(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kết cấu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực

BẢN CAM KẾT
Tôi xin cam kết tất cả các nghiên cứu trong luận văn này là kết quả nghiên cứu của
chính bản thân tơi thực hiện trong khố học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi dưới
sự hướng dẫn nghiên cứu khoa học của PGS.TS. Phạm Văn Quốc và PGS .TS. Vũ
Hồng Hưng. Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn về lời cam kết của mình.

Hà Nội ngày 15 tháng 03 năm 2018

Lê Thái Sơn

i


LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian thực hiện Luận văn, học viên đã nhận được sự trợ giúp quý báu của rất
nhiều tổ chức và cá nhân. Học viên muốn được bày tỏ lòng cám ơn chân thành tới các
Phòng, Ban cùng tập thể Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là các thầy
cô tại cơ sở I đã trang bị những kiến thức mới về khoa học kỹ thuật xây dựng cơng
trình thủy.
Đặc biệt, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Phó Giáo sư - Tiến
sĩ Phạm Văn Quốc và thầy giáo Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hồng Hưng - người đã trực
tiếp hướng dẫn cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian thực hiên Luận
văn.
Một lần nữa tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc và lời chúc sức khỏe, hạnh
phúc, thành công trong cuộc sống tới Quý thầy cô của trường Đại học Thủy lợi, Phó
Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Văn Quốc, Phó Giáo sư - Tiến sĩ Vũ Hồng Hưng.

TÁC GIẢ


MỤC LỤC

MỞ

ĐẦU ...........................................................................................................................

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KÈ BTDƯL............................................................... 5
1.1. Thành tựu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng ở nước ta...................................... 5
1.1.1 Một số cơng trình kè bảo vệ bờ sơng điển hình.................................................... 5
1.1.2 Sự phát triển và ứng dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực...........................6
1.2. Tình hình xói lở và biện pháp bảo vệ bờ sơng ở nước ta....................................... 11
1.2.1. Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHKT bảo vệ bờ sông..........................11
1.2.2 Một số cơng trình xây dựng bảo vệ bờ sơng tiêu biểu......................................... 12
1.2.3. Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để làm tường kè sông.................14
1.3. Các phương án cơng trình chống xói lở bờ tả đoạn sơng...................................... 15
1.3.1. Hệ thống mỏ hàn................................................................................................ 15
1.3.2. Kè mái dốc......................................................................................................... 17
1.3.3. Tường kè bê tông cốt thép (tường trọng lực, tường bản góc).............................18
1.3.4. Tường kè dùng bản cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước.................................... 19
1.4. Các hình thức kết cấu neo tường bản cọc.............................................................. 20
1.4.1. Mố neo bằng khối bê tông cốt thép................................................................... 20
1.4.2. Ống neo bằng khoan bơm bê tông tạo neo......................................................... 21
1.4.3. Neo bằng hệ cọc và bản đáy tường bản góc phía trên tường bản cọc.................21
1.4.4. Các hình thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo..................................... 22
1.5. Kết luận chương 1................................................................................................. 23
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LỰC THẤM. ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN
TƯỜNG KÈ................................................................................................................. 24
2.1. Tính tốn lực thấm tường kè................................................................................. 24
2.1.1. Phương pháp tính tốn đơn giản gần đúng......................................................... 24
2.1.2. Phương pháp tính tốn bằng mơ hình số PTHH................................................. 25
2.2. Phương pháp tính toán ổn định của tường bản cọc............................................... 28
2.2.1. Phương pháp tính tốn cung trượt ổn định của mái dốc bờ sơng hiện trạng.......28

2.2.2. Xác định phương án độ sâu đóng bản cọc dựa trên cung trượt..........................30
2.2.3. Phương pháp tính tốn áp lực đất chủ động và bị động lên tường.....................31
2.2.4. Phương pháp tính tốn kiểm tra ổn định của tường bản cọc..............................33


2.3. Phương pháp tính tốn độ bền của hệ tường kè............................................ 33
2.3.1. Phương án giải tích tính tốn độ bền tường kè bản cọc BTCT DƯL.........33
2.3.2. Phương pháp mơ hình số PTHH tính tốn độ bền tường kè bản cọc BTCT DƯL
....................................................................................................................................... 36
2.3.3. Khái quát về phần mềm Plaxis ............................................................................
45
2.3.4. So sánh và nhận xét về hai phương pháp tính toán............................................ 46
2.4. Kết luận chương 2........................................................................................ 47
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ TẦM XÁ
SƠNG HỒNG HÀ NỘI............................................................................................... 48
3.1. Giới thiệu về chỉnh trị đoạn sông Hồng khu vực Hà Nội......................................48
3.1.1. Giới thiệu chung................................................................................................ 48
3.1.2. Tình hình biến hình lịng sơng đoạn Tầm Xá sơng Hồng – Hà Nội...................50
3.1.3. Điều kiện địa hình.............................................................................................. 53
3.1.4. Điều kiện thủy văn, thủy lực của đoạn sông...................................................... 56
3.1.5. Diễn biến và dự báo xói lỡ bờ tả của đoạn sơng................................................. 58
3.1.6. Yêu cầu về giao thông thủy và cảnh quan của thành phố Hà Nội......................58
3.1.7. Giải pháp chống sạt lở mái dốc của đoạn bờ Tầm Xá thuộc sông Hồng............60
3.1.8. Kết luận chương 3.............................................................................................. 65
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CHO TƯỜNG KÈ TẦM XÁ –
HÀ NỘI BẰNG BẢN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG XUẤT TRƯỚC..............66
4.1. Tài liệu đầu vào để tính tốn tường kè BTCT UST Tầm Xá.................................66
4.1.1. Mặt cắt điển hình để tính tốn............................................................................ 66
4.1.2. Chế độ mực mước tính tốn............................................................................... 66
4.1.3. Thuộc tính của các lớp đất tính tốn.................................................................. 67

4.1.4. Thuộc tính của bê tông cốt thép của bản cọc...................................................... 67
4.1.5. Trường hợp tính tốn......................................................................................... 68
4.2. Kết quả tính tốn thấm, ổn định mái dốc hiện trạng và giải pháp cơng trình........69
4.2.1. Lưới phần tử của mặt cắt tính tốn..................................................................... 69
4.2.2. Số liệu tính tốn................................................................................................. 69
4.2.3. Kết quả tính tốn lưới thấm, gradient thấm........................................................ 70


4.2.4. Kết quả tính tốn ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc...............................70
4.3. Tính tốn độ sâu và kiểm tra độ bền tường bản cọc theo phương pháp giải tích...71
4.3.1. Xác định các phương án độ sâu đóng bản cọc dựa trên cung trượt (khơng có neo và
có neo)........................................................................................................................ 71
4.3.2. Tính tốn áp lực đất lực chủ động và bị động lên tường theo các phương án.............73
4.3.3. So sánh và nhận xét kết quả tính tốn phương án 1 (khơng có neo) và phương án
2 (có neo)..................................................................................................................... 81
4.4. Kết quả tính tốn độ bền của hệ tường k (PA1 và PA 2)............................................... 82
4.4.1. Kết quả tính tốn theo phương pháp giải tích............................................................. 82
4.4.2. Kết quả tính tốn theo phần mềm Plaxis.................................................................... 82
4.5 Kết luận chương 4................................................................................................ 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 111


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1:Kè sơng đáy huyện Ứng Hịa.......................................................................... 5
Hình 1.2: Kè bờ hữu sơng Thái Bình............................................................................ 5
Hình 1.3: Kè chống sạt lở bờ sông Lục Nam tỉnh Bắc Giang........................................ 6
Hình 1.4: Tuyến đê bờ tả sơng Nhuệ đoạn qua địa bàn xã Cự Khê (huyện Thanh Oai) 6
Hình 1.5: Đê, Kè hữu Sông Yên, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa............................... 6
Hình 1.6: Kè Sơng Tơ Lịch............................................................................................ 6
Hình 1.7: Sản phầm cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U............................................... 8

Hình 1.8: Cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U.............................................................. 9
Hình 1.9: Bốn kiểu mặt cắt ngang của cọc ván BTCT DƯL........................................ 10
Hình 1.10:Bờ kè chống sạt lở tp. Biên Hịa - tỉnh Đồng Nai........................................ 13
Hình 1.11:Bờ kè chống sạt lở thị trấn Tân Thạnh - tỉnh Long An................................ 13
Hình 1.12:Bờ kè cảng Holcim - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu............................................... 13
Hình 1.13:Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương...................................................... 14
Hình 1.14 Mố neo bằng khối bê tơng cốt thép............................................................ 20
Hình 1-15. Neo tường bản cọc bằng khoan bơm bê tông tạo neo................................ 21
Hình 1-16. Neo tường bản cọc bằng hệ cọc và bản đáy tường bản góc phía trên tường
bản cọc......................................................................................................................... 21
Hình 1-17. Các hình thức kết cấu thanh neo giữa tường và mố neo............................22
Hình 2.1. Áp lực nước thủy tĩnh tác dụng lên tường bản cọc....................................... 24
Hình 2.2.Lưới thấm để tính áp lực nước tác dụng lên tường bản cọc..........................26
Hình 2.3. a) Biểu đồ áp lực thủy tĩnh và áp lực thấm tác dụng lên tường; b) Biểu đồ áp
lực nước chênh lệch tổng hợp tác dụng lên tường........................................................ 28
Hình 2.4. Sơ đồ tính lực thấm từ áp lực nước lỗ rỗng của PP. Bishop đơn giản...........30
Hình 2.5. Phân bố lực lên tường conson tự do – khơng có mực nước ngầm................31
Hình 2.6. Phân bố lực lên tường conson tự do – có mực nước ngầm...........................32
Hình 2.7. Phân bố lực lên tường conson tự do – có mực nước ngầm...........................33
Hình 2.8. Phân bố lực lên tường conson tự do có mực nước ngầm.............................. 35
Hình 2.9: Hướng các thành phần ứng suất Tenxơ........................................................ 37
Hình 2.10: Trục hệ toạ độ............................................................................................ 40
Hình 3.1: Vị trí cơng trình trên sơng Hồng.................................................................. 52


Hình 3.2. Ảnh 3D thể hiện một phương án nghiên cứu chỉnh trị và phát triển đô thị hai
bên bờ sơng Hồng tại Hà Nội....................................................................................... 59
Hình 3-3. Thiết kế điển hình mỏ hàn Tầm Xá............................................................. 61
Hình 3-4. Kè mái dốc bảo vệ mái bờ sơng bị xói lở..................................................... 61
Hình 3-5. Chân kè bằng lăng thể đá đổ........................................................................ 62

Hình 3-6. Chân kè bằng lăng thể rồng tre và đá........................................................... 62
Hình 3-7. Lăng thể chân kè bằng bè chìm kết hợp các khối rọ đá và bê tơng..............62
Hình 3-8. Giải pháp tường kè kết hợp tường bản góc với kè mái dốc..........................63
Hình 3.9. Giải pháp tường Kè bê tông cốt thép ứng suất trước để bảo vệ bờ Tầm Xá .64
Hình 4-1. Mặt cắt điển hình để tính tốn..................................................................... 66
Hình 4-2. Mặt cắt ngang tường cừ tính tốn................................................................ 68
Bảng 4.2. Các chỉ tiêu tính tốn của bản cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước.............68
Hình 4.3. Lưới phần tử của mặt cắt tính tốn............................................................... 69
Hình 4-4. Kết quả tính tốn đường bảo hồ và lưu lượng thấm...................................70
Hình 4-5. Kết quả tính tốn ổn định mái dốc tự nhiên chưa đóng cọc.........................71
Hình 4-6. Mặt cắt điển hình của dự án kè bãi Tầm Xá................................................ 72
Hình 4-7. Phân bố ngoại lực lên tường conson tự do có mực nước ngầm....................75
Hình 4-8. Biểu đồ mơ men theo chiều cao tường......................................................... 77
Hình 4-9. Phân bố ngoại lực lên tường conson tự do có mực nước ngầm,có neo........79
Hình 4-10. Phân bố ngoại lực và mơ men nội lực của tường conson có neo trong đất
khơng dính với mực nước ngầm ngang mực nước sơng.............................................. 80
Hình 4-11. Mặt cắt thực tế tường kè khơng có neo...................................................... 83
Hình 4-12. Chia lưới phần tử mặt cắt tính tốn............................................................ 86
Hình 4-13. Biểu đồ mơment lớn nhất........................................................................... 86
Hình 4-14. Biểu đồ lực cắt........................................................................................... 87
Hình 4-15. Biểu đồ lực dọc.......................................................................................... 87
Hình 4-16. Chuyển vị tại điểm A đỉnh cừ Ux=51,105 cm........................................... 88
Hình 4-17. Hệ số an tồn FS = 1.043........................................................................... 88
Hình 4-18. Mặt cắt thực tế tường kè có neo................................................................. 91
Hình 4-19. Chia lưới phần tử mặt cắt tính tốn........................................................... 95
Hình 4-20: Mơment max trong cừ BTDƯL S600B..................................................... 95


Hình 4-21: Lực cắt trong cừ BTDƯL S600B............................................................... 96
Hình 4-22: Lực dọc trong cừ BTDƯL S600B............................................................. 96

Hình 4-23: Nội lực trong thanh neo............................................................................ 97
Hình 4-24: Chyển vị của đỉnh cừ Ux = 6,582 cm........................................................ 97
Hình 4-25: Hệ số an tồn FS = 1.209.......................................................................... 98
Hình 4-26: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường......................................... 101
Hình 4-27: Cường độ và biến dạng trong đất dưới nền cọc...................................... 101
Hình 4-28: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường......................................... 102
Hình 4-29: Cường độ và biến dạng trong đất dưới nền cọc...................................... 102
Hình 4-30: Cường độ và biến dạng trong đất đất lưng tường...................................103
Hình 4-31: Cường độ và biến dạng trong đất nền dưới chân tường cừ.....................103
Hình 4-32: Cường độ và biến dạng trong đất lưng tường.........................................104
Hình 4-33: Cường độ và biến dạng trong đất nền dưới chân tường cừ......................104


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1. Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL bê tông 620 Châu Thới...................7
Bảng 1-2. Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL của CTCP Sở hữu Thiên Tân.......11
Bảng 3-1. Cơng trình bảo vệ bờ do Bộ NN&PTNT, UBND thành phố Hà Nội xây
dựng............................................................................................................................. 48
Bảng 3-2. Các cơng trình chỉnh trị do Cục Đường sơng Việt Nam xây dựng trong gian
đoạn 1986 ÷ 1997........................................................................................................ 48
Bảng 3-3. Mực nước tại các trạm thủy văn sông Hồng theo tần suất..........................57
Bảng 3-4. Mực nước thấp nhất trên sông Hồng tại Hà Nội giai đoạn 2001-2013........57
Bảng 3-5. Hệ thống kè mỏ hàn bảo vệ bãi Tầm Xá..................................................... 60
Bảng 4-1. Thuộc tính của các lớp đất tính tốn............................................................ 67
Bảng 4.2. Các chỉ tiêu tính tốn của bản cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước.............68
Bảng 4.3: Các số liệu tính tốn của đất sau lưng tường bản cọc.................................. 70
Bảng 4.4. Số liệu của các lớp đất tính tốn.................................................................. 84
Bảng 4.5. Các chỉ tiêu tính tốn của bản cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước............85
Bảng 4-6. Kiểm tra chiều dài cừ theo các phương án.................................................. 90
Bảng 4-7. Các số liệu lớp đất tính tốn........................................................................ 93

Bảng 4-8. Thuộc tính bê tơng cốt thép bản cọc............................................................ 94
Bảng 4-9. Thuộc tính bê tơng cốt thép thanh neo thép phi 30...................................... 94
Bảng 4.10: Kiểm tra chiều dài cừ................................................................................. 98


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
NN&PTNT

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

BTCT

Bê tông cốt thép

BTCTDƯL

Bê tông cốt thép dự ứng lực

CTCP

Công ty cổ phần

DƯL

Dự ứng lực

GTVT

Giao thông vận tải

KHCN

Khoa học công nghệ

KHKT

Khoa học kỹ thuật

PC

Cọc ván Bê tông cốt thép dự ứng lực

PTHH

Phần tử hữu hạn

TX

Tầm xá

UBND

Ủy ban nhân dân


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ở nước ta nói chung và thành phố Hà Nội và Đồng bằng sơng Hồng nói riêng, hiện
tượng sạt lở bờ sơng diễn ra nghiêm trọng vì dịng sơng mang nhiều bùn cát lại chảy

trên một nền bồi tích rất dễ xói, bồi nên q trình xói lở - bồi đọng diễn ra liên tục theo
thời gian và không gian. Hàng năm nhà nước phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây
dựng các cơng trình bảo vệ bờ sơng, đặc biệt cho các đoạn sơng cong xói lở mạnh uy
hiếp dải dân cư ở hai ven bờ. Ngoài các giải pháp đơn giản truyền thống kè mái dốc,
kè mỏ hàn mái nghiêng bằng đá hộc lõi đất, đá xây, tấm bê tông, chúng ta đã và đang
áp dụng thành tựu khoa học công nghệ xây dựng tiên tiến để chống sạt lở bờ sông như:
Cấu kiện bê tông liên kết mảng, mỏ hàn kiểu cọc có dầm đỉnh, mỏ hàn hồn lưu đảo
chiều dịng chảy, tường kè bằng bản cọc bê tơng dự ứng lực…
Luận văn lấy khu vực bờ tả đoạn sông thuộc Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh
thành phố Hà Nội là trường hợp nghiên cứu.Đây là khu vực bị xói lở mạnh có xu
hướng phát triển lại nhánh sơng Dâu, làm diễn biến dịng sơng phức tạp, ảnh hưởng
đến giao thông thủy, sản xuất của nguời dân trong khu vực. Cơng trình kè bờ tả đoạn
sơng thuộc bãi Tầm Xá có ý nghĩa quan trọngtrong việc bảo vệ tính mạng, tài sản của
nhân dân trước nguy cơ sạt lở, mà cịn giúp cho cải thiện mơi trường, mở ra khơng
gian thơng thống, tạo tiền đề cho sự phát triển văn hóa du lịch trên sơng Hồng.
Vì vậy, đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu tường neo kè bờ sông bằng bản cọc bê
tông cốt thép dự ứng lực” có ý nghĩa khoa học thực tiễn và cấp thiết.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu giải pháp, ổn định và độ bền kết cấu tường kè bờ sông bằng bản cọc bê
tông cốt thép dự ứng lực chiều cao lớn có kết cấu neo, trên cơ sở đó áp dụng bảo vệ bờ
sơng đoạn Tầm Xá bờ tả sông Hồng Hà Nội.
Sử dụng phần mềm Seep/W để tính tốn thấm; Sử dụng Slope/W để tính tốn ổn định
khi chưa có tường kè; Sử dụng phần mềm Plaxis 8.5 của Plaxis Hà Lan để mô phỏng

11


sự làm việc của các phương án cơng trình Tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực sông
Hồng Hà Nội: Tường kè conson (cantilevver sheet pipe wall); Tường kè có neo

(anchored sheet pipe wall). Kết quả phân tích tường minh về trường ứng suất và biến
dạng của kết cấu tường, kết cấu neo và môi trường đất đắp sau lưng tường và đất nền
cơng trình. Đánh giá được hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của các phương án tường kè bê
tơng cốt thép dự ứng lực khơng có neo và các phương án có neo.
Rút ra các kết luận và kiến nghị áp dụng.
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a. Cách tiếp cận
Thu thập, nghiên cứu, tiếp thu thành tựu khoa học KHCN trên thế giới, cập nhật các tài
liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên cứu, các kết cấu cơng trình kè bảo vệ bờ sơng thực tế trên
thế giới.
Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sơng, đặc biệt là đối với
các đoạn bờ sông cong chịu tác động của dịng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở
nước ta; Tổng hợp về ứng dụng thành tựu KHCN trong đó có bản cọc bê tơng cốt thép
dự ứng lực để xây dựng các loại cơng trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với các
đoạn bờ sông cong chịu tác động của dịng chảy mạnh, bị xói lở nghiêm trọng ở nước
ta.
Nghiên cứu cơ sở lý luận, thực hành dùng phần mềm thương mại mạnh, nhiều tiện ích
của Geo-Slope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang
sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính tốn , phân tích thấm và ổn
định.
Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực hành sử dụng phần mềm Plaxis 8.5 của Plaxis Hà
Lan, là phần mềm phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng ứng suất và biến dạng
của kết cấu và môi trường nền cơng trình. Sử dụng các mơ hình vật liệu phù hợp với
ứng xử của đất.Miền tính tốn được rời rạc hóa bởi các phần tử tam giác biến dạng
phẳng.Kết quả tính tốn cho phép phân tích được trường ứng suất, chuyển vị và ổn
định của toàn hệ. Phân tích ổn định và biến dạng cơng trình bờ kè được được mô


phỏng quá trình làm việc thực tế, xét theo từng giai đoạn làm việc như: Thi công, san

lấp, cố kết và tải trọng phân bố đều trên bề mặt.
Điều tra, thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực,
tình hình xói lở cho cơng trình Tường kè bằng bản cọc bê tơng cốt thép dự ứng lực
đoạn sông Hồng tại Hà Nội – Nghiên cứu trường hợp của luận văn.
b. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sau đây được sử dụng trong luận văn:
- Tổng hợp, phân tích các tài liệu thu thập ở trong và ngồi nước.
- Lý thuyết về tính tốn thấm, ổn định và độ bền cơng trình.
- Phương pháp mơ hình số phần tử hữu hạn về tính tốn thấm, ổn định và độ bền cơng
trình thơng qua ứng dụng các phần mềm Seep/w, Slope/w và Plaxis.
4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Tổng quan thành tựu KHCN trên thế giới, cập nhật các tài liệu kỹ thuật, tài liệu nghiên
cứu, các kết cấu cơng trình kè bảo vệ bờ sơng thực tế trên thế giới, tình hình xói lở bờ
sơng, ưu nhược điểm và hiệu quả của các loại kết cấu kè chống sạt lở bờ sông ở nước
ta. Giới thiệu ưu nhược điểm, tình hình sử dụng bản cọc bê tông bê tông cốt thép ứng
suất trước làm tường kè bảo vệ bờ sông, bờ biển trên thế giới và tại Việt Nam.
Khái qt về phương pháp mơ hình số phần tử hữu hạn tính tốn thấm và ổn định mái
dốc cơng trình đất bằng Seep/w, Slope/w; Phương pháp mơ hình số phần tử hữu hạn
tính tốn độ bền cơng trình bằng phần mềm Plaxis.
Nghiên cứu trường hợp Tường kè bằng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực đoạn tả bờ
sông Hồng tại bãi Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh thành phốHà Nội, bao
gồm: Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biên xói lở, đánh
giá nguyên nhân gây sạt lở bờ sông. Xác định các phương án giải pháp kết cấu kè
chống sạt lở bờ. Dùng mô đun Seep/W để tính tốn thấm, mơ đun Slope/W để tính
tốn ổn định tổng thể mái dốc bờ sông cho trường hợp hiện trạng và cho trường hợp
dự báo xói sâu hơn ở chân tường kè để có căn cứ xác định sơ bộ chiều sâu bản cọc bê


tông cốt thép dự ứng lực; Dùng phần mềm Plaxis để tính tốn ứng suất, biến dạng cho

hệ tường kè bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực và khối đất bảo vệ của bờ ; trường
ứng suất và biến dạng của kết cấu tường, kết cấu neo và môi trường đất đắp sau lưng
tường và đất nền công trình. Phân tích, đánh giá kết quả tính tốn ổn định và độ bền
của hệ tường kè và khối đất bảo vệ để xác định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử
dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực. Đánh giá được hiệu quả kỹ thuật của các
phương án tường kè bê tông cốt thép dự ứng lực khơng có neo và các phương án có
neo.
Rút ra kết luận và kiến nghị.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KÈ BTDƯL
1.1. Thành tựu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng ở nước ta
Cừ ván bê tơng cốt thép hay cịn gọi là cọc ván bê tông cốt thép hay tường cọc ván là
một dạng đặt biệt của tường chắn đất, thường được sử dụng để bảo vệ các cơng trình
ven sơng, ven biển kết hợp với việc chống xói lở bờ sơng, bờ biển. Nhiều cơng trình
triển khai rất nhiều bờ kè sử dụng công nghệ này. Từ trước đến nay các công trình xây
dựng, giao thơng, cầu cảng, cơng trình kè thường được sử dụng là cọc bê tông kết hợp
bản chắn đất hoặc tường chắn để gia cố và bảo vệ bờ nhưng các vật liệu trên ngày nay
khơng cịn đáp ứng nhu cầu sử dụng vì khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo
dài ảnh hưởng đến sinh hoạt và cuộc sống của người dân đồng thời hay xảy ra sự cố
lún sụt, trồi bản chắn...
1.1.1 Một số cơng trình kè bảo vệ bờ sơng điển hình
Cơng trình kè là một trong những phương pháp thường được sử dụng để bảo vệ các
cơng trình ven sơng phổ biến khá nhiều trong nước. Tuy nhiên hiệu quả của bờ kè
trong việc chống sạt lở tại những khu vực có khả năng sạt lở cao như đoạn tả bờ sông
Hồng tại bãi Bãi Tầm Xá, xã Hải Bối huyện Đông Anh thành phố Hà Nội cần phải
nghiên cứu bổ sung, bởi vì một số cơng trình đã và đang thi công xây dựng đã bị sự cố
gây thiệt hại rất lớn về người và tài sản. Trong tính tốn cơng trình kè, việc tính tốn
ổn định là vấn đề quan trọng hàng đầu cần phải xét.

Hình 1.1:Kè sơng đáy huyện Ứng Hịa

Hình 1.2: Kè bờ hữu sơng Thái Bình


Hình 1.3: Kè chống sạt lở bờ sơng
Lục Nam tỉnh Bắc Giang

Hình 1.5: Đê, Kè hữu Sơng n,
huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh
Hóa.

Hình 1.4: Tuyến đê bờ tả sơng Nhuệ
đoạn qua địa bàn xã Cự Khê (huyện
Thanh
Oai)

Hình 1.6: Kè Sơng Tơ Lịch

1.1.2 Sự phát triển và ứng dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực
Cách đây hơn 50 năm Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại
“cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực - PC Sheet Pile (gọi tắt là ván cọc PC)” với kiểu
dáng hình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rất có
hiệu quả tại Nhật.
Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam khoảng
năm 1999 - 2001 tại cụm cơng trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, làm
kênh dẫn nước giải nhiệt cho nhà máy tua bin khí với chiều dài 1000m, chiều rộng
45m, chiều sâu 8,7m, với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật và đặc biệt sự hướng dẫn
trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván bê tông cốt thép dự
ứng lực - Tiến sĩ ITOSHIMA. Hiện nay kênh này vẫn bền vững và Nhật đã chuyển

giao công nghệ này cho ta.


Công nghệ cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực có nhiều tính năng vượt trội như
cường độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ
cứng và tăng khả năng chịu lực của ván. Do sản xuất tại công xưởng theo qui trình
cơng nghệ tiên tiến của Nhật Bản nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, năng suất
cao, chủng loại sản phẩm đa dạng, đáp ứng theo nhiều dạng địa hình và địa chất khác
nhau...
Tuổi thọ cơng trình cũng được nâng cao lên, bởi cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực
được sản xuất từ những vật liệu có cường độ cao, khả năng chịu lực tốt nên giảm được
rất nhiều trọng lượng vật tư cho cơng trình, dễ thay thế cọc mới khi những cọc cũ gặp
sự cố. Hơn nữa, cũng nhờ thép được chống gỉ, chống ăn mịn, khơng bị oxy hóa trong
mơi trường nước mặn cũng như nước phèn, chống được thẩm thấu nhờ sử dụng bằng
vật liệu Vinyl cloride khá bền vững [1], [2].
Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với cơng nghệ truyền thống, thi
cơng dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan và cẩu, vừa
chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là có thể thi cơng được. Một ưu điểm nữa là trong xây
dựng nhà cao tầng dùng móng cọc ép ở các thành phố, có thể dùng cọc ván BTCT dự
ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc, đất khơng bị dồn về
những phía có thể gây hư hại những cơng trình kế cận làm nứt tường, sập đổ…
Bảng 1-1. Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL bê tông 620 Châu Thới


Hình 1.7: Sản phầm cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U


Hình 1.8: Cọc ván BTCT DƯL mặt cắt chữ U
Các kiểu mặt cắt:
- Mặt cắt chữ nhật có mộng khớp (1)

- Mặt cắt chữ T có mộng khớp (2)

- Mặt cắt chữ U có mộng khớp (3)

- Mặt cắt chữ H có mộng khớp (4)
Phần khe rỗng ơ van giữa các cọc sẽ được bơm vữa bê tông trương nở để bịt đầy.

Hình 1.9: Bốn kiểu mặt cắt ngang của cọc ván BTCT DƯL


Bảng 1-2. Thông số kỹ thuật cọc ván BTCT DƯL của CTCP Sở hữu Thiên Tân

1.2. Tình hình xói lở và biện pháp bảo vệ bờ sông ở nước ta
1.2.1. Tình hình chung về áp dụng thành tựu KHKT bảo vệ bờ sơng
Phịng chống sạt lở bờ sơng là một nhiệm vụ thường xuyên của nhiều quốc gia trên thế
giới trong đó có Việc Nam.Các giải pháp cơng nghệ trong cơng trình bảo vệ bờ sơng
đã có một lịch sử phát triển rất lâu dài và vẫn còn tiếp tục. Bên cạnh những giải pháp
truyền thống đã được ứng dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng dụng khoa học công
nghệ mới đã và đang triển khai có hiệu quả, giảm giá thành xây dựng, thời gian thi
công nhanh...
Sạt lở bờ sông là một qui luật tự nhiên nhưng gây thiệt hại nặng nề cho các hoạt động
dân sinh kinh tế vùng ven sông như gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết
người, thậm chí có thể hủy hoại tồn bộ một khu dân cư đơ thị.
Q trình xói, bồi, biến hình lịng dẫn, sạt lở bờ mái sơng, bờ biển trong các điều kiện
tự nhiên và có tác động của con người vô cùng phức tạp. Việc xác định các nguyên


nhân, cơ chế, tìm các giải pháp quy hoạch cơng trình nhằm phịng chống và hạn chế

tác hại của q trình sạt lở là việc làm có ý nghĩa rất lớn đối với sự an toàn của các khu
dân cư, đô thị, đối với công tác qui hoạch, thiết kế và xây dựng các đơ thị mới. Q
trình nghiên cứu các giải pháp bảo vệ bờ sông trên Thế giới đã được thực hiện liên tục
trong hàng thập kỹ qua. Nhiều giải pháp khoa học công nghệ bảo vệ bờ sơng chống
xói lở đã được đưa ra và đạt được những hiệu quả nhất định trong việc hạn chế xói lở,
bảo vệ an toàn cho dân cư và hạ tầng cơ sở ven sông.
Cho đến nay, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ mới, cải tiến giải pháp công
nghệ củ nhằm năng cao hơn công tác bảo vệ bờ sông chống sạt lở vẫn đang được tiếp
tục.
Ở Việt Nam, để đối phó với hiện tượng sạt lở bờ sơng, hàng năm nhà nước phải đầu tư
hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng các cơng trình bảo vệ bờ sơng trên khắp cả nước. Tuy
nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các cơng trình này vẫn áp dụng cơng nghệ
truyền thống, thiên về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển như kè lát mái, kè mỏ hàn
bằng đá học, đá xây, tấm bê tông đơn giản...
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều
nghiên cứu mới ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trong các ngành
vật liệu, kết cấu để tăng cường hiệu quả để bảo vệ bờ sông đã được tiến hành, thử
nghiệm và đã đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế và bổ sung cho các giải pháp truyền
thống. Một số ít trong đó đã được ứng dụng thử nghiệm ở Việt Nam, vì vậy việc
nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các cơng nghệ mới trong cơng trình bảo vệ bờ sông vào
điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực tiển cao.
1.2.2 Một số cơng trình xây dựng bảo vệ bờ sông tiêu biểu
- Bờ kè dọc sông thành phố Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai: Cừ ván SW400 - 500 - 600 - dài
13.200m


Hình 1.10:Bờ kè chống sạt lở tp. Biên Hịa - tỉnh Đồng Nai
- Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An đang thi cơng: Cừ ván SW500

Hình 1.11:Bờ kè chống sạt lở thị trấn Tân Thạnh - tỉnh Long An

- Bờ kè cảng Holcim – tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu: Cừ ván SW500

Hình 1.12:Bờ kè cảng Holcim - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu


- Bờ kè thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

Hình 1.13:Bờ kè Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương
- Bờ kè đường Nguyễn Công Trứ - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 5.600m
- Bờ đê ngăn mặn Ninh Quới - tỉnh Cà Mau: Chiều dài kè 782m
- Kè cửa biển Rành Hào - tỉnh Bạc Liêu: Chiều dài kè 5.350m
- Kè và bờ Cầu Tàu thành phố Nha Trang: Chiều dài kè 2.796m
- Kè bờ chắn khu lấn biển Hà Tiên - tỉnh Kiên Giang: Chiều dài kè 11.080m
1.2.3. Sử dụng bản cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để làm tường kè sông
Trong những năm gần đây, việc xây dựng nâng cấp cải tạo cơ sở hạ tầng là vấn đề hết
sức cần thiết phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt với
thành phố Hà Nội là nơi có kinh tế phát triển và xây dựng đơ thịhiện đạihai bên sơng
Hồng khơng cịn là ý tưởng khi mới đây Viện quy hoạch xây dựng Hà Nội và Viện
Nghiên cứu Định cư con người Hàn Quốc đã đưa ra những “đầu bài” có tính khả thi
rất cao, hướng tới sự phát triển bền vững. Những không gian đô thị xanh, sạch, đẹp kết
hợp với những giá trị bảo tồn cũ và mới, nằm trong quần thể hệ thống sông Hồng, tạo
sự liên kết trên bộ, dưới thủy, là sự đột phá mạnh mẽ, cần thêm cho thành phố Hà Nội.
Khu vực ven sơng thường có địa hình tương đối phức tạp, diễn biến dịng chảy khó
biết trước, đặc biệt là khi lũ lên cao dòng chảy mạnh làm cho đất hai bên bờ bị sạt lở
ảnh hưởng tới sinh mạng và tài sản của người dân.
Từ trước đến nay, các cơng trình xây dựng kè bảo vệ bờ sơng và các khu đô thị thường
ứng dụng công nghệ truyền thống là kết cấu tườngchắn bê tông cốt thép nằm trên hệ


cọc chịu lực, hay kết cấu bản chắn nằm phía sau hệ cọc, các dạng kết cấu này đã ứng

dụng hầu hết các cơng trình kè ở Việt Nam.
Vật liệu chủ yếu sử dụng ở các cơng trình chống sạt lở hiện nay thường là bê tông, sắt
thép và đá các loại, điều này không phù hợp cho các công trình trên nền đất yếu ở
Đồng bằng sơng Hồng, do đầu tư xử lý nền móng tốn kém và diện tích đất dùng để xây
dựng kè là rất lớn.
Thực trạng trên cho thấy ứng dụng công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực là
giải pháp công nghệ mới góp phần khắc phục khó khăn trên.
1.3. Các phương án cơng trình chống xói lở bờ tả đoạn sơng
1.3.1. Hệ thống mỏ hàn:
Hệ thống mỏ hàn là một dạng cơng trình để chỉnh trị một đoạn sơng hay một đoạn bờ
biển, có tác dụng là để giảm lưu tốc dòng chảy, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ, giảm
lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ, đồng thời tạo ra vùng nước tĩnh hoặc xoáy
nhẹ để giữ bùn cát, gây bồi cho vùng bờ bị xói và hướng dòng chảy ra xa bờ hơn. Kè
mỏ hàn thường được xây dựng vng góc với đường bờ, thường được áp dụng ở
những khu vực có dịng chảy mạnh, đường bờ bị xói, ở những đoạn sơng có mặt cắt
ngang lớn không ảnh hưởng đến lưu thông đường thủy và vận tốc dòng chảy. Mỏ hàn
được áp dụng phổ biến ở ven bờ biển, có nhiều dạng khác nhau và tùy theo mục đích
và hiệu quả sử dụng.
- Mỏ hàn gỗ: Cọc gỗ và màng chắn gỗ
Cọc gỗ chỉ dùng ở những vùng bãi nơng, có ưu điểm là khơng gây hố xoáy lớn ở đầu
mỏ hàn, bồi lắng bùn cát phân bố tương đối đều trên mặt bằng, cho phép nước chảy
qua
Màng chắn gỗ không cho nước chảy qua thân mỏ hàn, có tác dụng che chắn, giảm tác
động của sóng và dịng chảy. Có nhược điểm là dễ bị mục khi không ngập sâu trong
nước nên tuổi thọ giảm
- Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng
Ưu điểm: