời gian.
Tương quan e – lgp.
Đường cong lý thuyết cố kết sơ cấp.


4.12 Phương pháp lg thời gian.
4.13 Biểu đồ TN. nén cố kết theo phương pháp lg thời gian.

(1)

(2)

4
4

100
102

(3)

(4)

4.14
4.16
4.17
4.18
4.19
5.3
5.4
5.5
5.6
5.9
5.1

Biểu đồ TN. nén cố kết theo phương pháp lg thời gian.
Biểu đồ tính toán chiều sâu vùng hoạt động cố kết.
Biểu đồ quan hệ độ ẩm theo thời gian.
Quan hệ giữa biến dạng tỷ đối của đất theo thời gian.
Biểu đồ biến dạng từ biến trong giai đọan cố kết 2.

Đồ thị biểu thị tương quan giữa x và y.
Đồ thị biểu thị tương quan giữa q và y.
Đồ thị biểu thị thương quan giữa a và y.
Đồ thị biểu thị thương quan giữa b và y.
Sơ đồ xác định chiều sâu vùng họat động ứng suất.
Sơ đồ xác định vùng hoạt động do ứng suất cắt.

4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5

103
105
106
106
108
113
114
114
115
117
123

III
4.1
4.2
4.3
5.1
5.2
5.3
5.4

Bảng biểu
Kết quả tính chỉ số nén… cho đất của Kè P.1, TXVL.
Bảng tính hệ số thấm Kè P.1, TXVL.
Khoảng cách từ đầu cọc chữ T đến mốc quốc gia.
Thống kê kết quả tính tóan hệ số ổn định … nhỏ nhất.
Bảng tính ứng suất.
Bảng tính lún từng lớp phân tố.
Bảng tính ứng suất.

4
4
4
5
5
5
5

96
104
110

116
118
120
124


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Thứ
nguyên
(2)
m
m
2
m /kN
kN/m2
kN/m2
kN/m2
cm2/ naêm
kN/m2
m
m
m
m
m
m
kN/m2

(1)
A
a, b
aV

C, C’
Cc
Cc
Cv
Cw

d, x
di
Dw

Dη
D ησ
Dτ

e
E

CD ,C ( z = b )
a

E

CD , D ( z = y )
p

E ch
dh

EJ
Eo
ew

E(ε)

,

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

e ητ

mm/m
mm/naêm

G
H

%
m

e ησ
•

Ý nghóa
(3)
Chuyển vị ngang đầu cọc.
Độ sâu neo, độ sâu mực nước ngầm.
Hệ số nén.
Lực dính, lực dính hữu hiệu của đất.
Lực dính kết cấu của đất.
Chỉ số nén.
Hệ số cố kết theo phương đứng.
Lực dính kết tổng cộng của đất.
Chiều cao đất đắp, độ sâu lòng sông.
Cánh tay đòn của các lực.
Chiều sâu vùng hoạt động cố kết thứ 1.
Lớp đất có hoạt động từ biến.
Chiều sâu vùng hoạt động của σ có kể η.
Chiều sâu vùng hoạt động do τ gây ra.
Hệ số rỗng của đất.
p lực đất chủ động và bị động tập trung trên
đoạn CD tại vị trí C có độ sâu bằng b và tại D có
độ sâu bằng y.
Mô đun biến dạng đàn hồi chung.
Độ cứng cọc bê tông cốt thép.
Mô đun biến dạng tổng quát.
Biến dạng từ biến tỷ đối, mô đun lún.
Hệ số rỗng.
Biến dạng tỷ đối do η, σ.
Tốc độ biến dạng từ biến tỷ đối.
Độ bão hòa nước.
Chiều sâu cung trượt.

(1)

(2)

Hi
H0

m

(3)
Nhóm số hạng của phương trình.
Chiều cao ban đầu của mẫu đất.
Số phức.
Chỉ số dẻo, Độ sệt.

i
Ip , IL
J
K
Ka , Kp

m/sec

K od ,k ( Fs )
L dh

mm

m
M ct , M gt

Nm

md
mo

n
n

Hệ số ổn định, hệ số an toàn.
Độ lún đàn hồi.
Hệ số điều kiện làm việc.
Tổng mô men chống trượt và gây trượt.
2

kN/m
%

nc
p

AC
a

, p AC
p

Gradient thuỷ lực.

Hệ số thấm.
Hệ số áp lực đất chủ động và bị động.

kN/m2

Hệ số phụ điều kiện làm việc.
Hệ số nén.
Độ rỗng.
Hệ số vượt tải.
Hệ số tổ hợp tải trọng.
Cường độ áp lực đất chủ động và bị động phân bố
trên đoạn AC.
p lực thấm thủy động.
Cường độ tải trọng ngoài theo phương ngang.
Tải trọng ngoài.
Cường độ tải trọng ngoài theo phương đứng.
p lực nén tới hạn.
Độ lún ổn định và độ lún do từ bieán.

S od , S η

N/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
mm

S(t), S w ( t w )

mm

Độ lún theo thời gian và cố kết.

Sw
S ησ

S ητ

mm
mm
mm

Biến dạng tổng quát.
Biến dạng từ biến do η, σ.
Biến dạng từ biến do η, τ.

t min

m

Chiều sâu chôn cọc tối thiểu.

t ng

m

Độ sâu ngàm của cọc.

t 50 , t 100

h

Thời gian cố kết 50%, 100%.

tη

h

Pi
p0

q
q0
qu

T

Thời gian từ biến.
2

N/m

p lực thủy tónh.


(1)
Tv
Tw
tw

U
u, u 0
Vh ,
VV
Vi
Vh ,τ

Vh ,σ

W
x
y
y
ϕ
ϕ′

γ

γ bh
γ đđ
γ đn
γn
ηo , ηc , η t

λ ητz
λ ητz

µ
σ

τ
∆
∆
∆u
ΣM H
Σw

BTCT.
ĐBSCL.
KDC.

(2)

(3)

h
h
%
kN/m2
m/năm
m/năm

Hệ số thời gian.
Thời gian cố kết ở hiện trường.
Thời gian cố kết ở trong phòng.
Mức độ cố kết.
p lực nước lỗ rỗng, áp lực nước lỗ rỗng ban đầu.
Tốc độ biến dạng theo phương ngang, phương
đứng của đất nền.

m/năm
m/năm

Các hệ số của phương trình.
Tốc độ biến dạng theo phương ngang do τ.
Tốc độ biến dạng theo phương ngang do σ.

%
m
m
m
Độ
Độ
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
skN/m2

Độ ẩm của đất.
Độ sâu lòng sông ( Chiều cao cần bảo vệ).
Chiều dài TCB.
Biến dạng theo phương ngang do τ gây ra.
Góc ma sát trong của đất.
Góc ma sát trong hữu hiệu của đất.
Dung trọng tự nhiên.
Dung trọng bão hoà của đất.
Dung trọng của đất đắp.
Dung trọng đẩy nổi của đất bão hòa.

Dung trọng của nước.
Hệ số nhớt lúc đầu, cuối và thời điểm t.

m
mm
kN/m2
m/năm
kN/m3
kN/m2
kNm
kN/m2
kN/m2

Chuyển dịch từ biến theo phương ngang do τ.
Chuyển vị do ứng suất tiếp và độ nhớt gây ra.
Thông số phản ánh bản chất của đất.
Ứng suất pháp.
Ứng suất tiếp.
Sai số cho phép.
Tỷ trọng.
p lực nước lỗ tăng thêm do tải trọng đất đắp.
Tổng mô men quanh một điểm bất kỳ H.
Lực dính keo của đất.
Bê tông cốt thép.
Đồng bằng sông Cửu Long.
Khu dân cư.


(1)
LTTGCM.

MNN.
NCS.
PĐ.
TCB.
TN.
TP.HCM.
TX.
TXVL.

(2)

(3)
Lực tương tác giữa các mãnh.
Mực nước ngầm.
Nghiên cứu sinh.
Phân đoạn.
Tường cọc bản.
Thí nghiệm.
Thành phố Hồ Chí Minh.
Thị xã.
Thị xã Vónh Long.


136

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1.Văn Hữu Huệ, Một số vấn đề về tính toán kết cấu khung và dầm trên nền đàn hồi
theo phương pháp số, luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, năm 2000.
2. Nguyễn Văn Thơ, Văn Hữu Huệ, Một số vấn đề liên quan đến việc dùng đất tại

chỗ để đắp đê ở ĐBSCL., Tuyển tập kết quả Khoa học và CN. năm 2000 của Viện
Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, NXB. Nông Nghiệp, năm 2001.
3.Văn Hữu Huệ, Hậu quả nghiêm trọng của sạt lở ven sông ở ĐBSCL, Hội Nghị
KH. lần

8 (25-26/04/2002) ĐH. Bách Khoa, ĐH. Quốc Gia TPHCM., tháng

04/2002.
4.Văn Hữu Huệ, Một số giải pháp bước đầu xử lý sạt lở ở ĐBSCL., Hội Nghị KH.
lần 8 (25-26/04/2002) ĐH. Bách Khoa, ĐH. Quốc Gia TPHCM., tháng 04/2002.
5. Lê Văn Pha,Văn Hữu Huệ, Phân tích sự tác động tương hỗ giữa đất và TCB.
ngàm trong đất cát, Hội Nghị KH. 9, ĐH. Bách Khoa, ĐHQG. TPHCM., tháng
10/2005.
6. Lê Văn Pha,Văn Hữu Huệ, Phân tích sự tác động tương hỗ giữa đất và TCB. có
một neo trong nền đất cát, Hội Nghị KH. 9, ĐH. Bách Khoa, ĐH. Quốc Gia
TPHCM., tháng 10/2005.
7.Lê Mạnh Hùng,Văn Hữu Huệ, Đặng Thị Bích Ngọc, Giải pháp khắc phục sạt lở
PĐ.6 Kè gia cố bờ sông Cổ Chiên, KV. TX. Vónh Long, Tuyển tập kết quả KH. và
CN. năm 2005 của Viện KH. Thủy Lợi Miền Nam, NXB. Nông Nghiệp, năm 2005.
8.Văn Hữu Huệ, Lê Văn Pha, Phát triển tương quan mới tính toán chiều dài TCB.
bảo vệ đường vào cầu hay KDC. ở TPHCM. và ĐBSCL., Tạp chí Phát triển KH. và
CN. Tập 9 của ĐH. Quốc Gia TPHCM., NXB. ÑHQG. TPHCM., thaùng 08/2006.


137

9.Văn Hữu Huệ, Lê Văn Pha, Phát triển tương quan mới tính toán chiều dài TCB.
cho kè ven sông ở TPHCM. và ĐBSCL., Tạp chí Phát triển KH. và CN. Tập 9 của
ĐH. Quốc Gia TPHCM., NXB. ĐH. Quốc Gia TPHCM., thaùng 12/2006.

1

MỞ ĐẦU
1. Hướng tiếp cận nghiên cứu
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL.), một vựa lúa lớn, đã đưa đất nước
đứng hàng thứ hai thế giới về xuất khẩu gạo; thế nhưng cơ sở hạ tầng chưa đáp
ứng, cuộc sống của dân nghèo còn nhiều cơ cực khi lũ đến; đất nước còn khó
khăn mà đầu tư cho xây dựng, khắc phục hậu quả lũ lụt, sạt lở bờ sông quá lớn.
Trong chuyến công tác ngày 30/10/2001 của Nguyên Chủ tịch nước Trần
Đức Lương tại các tỉnh ĐBSCL. có nhắc nhở các địa phương chú trọng hơn
hướng căn bản trong vài năm tới bảo đảm cho nhân dân có điều kiện sống an
toàn với lũ. Yêu cầu của Đảng cũng như ước nguyện của nhân dân là xây dựng
công trình phải đảm bảo cho người dân “ sống an toàn và phát triển”.
Nghiên cứu giải pháp hợp lý để chống sạt lở ven sông trên nền đất yếu
trong vùng ngập lũ ở ĐBSCL. là một yêu cầu thực tế bức thiết để đảm bảo an
sinh xã hội. Tìm ra giải pháp thích hợp phòng chống sạt lở ven sông cho các
công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi là bài toán nan giải nhằm
giải quyết những vấn đề kinh tế, kỹ thuật và cảnh quan đô thị. Có nhiều phương
án xử lý sạt lở như tường cọc bản (TCB.), tường chắn v.v… Đặc biệt là việc tận
dụng vật liệu địa phương nhằm giảm giá thành công trình đồng thời đảm bảo an
toàn cho công trình trong điều kiện sống chung với lũ là thời sự nóng bỏng.
Do đặc điểm về địa hình phức tạp, địa chất yếu, chế độ dòng chảy, lũ lụt
… đã xảy ra nhiều đợt xói lở đất nghiêm trọng trong nhiều năm qua, gây thiệt hại
lớn về người và của. Chỉ riêng năm 2000, dọc theo tuyến sông Tiền và sông Hậu
đã thống kê được 68 điểm sạt lở lớn [9]. Để tiếp cận nghiên cứu và định hướng
giải quyết thực tế sạt lở bức xúc trên, đề tài nghiên cứu sâu về ổn định và biến


2

dạng của kè ven sông trong đất yếu ởø ĐBSCL. và tập trung nghiên cứu ở Vónh
Long (lấy Vónh Long làm đại diện).

2. Ý tưởng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
• Ý tưởng nghiên cứu: Nghiên cứu sâu về ổn định và biến dạng của kè ven
sông trong đất yếu và phát triển các phương trình tương quan mới, phù
hợp với nền đất yếu, ý tưởng đề nghị hai công thức mới nhằm góp phần
vào tính toán dự báo sạt lở các công trình hiện hữu ở TP. Hồ Chí Minh
(TPHCM.) và ĐBSCL.
• Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan các kết quả và ứng dụng các thành tựu khoa
học công nghệ đã có nhằm tìm ra các vấn đề còn tồn tại để nghiên cứu
phát triển lý thuyết và ứng dụng cho ổn định và biến dạng kè;
- Nghiên cứu thí nghiệm (TN.) trong phòng và thực nghiệm hiện trường
về ổn định và biến dạng của kè trong điều kiện đất yếu để tính toán
biến dạng khối đất sau kè và đề ra ý tưởng cho hai công thức mới ở
phần kết luận;
- Mô hình toán là phương pháp giải tónh bài toán ổn định TCB. bằng
phương pháp giải tích trên cơ sở các điều kiện cân bằng tónh học nhằm
đưa ra các phương trình tương quan cho TCB.;
- Sử dụng phần mềm Mathematica Version 4.0, Maple Verion 6.0 và
Maple Version 9.5 để giải các phương trình mới tính toán chiều dài
TCB.;
- Sử dụng phần mềm Slope/W của Canada để tính toán hệ số ổn định
nhỏ nhất và cung trượt nguy hiểm nhất nhằm tính toán độ sâu cung
trượt để khuyến cáo chiều dài TCB.


3

• Phạm vi nghiên cứu:
-

Ổn định và biến dạng của 68 trọng điểm sạt lở lớn ven sông [9],
các kè ven sông, kè bảo vệ khu dân cư (KDC.)... ở ĐBSCL. và
TPHCM.;

-

Tính toán lún, chuyển vị ngang đầu cọc và quan trắc chuyển vị
ngang đầu cọc thực tế ở kè Phường 1, TXVL.;

-

Dùng giải tích toán học phát triển các phương trình tương quan mới
tính chiều dài TCB. cho kè theo các chỉ tiêu liên quan.

3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Bờ kè là công trình bảo vệ mái dốc bờ sông, đường bờ sông; kết cấu gồm
thân kè ( TCB., tường đá xây, tường chắn, dầm mũ, hệ thống neo, vải lọc, hành
lang và lan can), vật liệu đắp, đất phía trước, phía sau thân kè và rọ đá. Có thể
phân loại công trình bờ kè như sau:
* Theo vật liệu xây dựng: Tuỳ thuộc vào loại vật liệu của các cấu kiện chính
mà phân loại: kết cấu bằng gỗ, bằng thép, bằng bê tông cốt thép (BTCT.) và vật
liệu hỗn hợp. Vật liệu gỗ, tre được tận dụng sớm nhất trong lịch sử xây dựng bến
cảng, được dùng ở những vùng có chiều cao bảo vệ vừa và nhỏ ( 5 ÷ 6m). Thép
dùng cho xây dựng kết cấu bến, xuất hiện từ thế kỷ 19 dưới dạng bến cọc ống
thép, cọc cừ. Nhược điểm của thép luôn bị xâm thực, giá thành cao nên phổ biến
nhất vẫn là các công trình bằng BTCT., nó khắc phục đồng thời được hầu hết

các nhược điểm của hai loại vật liệu gỗ và thép.
* Theo vị trí công trình đối với bờ: Tuỳ thuộc vào chiều sâu trước bến, công
trình có thể đặt liền bờ, song song với bờ, nhô khỏi bờ và cách xa bờ.

* Phân loại theo mặt cắt ngang: Gồm bến đứng, bến nghiêng, bến nửa đứng
nửa nghiêng và bến nửa nghiêng nửa đứng [8].


4

* Phân loại theo đặc trưng kết cấu: Bến trọng lực, bến tường cừ ( TCB.), bến
móng cọc và bến giếng chìm.
Ở ĐBSCL. ngày nay, giao thông thủy vẫn còn đóng vai trò quan trọng
trong lưu thông hàng hoá nên khuynh hướng sử dụng kết cấu TCB. BTCT. cho
kè ngày càng phổ biến do neo cặp tàu dễ dàng hơn và TCB. chịu ứng lực trước
cũng được phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây. Cấu kiện quan trọng nhất
quyết định tính ổn định và biến dạng của bờ kè là TCB. và neo; mục tiêu nghiên
cứu chính của nghiên cứu sinh (NCS.) là tính toán chiều dài TCB., khối đất ven
sông đảm bảo yêu cầu ổn định và biến dạng, cụ thể như sau:
- Xây dựng được bốn phương trình tương quan mới để tính chiều dài TCB.
nhằm ứng dụng cho thiết kế chiều dài TCB. đảm bảo ổn định, giải quyết
được bài toán kinh tế – kỹ thuật cho lónh vực thiết kế kè trong đất yếu ở
TPHCM. và ĐBSCL.;
- Ý tưởng cho hai công thức mới về sự tương quan giữa tốc độ biến dạng
theo phương đứng và tốc độ biến dạng theo phương ngang; quan hệ giữa
tốc độ biến dạng theo phương ngang do ứng suất pháp và tốc độ biến
dạng theo phương ngang do ứng suất tiếp gây ra;
- Các phương trình và công thức mới của NCS. sẽ góp phần thiết thực do
dự báo sạt lở đất ven sông và sự cố các công trình kè trong đất yếu ở
TPHCM. và ĐBSCL.

4. 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 140 trang thuyết minh; 7 bảng biểu; 38 hình vẽ, hình ảnh,
và bản đồ; 24 biểu đồ; tài liệu tham khảo; các công trình khoa học của tác giả có
liên quan đến đề tài và phần phụ lục.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
CỦA BỜ KÈ VEN SÔNG TRONG ĐẤT YẾU

1.1. Tổng quan những công trình nghiên cứu đã có trên những vùng đất sét
yếu bão hoà nước
Quy phạm Xây dựng Việt nam QPXD 45 – 78 có nội dung “Bùn là đất
loại sét ở giai đoạn đầu hình thành, được tạo ra như trầm tích cấu trúc trong nước
khi có quá trình vi sinh vật và ở cấu trúc tự nhiên, có độ ẩm vượt quá độ ẩm của
giới hạn nhão và hệ số rỗng e ≥ 0,9 đối với bùn á cát, e ≥ 1,0 đối với bùn á sét,
e ≥ 1,5 đối với bùn sét v.v…”. Theo đó, đất yếu là đất bùn các loại (bùn ở biển,

ao, hồ, đất phù sa...), đất loại sét ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy và chảy;
chúng thường có khả năng chịu lực thấp. Để giải quyết những nhiệm vụ cụ thể
cho việc xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp trên vùng đất yếu
vào mục đích kinh tế, đã xuất hiện hàng loạt công trình nghiên cứu trên những
vùng đất yếu.
Những công trình nghiên cứu các đặc tính hoá lý đất của M.V. Lomonxov,
G.I. Pacropxki, I.I. Lisvan, P.A. Đrd và các tác giả khác. Những công trình
nghiên cứu của ngành thổ nhưỡng học mà đại diện là các tác giả nhö V.V.

Okhotin, N.N. Ivanov, M.M. Philatov, N.V. Ornatxki, A.F. Lebedev, N.N.
Maxlov, V.F. Babkov, V.M. Bedrut, A.K. Birulic, Iu.M. Vaxiliev vaø những người
khác đã góp phần không nhỏ vào việc khám phá bản chất lý hoá của đất nhằm
giải quyết công việc xây dựng công trình ở những vùng đất yếu.
Tuy vậy vẫn thừa nhận rằng trong tất cả các công trình kể trên, các tác
giả vẫn chưa quan tâm đến khả năng nâng cao tính chịu lực của đất yếu baèng


6

chính tải trọng bản thân của công trình, nghóa là tăng độ bền C, ϕ của đất do cố
kết. Trong những năm của thập kỷ 40 - 50, công việc xây dựng các công trình
dân dụng và công nghiệp thời đó là đào lên và chuyển đi hết các lớp đất yếu của
nền công trình; điều đó làm tăng khối lượng công việc, tăng kinh phí xây dựng
rất nhiều. Trong những năm gần đây đã có hàng loạt công trình nghiên cứu đặc
điểm tính chất đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên những vùng đất
này. Trong đó phải kể đến các tác giả B.I. Đolmatov, M.Iu. Abeliev, A.K.
Larionov, P.D. Evñokimov, A.A. Nhichiporovich, V.M. Povilonxki, K.P. Lunñin,
I.I. Vikhalialev, A.M. Xinkin, I.K. Xamarin, N.A. Craxinhicov. Các nhà khoa
học phương tây đã đóng góp nhiều công lao trong việc nghiên cứu cơ học đất,
địa chất công trình, vấn đề lưu biến của đất loại sét, lý thuyết đàn hồi như K.
Terzaghi, R.B. Peck, A.W. Skempton, G.A. Leonards, A.W. Bishop, A.
Casagrande, L. Lemb, Fredlund D.G., Rahardjo H. [24], Braja M. Das [22], [23].
Trong hơn 30 năm trở lại đây, những công trình nghiên cứu về đất yếu đã
tăng lên rất nhanh qua các hội nghị ở Talin (1965), ở Riga (1971), ở Odetxa
(1975), ở Hà nội (1992)... Ở các nước khác như Nhật, Mỹ, Canada, Thụy Điển,
Nauy... trong những năm 40 - 50, người ta đã dùng những ống thoát nước thẳng
đứng bằng cát và gia tải tạm thời để ép đẩy nước ra khỏi đất yếu, rút ngắn thời
gian xây dựng công trình; hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi
nhưng những ống thoát nước bằng cát được thay thế bởi bấc thấm...

Ở Việt Nam trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên đất yếu
cũng được nghiên cứu nhiều, nhất là lónh vực xây dựng những công trình dân
dụng và công nghiệp ở những vùng đất có khả năng chịu tải kém và cũng đã đạt
nhiều kết quả quý báu trong lónh vực này để có giải pháp sử dụng hợp lý các
loại đất yếu làm nền công trình; trong số đó có những công trình của các tác giả
như Hoàng Văn Tân [1], Lê Bá Lương, Nguyễn Văn Chiêu, Vũ Đức Lục [10],


7

Bùi Anh Định [6]; các tác giả tập trung nghiên cứu hiện tượng cố kết thấm có
xét đến từ biến của đất sét.
Đến nay có khá nhiều thuyết về áp lực đất theo những quan điểm khác
nhau [16], tuỳ theo lý thuyết có xét đến độ cứng của tường hay không xét đến độ
cứng của tường; loại không xét đến độ cứng của tường giả thiết tường tuyệt đối
cứng và chỉ xét đến các trị số áp lực đất ở trạng thái giới hạn ( áp lực đất chủ
động và áp lực đất bị động), loại này có thể kể hai nhóm chính như sau [16]:
1.1.1. Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn
Các thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn giới
hạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước, như một khối rắn ở trạng thái cân
bằng giới hạn, nhóm này hiện nay phát triển theo hai xu hướng:
- Xu hướng giả thiết mặt trượt phẳng: Đại diện cho xu hướng này có
thuyết C.A. Coulomb (1773) và sau đó được, K. Culmann, G. Rephan, F.
Engetxe v.v... phát triển thêm;
- Xu hướng giả thiết mặt trượt cong: Mặt trượt cong được thay thế bằng
mặt trụ tròn hay mặt xoắn ốc lôgarit hoặc một mặt hỗn hợp phẳng và cong; theo
xu hướng này có W. Fellenius, A.W. Bishop, Janbu v.v...
1.1.2. Nhóm theo thuyết cân bằng giới hạn phân tố ( điểm )
Nhóm này chủ trương tính các trị số áp lực đất với giả thuyết các điểm
của môi trường đất đắp đạt trạng thái cân bằng giới hạn cùng một lúc, lý thuyết

này đã được W.J.M. Rankine đề ra năm 1857. Thuyết Rankine được J. Butxinet,
A. Kako... phát triển thêm. Đến nay, lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố được
phát triển mạnh mẽ theo hai xu hướng:
- Xu hướng giải tích: Đại diện cho xu hướng này, trước hết phải kể đến
các công trình nghiên cứu lý thuyết của Viện só V.V. Xôkôlôpxki; lời giải của
Rankine được xem như một trường hợp đặc biệt của lời giải của V.V.