Ổn định và biến dạng công trình bờ kè ven sông rạch chiếc quận 2 trong điều kiện làm việc đồng thời của cọc và bản bê tông cốt thép gia cố mái dốc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

------

HUỲNH THIỆN PHÚC

ĐỀTÀI :

ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BỜ KÈ
VEN SÔNG RẠCH CHIẾC Q UẬN 2 TRONG ĐIỀU
KIỆN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CỌC VÀ BẢN
BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CỐ MÁI DỐC

CHUYÊN NGÀNH:

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ NGÀNH:

60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HồChí Minh, tháng 7 năm 2007


CÔ
NG TRÌNH ĐƯ Ơ Ï
C HOÀN THÀNH TẠ

I
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
- - - - - -  - - - - - -

Thầy hướng dẫn : TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xét 2 :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận Văn Thạc Só đư ợc bảo vệtại: HĐCHẤ
M BẢO VỆLUẬN VĂ
N THẠ
C
SĨTRƯ Ơ ØNG ĐẠ
I HỌ
C BÁCH KHOA, ngày . . . .tháng . . . .năm . . . .


TRƯ Ơ ØNG ĐẠ
I HỌ
C BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HOÀXÃHỘI CHỦNGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TƯ ÏDO – HẠ
NH PHÚC

Tp. HCM, ngày………tháng ……. Năm 200 7

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họtên học viên: HUỲNH THIỆN PHÚC

Phái: Nam

Ngà
y, tháng, năm sinh: 24-09-1980

Nơi sinh: Bình Thuận

Chuyên ngà
nh: Địa kỹ thuật xây dựng

MSHV: 00905223

I. TÊN ĐỀ TÀI:
ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BỜ KÈ VEN SÔNG RẠCH CHIẾC Q UẬN 2
TRONG ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA CO ÏC VÀ BẢN BÊ TÔNG CỐT
THÉP GIA CỐ MÁI DỐC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ: Thực hiện tính toán kết cấu và ổn định của nền đất công trình bờ kè trên
đất yếu . Mô phỏng và phân tích ổn định , biến dạng công trình bờ kè trong điều kiện làm
việc đồng thời của kết cấu và nền.
2. Nội dung:
Chư ơng 1: Tổng quan vềcác phư ơng pháp nghiên cư ùu tính toán ổn định mái dốc bờkè.
Chư ơng 2: Phư ơng pháp tính toán ổn định bờkèven sông trên đất yếu .
Chư ơng 3: Tính toán kết cấu công trình bờkèven sông Rạch Chiếc Q uận 2, Tp. HồChí Minh.
Chư ơng 4: Ổ
n định vàbiến dạng công trình bờkèven sông Rạch Chiếc Quận 2, Tp. HồChí

Minh trong điều kiện là
m việc đồng thờ
i của cọc v àbản bêtông cốt thép gia cố
mái dốc.
Kết Luận VàKiến Nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2007

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2007
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS. BÙI TRƯ Ơ ØNG SƠ N

TS. VÕPHÁN

Nội dung vàđềcư ơng luận văn thạc sóđãđư ợc Hội đồng chuyên ngà
nh thông qua.
Ngà
y… … … tháng… … … năm 200 7
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA QUẢN LÝ NGAØNH


LỜI CẢM ƠN

Qua luận văn, em xin bà
y tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy, côtrư ờ

ng
Đại học bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đãtruyền đạt kiến thư ùc cho em trong suốt
quá trình học cao học.
Xin chân thà
nh cảm ơn các thầy, côtrong ngà
nh Địa kỹthuật xây dư ïng đã
tận tình hư ớng dẫn, góp ý, trang bị cho em kiến thư ùc sâu rộng vàgiúp đỡnhiều ý
kiến quý báu đểem hoà
n thà
nh luận văn này.
Em xin cảm ơn đến TS. Bù
i Trư ờ
ng Sơn đãđộng viên, giúp đỡem trong
quá trình thư ïc hiện luận văn nà
y.
Cám ơn các bạn cù
ng khoá 2005 ngà
nh Địa kỹthuật xây dư ïng, các bạn
cù
ng Đại học vàcác đồng nghiệp đãgiúp đỡvàđóng góp nhiều ý kiến q báu
cho luận văn.

Tp. HồChí Minh, ngày..… tháng… ..năm 2007
Học viên thư ïc hiện

Huỳnh Thiện Phuùc


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tên đề tài

ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH BỜ KÈ VEN SÔNG RẠCH
CHIẾC QUẬN 2 TRONG ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA
CỌC VÀ BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CỐ MÁI DỐC
Tóm tắt
Việc tính toán ổn định bờkèven sông trên đất yếu có một sốđặc điểm
riêng do đặc thùđiều kiện địa chất công trình .
Hiện nay, việc tính toán ổn định công trình bờkèđư ợc thư ïc hiện riêng lẻ
theo tư ø
ng hạn g mục như ổn định mái dốc, ổn định khối đất đắp trên nền đất yếu
vàổn định hệ tư ờ
ng chắn bờkè
… Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tính
toán, phân tích ổn định vàbiến dạng công trình bờkètrên cơ sở là
m việc đồng
thời của cả hệcông trình bờk è.
Kết quả phân tích sư ïlà
m việc đồng thời cho phép chọn lư ïa kết cấu công
trình bờkèhợp lý hơn vàgiá trị ư ùng suất vàbiến dạng của đất nền phùhợp với
điều kiện thư ïc tế.


Thesis summary (Master of Science)

Topic
Stability and deformation of sheet pile plate protects Rach Chiec riverbank
– Distric 2 in the simultaneous working combination of pile and concrete
plate
Summary

The calculations of stability and deformation of sheet pile plate, which
places on softsoil, have some individual characterictics depending on geological
condition.
The current calculations of stability and deformation of sheet pile plate is
being done by the context of diff erent calculative items such as: slope stability,
stability of embankment on softsoil, stability of sheet pile plate… In the content of
this thesis, we perform calculating and an alysing the stability and deformation of
sheet pile plate, which works in the simultaneous combination of pile and
concrete plate.
The results of this analysis help us choosing the structure of sheet pile plate
more reasonable. The value of stresses and deformation of soil foundation will
be reasonablily evaluated in the practical working condition.


M U ÏC L U ÏC
MƠ ÛĐẦ
U

1

C H Ư Ơ N G 1 : TO Å
NG QUAN VỀCÁC PHƯ Ơ NG PHÁP NGHIÊ
N CƯ ÙU TÍNH
TOÁN Ổ
N ĐỊNH MÁI DỐ
C BƠ ØKÈ
1.1.

Tổng quan vềcông trình bảo vệbờkè

3

1.1.1. Các dạng mặt cắt ngang công trình bờkè

3

1.1.2. Tổng quan vềkết cấu công trình bờkè

4

1.2.

Tổng quan vềcác phư ơng pháp tính toán ổn định công trình bảo vệbờ

8

1.3.

Nhận xét vàmục tiêu nghiên cư ùu của đềtài

15

CHƯ Ơ NG 2: PHƯ Ơ NG PHÁP TÍNH TOÁN Ổ
N ĐỊNH BƠ ØKÈVEN SÔ
NG
TR E Â
N ĐẤ
T Y Ế
U
2.1.

Phư ơng pháp tính toán ổn định mái dốc trên cơ sở tr ạng thái cân bằng
giới hạn

16

2.1.1 Phư ơng pháp cung trư ợt lăng trụtròn – phư ơng pháp Fellenius

16

2.1.2. Phư ơng pháp cung trư ợt lăng trụtròn – phư ơng pháp Bishop

18

2.1.3. Phư ơng pháp Socolovski

19

2.1.4. Phư ơng pháp F p của Giáo sư N.N. Maslov

22

2.2.

23

Ổ
n định nền đất đắp lên đất yếu ven sông

2.2.1 Tính toán độlún của nền đất yếu sau lư ng tư ờ

ng bờkè

24

2.2.2. Phư ơng pháp xác định độlún theo thờigian

30

2.2.3. Ư ớc lư ợng độlún do nén thư ù cấp của nền đất

34

2.3.

35

Ổ
n định bản bêtông gia cốmái bờkèvàhệcọc chịu tải trọng ngang

2.3.1. Ổ
n định bản bêtông gia cốmái

35


2.3.2. Ổ
n định của hệcọc chịu tải trọng ngang

37

2.4.

47

Nhận xét chư ơng 2

CHƯ Ơ NG 3: TÍNH TOÁN KẾ
T CA Á
U CO Â
NG TRÌNH BƠ ØKÈVEN SÔ
NG
RA Ï
C H C H I Ế
C QUẬN 2, TP. HỒCHÍ MINH
3.1.

Giới thiệu vềcông trình vàđiều kiện địa chất công trình

48

3.1.1. Giới thiệu vềcông trình

48

3.1.2. Điều kiện địa chất công trình

49

3.2.

Cơ sở thiết kế

50

3.3.

Tính toán bản bêtông cốt thép gia cốmái

54

3.3.1. Tải trọng tác dụng

54

3.3.2. Áp lư ïc đất tác dụng lên bản bêtông cốt thép gia cốmái

56

3.4.

58

Tính toán cọc chịu tải trọng ngang

3.4.1. Tải trọng tác dụng

58

3.4.2. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang

58

3.5.

Ư ớc lư ợng độlún của nền đất yếu dư ới công trình san lấp

61

3.6.

Tính toán ổn định tổng thểcủa khối đất sau lư ng bản bêtông cốt thép và

cọc

62

3.7.

Tính toán ổn định nền đất yếu bêdư ới lớp đất đắp

63

3.8.

Nhận xét chư ơng 3

64

C H Ư Ơ N G 4: O Å
N ĐỊNH VÀBIẾ

N DẠ
N G CO Â
NG TRÌNH BƠ ØKÈVEN SÔ
NG
RA Ï
C H C H I Ế
C QUẬN 2, TP. HỒCHÍ MINH TRONG ĐIỀ
U KIỆN LÀM VIỆC
ĐỒ
NG THƠ ØI CỦA CỌ
C VÀBẢN BÊTÔ
N G CO Á
T THÉP GIA CỐMÁI DỐ
C
4.1.

Biến dạng vàổn định của nền trong công trình bờkèven sông trên đất
yếu

69


4.2.

Đặc điểm chuyển vị của hệ kết cấu công trình bờkèven sông t rên đất
yếu

4.3.

74

Đặc điểm ổn định vàbiến dạng công trình bờkèven sông trên đất yếu
khu vư ïc sông Rạch Chiếc, Quận 2 trên cơ sở môhình Cam -Clay biến
cải

76

Kết luận chư ơng 4

78

K Ế
T LUẬN VÀKIẾ
N NGHỊ

80

TÀI LIỆU THAM KHAÛO

82

4.4.


-1-

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài : trong như õng năm gần đây, việc xây dư ïng nâng
cấp cải tạo cơ sở hạtầng làvấn đềcấp thiết phục vụnhu cầu phát triển kinh tế

xãhội của đất nư ớc , đặc biệt đối với Thà
nh phốHồC hí Minh, lànơi có nền
kinh tếrất năng động. Thà
nh phốHồChí Minh nằm ở khu vư ïc hạlư u sông Sà
i
Gò
n, phần lớn các khu đôthị mới tiếp giáp với vùng đầm lầy ngập mặn ven
biển. Khu vư ïc nà
y có rất nhiều kênh rạch tư ïnh iên vànhân tạo, cấu tạo địa
chất phư ùc tạp bao gồm các lớp đất yếu bão hò
a nư ớc có bềdà
y khá lớn. Việc
tôn tạo các công trình ven kên h rạch gặp nhiều khó khăn do nền đất yếu có
khả năng chịu tải thấp vàđộbiến dạng lớn. Giải pháp công trình bảo vệbờcác
kênh rạch thư ờng đư ợc chọn lư ïa làbờkè
. Một trong như õng giải pháp hợp lý
cho công trình xây dư ïng bờkèven sông làviệc sư û dụng bản bêtông cốt thép
bảo vệ mái ta luy liên kết với hệ cọc nhằm hạn chếsư ïdịch chuyển ngang của
đất nền ven sông.
Khu vư ïc ven kênh rạch có địa hình rất thấp nên trong xây dư ïng cần thiết
phải tiến hà
nh nạo vét, là
m sạch đất tạp vàsan lấp tôn cao các công trình cơ
sở hạtầng ven kênh như đư ờng xá, công viên. Dư ới tác dụng của đất đắp san
lấp, quá trình cốkết diễn ra trong đất nền có thểgây biến dạng vàtác động
đến độ ổn định tổng thểcủa bản bêtông cốt thép vàhe ä thống cọc giư õbốtrí
ven kênh. Vấn đềnày đóng vai tròquan trọng hà
ng đầu trong tính toán thiết
kếcác công trình cơ sở hạtầng các đôthịmới trên đất yếu của khu vư ïc .
Mục đích của đề tài : phân tích ổn định vàbiến dạng công trình bờkèven

sông trên đất yếu trong điều kiện làm việc đồng thờ
i của cọc vàbản bêtông
cốt thép gia cốmái dốc. Việc tính toán , phân tích đư ợc áp dụng cho công trình
thư ïc tếven sông Rạch Chiếc, Quận 2.


-2Việc nghiên cư ùu , phân tích căn cư ù và
o các giải pháp tính toán ổn định và
biến dạng do việc san lấp nền khu vư ïc ven sông. Do qua ù trình cốkết, đất nền
có thểbị biến dạng, gây phá hoại bản bêtông gia cốmái dốc vàt ạo ra lư ïc đẩy
ngang và
o thân cọc cắm qua chúng. Trong nội dung luận văn cò
n tiến hà
nh
phân tích sư ïtư ơng tác ảnh hư ởng của độ lún đất nền lên sư ïlàm việc của hệ
công trình bao gồm mái bêtông bảo vệ mái dốc vàcọc B TCT gia cốbờkè
.
Trên cơ sở lý thuyết vàcác phư ơng pháp tính hiện có, nhiệm vụ của luận văn
làtính toán áp dụng cho công trình bờkèven sông Rạch Chiếc, Quận 2. Các
vấn đềđư ợc đềcập nghiên cư ùu ở đây chủ yếu làviệc tính toán ổn định vàbiến
dạng của nền do quá trình cốkết thấm , ảnh hư ởng của độ lún do cốkết của
nền đất yếu lên sư ïlàm việc của công trình bảo vệbờkênh.


-3-

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BỜ KÈ

1.1. Tổng quan về công trình bảo vệ bờ kè

Công trình bờkèlàmột trong như õng phư ơng pháp thư ờ
ng đư ợc sư û dụng để
bảo vệcác công trình ven sông phổbiến khá nhiều trong nư ớc . Tuy nhiên hiệu
quả của bờkètrong việc chống sạt lở tại như õng khu vư ïc có khả năng sạt lở cao
ở khu vư ïc Thành phốHồChí Minh cần phải nghiên cư ùu bổsung, bởi vì một số
công trình đãvàđang thi công xây dư ïng đãbị sư ïcốg ây thiệt hại rất lớn về
ngư ờ
i vàtà
i sản. Trong tính toán công trình bờkèven sông, ổn định mái dốc
công trình bờkèlàvấn đềquan trọng hàng đầu cần phải xét .
1.1.1. Các dạng mặt cắt ngang công trình bờ kè
Trong thư ïc tếxây dư ïng công trình bờkè, thư ờ
ng gặp các dạng mặt cắt
ngang của địa hình như sau (hình 1.1.1):
 Bờkèdạng thẳng đư ùng (a): khối lư ợng xây lắp lớn như ng tiện lợi khi sư û
dụng đặc biệt ở như õng nơi có lò
ng sông sâu. Loại này đư ợc sư û dụng rộng rãi ởû
như õng nơi cónhiều tàu thuyền qua lại vàchiếm diện tích không đáng kể.
 Bờkènghiêng (b): đơn giản vàrẻ tiền như ng không thuận tiện cho việc
khai thác vàsư û dụng. Loại kènà
y chủ yếu dù
ng bảo vệbờ
.
 Bờkèhỗn hợp nư ûa nghiêng nư ûa đư ùng (c) và(d): đư ợc sư û dụng ở như õng nơi
có mư ïc nư ớc thấp hoặc mư ïc nư ớc cao kéo dà
i trong naêm.


-4-

Hình 1.1.1: Các dạng mặt cắt ngang công t rình bờ kè
1.1.2. Tổng quan về kết cấu công trình bờ kè
Cấu tạo các bộ phận bờkèthông thư ờng gồm 3 bộ phận chính, kết cấu đỉnh
mái, kết cấu mái vàkết cấu chân khay (hình 1.1.2).

Hình 1.1.2: Cấu tạo các bộ phận của kết cấu bờ kè


-5 Kết cấu đỉnh mái:
Đỉnh mái kết hợp với các công trình phụtrợ: bích neo, kết cấu nền đư ờng… Vật
liệu là
m đỉnh mái thư ờ
ng cù
ng loại vật liệu là
m đư ờng p hía trong vàmái phía
ngoà
i. Các giải pháp thư ờ
ng dù
ng là
:
- Đá hộc xây với chiều dà
y lớn hơn hoặc bằng chiều d à
y của nền đư ờng phía
trong.

Hình 1.1.3: Bờ kè bằng đá hộc xây
(a) Không có chiếu nghỉ, (b) Có chiếu nghỉ
- Phủ bằng tấm bêtông cốt thép (BTCT) có chiều dà
y 20-25cm

Hình 1.1.4: Bờ kè có đỉnh và mái là các tấm BTCT


-6- Khối bêtông hoặc các khối trọng lư ïc khác kết hợp với các công trình phụtrợ.

Hình 1.1.5: Bờ kè có thang lên xuống đặt cạnh các bích neo
- Kết cấu cọc hoặc cư øtrong các trư ờ
ng hợp có đư ờ
ng ray đặt dọc theo bờkè
hoặc đặt các thiết bị khác có yêu cầu phải gia cốvì nền đất không đư ợc tốt
phải xư û lý theo kết cấu móng sâu . Kết cấu loại nà
y thư ờ
ng đư ợc sư û dụng trong
các công trình bờkècảng.
 Kết cấu mái:
Mái làbộphận cốt lõi của kết cấu bờkè,kết cấu mái phụthuộc và
o độdốc
mái vư ø
a đểtạo ra thếổn định tổng thểvư ø
a đểduy trì các ổn định cục bộchống
lại mọi tác nhân bên ngoà
i: tải trọng tà
u, dò
ng chảy, tải trọng của nư ớc ngầm ,
áp lư ïc đất vàcác nguyên nhân khác như các tác nh ân xói lở, tạo mỹquan...
Yêu cầu chung của kết cấu mái không đòi hỏi quá kiên cố, thiết kếthi công
trên nguyên tắc tận dụng triệt đểcác vật liệu địa phư ơng, cũng như khả năng
thi công tại chỗ. Dư ới đây làmột sốkết cấu mái phổbiến .
-

Đá hộc lát một lớp hoặc hai lớp phía trong có tầng lọc ngư ợc (hình 1.1.6).

-

Mái bằng bêtông cốt thép đúc sẵn có kích thư ớc 200x200x25cm hoặc bằng
các tấm BTCT đổtại chỗ(hình 1.1.7).


-7-

Hình 1.1.6: Cấu tạo mái bờ kè
(a). Bằng một lớp đá hộc; (b). Bằng hai lớp đá h ộc; (c). Bằng khối BTCT

Hình 1.1.7: Kết cấu mái bằng tấm BTCT đổ tại chỗ
 Kết cấu chân khay
-

Chân khay làđiểm tư ïa cho kết cấu mái vàđỉnh, thư ờng đư ợc thi công dư ới
nư ớc nên đò
i hỏi mư ùc độổn định cao hơn các bộphận khác của bờkè
. Giải
pháp thông thư ờ
ng của chân kh ay làđổđá hộc có đư ờ
ng kính khác nhau
với mái dốc m = 1:1 -> 1:1.5.

-

Ơ Ûnhư õng nơi hiếm vật liệu xây dư ïng chân khay đư ợc thiết kếbằng các l oại
kết cấu trọng lư ïc như chuồng gỗ, khối chồng BTCT.

-

Ơ Ûnhư õng vù
ng đất yếu chân khay thư ờ
ng là
m bằng cư øhoặc cọc BTCT hạ
xuống đến tầng đất tốt.


-8-

Hình 1.1.8: Kết cấu bờ kè có cọc đỡ chân khay
1.2. Tổng quan về các phương pháp tính toán ổn định công trình bảo vệ
bờ
Các vấn đề chính trong việc tính toán ổn định công trình bảo vệ bờbao
gồm ổn định mái dốc , ổn định hệgia cốbờkênh, ổn định mái.
 Biểu thư ùc tổng quát tính toán ổn định tổng thểcông trình
Tính toán ổn định tổng thểlàmột trong như õng nội dung quan trọng trong
tính toán thiết kế. Trong một sốtrư ờng hợp, nhất làkhi bờkèđư ợc xây dư ïng
trên nền đất yếu thì việc tính toán ổn định tổng thểcủa công trình làmột trong
như õng nội dung chính, quyết định việc lư ïa chọn phư ơng án kết cấu bờkè.
Bản chất việc tính toán ổn định tổng thểlàkiểm tra ổn định của nền đất có
xét đến ảnh hư ởng chống trư ợt của các cấu kiện màmặt trư ợt cắt qua, chống
lại các tải trọng vàtác động gây mất ổn định công trình [7].
Tính toán ổn định tổng thểlàxác định hệ sốan toà
n ổn định của công trình
là
m việc đồng thờ
i với nền đất. Thông qua hệ sốan toà

n ổn định đểđánh giá
khả năng giư õđư ợc trạng thái là
m việc bình thư ờ
ng của công trình trong mối
tư ơng tác với môi trư ờ
ng xung quanh. Hệ sốan toàn ổn định đư ợc mở rộng
theo các hư ôùng sau:
- Theo tö ông quan giö õa lö ïc chống trư ợt vàlư ïc gây trư ợt .


-9- Theo các đặc trư ng cư ờ
ng độcủa nền đất
* Hệsốan toà
n ổn định tính theo tư ơng quan giư õa lư ïc chống trư ợt vàgây trư ợt.
Biểu thư ùc tính toán hệsốan toà
n ổn định:
FS 

Rg

(1.2.1)

Rt

Trong đó:
FS – hệsốan toà
n ổn định.
Rg – tổng các lư ïc chống trư ợt (lư ïc giư õ).
Rt – tổng các lư ïc gây trư ợt.
Tổng các lư ïc gây trư ợt vàlư ïc chống trư ợt đư ợc xác định t ù

y thuộc và
o
phư ơng pháp tính ổn định. Các lư ïc nà
y có thểlàmômen, lư ïc, hoặc theo một
trạng thái ư ùng suất của nền đất.
+ Tổng lư ïc gây trư ợt:

R t = Rtđ + Rtp

Rtđ – lư ïc gây trư ợt do khối đất tạo ra
Rtp – lư ïc gây trư ợt do tải trọng ngoà
i như : hoạt tải (tải trọng hà
ng hoá, thiết bị),
áp lư ïc sóng, áp lư ïc nư ớc, áp lư ïc nư ớc lỗrỗng…
+ Tổng lư ïc chống trư ợt

gây ra.

Rg = Rgđ + Rgc

Rgđ – lư ïc chống trư ợt (lư ïc giư õ) do khối đất tạo ra thông qua góc ma sát trong,
lư ïc dính vàdung trọng đất.
Rgc – lư ïc chống trư ợt (lư ïc giư õ) do nền cọc tạo ra khi mặt t rư ợt đi qua nền cọc,
hay nói cách khác làlư ïc kháng trư ợt đư ợc tạo ra do kết cấu.
ˆ* Hệsốan toà
n ổn định tính theo các đặc trư ng cư ờ
ng độcủa nền đất.
Biểu thư ùc tính toán hệsốan toà
n ổn định:
Fs 

 gh


Trong đó:
 - tổ
ng ư ùng suất tiếp thư ïc tếtrên mặt trư ợt.

(1.2.2)


- 10 ng ư ùng suất tiếp giới hạn trên mặt trư ợt, xác định theo điều kiện cân
 gh - tổ
bằng giới hạn của Coulomb  gh   .tg  c
Hệsốan toà
n ổn định của công trình tính theo hư ớng nà
y vềbản chất làcoi
hệ sốan toà
n ổn định của công trình cũng làhệ sốan toà
n ổn định của phần
nền đất nằm dư ới công trình. Co âng trình ổn định đư ợc lànhờnền, nền ổn định
đư ợc lànhờsư ùc chống trư ợt của tư ø
ng phân tốđất. Công trình đư ợc coi làổn
định khi Fs  Fs  ; trong đó FS  làhệ sốan toà
n ổn định cho phép, ph ụthuôïc
và
o các yếu tố:
- Tầm quan trọng của công trình cụthểlàcấp công trình.
- Tải trọng vàtổhợp tải trọng tính toán.
- Điều kiện làm việc của công trình.

- Độtin cậy của các kết quả thí nghiệm khảo sát nền đất vàcác yếu tốkhác.
 Phư ơng pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn
Khi nền đất hay mái dốc đất dư ới bờkèbị mất ổn định, mọi điểm thuộc
vù
ng trư ợt đều nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn. Ta có hệ phư ơng trình c ơ
bản sau:
Xét bà
i toán phẳng, điều kiện đểmột phân tốđa át có kích thư ớc dx, dz (hình
1.2.1) ở trạng thái cân bằng tónh :
  z  zx
 z  x  

  x   xz  0
z
 x

(1.2.3)

Nếu phân tốđất nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn thì các thà
nh phần ư ùng
suất chính phải thoả mãn điều kiện cân bằng:
sin  

Trong đó:

1   3
 1   3  2.c. cot g

(1.2.4)

- 11 nh phần ư ùng suất chính lớn nhất vànhỏ nhất.
 1 và 3 - các thà
c,  - lư ïc dính vàgóc ma sát trong của đất.

z
xz

zx+(zx/x)dx

x
zx

x+(x/x)dx
xz+(xz/z)dz

z+(z/z)dz

Hình 1.2.1: Thành phần ứng suất của phân tố đấ t
Biểu thư ùc (1.2.4) có thểviết dư ới dạng các thà
nh phần ö ùng suaát  x ,  z ,  xz
trong điều kiện bà
i toán phẳng như sau:
(  x   z )2 + 4.  xz 2 = (  x +  z + 2.c.cotg  )2.sin2 

(1.2.5)

Theo định luật đối xư ùng của ư ùng suất tiếp, ta có:  xz =  zx
Tư øcác điều kiện trên ta có hệphư ơng trình cơ bản sau:
  z  zx

 z  x  

  x   xz  0
 x
z

2
( x   z ) 2  4 xz  ( x   z  2.c. cot g ) 2 . sin 2 

 xz   zx

(1.2.6)

Trong đó:
ng lư ợng riêng của đất nền.
 - trọ
nh phần ư ùng suất pháp vàư ùng suất tiếp theo trục x, z.
 x và z ;  xz và zx - thà
Phư ơng pháp giải : giải hệ phư ơng trình cơ bản (1 .2.6) bằng cách đư a và
o các
điều kiện biên, ta xác định đư ợc chính xác vềmặt toán học hình dạng các mặt
trư ợt vàtrạng thái ư ùng suất của các điểm trên mặt trư ợt. Như ng trong thư ïc teá


- 12 việc giải trư ïc tiếp hệphư ơng trình cơ bản ( 1.2.6) gặp nhiều khó khăn . Ngư ờ
i ta
đãcốgắng biến đổi đư a hệ phư ơng trình này vềcác dạng khác nhau đểgiải.
Nhiều khi đểđơn giản tính toán, phải thêm và
o một sốgiả thiết đểđư a bà
i

toán vềdạng đơn giản, dễ giải. Sau đây làmột sốphư ơng pháp giải gần đúng
hệphư ơng trình cơ bản trên [7]:
- Phư ơng pháp của V.V. Socolovski:
Giáo sư Socolovski đãbiến đổi hệphư ơng trình ( 1.2.6) tư ødạng phư ơng trình
vi phân đạo hàm riêng vềdạng phư ơng trình vi phân thư ờ
ng. Sau đó áp dụng
phư ơng pháp sai phân hư õu hạn đểgiải. Đây làmột trong như õng lờ
i giải chặt
chẽ, tìm ra đư ợc họphư ơng trình mặt trư ợt vàtải trọng giới hạn tác dụng lên
nền.
- Phư ơng pháp của V.G. Berezanxev:
Giáo sư Berezanxev đãáp dụng lờ
i giải của Socolovski cho bà
i toán không
gian. Bằng các thí nghiệm nén đất đến tải trọng giới hạn cho thấy dư ới đáy
móng hình thà
nh nêm đất nén chặt. Sư ïhình thà
nh nêm đất này chủ yếu do ma
sát giư õa đất vàđáy móng tạo nên. C ăn cư ù trư ïc tiếp và
o kết quả thí nghiệm nén
đất, Berezanxev đãkiến nghị hệ thống mặt trư ợt cho các trư ờ
ng hợp móng
băng vàmóng trò
n . Tư øphư ơng trình hệ thống mặt trư ợt kiến nghị kết hợp với
các phư ơng trình cân bằng vàđiều kiện cân bằng giới hạn, Berezanxev đãtìm
đư ợc lờ
i giải.
- Phư ơng pháp của K. Terzaghi:
K. Terzaghi cũng dư ïng các mặt trư ợt dư ïa trên giả thiết nền làmôi trư ờ
ng

không trọng lư ợng (   0) , như ng sư ûa đổi kích thư ớc vùng ư ùng suất chủ động
cho phùhợp với các kết quả thí nghiệm nén đất. Theo đó, trong vù
ng ư ùng suất
chủ động đất bị nén chặt vàdính kết với móng tạo thà
nh nêm đất có dạng tam


- 13 giác cân với góc ở đáy là . Các mặt trư ợt đư ợc xác định tư ơng tư ïnhư trong
phư ơng pháp của Reissner.
- Phư ơng pháp của P.D.Evdokimov -C.C.Goluskevit:
Nội dung của phư ơng pháp làxác định đư ờ
ng bao của khối trư ợt với giả
thiết nền làmôi trư ờ
ng không trọng lư ợng. Sau đó dư ïa vào điều kiện cân bằng
giới hạn của tư ø
ng khối trư ợt có kểđến trọng lư ợng bản thân đất đểxác định tải
trọng giới hạn tác dụng lên nền.
 Phư ơng pháp tính theo mặt trư ợt giả định
Theo kết quả quan trắc thư ïc tếvàkết quả thí nghiệm , các trư ờ
ng hợp mái
dốc bị mất ổn định cho thấy nền đất bị đẩy trư ợt theo như õng mặt trư ợt nhất
định. Phư ơng pháp dùng mặt trư ợt giả định không giải quyết vấn đề tìm hình
dạng của mặt trư ợt màgán cho mái dốc các mặt trư ợt khả dó (theo kinh
nghiệm) có thểxảy ra, đểtư øđó tìm ra hệ sốan toà
n ổn định chống trư ợt. Tổng
hợp các mặt trư ợt khả dó đó, có thểtìm đư ợc mặt trư ợt bất lợi nhất tư ơng ư ùng
với hệ sốan toà
n ổn định nhỏ nhất (F Smin) đểđánh giá khả năng ổn định của
công trình.
Trong sốcác mặt trư ợt khả dó nhất có thểxảy ra khi công trình mất bị ổn

định làmặt trư ợt cung trò
n vàmặt trư ợt gãy khu ùc, trong đó mặt trư ợt gãy khúc
có dạng bất kỳvàcó thểcoi làdạng mặt trư ợt tổng quát. T ù
y theo cấu trúc địa
tầng của nền đất màcông trình có thểxảy ra theo một trong hai dạng mặt trư ợt
trên. Việc xác định hệ sốan toà
n ổn định cho mỗi mặt trư ợt thư ờng đư ợc thư ïc
hiện theo hai cách sau:
- Cách 1: thư û đúng dần vò
ng tròn ma sát đểtìm ra hệ sốF Smin. Phư ơng pháp
nà
y chỉ đư ợc sư û dụng trong trư ờ
ng hợp giả thiết mặt trư ợt làcung trò
n va øchỉ
thích hợp cho nền đất đồng nhất. Trong các trư ờ
ng hợp nền đất không đồng
nhất vàtải trọng phân bốphư ùc tạp, việc sư û dụng phư ơng pháp này sẽgặp khó
khăn do việc xác định tổng lư ïc ma sát vàlư ïc dính trên mặt trư ơ ït phư ùc tạp. Mặt


- 14 khác theo phư ơng pháp nà
y, với mỗi mặt trư ợt giả định ta phải thư û dần đểtìm
ra hệsốan toà
n ổn định, do vậy phư ơng pháp nà
y ít đư ợc sư û dụng.
- Cách 2: phân mảnh khối trư ợt, đây làthủ thuật đư ợc sư û du ïng chủ yếu đểxác
định hệsốan toà
n ổn định cho các dạng mặt trư ợt khác nhau.
Ổ
n định của mái dốc của công trình đắp đề cập trong nội dung đềtà

i chủ
yếu làổn định của mái dốc đắp trên nền đất yếu chịu nén.
Đất đắp thư ờ
ng làđất đầm chặt nằm trên lớp đất yếu thư ờ
ng làbù
n, bùn
sét. Mặt trư ợt mái dốc loại nà
y thư ờng đi qua một độ sâu nhất định dư ới lớp
đất yếu. Mái dốc loại nà
y có khả năng mất ổn định, đất nền thư ờng lún xuống
vàtrồi ra ở mép dốc tạo ra độlún lớn ở vù
ng gần biên các khối đắp .
Quá trình biến dạng của đất yếu nằm dư ới đất đắp thư ờng xảy ra quá trình
biến đổi thểtích (giảm hệ sốrỗng do nư ớc thoát ra) vàđa sốcác trư ờ
ng hợp
phùhợp lý thuyết cốkết thấm.
 Ổ
n định hệtư ờng gia cốbờkèchịu tải ngang
Hệ gia cốmái bờkècó nhiệm vụduy trì ổn định của khối đất sau tư ờ
ng và
hệ kết cấu gia cốmái . Tư ờ
ng có thểbị mất ổn định do tr ư ợt, do quá trình lún
xuống sau tư ờ
ng tạo ra lư ïc đẩy ngang và
o thân tư ờng. Tư ờ
ng tính toán làtư ờng
chịu tải trọng ngang. Ổ
n định hệ tư ờng cọc bản ven sông đư ợc đềcập làmóng
cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang vàáp lư ïc đất lên tư ờ
ng chắn đất.

 Ổ
n định của kết cấu mái
Trong tính toán ổn định của hệkết cấu mái gia cốmái dốc cần xét đến:
- Khả năng trư ợt của kết cấu mái theo mái dốc của khối đất đắp , phư ơng pháp
tính toán dư ïa trên ma sát giư õa đất vàvật liệu kết cấu mái.
- Ổ
n định của nội lư ïc bản thân kết cấu gia cốmái theo các trạng thái xuất
hiện vết nư ùt (giới hạn 3) vàbiến dạng (giới hạn 2) theo các phư ơng pháp tính
toán kết cấu bêtông cốt thép.


- 15 1.3 Nhận xét và mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Trong xây dư ïng các công trình bảo vệ bờở khu vư ïc Thà
nh phốHồ Chí
Minh vàcác vù
ng lân cận, làkhu vư ïc có bềdà
y lớp đất yếu tư ơng đối lớn , việc
tính toán ổn định bờkênh có một sốđặc điểm riêng do đặc thùđiều kiện địa
chất công trình. Công trình bờkèlàmột trong như õng phư ơng pháp đư ợc sư û
dụng khá phổbiến đểbảo vệ bờ. Mặt khác , phần lớn khu vư ïc thà
nh phốHồ
Chí Minh, có địa hình tư ơng đối thấp , việc san lấp làđiều kiện bắt buộc để
nâng cao độ nền phục vụcho nhu cầu sinh hoạt. Do đó, việc tính toán ổn định
nền các công trình khu vực này khi thiết kế cần thiết phải xét đến tác dụng của
khối đất san lấp lên sự làm việc tổng thể của hệ thống công trình .
Ổ
n định của nền các công trình khu vư ïc nà
y làổn định của đất đắp trên nền
đất yếu, ổn định của mái dốc có ảnh hư ởng của quá trình cốkết đất bên dư ới
công trình vàổn định của hệ bờkè. Ngoà

i ra, phư ơng pháp tính toán ổn định
cần xét đến quá trình cốkết theo thờ
i gian.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cư ùu ổn định vàbiến dạng của mái đất đắp trên nền đất yếu có sư ï
có mặt của kết cấu bờkèven sông, cụthểlà:
 Chọn lư ïa giải pháp vàtính toán kết cấu công trình bảo vệ bờsông ở khu
vư ïc đất yếu .
 Phân tích ổn định vàbiến dạng công trình bờkètrong điều ki ện là
m việc
đồng thờ
i của mái dốc vàhệkết cấu gia cốmái dốc.


- 16 -

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ VEN
SÔNG TRÊN ĐẤT YẾU

Việc tính toán ổn định bờkèven sông bao gồm các vấn đề sau: ổn định
mái dốc, ổn định hệtư ờ
ng chắn, ổn định đất đắp trên đất yếu ven sông.
2.1. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc căn cứ trên cơ sở trạng thái
cân bằng giới hạn
2.1.1. Phương pháp cung trượt hình trụ tròn - phương pháp Fellenius
Fellenius sư û dụng mặt trư ợt dạng trụtrò
n vàphân chia khối đất thà
nh n
mảnh nhỏ đểtính toán. Theo Fellenius, lư ïc tư ơng tác giư õa các mảnh bằng nhau
vàngư ợc chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, vì vậy bỏ qua tư ơng tác giư õa các mảnh

[12].
Sơ đồlư ïc ban đầu của Fellenius chỉ gồm trọng lư ợng bản thân, phản lư ïc của
đất nền lên mảnh phân tốvàsư ùc kháng trư ợt dọc theo mặt trư ợt. Đểcó thểxét
thêm ảnh hư ởng của ngoại lư ïc, ta đặt thêm lư ïc Q làtổng tải trọng ngoà
i trong
phạm vi mảnh phân tố.
Xét một cung trư ợt tròn có tâm bất kỳnhư trong hình 2.1.1 hệ sốổn định F s có
thểxác định như sau:
n

Fs 

M ct

M gt

r Si
i 1

n

 d (W
i 1

i

i

(2.1.1)

 Qi )

Trong đó:
r - bán kính cung trư ợt
d - khoảng cách theo phư ơng ngang tư øtâm trư ợt đến tâm mảnh phân tố
Với: d  r sin  i