Nghiên cứu ổn định và biến dạng tường kè bảo vệ công trình ven sông

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

VĂN ANH TRÍ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
TƯỜNG KÈ BẢO VỆ CƠNG TRÌNH VEN SƠNG
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS. TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học
Quốc gia TPHCM, ngày 27 tháng 8 năm 2011
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS Châu Ngọc Ẩn
2. TS. Bùi Trường Sơn
3. TS. Trần Xuân Thọ
4. TS. Đỗ Thanh Hải

5. TS. Võ Ngọc Hà
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS. TS CHÂU NGỌC ẨN

TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-------------------TP.HCM, ngày ……. tháng ……… năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : VĂN ANH TRÍ
Ngày tháng năm sinh : 04 - 6 - 1977
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Phái : NAM
Nơi sinh : BẾN TRE
MSHV: 09090313

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG TƯỜNG KÈ BẢO VỆ CƠNG
TRÌNH VEN SÔNG
II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. NHIỆM VỤ: Nghiên cứu ổn định của bờ kè tường cọc bản bảo vệ cơng
trình ven sông
2. NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định của cơng trình tường kè ven sơng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng tường kè
Chương 3: Phân tích ổn định và biến dạng tường kè bảo vệ bờ Khu xử lý nước
thải và rạch Ơng Đốc – Khu cơng nghiệp An Hiệp – Bến Tre
Kết luận và kiến nghị.
III-NGÀY GIAO NHIỆM VU
: 20-06-2010
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: 01-07-2011
V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
: TS. TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRẦN XUÂN THỌ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. VÕ PHÁN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự hướng
dẫn, hỗ trợ của các thầy, cô và các anh chị em đồng nghiệp. Đây là sự tổng hợp các
kiến thức mà tác giả đã tiếp thu được trong khoảng thời gian học tập chương trình cao
học Địa kỹ thuật xây dựng tại Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.
Tác giả xin gởi lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Trần Xuân
Thọ, người đã quan tâm, hướng dẫn tận tình trong thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả xin cảm ơn tất cả các thầy cơ tham gia giảng dạy chun ngành đã hết
lịng truyền đạt những kiến thức quí báu trong suốt quá trình đào tạo.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Cơng ty cổ phần tư vấn xây dựng Bến Tre đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong công tác để tác giả hồn thành khố học này.
Tác giả cũng xin cảm ơn các kỹ sư của Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ và
Thiết Bị Công Nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh và Cơng
ty cổ phần tư vấn xây dựng Bến Tre đã rất nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong cơng tác
khảo sát cơng trình.
Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ,
động viên trong suốt thời gian học tập và hồn thành luận văn.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 6 năm 2011
Học viên thực hiện

VĂN ANH TRÍ


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung luận văn thực hiện phân tích tính tốn ổn định bờ kè tường cọc bản bảo
vệ cơng trình ven sơng. Trong luận văn, tác giả sử dụng phương pháp giải tích dựa trên
lý thuyết áp lực đất của Coulomb, phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm
Plaxis và kiểm tra so sánh với kết quả đo đạc thực tế. Áp dụng phân tích cho cơng
trình kè bảo vệ bờ khu xử lý nước thải và Rạch ông Đốc – khu công nghiệp An Hiệp
tỉnh Bến Tre.

Từ những nghiên cứu trong đề tài, tác giả đề xuất lựa chọn giải pháp thiết kế sơ
bộ tường cọc bản, ước lượng sự thay đổi chiều dài cọc theo vị trí neo, kiến nghị hệ số
an tịan đối với áp lực đất bị động do thay thế mặt trượt cong bằng mặt trượt phẳng
theo lý thuyết áp lực đất của Coulomb, kiến nghị mơ hình tính tóan cho đất nền theo
điều kiện địa chất cơng trình.
Những kết quả nghiên cứu trên có thể sử dụng để tính tóan thiết kế cho các cơng
trình bờ kè tường cọc bản với điều kiện tương tự. Việc nghiên cứu cần được thực hiện
với các cơng trình tương tự để có được quy luật chung, áp dụng cho các cơng trình trên
nền đất yếu khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.


ABSTRACT
This thesis is focused on analysing and calculating the stability of sheet pile
wall to protect riverside constructions. The soil pressure theory of Coulomb, the finite
element method are used to analyse and compare with the measurement of sheet pile
wall movements. The sheet pile wall, which protects Wastewater treatment
construction and Ong Doc canal, An Hiep Industry Park, is applied to be analysed.
Based on the obtained results, the author proposed chosing the preliminary
design of sheet pile walls, estimated the change of sheet plie length in case of changing
anchor position, the safety factor of passive soil pressure to correct the difference
caused by the supposition of flat sliding surface instead of curved one, proposed a soil
model when using FEM for this construction.
The obtained results can be used for the design of other sheet pile walls with the
similar conditions. It’s needed to analyse the similar constructions to find out the
general way using for the Mekong Delta soft soils.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

1

Tính cấp thiết của đề tài ………………………………………………

1

2

Nội dung nghiên cứu ………………………………………………….

1

3

Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………..

2

4

Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ………………………………...

2

5

Hạn chế của đề tài …………………………………………………….

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH
TƯỜNG KÈ VEN SƠNG

3

1.1

Đặt vấn đề …………………………………………………………….

3

1.2

Tổng quan về đất yếu …………………………………………………

4

1.3

Các dạng tường kè ……………………………………………………

4

1.4

Ổn định của tường kè ven sông ………………………………………

10

1.5

Một số sự cố về tường kè …………………………………………….

12

1.6

Nhận xét ………………………………………………………………

13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN
DẠNG TƯỜNG KÈ

14

Các phương pháp tính tốn tường cọc bản
………………………………………
2.1.1 Phương pháp tính tốn tường cọc bản theo điều kiện cân bằng giới hạn

14

2.1.2 Phương pháp tính tốn tường cọc bản theo mơ hình nền Winkler

15

2.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn ………………………………….

18

2.1

14

2.2

Phân tích biến dạng của tường cọc bản trên nền đất yếu ven sông

21

2.3

Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè ………………………

23

2.3.1 Bài tóan 1: Tường cọc bản khơng neo ………………………………

23

2.3.2 Bài tóan 2: Tường cọc bản đóng trong đất có neo ……………………

27

2.4

Kiểm tra ổn định tường kè …………………………………………….

31

2.5

Nhận xét ………………………………………………………………

31

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG TƯỜNG KÈ
BẢO VỆ BỜ KHU XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ RẠCH ÔNG ĐỐC – KHU
CÔNG NGHIỆP AN HIỆP – BẾN TRE

33

Đặt vấn đề …………………………………………………………….

33

3.1


3.2

Giới thiệu về cơng trình ………………………………………………

33

3.3

Đặc điểm địa hình – địa chất cơng trình ……………………………..

35

3.3.1 Điều kiện địa hình - thủy văn

……………………………………..

35

3.3.2 Điều kiện địa chất …………………………………………………….

35

3.4

Phân tích ổn định tường kè bằng phương pháp giải tích ……………..

38

3.5

Phân tích ổn định tường kè bằng phương pháp phần tử hữu hạn …….

47

3.6

Kết quả quan trắc hiện trường ………………………………………..

59

3.8

Đánh giá kết quả tính tóan và số liệu tính tóan thực tế ……………….

65

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

LÝ LỊCH KHOA HỌC


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, với sự phát triển về kinh tế, yêu cầu phát triển hạ tầng kỹ
thuật là rất lớn, trong đó việc xây dựng các khu công nghiệp ở ven sông để
thuận lợi trong việc vận chuyển ngun vật liệu, hàng hóa địi hỏi phải đảm
bảo được tính ổn định và bền vững. Đồng bằng sơng Cửu Long là khu vực có
hệ thống sơng rạch chằng chịt, nền đất khu vực nhìn chung là đất yếu, việc
xây dựng các cơng trình cần được tính tốn đảm bảo ổn định. Các khu cơng
nghiệp đang được đầu tư rất nhiều tại khu vực này mà đa số được lựa chọn vị
trí sao cho thuận lợi về mặt giao thông, nhất là giao thông thủy, để đem lại

hiệu quả kinh tế cao nhất.
Hiện tượng sạt lở bờ sông diễn ra phổ biến trong khu vực làm ảnh
hưởng khơng nhỏ đến an tồn cho các cơng trình ven bờ nếu khơng có biện
pháp bảo vệ hợp lý. Việc tìm ra giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất khu
vực, đảm bảo ổn định, kinh tế và mỹ quan là những yêu cầu đặt ra đối với
những người làm công tác xây dựng. Tường cọc bản là một trong những giải
pháp đang được sử dụng để giải quyết những vấn đề trên và có nhiều phương
pháp tính toán đang được sử dụng đối với giải pháp này.
Việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp hợp lý cho tường cũng như so
sánh các phương pháp tính tốn để chọn ra kết quả tin cậy là điều hết sức cần
thiết.
2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu là phân tích ổn định tường kè bảo vệ cơng trình
ven sơng với điều kiện tự nhiên và địa chất thực tế. Ứng dụng phương pháp
phân tích sự làm việc đồng thời giữa tường kè và đất nền xung quanh trên
mơ hình đất nền Harderning soil để tính tóan ổn định và biến dạng hệ tường
cọc bản, so sánh với kết quả quan trắc thực tế cơng trình . Nhận xét, đánh giá
kết quả thu được nhằm kiến nghị các giải pháp an toàn, kinh tế trong đầu tư.
Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:


2

Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định của công trình tường kè ven sơng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng tường kè
Chương 3: Phân tích ổn định và biến dạng tường kè bảo vệ bờ Khu xử
lý nước thải và rạch Ông Đốc – Khu công nghiệp An Hiệp – Bến Tre
Kết luận và kiến nghị.
3. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về lý thuyết:
Nghiên cứu các phương pháp phân tích ổn định của tường kè dưới tác
dụng của tải cơng trình ven sơng theo các tiêu chuẩn trong và ngồi nước
Mơ phỏng tính tóan bằng phương pháp phần tử hữu hạn:
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm tính
tốn như Plaxis để mơ phỏng phân tích ổn định và biến dạng cho cơng trình
tường kè bảo vệ bờ khu xử lý nước thải và rạch Ông Đốc – Khu công nghiệp
An Hiệp – Bến Tre
Quan trắc hiện trường:
Quan trắc chuyển vị và biến dạng cơng trình thực tế để so sánh với kết
quả tính tốn.
4. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định giải pháp có lợi nhất về mặt kinh tế để bảo vệ bờ sơng, góp
phần xây dựng các giải pháp xử lý bảo vệ các cơng trình ven sơng trên nền
đất yếu tại tỉnh Bến Tre nói riêng và Đồng bằng sơng Cửu Long nói chung.
Tạo điều kiện thuận lợi để khai thác giao thông thủy tại khu vực, phát triển
các khu công nghiệp ven sông, thúc đẩy sự phát triển kinh tế.
5. Hạn chế của đề tài
Do thời gian hạn chế nên chỉ tập trung phân tích ổn định cho một
cơng trình tại Bến Tre mà chưa mở rộng cho các khu vực khác.
Khơng phân tích tải trọng động đối với khả năng chịu lực của cơng
trình, khơng kiểm tra ổn định tổng thể .


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH
TƯỜNG KÈ VEN SƠNG
1.1 Đặt vấn đề

Hiện tượng sạt lở bờ sơng ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long đã
diễn ra từ rất lâu gây nên những thiệt hại to lớn đe dọa đến tính mạng, tài sản
của Nhà nước và nhân dân trong vùng . Điều này đặt ra một nhiệm vụ cho
các cấp chính quyền phải đảm bảo ổn định về chổ ở cho nhân dân tạo điều
kiện phát triển về kinh tế xã hội. Bên cạnh đó, các khu công nghiệp được quy
hoạch gần sông để tận dụng ưu thế về vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hoá
cũng đặt ra yêu cầu về đảm bảo an toàn cho các cơng trình ven sơng.

Hình 1.1 Sạt lở bờ sơng tại Cần Thơ
Để khắc phục hiện tượng sạt lở, có nhiều giải pháp tường chắn đã
được thực hiện như: tường chắn bêtông cốt thép, tường bêtông trọng lực, bờ
kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình … Tường cọc bản cũng là một phương
án được chọn để bảo vệ bờ sơng, các cơng trình ven bờ, hiện nay đang được
ứng dụng tại một số cơng trình tương đối quan trọng. Tuy nhiên, cho đến nay
vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế trong nước cho loại cơng trình này, việc kiểm


4

tra ổn định tường vẫn thực hiện theo các tiêu chuẩn nước ngồi. Nhu cầu về
thiết kế cơng trình tường kè phù hợp với điều kiện địa chất khu vực là một
nhu cầu có thực, việc tìm ra được giải pháp an tồn với chi phí hợp lý là
mong muốn của rất nhiều kỹ sư xây dựng hiện nay.
1.2 Tổng quan về đất yếu
Đất yếu là loại đất khơng có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ
cơng trình. Hiện nay, khơng có định nghĩa rõ ràng về đất yếu và phần lớn các
nước trên thế giới thống nhất định nghĩa về nền đất yếu theo sức kháng cắt
không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
-

Đất rất yếu:

Su ≤ 12.5 kPa hoặc N<2

-

Đất yếu:

Su ≤ 25 kPa hoặc N<4

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245:2000, đất yếu được định nghĩa
như sau: “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng
hoặc cao hơn giới hạn chảy hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt nhanh khơng
thốt nước 0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0 o đến 10o hoặc lực
dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0.35daN/cm2”
Địa chất ở Đồng bằng sông Cửu Long hầu hết là đất yếu, đặc biệt là
khu vực ven sông Tiền, sông Hậu, gồm đất bùn sét, á sét trạng thái chảy dễ bị
xói lở khi có tác động bên ngòai. Các lớp cát xen kẹp trong lớp sét, bùn sét
thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm chúng dễ bị cuốn trơi
gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên trên.
1.3 Các dạng tường kè
1.3.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ cơng trình ven sơng
Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau:
1.2.1.1.

Theo vật liệu có thể chia thành các dạng sau:

+ Tường cọc bản gỗ
+ Tường bằng cọc đất trộn xi măng
+ Tường cọc bản thép

+ Tường cọc bản bêtông cốt thép


5

 Tường cọc bản gỗ

Hình 1.2 Bờ kè dạng tường cừ bằng gỗ
Cấu tạo: Các cọc gỗ được xẻ ngun cây có tiết diện vng, trịn có mộng để
nối lại với nhau. Tường chắn đất là các tấm gỗ dày 6  8cm xếp chồng lên nhau. Có
dầm ốp bằng gỗ trên đỉnh tường. Phần trên đỉnh tường là mái nghiêng bằng đá hộc có
tầng lọc ngược, độ dốc m = 1:1,5. Để tránh va đập, người ta đóng gia cường thêm cọc
gỗ phía ngồi để chịu va đập của thuyền bè.
Phạm vi sử dụng: Thường được sử dụng ở vùng nơng thơn, làm bến đị nhỏ,
bến bốc dở hàng hóa nhẹ, các bến cảng có chiều sâu nhỏ. Xây dựng ở những nhánh
sơng rạch có tốc độ dịng chảy nhỏ, không bị ảnh hưởng lớn của ngập lũ.
Ưu điểm: Giá thành thấp do tận dụng cây gỗ có tại địa phương (như: tràm,
đước, mắm, bạch đàn, dừa…), dễ thi công, dễ gia cố sửa chữa, thay thế.
Nhược điểm: Tuổi thọ không cao, gỗ dễ bị mục khi do thủy triều lên xuống.
Dễ bị hư hỏng hoàn toàn khi bị xói lở và ngập lũ.
 Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng
Cấu tạo: Các cọc đất trộn ximăng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chống
đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất. Cừ vây bằng ximăng được thi cơng bằng thiết
bị khoan có thể phun vữa gồm cát ximăng và nước ra xung quanh thân ống trộn với
đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khỏang 0,3 đến 0,45m. Có thể cắm lồng thép
hoặc thép hình vào khi vữa còn ướt.


6

Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong việc chống vách hố đào cho tầng hầm các
cơng trình
Ưu điểm: Có thể thi công trong nhiều lọai đất khác nhau
Nhược điểm: Khả năng kín nước kém vì có thể có những khỏang hở giữa hai
cừ. Khả năng chịu áp lực ngang không lớn như tường bằng bêtông cốt thép nên tùy
chiều sâu và lọai đất mà phải thi công nhiều lớp cừ.
 Tường cừ bản bằng thép
Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình chữ
Z, chữ I, hình máng, cừ Larsen, thép ống… có chiều dài từ 5  22m. Dầm ốp có cấu
tạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi cơng 0,5m. Dầm mũ bằng BTCT
có tiết diện hình chữ nhật đổ tại chỗ. Các thanh neo bằng thép tròn 75, 80. Mũ giữ
thanh neo làm dầm BTCT.
Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mơ lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu
có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân
cư, bảo vệ các cơng trình quan trọng ven sơng.
Ưu điểm: Tuổi thọ cao, tính cơng nghiệp lắp ghép cao, thi cơng nhanh. Chịu
được những nơi có tốc độ dòng chảy lớn, bị ngập lũ sâu.
Nhược điểm: Giá thành cao do phải nhập cừ thép định hình từ nước ngồi.
Thép bị ăn mịn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn. Loại này ít dùng ở
đồng bằng Sơng Cửu Long.

(a)

(b)

(c)

Hình 1.3 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép

7

Hình 1.4 Cừ thép dùng làm tường cọc bản

Hình 1.5 Tường cọc bản bằng thép bảo vệ cơng trình


8

 Tường cừ bản bêtông cốt thép
Cấu tạo: Cọc bản bằng BTCT, có nhiều dạng tiết diện, cọc bản tiếp nhận
trực tiếp áp lực của lớp đất đắp đất. Dầm mũ bằng BTCT đổ tại chỗ, liên kết các đầu
cọc bản, tiếp nhận lực của cọc bản truyền vào, sau đó dầm mũ truyền lực qua cọc
vây và dầm neo. Dầm neo bằng BTCT đúc sẵn, hoặc thép hình có tăng đơ
Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mơ lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu
có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm dân
cư, bảo vệ các cơng trình quan trọng ven sơng.
Ưu điểm: Bờ kè bằng BTCT kết cấu bền vững, tuổi thọ cao, dễ thi cơng.
Tận dụng được vật liệu có sẵn, giá thành thấp hơn so với thép định hình. Được dùng
rộng rãi ở ĐBSCL, ở những nơi ngập lũ sâu, tốc độ dòng chảy lớn, xói lở bờ mạnh.
- Nhược điểm: Khi thi công các cọc bản ghép lại với nhau, các mối nối khó
khít nhau khi đóng cọc bản vào đất.

300

250

200

150

300

0
37

450

300

300

370

0
30

0
30

450

760

760

760

760

5
34

345

Hình 1.6 Các dạng mặt cắt tường cọc bản bêtơng cốt thép

Hình 1.7 Tường cọc bản bêtông cốt thép bảo vệ bờ sông


9

1.2.1.2.

Theo cách giữ tường ổn định: có thể chia thành 2 loại là

tường có neo và tường khơng neo

CÁP NEO

TƯỜNG CỌC BẢN

TƯỜNG CỌC BẢN
GIẰNG

a. Tường không neo

b. Tường có neo

Hình 1.8 Tường cọc bản có neo và khơng neo

1.3.2 Các dạng neo trong tường kè
Các dạng neo sau được sử dụng phổ biến trong tường cọc bản:
-

Bản neo và dầm neo: Bản neo thường là các tấm bêtông nối với tường
bằng các thanh neo. Các thanh neo được chống ăn mịn bằng các lớp
sơn hoặc asphalt bảo vệ.

-

Thanh neo: Có cấu tạo gồm một khối bêtông đúc tại chỗ trong lòng
đất và nối với tường bằng các thanh neo hoặc dây cáp chịu kéo.

-

Cọc neo thẳng đứng: sử dụng các thanh neo để neo tường vào các cọc
đóng thẳng đứng. Dùng cho các trường hợp có lực ngang nhỏ

-

Các dầm neo trên các cọc xiên: Sử dụng thanh neo hoặc cáp neo để
neo tường vào các cọc xiên chịu nhổ. Sử dụng trong các trường hợp
có lực ngang lớn.

Các dạng neo trong tường kè được thể hiện trong hình 1.9

CỌC NEO


10

CÁP NEO

CÁP NEO

TƯỜNG CỌC BẢN

TƯỜNG CỌC BẢN
KHỐI BÊTÔNG NEO

GIẰNG

GIẰNG

a. Neo bằng khối bêtông cố định

CỌC NEO

b. Neo bằng cọc neo hay tường neo

DẦM NEO
CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

GIẰNG

NHÓM CỌC NEO

BẦU NEO

c. Neo đất

d. Neo bằng dầm có cọc xiên chống đở

Hình 1.9 Các dạng neo trong tường kè
1.4 Ổn định của tường kè ven sông
Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau:
-

Mất ổn định do trượt tổng thể :trượt sâu, mặt trượt đi qua chân cọc
(hình 1.10, 1.11)

-

Mất ổn định do phá hoại về kết cấu : tường không đủ chịu tải trọng
ngang, hệ thống neo khơng đảm bảo, ăn mịn vật liệu, xói lở …. Mặt
trượt khi đó sẽ đi qua thân cọc (hình 1.12,1.13)

-

Mất ổn định do thiên tai.

Hình 1.10 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu


11

Hình 1.11 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm khơng đủ
(phá hoại xoay)

Hình 1.12 Tường cọc bản bị phá hoại do bị gãy


12

Hình 1.13 Tường cọc bản bị phá hoại do neo
1.5 Một số sự cố tường kè
Trong thời gian gần đây, có một số sự cố của tường kè như tường kè ở
Phong Điền (Cần Thơ) vào đầu năm 2007 làm khoảng 146 căn nhà bị hư
hỏng nặng mà nguyên nhân được xác định là do tư vấn thiết kế đã tính tốn
khơng đầy đủ các yếu tố địa chất và các yếu tố khác ảnh hưởng đến cơng
trình như: tác động của tải do xe, tải do việc thu hẹp lịng sơng … Cơng trình
bờ kè huyện Phong Điền dài gần 800m, được đầu tư xây dựng gần 13 tỷ
đồng hoàn thành vào đầu năm 2007, chưa nghiệm thu đã bị sạt lở và trôi
xuống sông hàng trăm mét, thiệt hại hơn 5 tỷ đồng. Kinh phí khắc phục
(gồm: giải tỏa, di dời 146 hộ dân; xây dựng khu tái định cư; gia cố bờ kè;
xây dựng công viên bờ sông) lên đến 58 tỷ đồng.


13

Hình 1.14 Bờ kè Phong Điền (Cần Thơ) bị sạt lở
Ngồi ra, bờ kè sơng Tiền tại thị xã Vĩnh Long cũng bị nghiêng ra
sông, khối đất sau lưng tường bị lún sụp. Nguyên nhân được xác định là do
các trận lũ lớn năm 1995 và 1996 làm xói lở bờ sơng ở phía dưới các tấm đan
bêtơng cốt thép giữa các cọc. Các cọc BTCT làm bờ kè và cọc neo đều bị
nghiêng ra phía sơng.

1.6 Nhận xét
Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý phức tạp,
địi hỏi phải khảo sát, phân tích và tính tốn một cách kỹ lưỡng. Trong điều
kiện phát triển các khu công nghiệp ven sông, bờ kè bảo vệ cơng trình phải
được xét đến để có thể khai thác hiệu quả cơng trình. Tuy nhiên, khi lựa chọn
phương án xây dựng tường cọc bản vẫn chưa có sự nghiên cứu, so sánh để
tìm giải pháp tối ưu mà thường dựa trên cảm tính của người thiết kế, trong
khi điều này đòi hỏi phải đánh giá về chiều sâu lớp đất yếu, tải trọng cơng
trình bên trên, chênh lệch chiều sâu giữa đất trước và sau lưng tường ….Việc
nghiên cứu giải pháp tường cọc bản để đảm bảo ổn định cho các cơng trình
ven bờ tại Đồng bằng sơng Cửu Long là hết sức cần thiết trong điều kiện đất
yếu tại khu vực này.


14

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
TƯỜNG KÈ
2.1 Các phương pháp tính tốn tường cọc bản
Tường cọc bản làm việc thông qua sự cân bằng giữa áp lực đất chủ
động và áp lực đất bị động của khối đất trước và sau tường. Cho nên bài toán
về tường cọc bản chủ yếu là giải quyết bài tốn về áp lực đất.
Hiện nay, có nhiều cách giải quyết cho bài tốn này mà ta có thể phân
chia thành 3 phương pháp chính:
2.1.1. Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường
chắn của Coulomb (lý thuyết cân bằng giới hạn)
Không xét đến độ cứng của tường, giả thiết tường là tuyệt đối cứng và
chỉ xét áp lực đất ở trạng thái cân bằng giới hạn. Ưu điểm của cách tính tốn
này là thực hiện đơn giản, có độ an tồn đạt u cầu. Nhược điểm ở đây là

không xác định mức độ chuyển vị và biến dạng của tường, chưa xét đến độ
cứng của tường.

A Cao trình san lấp

Mặt đất tự nhiên
Vùng áp lực bị động

E

A Cao trình san lấp

Mặt đất tự nhiên
Vùng áp lực chủ động

O

E

O

Vùng áp lực bị động
Vùng áp lực chủ động
B

B

Hình 2.1 Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên tường theo lý thuyết Coulomb

15

2.1.2. Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm đàn hồi biến dạng cục
bộ theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số nền
Winkler)
Cách tính của phương pháp này là phương pháp giải tích (xây dựng phương
trình vi phân trục uốn của dầm kết hợp với quan hệ giữa ứng suất và biến dạng để
tìm được chuyển vị cọc và nội lực phát sinh trong cọc) hoặc mơ hình theo phương
pháp phần tử hữu hạn (sử dụng mơ hình gối lị xo). Phương pháp này xác định được
độ chuyển vị của tường cọc bản, nội lực trong tường. Tuy nhiên, chỉ xét đến các lò
xo nằm trong phạm vi phân bố tải trọng mới bị biến dạng, không xét đến ảnh hưởng
của tải trọng bên đến chuyển vị của điểm đang xét. Việc tính tốn là phức tạp do
việc xác định hệ số nền theo chiều sâu là phức tạp và lý thuyết áp lực đất lên tường
mềm chưa được nghiên cứu đầy đủ như tường cứng. Phương pháp này chỉ xét đến
độ lún (chính là chuyển vị của tường) ở nơi đặt lực, không xét đến biến dạng ở
ngồi diện gia tải.
Mơ hình nền Winkler được thể hiện bằng một hệ thống lò xo làm việc độc
lập với nhau.

Neo

Lò xo đàn hồi

Hình 2.2 Mơ hình tính tốn tường cọc bản với nền biến dạng cục bộ
Ta xem tường cọc bản cắm vào đất là dầm đặt trên nền đàn hồi cục bộ xoay 90o.
Mối quan hệ giữa cường độ áp lực đất tác dụng lên tường và chuyển vị của
tường (hay chuyển vị ngang của đất):


16

p(z) = k.y(z)

(2.1)

trong đó: k – hệ số nền. Tùy theo quan điểm tính tốn của mỗi nhà bác học, hệ
số nền k được xem như phụ thuộc vào loại đất nền, chiều sâu, kích thước móng, vật
liệu móng.
Theo tiến sỹ E.Rausch và nhà bác học O.A.Xavinôv, hệ số nền k phụ thuộc vào
module biến dạng của nền, diện tích đáy móng và tỷ số các cạnh đáy móng.
Theo quy phạm của Liên Xô cũ: hệ số nền tăng tuyến tính theo chiều sâu:
k = m.z

(2.2)

m: hệ số tỉ lệ của hệ số nền, được xác định từ thí nghiệm đối với mỗi loại đất.
z: độ sâu kể từ cao trình nền.
Theo Versic, hệ số nền k được tính theo công thức:
k  0,65

hoặc

k  0,65

Es
Es B 4
12
1   2 EF I F

Es

B(1   2 )

12

Es B4
EF I F

(2.3)

(2.4)

trong đó:
Es – module đàn hồi của đất nền
B – chiều rộng móng
EF - module đàn hồi của vật liệu móng
IF – module qn tính của tiết diện ngang móng
 - hệ số Poisson.
Trong thực tế hệ số nền thường được tính theo cơng thức:
k

E
B(1   2 )

(2.5)

trong đó:
E – module đàn hồi của đất nền
B – chiều rộng móng
 - hệ số Poisson.
Phương trình vi phân cơ bản để xác định chuyển vị và nội lực trong tường cọc

bản:


17

EJ

d 4 y( z)
 m.z. y ( z )  0
dz 4

(2.6)

trong đó:
m.z = k – hệ số nền thay đổi bậc nhất theo chiều sâu z (theo phương pháp tính
tốn của Zavriev).
EJ – độ cứng của tường cọc bản .
Urban đã tìm ra lời giải dưới dạng sau:
y( z )  y0 A1

( z)



 0 ( z)
M
H
(z)
( z)
B1  2 0 C1  3 0 D1


 EJ
 EJ

(2.7)

trong đó:
 5

m.B
EJ

y0, 0: chuyển vị ngang và góc xoay của tường tại mặt đất
( z)

( z)

(z)

(z)

A1 , B1 , C1 , D1 : là các hàm ảnh hưởng phụ thuộc toạ độ z   .z
5

A1

( z)

B1

( z)

C1

(z)

10

6

16

7

12



8

13

(2.9)

17

z
z
z
z


 3.  3.8.
 3.8.13.
 ...
2!
7!
12!
17!
3

( z)

11

(2.8)

z
z
z
 z  2.  2.7.
 2.7.12.
 ...
6!
11!
16!
2

D1

10

z
z
z
 1
 6.
 6.11.
 ...
5!
10!
15!

(2.10)

18

z
z
z
z
 4.  4.9.
 4.9.14.
 ...
3!
8!
13!
18!

(2.11)

Lần lượt lấy vi phân bậc 1, bậc 2, bậc 3 phương trình trên ta được góc xoay,
moment và lực cắt của tường cọc bản tại độ sâu z bất kỳ:

M
H
 ( z)
( z)
( z)
(z)
( z)
 y0 A2  0 B2  2 0 C 2  3 0 D2
2

 EJ
 EJ

(2.12)


M
H
M ( z)
( z)
(z)
(z)
(z)
 y 0 A3  0 B3  2 0 C 3  3 0 D3
2

 EJ

 EJ
 EJ

(2.13)


M
H
Q( z)
( z)
(z)
( z)
(z)
 y 0 A4  0 B4  2 0 C 4  3 0 D4
3

 EJ
 EJ
 EJ

(2.14)

trong đó: