Nghiên cứu các nguyên nhân gây mất ổn định đối với các công trình ven sông ở tp hồ chí minh và biện pháp bảo vệ đề nghị

1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

MỞ ĐẦU

Tốc độ xây dựng ở thành phố Hồ Chí Minh trong những năm gần đây đã phát triển khá
nhanh so với các khu vực khác trong nước.Tuy nhiên , do sự quản lý không khoa học của các
chính quyền địa phương : nạn khai thác cát bừa bãi trên các con sông thuộc hệ thống sông
Đồng Nai chảy ngang thành phố, nạn xây dựng trái phép lấn chiếm bờ sông đã dẫn đến sự sạt
lở bờ sông, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định của các công trình có tải trọng lớn ven
sông. Mặt khác các công trình bảo vệ bờ sông còn quá sơ sài do điều kiện tài chánh và sự
nhận thức chủ quan về tính an toàn của công trình trên bờ. Đã có nhiều sự cố đáng tiếc đã xảy
ra làm tổn thất về vật chất cũng như con người. Điển hình là các vụ sạt lở ở bán đảo Thanh
Đa, An khánh quận 2….
Ngoài tính ổn định công trình do tính lún, kết cấu của công trình ven sông, chúng ta cần
phải xem xét một cách nghiêm túc tính ổn định chung của cả hệ thống : công trình trên bờ và
hệ thống bảo vệ bờ. Tìm hiểu nguyên nhân và biện pháp khắc phục các tác nhân gây mất ổn
định công trình.
Từ đó , chúng ta sẽ có được những kết quả bổ ích để phục vụ cho việc xây dựng các
công trình ven sông ở thành phố cũng như là ở các khu vực ven sông khác được an toàn .

1


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Ở VIỆT
NAM VÀ CÁC NƯỚC.
I. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TP. HỒ CHÍ MINH
Thành phố Hồ Chí Minh có hệ thống sông rạch tương đối dày đặc. Đặc biệc là sông Sài
Gòn chảy ngang Thành phố tao ra một cảnh quan rất đẹp. Vì vậy các khu đất dọc theo hai bên
bờ sông trong tương lai sẽ là nơi lý tưởng để xây dựng các công trình lớn phục vụ cho sản

xuất, kinh doanh.Tuy nhiên trong tình hình hiện nay, cơ sở hạ tầng của thành phố còn lạc hậu
rất nhiều so với các nước trong khu vực. Do sự yếu kém và chồng chéo chức năng quản lý của
các ban ngành. Dẫn đến tình trạng xây dựng bừa bãi, tự phát. Các công trình ven sông cũng ở
trong tình trạng này. Hệ thống kè bảo vệ bờ sông xây dựng không đồng bộ. Chỉ có một số nơi
có công trình lớn thì hệ thống kè đá hộc, cừ tràm, bao cát hoặc hệ thống bản chắn đất được
làm để bảo vệ cục bộ khu vực đó.

Ví dụ : Bán đảo Thanh Đa cũng chỉ có vài đoạn kè bảo vệ khu vục có nhà chung cư. Khu
biệt thự An khánh : bờ sộng được bào vệ bằng hệ thống cọc bêtông liên kết với nhau bởi
những tấm dalle chắn đất Hệ thống các cụm cảng dọc theo sông Sài gòn như : Tân Cảng ,
Cảng Bến nghé, Cảng Sài gòn, Tân Thuận….. cũng trong tình trạng tương tự.
Song song đó là sự xây dựng lấn chiếm sông phục vụ cho nhu cầu về nhà ở , bến bãi , cơ
sở sản xuất và nạn khai thác cát bừa bãi , không kiểm soát trên các sông thuộc hệ thống sông
Đồng Nai . Đã có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của bờ sông, dẫn đến sự mất ổn định của
công trình ven sông.

2


Hình : Hàng Rào khu biệt thự An phú có nguy cơ bị sập do không được bảo vệ.
II. ĐẶC ĐIỂM CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ Ở CÁC NƯỚC CÓ LĨNH VỰC XÂY DỰNG PHÁT TRIỂN
3


Ở các nước có lónh vực xây dựng phát triển như : Anh, Pháp, Mỹ, c… Các công trình
xây dựng ven sông biển được khảo sát , thiết kế và thi công một cách cẩn thận. Vì đa số là các
công trình cao tầng, tải trọng lớn nên vấn đề bảo vệ sự ổn định của cả khu vực xây dựng được
quan tâm hàng đầu. Sự mất ổn định của tuyến bờ sẽ ảnh hưởngđến công trình. Ngoài việc làm
kè đá bảo vệ mái dốc bờ sông, người ta còn cho xây dựng các loại tường chắn đất, hoặc tường
cọc bản Bêtông cốt thép hoặc cọc bản thép, tùy theo khu vực xây dựng.Đặc biệc là Cọc bản

thép được sử dụng phổ biến cho các các công trình như : mố trụ cầu, lối vào đường hầm…..

I.3 ĐẶC ĐIỂM VỀ NĂNG LỰC THI CÔNG VÀ TÀI CHÍNH CỦA CÁC CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở
TP. HỒ CHÍ MINH
Các công ty xây dựng ở thành phố có đủ khả năng thi công các công trình có tải trọng
lớn như nhà cao tầng, bến cảng liền bờ… Cũng như hệ thống bảo vệ tuyến bờ sông và công
trình như đã nêu trên. Tuy nhiên do tài chính hạn hẹp và sự chủ quan của chủ đầu tư nên hệ
4


thống công trình bảo vệ bờ sông nơi có công trình được thi công một cách sơ xài. Không có sự
nghiên cứu nghiêm túc đến tính ổn định trượt của cả công trình trên bờ và hệ thống bảo vệ.
Chủ yếu họ thi công kè đá, hệ thôùng cừ tràm và bao cát, hệ thống cọc bê tông liên kết với
nhau bởi các tấm dalle…. Để đối phó với xói lỡ bờ do dòng chảy nhất thời. Chính vì sự đầu tư
không đúng mức và xem nhẹ hệ thống bảo vệ công trình nên đã xảy ra nhiều sự cố đáng tiếc
về con người, vật chất… Ở đồng bằng sông Cửu Long hiện nay có rất nhiều nơi bị sạt lở do địa
chất thủy văn rất phức tạp. Có nơi bị sạt lở ăn sâu vào đất liền hàng trăm mét như ở Tân
Châu. Thực tế hiện nay vấn đề bảo vệ bờ sông khỏi bị sạt lở rất là tốn kém. Tuy nhiên có
những vị trí quan trọng bắt buộc chúng ta phải có biện pháp bảo vệ một cách an toàn và kinh
tế nhất. Bến phà Cần thơ đang thi công gia cố mạn bờ phía hạ lưu bằng hệ thống cừ thép. Vì
dòng chảy nơi đây khá mạnh, gây xói lở rất nghiêm trọng, ảnh hưởng đến công trình trên
bờ.Phương án dùng tường cọc bản thép vừa thi công nhanh, tính an toàn cao , rất hiệu quả.
Nguyên nhân cơ bản nhất gây ra hư hỏng công trình ven sông là do xói lở bờ. Ta sẽ phân tích
kỹ hơn ở chương sau.

5


CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH VEN

SÔNG,ĐẤT YẾU VEN SÔNG, LÝ THUYẾT CƠ HỌC ĐẤT VỀ ỔN ĐỊNH .

I. CÁC SỰ CỐ VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH
Hiện tượng sạt lở bờ sông dẫn đến sụp đổ công trình trên bờ thường rất xảy ra. Ởû thành
phố là khu vục bán đảo Thanh Đa. Điều đó đã ảnh hướng đến sự phát triển chung của cả khu
vực. Ví dụ : vụ sạt lở gây biến mất nhà thờ San Mai Thôn, các quán cà phê, quán ăn Hoàng
Ty .Ở đồng bằng sông Cửu Long thường xảy ra rất nhiều vụ sạt lở ven sông hàng năm. Các
6


công trình tuy không có tải trọng lớn lắm nhưng điều đó đã phản ảnh được tính chất quan
trọng của việc bảo vệ tuyến bờ sông, kể cả nơi có khu vực xây dựng cũng như không có.
1/ Mất ổn định do điều kiện khách quan, sự tác động của thiên nhiên và con người.
1.1/ Do đất yếu và thoát nùc kém

P=KaHγ

Hình 2.1 : Sạt lở bờ do áp lực ngang của nước ngầm và đất yếu.

Khi thuỷ triều rút xuống, mực nước ngầm ở đất cao hơn mực nước thủy triều 1 đoạn .
1
Điều này tạo ra một áp lực ngang do nước gây ra là En = γh 2 , cùng với áp lục đất . Với
2
đất yếu : khả năng chống cắt yếu, nhỏ hơn tổng áp lực ngang do nước và đất gây ra nên dẫn
đến tình trạng sạt lỡ bờ. Hiện tượng trượt thường xảy ra lúc triều thấp nhất.
1.2. Do tác động dòng chảy và vị trí bờ sông
Ở những đoạn sông cong, phía bờ lõm thường là nơi bị xói lỡ do tác động dòng chảy
nhiều nhất nhưng lại tập trung nhiều công trình .Do thuận tiện neo đậu gây tải tác động lên
bờ. Vì vậy ta cần có biện pháp bảo vệ bờ hợp lý ở những đoạn này.
1.3. Do nạn khai thác cát bừa bãi.

Nạn khai thác cát ở các con sông có chung hệ thống sông Đồng Nai, Sài gòn đã ảnh
hưởng đến tình trạng sạt lở bờ sông, gây mất ổn định công trình. Cao độ đáy sông có nơi thai
khác cát bị tăng thêm dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc lòng sông và tính chất của dòng chảy.Khi
cao độ của một vị trí trên sông bị tăng nhanh mộ cách bất thường, lượng cát ở những nơi khác
theo chiều dòng chảy sẽ được lấp vào. Để ổn định độ dốc chung của toàn tuyến sông. Việc
lượng cát lớn từ nơi này di chuyển qua nơi khác đã làm mất ổn định bờ sông dọc theo khu vực
7


có thay đổi cao độ đáy sông. Ngoài ra , ở những nơi khai thác cát sẽ có nhiều dòng nước xoáy
ngầm rất nguy hiểm.Theo số liệu của UBND TP Hồ Chí Minh, chỉ riêng các công trình nhà ở
của người dân, từ năm 1996 đến nay tăng trung bình 3.1triệu m2/năm. Bên cạnh các công
trình nhà ở, các nhu cầu về xây dựng các khu công nghiệp, nhà cao tầng hiện đai, công trình
giao thông….cũng gia tăng. Số liệu thống kê chưa đầy đủ của Sở Xây Dựng Tp cho thấy , chỉ
riêng năm 2001 trên địa bàn Tp đã có hơn 13.400 công trình và 676 dự án được cấp phép với
tổng diện tích sàn xây dựng 3 triệu m2. Khối lượng thực tế còn cao hơn nhiều do xây dựng trái
phép.Theo các nhà nghiên cứu địa chất, chỉ trong vòng 5 năm qua , các công trình đã sử dụng
hơn 50 triệu m3 cát vàng lấy chủ yếu từ sông Đồng Nai và một phần sông Sài gòn; chưa kể
lượng đất đá và cát lấy từ khu vực khác.Theo số liệu dự báo của viện Quy Hoạch TP.HCM,
khối lượng cát phục vụ cho việc san lấp mặt bằng theo quy hoạch phát triển của Tp đến năm
2005 lên đến 40 triệu m3. ở miền đông Nam bộ, nguồn cát vàng chủ yếu tập trung ở tuyến
sông Đồng Nai, dọc từ Tân Uyên về đến cầu Đồng Nai và từ cầu Đồng Nai về đến Nhà Bè.

m1
m2
∆H

mặt cắt ngang sông sau
thời gian bị khai thác
cát.

lượng cát nơi kh
ác đổ về

mặt cắt dọc đáy sông sau thời gian bị
khai thác cát

Theo số liệu khảo sát năm 1995, trữ lượng cát ở tuyến sông trên khoảng 45 triệu m3 và
dự báo đến năm 2000, nguồn cát này sẽ cạn kiệt. Tính đến thời điểm hiện nay, thực trạng khai
thác cát quá độ sâu cho phép trên sông Đồng Nai đã ở mức báo động.Trên đoạn Tân Uyên về
phía cầu Đồng Nai , độ sâu cho phép khai thác không vượt quá –8m nhưng hiện tại có chổ bị
8


khai thác đến - 24m. Hiện nay theo số liệu thống kê mỗi ngày có khoảng 2000m3 cát được
khai thác trên các con sông này.
Thực tế, nguồn cát trên sông Đồng Nai đã bị chặn do công trình thủy điện Trị An.Do đó
nguồn cát bổ sung cho các con sông bị chặn. Nếu tình trạng khai thác cát vẫn còn tiếp diễn thì
tốc độ sạt lở bờ càng tăng . Đây là nguyên nhân quan trọng gây mất ổn định chính cho công
trình trên bờ.
1.4. Do xây dựng lấn chiếm bờ sông.
Do sự thiếu hiểu biết về tác động dòng chảy của con sông và nhu cầu về ở, kinh doanh
của người dân. Khi xây dựng những công trình lấn chiếm sông, họ vô tình đã làm thay đổi
hướng dòng chảy một cách đột ngột của con sông. việc xây dựng lấn chiếm bờ sông đã làm
xói lở nghiêm trọng bờ sông , gây ảnh hưởng trực tiếp đến các công trình lân cận vì sự sạt lở ở
công trình kế bên đã ăn sâu vào bên trong bờ. Tuyến bờ sông bị lòi lõm, diện tích đất sẽ bị thu
hẹp dần.

Công trình lấn chiếm
bờ

Vùng xoáy gây xói lở
bờ

Q, V2

>V1

Q,

V1

Vùng bờ bị xói do tác
động dòng chảy.

9


Hình : Quán ăn Hoàng Ty – Thanh Đa sau khi bị sụp do xây dựng lấn bờ sông.
2/ Mất ổn định do chủ quan trong tính toán ổn định.
2.1. Nhược điểm của công trình bảo vệ bờ hiện nay tại thành phố HCM.
A/Hệ thống Dalle – Cọc Bêtông:
Hiện tại ở nhiều khu vực ở thành phố Hồ chí Minh , phương pháp bảo vệ bờ sông dạng
hệ cọc neo, không neo Bêtông cốt thép đóng sâu khoảng cách 3-4 m ,liên kết với nhau bởi các
tấm Dalle chắn đất phía trên được sử dụng phổ biến. Biện pháp bảo vệ này chỉ có tác dụng
tạm thời. Họ đã không lưu ý đến sự xói lỡ bên dưới tấm dalle, ảnh hưởng của bán kính cung
trượt do tải trọng công trình trên bờ gây ra. Nhiều nơi đã xảy ra nhiều sự cố hư hỏng hệ thống
cọc – dalle . Ví dụ : khu vực An khánh, Thủ thiêm.

Hình 2.3 : Hệ thống Dalle - cọc
bêtông bảo vệ bờ sông.

10


Hình : Hệ kè Dalle – Cọc Bêtông đang xây dựng bên An Phú – Q2.

Hình : Hệ Dalle – Cọc bêtông bị hư hỏng tại khu vực Hoàng Ty – Thanh Ña

11


Hình : Một phần khách sạn khu vực Hoàng Ty – Thanh Đa bị sụp

12


Hình : Hệ thống Cọc bêtông-Dalle- đá hộc bị hư hỏng tại khu vực Hoàng ty
B/Hệ thống bao cát chắn đất :

Hiện nay bên khu vực An khánh – Thủ thiêm, các khu biệt thự ven sông đang sử dụng
các bao tải chứa đất để bảo vệ bờ. Tại các vị trí này, sóng do tàu thuyền có cường độ rất lớn
do đối diện là Cảng Container Tân Cảng. Nhược điểm của hệ thống bảo vệ này là : dưới tác
dụng lâu dài của sóng, dòng chảy các bao tải sẽ bị mục, rách. Do đó hệ thống bảo vệ sẽ bị hư
hỏng.
2.2. Mất ổn định do chiều sâu tường cừ không đủ.
Do sự tính toán chủ quan của người thiết kế. Họ không tính toán hết các khả năng gây
mất ổn định công trình có thể xảy ra.

13

cong hoặc
đứt neo

Phá hoại chân
Hình 2.4: Các dạng phá hoại cọc bản thường gặp

Khối neo đặt sai vị trí
Chiều dài neo thiếu
Hình 2.4b

2.3. Mất ổn định do bị đứt neo dưới áp lực ngang khá lớn của công trình.
Do người thiết kế tính toán xem nhẹ tầm quan trọng, tính chất chịu lực của thanh neo.
Dẫn đến việc chọn loại neo không hợp lý.
2.4.Mất ổn định do kích thước tường không đủ khả năng chịu lực.
Bề dày tường không chịu nổi mommen uốn do tải trọng ngang gây ra. Dẫn đến việc mất
ổn định.
2.5. Mất ổn định do chiều dài neo không hợp lý.
Đây là vấn đề mà đề tài sẽ nghiên cứu kỹ. Như chúng ta đã biết: áp lực đất phía đầu neo
liên kết với tường cọc bản là áp lực chủ động, áp lực đất phía đầu neo còn lại là áp lực bị
14


động. Nếu chiều dài neo không đủ dẫn đến việc cung trượt của hai áp lục trên cắt nhau và dẫn
đến việc phá hoại nền đất dưới công trình, gây mất ổn định.
Ví dụ : Hệ thống cừ thép bảo vệ bờ nam phà Cần Thơ bị mất ổn định do chiều dài neo
thiếu.
2.6. Mất ổn định do không xét đến ổn định chung của cả hệ thống : Công trình bên trên và
tường cọc bản( trượt sâu)
Xét đến trường hợp cung trượt đi qua chân tường cọc bản.

II.ĐẤT YẾU VEN SÔNG
1/Định nghóa đất yếu :
Khái niệm “đất yếu” là đất chưa có khả năng tiếp thu được tải trọng công trình.
Căn cứ vào các chỉ tiêu vật lý và cơ học, ta coi đất yếu khi :
γ < 1,7 g/cm3 ; e0 ≥ 1 ; G ≥ 0,8 ; W ≥ 40%
E0 ≤ 50 daN/cm2 ; a ≥ 0,01 cm2/daN ; C ≤ 0,1 daN/cm2 ; ϕ ≤ 100
2/Phaân loại :
- Các loại đất sét (á cát, á sét, sét) mềm, bão hòa nước thuộc các giai đoạn đầu của quá
trình hình thành đá sét. Nước ta thường gặp đất yếu dạng này nhất.
- Các loại cát hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời, bão hòa nước.
- Các loại đất bụi, than bùn, đất than bùn.
- Các loại đất hoàng thổ (độ rỗng lớn) gây lún sụt.
Xét về nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng vịnh
hoặc biển. Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. Nguồn gốc
địa chất của đất sét yếu thuộc thời cận đại, mới hình thành vào khoảng 20.000 năm nay (kỷ
Pléistocène).
Các hạt tạo thành đất sét được phong hóa từ đá mẹ. Sau sự vận chuyển của sông ngòi,
hạt sét được hình thành trong các môi trường trầm tích. Châu thổ các sông là môi trường trầm
tích rất hoạt động, đồng bộ và đã hình thành nhiều vỉa đất sét mềm yếu. Đây là loại đất yếu
được phân tích kỹ trong phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Đối với các loại đất cát bụi, cát bột cần đặc biệt lưu ý đến sự thay đổi tính chất cơ lý khi
độ ẩm trong đất tăng lên (vào mùa mưa …) và khả năng bị cuốn trôi theo dòng nước thấm
(hiện tượng cát chảy).
3/Tình hình phân bổ đất yếu ở ven sông :
Do phong hóa đá gốc, đất các loại ở đầu nguồn, được nước trong sông ngòi vận chuyển
và trầm tích lại thành đất yếu (nguồn gốc lục địa, vũng vịnh) nên dọc theo các dòng sông lớn,
đặc biệt là vùng tam giác châu (châu thổ) và cửa biển thường có các vỉa đất yếu, chiều dày
tăng theo hướng ra cửa sông, biển.
nước ta, vùng châu thổ sông Hồng, sông Thái Bình và các chi lưu của nó (từ Việt Trì
đến Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình …) có các vỉa đất yếu dày từ vài mét đến hơn

100m. Thung lũng các sông ở các tỉnh miền Trung cũng có trầm tích bồi tụ tam giác châu
nhưng chiều dày không lớn lắm. Đặc biệt, ở đồng bằng Nam bộ, có thể chia làm 3 khu vực
theo chiều dày đất yếu như sau :
- Khu vực có lớp đất yếu dày từ 1 đến 30m bao gồm : vùng ven thành phố Hồ Chí Minh,
thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa
quanh vùng Bảy Núi (An Giang), rìa đông bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa,
vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá.
-

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 5 → 30m phân bố kế cận khu vực trên và chiếm đại
bộ phận Đồng Tháp Mười.
15


- Khu vực có lớp đất yếu dày từ 15 → 300m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Cửu Long,
Bến Tre, các vùng Duyên Hải thuộc Tiền Giang, Hậu Giang, Kiên Giang …
Riêng ở thành phố Hồ Chí Minh đất sét yếu có ở một phần các quận 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8,
11, Bình Chánh, Bình Thạnh, Nhà Bè, Cần Giờ; ở quận 9, Thủ Đức có đất hoàng thổ.
Đất yếu ở nước ta chủ yếu là những tầng trầm tích mới được tạo thành kỷ thứ tư
(Holoxen, QIV) phù sa trẻ, chưa ổn định.
vùng cửa sông, trước đây là vùng rừng ngập mặn, như ở huyện Nhà Bè, Cần Giờ thành
phố Hồ Chí Minh, Duyên Hải Cà Mau …, trong đất yếu có lẫn nhiều lá cây, thân cây mục nát.
ven các kênh, sông trong thành phố hoặc các khu dân cư tập trung lâu đời, trong đất lẫn
nhiều rác mục và các hoá chất thải, ảnh hưởng đến móng công trình.
4/Đặc điểm chung của đất yếu :
Các loại đất yếu rất đa dạng về thành phần khoáng vật, khác nhau về nguồn gốc, điều
kiện khí hậu khi phong hóa, điều kiện vận chuyển, trầm tích … nhưng thường giống nhau về
tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng. Chúng có các đặc điểm sau :
- Đất yếu gây biến dạng rất lớn.
- Cấu trúc của các hạt đất có liên kết rất yếu nên khả năng chịu tải rất nhỏ.

- Dễ xảy ra các hiện tương biến loãng khi chịu tải trọng với các loại cát nhỏ, cát bụi
ở trạng thái bão hòa nước.
- Dễ xảy ra hiện tượng co nở khi có nước thấm đối với các loại sét có hàm lượng
Montmorillonit lớn (ven biển, ven sông).
4.1.Đặc điểm của đất sét mềm yếu ở ven sông :
Đất sét mềm yếu có nhiều tính chất chung của các loại đất đá thuộc loại sét vì nó là sản
phẩm ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, nhưng nó cũng có các đặc điểm
riêng biệt. đây, ta xét các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hoà nước và có cường
độ cao hơn so với bùn.
4.1.1. Thành phần khoáng vật : có hai phần :
- Phân tán thô (hạt > 0,002mm) : là các hạt nhỏ như thạch anh, fenspat … là các
khoáng chất có nguồn gốc lục địa.
- Phân tán mịn : gồm caực haùt raỏt beự (2 ữ 0,1àm) vaứ keo (0,1 ÷ 0,001µm).
Các khoáng chất sét này là các sản phẩm của phân hủy hóa học, các silicat alumin có
thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và Fe … chia thành ba loại chính là ilit, kaolinit và
montmorillonit. Những khoáng vật này làm cho đất sét có đặc tính riêng.
4.1.2. Nước trong đất sét yếu :
Nói chung, đất là hệ phân tán gồm ba pha : hạt khoáng, nước trong lỗ rỗng và hơi. đất
sét yếu, thường bão hòa nước nên có thể coi chúng là hệ hai pha : cốt đất và nước lỗ rỗng. Các
hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét có những tính chất đặc thù :
tính dẻo, sự tồn tại của gradient ban đầu, khả năng hấp thụ, tính chất lưu biến …
4.1.3. Tính dẻo :
Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo của đất sét là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích
thước nhỏ hơn 0,002mm và hoạt tính của chúng đối với. Sét bão hòa ion hóa trị một dẻo hơn
ion hóa trị hai. Trong các ion hóa trị một thì Na+ và Li+ có hoạt tính mạnh nhất.
16


Sét kaolinit có chỉ số dẻo từ 1 ÷ 40, sét hidro mica : 25 ÷ 40, sét montnorillionit từ 44 ÷
600.

4.1.4. Gradient ban đầu :
Các loại đất sét chỉ cho nước thấm qua khi gradient cột nước vượt quá một trị số nhất
định nào đó. Trị số đó gọi là gradient ban đầu.
Bản chất của gradient ban đầu có thể là do khả năng chống trượt của nước liên kết
trong đất sét gây ra. Trị số gradient ban đầu tăng cùng với sự giảm độ ẩm và tăng độ chặt của
đất. đất yếu nó có trị số tương đối bé.
4.1.5.Độ bền cấu trúc và lực dính kết cấu trúc :
Một trong những tính chất quan trọng của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết
cấu σc hoặc qkc). Nếu tải trọng ngoài truyền lên đất nhỏ hơn trị số σc thì biến dạng rất nhỏ, có
thể bỏ qua. Khi vượt quá σc thì đường cong quan hệ giữa hệ thống rỗng e và áp lực σ bắt đầu
có độ dốc lớn. Trị số σc của đất sét yếu vào khoảng 0,2 ÷ 0,3 daN/cm2.
Sức chống cắt của đất loại sét là lực dính kết, gồm hai loại : lực dính kết nguyên sinh
(chủ yếu) và lực dính kết củng cố. Giáo sư viện só Maslov chia làm lực dính kết có nguồn gốc
keo nước ∑w (dẻo mềm) và lực dính kết cấu trúc Cc (có nguồn gốc xi măng, dòn, dễ vỡ) Cw =
∑w + Cc.
4.1.6.Tính nén chưa đến chặt :
Thường thì nền đất sét yếu ở trạng thái nén chưa đến chắt hoặc được nén chặt bình
thường. Tính nén chưa đến chặt của đất là sự không phù hợp giữa độ chặt thiên nhiên với áp
lực thiên nhiên mà đất đang chịu tác dụng. (Ở một độ sâu nào đó, với áp lực thiên nhiên 6bz lẽ
ra đất phải có hệ số rỗng tương ứng là e nhưng lại có e1 > e)
Nguyên nhân là do ảnh hưởng sự phát sinh lực dính của các mối liên kết cấu trúc kìm
hãm sự nén chặt, cũng như do tác dụng của nước lỗ rỗng, điều kiện thoát nước lỗ rỗng và trị
số, tốc độ, thời gian lực tác dụng.
4.1.7.Tính chất lưu biến :
Tính lưu biến là một tính chất quan trọng của đất sét yếu, là một môi trường dẻo nhớt, có
tình từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng. Khả năng
đó gọi là tính lưu biến. Ngoài sự từ biến, trong tính lưu biến của đất sét còn có biểu hiện giảm
dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, đó là sự chùng ứng suất. Chu kỳ chùng ứng
suất (ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm e = 2,7183 lần) ở đất sét yếu thường rất ngắn.
4.1.8.Hiện tượng hấp thụ :

Đất sét yếu có khả năng hút từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật
chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi, những ion, phân tử và các hạt keo). Sự hấp thụ này có bản
chất phức tạp và thường gồm một số quá trình xảy ra đồng thời :
- Hấp thụ cơ học (giữ lại cát hạt lơ lửng trong nước khi thấm qua đất).
- Hấp thụ vật lý (hút vật chất xung quanh do bề mặt hạt đất gây ra).
- Hấp thụ hóa lý (trao đổi cation và anion giữa pha khoáng, các hạt keo sét với dung
dịch tiếp xúc).
- Hấp thụ hóa học (tạo thành các hợp chất hóa học trong đất).
- Hấp thụ sinh vật (kết quả đời sống vi sinh vật, thực vật, động vật).
5/Tính chất hóa học của nước trong đất ôû ven soâng :
17


Tính chất hoá học của nước trong đất ở ven sông có nhiều ảnh hưởng đến nền móng
công trình xây dựng, đặc biệt là với đất sét mềm yếu có khả năng hấp thụ cao ảnh hưởng đến
các biện pháp gia cường nền đất yếu bằng phương pháp hóa lý : phun xi măng, thủy tinh lỏng,
điên thấm, điện phân, điện silicát, …
Các công trình sử dụng móng cọc khoan nhồi phải tiến hành khảo sát tính chất hóa học
của nược trong đất nền để khống chế sự đông tụ của dung dịch bentonit. Ngoài ra, nước ngầm
có chứa acide chloride, sulfute có tính chất ăn mòn beton và cốt thép (tính chất này thể hiện
khi nước ngầm chui vào beton sẽ gây trương nở nhanh chóng nước và cement trong beton, từ
đó gây nứt cũc bộ hay nứt liên tục beton, làm tăng nhanh sự oxy hóa cốt thép). Biện pháp xử
lý là phải có một lớp beton bảo vệ bọc ngoài kết cấu beton cốt thép của móng hay cọc khoan
nhồi nằm dưới mực nước ngầm (theo các nghiên cứu về cọc khoan nhồi thì lớp bảo vệ này dầy
10cm), đồng thời phải tăng mác beton chịu lực lên một cấp (vd: từ 200 lên 300).
Độ chua mặn của nước trong đất được đánh giá theo độ pH : nước trung tính có pH = 7,
nếu độ pH < 7 : nước có tính acid, pH > 7 : nước có tính kiềm. Khả năng trao đổi ion (làm
giảm sự đông tụ bentonit) theo thứ tự : Al+++ >H+ > Ca++ > M++ > Na+. Khả năng điện giải
mạnh nhất là CaCl2, amoniac (NH4)2SO4.
Độ axit hóa của nước trong đất, ngoại trừ ở sông Nhà Bè và một số khu vực ven sông

Đồng Nai còn trung tính, nước trong đất ven sông và kênh rạch khác đều có tính axít hoá, pH
< 7 (sông rạch ở đồng bằng sông Cửu Long cũng bị axít hóa). Đặc biệt kênh Tân Hoá – Lò
gốm pH = 4,7 – 5,44 và sông Sài Gòn pH < 5,5. Từ đó cho thấy cần lưu ý đến các kênh và
sông thoát nước chính từ khu vực sản xuất công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp, vùng đô thị có
tính axít hóa rất mạnh, ảnh hưởng đến công trình xây dựng.
Nồng độ muối ở các kênh thoát nước thải sinh hoạt (Tàu hũ, Đôi – Tẻ) rất cao. cửa
các sông, do xâm nhập mặn, nồng độ muối cao trong mùa khô, như ở mũi Nhà Bè 0,7%, ở cửa
Cần Giờ là 2,2%, cửa sông ở Trà Vinh và một số nơi khác > 1 – 2% (tháng 03/1999). Nồng độ
muối của nước trong đất làm oxyt hóa (gỉ sét) cốt thép và các kết cấu nền móng đặt trong nền
đất.
Hàm lượng các chất hóa học hòa tan như Tổng Nitơ, Tổng Phốt pho và Amoniac được
chú ý ở ven kênh rạch thoát nước, đặc biệt là các địa điểm gần cửa xả. Đối với các công trình
ven sông lớn, ảnh hưởng không nhiều. Đây là các chất phú dưỡng hóa (NO3, NH4+, tổng N,
tổng P …) làm vi sinh vật phát triển, tăng nhanh quá trình phân hủy các chất hữu cơ, có khả
năng gây lún sụt và làm ruỗng, hổng nền đất dưới móng công trình.
Các chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng trong nước có hàm lượng thấp, chỉ đáng lưu ý ở
kênh Nhiêu Lộc – Thị nghè và Tân Hóa – Lò gốm là các kênh thoát nước chính của thành
phố. Tỉ lệ chất rắn trong nước cần được tính toán đến, khi sử dụng các biện pháp gia cường
nền đất bằng bấc thấm, vải địa chất …

III. LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT
1.Trường hợp đất rời :
Lý thuyết Rankine:
Lý thuyết về áp lực chủ động , bị động của đất được Rankine đưa ra năm 1857 với các
giả thiết :
- Quan hệ giữa áp lực ngang và áp lực thẳng đứng có tính tương hổ lẫn nhau trong môi
trường đồng nhất, đẳng hướng.
- Tường phẳng, đất sau tường rời.

18

45−φ/
2

h

φ/2

φ

45+

γ

90+φ

φ

σ3

Η

σ1= γ

σ3

1

90+φ

σ1

2

σ′3

σ1=γh

(b)

(a)

Hình 2.5 : Trạng thái ứng suất của phân tố đất rời (a),vVòng Mohr
ứùng suất của phân tố đất : ứng suất chủ động (1) và bị động (2)

σ1

σ1
σ3

τ
σ

Pa

σ′3

τ
σ

Pp
/2
45-φ

/2
+φ

45

(a)

(b)

Hình 2.6 : Mặt trượt : ứng suất chủ động (a). ứng suất bị động
(b)

A/ Trường hợp đất sau lưng tường rời, mặt đất nằm ngang
Các giả thuyết của Rankine được miêu tả dựa vào vòng Mohr. Giá trị ứng suất σ 1 của
phân tố đất có thể được tính một cách tương đối căn cứ vào độ sâu của mẩu. σ 1 ≅ γh . Nếu
tường di chuyển về phía trái, sẽ xuất hiện áp lực chủ động, giá trị σ 1 sẽ đóng vai trò chính và
được thể hiện ở vòng tròn số 1 trên hình vẽ . Nếu tường bị đẩy hướng về phía đất sau lưng
tường ,trường hợp áp lực bị động sẽ phát triển. Giá trị áp lực thẳng đứng bây giờ chỉ đóng vai
trò phụ và áp lực bị động sẽ đóng vai trò chính. p lực bị động được minh hoạ ở vòng tròn soá
2.
19


Tách riêng vòng Mohr cho mỗi trường hợp ứng suất chủ động và bị động , nhìn vào hình
vẽ ta có :

Trường hợp áp lực chủ động :
(σ − σ 3 ) / 2 σ 1 − σ 3
Sinhφ = 1
=
(σ 1 + σ 3 ) / 2 σ 1 + σ 3
biến đổi biểu thức ta có :

σ 3 = σ1

1 − sin φ
1 − sin φ
= γh
1 + sin φ
1 + sin φ

(a)

1 − sin φ
= tan 2 (45 − φ / 2) (2)
1 + sin φ
theá (2) vào (1) ta được:
(2.1)
σ 3 = γh tan 2 (45 − φ / 2)
Trường hợp áp lực bị động :
(σ ′ − σ 1 ) / 2 σ 3' − σ 1
Sinφ = 3
=
(σ 1 + σ 3′ ) / 2 σ 1 + σ 3'
biến đổi biểu thức ta coù :
1 − sin φ

1 − sin φ
σ 3′ = σ 1
= γh
1 + sin φ
1 + sin φ
2
(2.2)
hay
σ 3′ = γh tan (45 + φ / 2)
Tổng áp lực chủ động, bị động tác dụng lên mỗi đơn vị chiều ngang tường chắn :
Pa = 12 γhH 2 tan 2 (45 − φ / 2) = 12 γH 2 K a

(2.3)

Pp = γhγH tan (45 + φ / 2) = γH K p (2.4)
2

1
2

2

1
2

2

B/Trường hợp đất sau lưng tường rời, mặt đất nằm nghiêng
p lực đất tác dụng lên tường trong trường hợp này có phương song song với mặt đất
nghiêng .

áp lực chủ động :
Pa = γH K a = γH (
1
2

2

1
2

2

cos i − cos 2 i − cos 2 φ
cos i + cos 2 i − cos 2 φ

) cos i (2.5)

áp lực bị động :
Pp = 12 γH 2 K p = 12 γH 2 (

cos i + cos 2 i − cos 2 φ
cos i − cos 2 i − cos 2 φ

) cos i (2.6)

trong đó :
i : là góc nghiêng của mặt đất.
φ: góc ma sát trong của đất.

20

H : Chiều cao tường

φ
i<

σn

i

τ= γh.sini.cosi

90+φ

H

h

+φ
/2

i

45

γh cosi

(b)
(a)

Hình 2.7 : áp lực ngang và mặt trượt trong trường hợp mặt đất sau
tường nghiêng

φ

γ

B

A

i

E

C

σ

Ο

σh
γh.cosi.cosi
(c)

Hình 2.7 c: Vòng Mohr ứng suất của áp
lực chủ động.

.
Lý thuyết của Coulomb

Năm 1667 Coulomb đã giới thiệu phương pháp tính áp lực chủ động lên tường chắn. Mặ
dù Coulomb hiểu rõ về ảnh hưởng của các thông số c, φ và mặt trượt không phải là mặt
phẳng. Nhưng ông đã đưa ra các nghiên cứu của mình với giả định rằng : mặt trượt là mặt
21


phẳng và đất sau lưng tường là rời ( c=0). ng ta làm vậy để làm đơn giản hoá các vấn đề
toán học phức tạp nghiên cứu về lực dính và mặt trượt không phẳng đang được xem xét.

i

ma
ët p

W

ha
ù ho

ại

Pa
(180 −β−δ)
(−α+φ+β+δ)

φ

Pa

β−δ

(α −φ)

F

β
α

φ

Hình 2.8 : Áp lực ngang của đất theo Coulomb

Theo lý thuyết của Coulomb, khối trượt có dạng hình nêm. Dựa vào đa giác lực ông đưa
ra được công thức tính áp lực đất chủ động :
Pa
w
(a)
=
sin(α − φ ) sin( −α + φ + β + δ )
w sin(α − φ )
hay Pa =
(b)
sin( −α + φ + β + δ )
Lấy đạo hàm pt (b) theo α
Sau khi biến đổi công thức :
2






2
cos β sin( β − φ )
H 2γ 
 = H γ K (2.7)
Pa =
a
2 
2
sin(φ + δ ) sin(φ − i ) 

 sin( β + δ ) +
sin( β − i )


2





cos β sin( β − φ )
 (2.8)

Ka =

sin(φ + δ ) sin(φ − i ) 

 sin( β + δ ) +
sin( β − i )



tương tự cho áp lực bị động :
2





2
H 2γ 
cos β sin( β + φ )
 = H γ Kp (2.9)
Pp =
2 
2
sin(φ + δ ) sin(φ − i ) 
 sin( β − δ ) −

sin( β − i )



22


2






cos β sin( β + φ )
 (2.10)

Kp =

sin(φ + δ ) sin(φ − i ) 

 sin( β − δ ) −
sin( β − i )


Nếu lưng tường thẳng đứng, phương tác dụng của áp lực chủ động vuông góc với lưng
tường(β= 90, δ= 0). Công thức của Coulomb trở thành công thức cơ bản của Rankine.
2/ p lực đất trong trường hợp đất dính.
Vòng Mohr cũng được dùng để tính áp lực ngang tác dụng lên tường chắn của đất sau
lưng tường. Lực cắt có thể biểu diễn : S = c + σtanφ. Giá trị của c, φ thể hiện ảnh hưởng của
lực dính, góc ma sát trong của đất dính sau lưng tường.
(σ 1 − σ 3 ) / 2
σ1 −σ 3
(a)
sin φ =
=
(σ 1 + σ 3 ) / 2 + c cot gφ σ 1 + σ 3 + 2c cot gφ

Biến đổi công thức:
 cos φ 
 1 − sin φ 
 (b)

 − 2c
 1 + sin φ 
 1 + sin φ 

σ 3 = σ 1 
Ta coù :

 cos φ 
1 − sin φ

 =
(c) thế vào biểu thức (b) ta được:
1 + sin φ
 1 + sin φ 

s

s=

tanφ

h

(c - φ)

σ
c+

φ

σ3

c

Η

σ1= γ

c.cotgφ

P

σ3

σ1

σ

(σ1+σ3)/2

a

( )

b

( )

Hình 2.9 : Áp lực ngang của đất dính

 1 − sin φ 
1 − sin φ
 − 2c
(d)
1 + sin φ
 1 + sin φ 
1 − sin φ
= tan 2 (45 − φ2 )
σ 1 = γh;
1 + sin φ

σ 3 = σ 1 

mặt khác :
vì vậy :

σ 3 = γh tan 2 (45 − φ2 ) − 2c tan(45 − φ2 )
23


Hay

σ 3 = γhK a − 2c K a

(2.11)

Tổng áp lực đất chủ động sau lưng tường chắn :
Pa = 12 γK a H 2 − 2c K a H

(2.12)

Với áp lực đất bị động : vị trí σ 3 , σ 1 hoán đổi cho nhau trên hình vẽ. Vaø :

sin φ ==

σ 3 −σ1
σ 1 + σ 3 + 2c cot gφ

Tính toán tương tự , ta có :

σ 3 = γhKp + 2c Kp

(2.13)

3/ nh hưởng của tải trọng ngoài
Tải trọng ngoài tác dụng vào đất sau lưng tường có thể là tải tập trung hoạc tải phân bố.
Dựa vào hình vẽ ứng suất pháp tại độ sâu h là : γh + q . Do đó ở trường hợp đất dính, áp lực
ngang của đất được tính :
σ 3 = (γh + q ) tan 2 (45 − φ2 ) − 2c tan(45 − φ2 ) (2.14)

24


h

q

σ1= γ
Η

σ3

P

Pa2

H/3
Pa = Pa1 + Pa2
H/2

Pa1
H/3

H

q/γ

(a)

(b)

Hình 2.10: áp lực ngang của đất khi có tải trọng phân bố ngoài

IV.LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH TƯỜNG CỌC BẢN
Sau khi tính toán các bộ phận của tường cọc bản, ta tiến hành kiểm tra lại tính ổn định
của tường.
1. Nguyên nhân gây mất ổn định tường cọc bản
Có nhiều nguyên nhân gây mất ổn định của tường cọc bản, tuy nhiên có bốn nguyên
nhân gây phá hoại thường xảy ra nhất đó là :

a/ Cọc bản bị phá hoại chân:
25