Nghiên cứu ổn định tường chắn có cốt và khả năng áp dụng trong công trình thủy lợi

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu ổn định tường chắn có cốt và khả năng áp dụng
trong cơng trình Thủy lợi” được hoàn thành tại Trường Đại học Thuỷ Lợi.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Quang Hùng
đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các
giảng viên Khoa Cơng Trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, các đồng nghiệp trong và
ngoài ngành đã cung cấp các tài liệu phục vụ cho luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Nhà xuất bản, các tổ chức, cá nhân cho
phép sử dụng tài liệu đã cơng bố.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Trung tâm
Công trình Hồ đập - Viện Thủy cơng - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam; bạn bè
và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong q trình thực hiện và
hồn thành luận văn này.
Trong nội dung của luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả
rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà chun mơn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013
Tác giả

Ngô Quang Hiếu


LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Ngô Quang Hiếu. Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu
của riêng tơi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và
chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.
Tác giả

Ngơ Quang Hiếu

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
T
4
3

T
4
3

1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
T
4
3

T
4
3

2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................1
T
4
3

T
4
3

3. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................2

T
4
3

T
4
3

4. Kết quả dự kiến đạt được ....................................................................................2
T
4
3

T
4
3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN ĐẤT .............................................. 3
T
4
3

T
4
3

1.1. Khái niệm tường chắn đất ................................................................................3
T
4
3

T
4
3

1.2. Các hình dạng kết cấu của tường chắn .............................................................5
T
4
3

T
4
3

1.3. Phân loại tường chắn đất ................................................................................10
T
4
3

T
4
3

1.3.1. Phân loại theo độ cứng ............................................................................10
T
4
3

T
4

3

1.3.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc. ........................................................13
T
4
3

T
4
3

1.3.3. Phân loại theo chiều cao..........................................................................14
T
4
3

T
4
3

1.3.4. Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường ............................................14
T
4
3

T
4
3

1.3.5. Phân loại theo kết cấu .............................................................................14

T
4
3

T
4
3

1.4. Cấu tạo tường chắn có cốt ..............................................................................17
T
4
3

T
4
3

1.4.1. Khái niệm về đất có cốt ...........................................................................17
T
4
3

T
4
3

1.4.2. Những lợi ích của cơng nghệ đất có cốt. ...............................................18
T
4
3

T
4
3

1.4.3. Phạm vi và điều kiện sử dụng của tường chắn có cốt .............................19
T
4
3

T
4
3

1.4.4. Cấu tạo tường chắn có cốt .......................................................................21
T
4
3

T
4
3

1.5. Hướng nghiên cứu của luận văn ....................................................................24
T
4
3

T
4

3

1.6. Kết luận ..........................................................................................................25
T
4
3

T
4
3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TƯỜNG
T
4
3

CHẮN CĨ CỐT ...................................................................................................... 27
T
4
3

2.1. Lý thuyết tính tốn áp lực lên tường chắn đất................................................27
T
4
3

T
4
3

2.2. Cơ sở tính tốn ổn định tường chắn có cốt ....................................................28
T
4
3

T
4
3

2.2.1. Nguyên lý làm việc của đất có cốt về mặt cơ học...................................28
T
4
3

T
4
3

2.2.2. Cơ sở tính tốn ổn định tường chắn có cốt. ...........................................34
T
4
3

T
4
3

2.2.3. Các bước tính tốn thiết kế tường chắn có cốt ........................................52
T

4
3

T
4
3

2.3. Phương pháp toán và phần mềm ứng dụng ....................................................52
T
4
3

T
4
3

2.3.1. Giải bài toán
T
4
3

ứng suất biến dạng bằng phương pháp PTHH ...............53

T
4
3

T
4
3

T
4
3

2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán đất có cốt ...........................67
T
4
3

T
4
3

2.3.3. Giới thiệu về chương trình phần mềm Plaxis .........................................73
T
4
3

T
4
3

2.4. Kết luận chương II .........................................................................................74
T
4
3

T
4

3

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN CĨ CỐT TRONG
T
4
3

CƠNG TRÌNH THỦY LỢI – ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH
KÈ BẢO VỆ BỜ TẢ SÔNG HỒNG QUẬN LONG BIÊN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

T
4
3

................................................................................................................................... 76
3.1. Giới thiệu cơng trình ......................................................................................77
T
4
3

T
4
3

3.1.1. Vị trí khu vực dự án ................................................................................77
T
4
3

T

4
3

3.1.2. Điều kiện tự nhiên vùng dự án ................................................................77
T
4
3

T
4
3

3.1.3. Nhiệm vụ cơng trình ...............................................................................79
T
4
3

T
4
3

3.1.4. Cấp cơng trình và các chỉ tiêu thiết kế ....................................................79
T
4
3

T
4
3

3.2. Thiết kế chi tiết cho tường kè bảo vệ bờ sông bằng cơng nghệ tường chắn có
T
4
3

cốt lưới địa kỹ thuật...............................................................................................80
T
4
3

3.2.1. Các thông số đầu vào ..............................................................................80
T
4
3

T
4
3


3.2.2. Xác định sơ bộ các thông số cơ bản của tường chắn ..............................81
T
4
3

T
4
3

3.2.3. Trường hợp tính tốn ..............................................................................82

T
4
3

T
4
3

3.3. Phân tích và nhận xét kết quả tính tốn .........................................................84
T
4
3

T
4
3

3.3.1. Kết quả tính tốn trường hợp L c = 4,2m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........84
T
4
3

R

R

R

R

T
4
3

3.3.2. Kết quả tính tốn trường hợp L c = 4,8m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........90
T
4
3

R

R

R

R

T
4
3

3.3.3. Kết quả tính tốn trường hợp L c = 5,4m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ........96
T
4
3

R

R

R

R

T
4
3

3.3.4. Kết quả tính tốn trường hợp L c = 5,4m; S v = 0,5m; 0,6m; 0,75m ......102
T
4
3

R

R

R

R

T
4
3

3.4. Kết luận ........................................................................................................111
T
4
3

T
4
3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................113
T
4
3

T
4
3

1. Các kết luận chung ..............................................................................................113
T
4
3

T
4
3

2. Những mặt hạn chế .............................................................................................113
T
4
3

T
4
3

3. Các kiến nghị.......................................................................................................114
T
4
3

T
4
3

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................115
T
4
3

T
4
3

Tiếng Việt................................................................................................................115
T
4
3

T
4
3

Tài liệu nước ngoài .................................................................................................116
T

4
3

T
4
3


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Một số hình ảnh về các dạng tường chắn trong cơng trình.......................5
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 2: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường...........................................................10
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 3: Dạng tường chắn rọ đá trong thực tế tại khu đơ thị Bát Tràng ..............11

TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 4: Biểu đồ áp lực đất sau lưng tường cứng..................................................12
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 5: Dạng tường chắn cứng trong thực tế.......................................................12
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 6: Các dạng tường phân loại theo nguyên tắc làm việc của tường. ............13

TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 7: Các dạng tường phân loại theo góc nghiêng của tường. ........................14
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 8: Các dạng tường phân loại theo hình dạng kết cấu của tường. ...............15
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 9: Tường bản góc .........................................................................................16

TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 10: Dạng tường lắp ghép - Rọ đá và tường đất có cốt. ...............................17
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 1. 11: Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một cơng trình tường chắn đất
TU
4
3

có cốt với tường bao là vỏ cứng (mặt cắt ngang tường) ........................................21
T
4
3
U

Hình 1. 12: Sơ đồ và tên gọi các yếu tố cấu tạo một cơng trình tường chắn đất
TU
4
3

có cốt với tường bao là vỏ mềm (mặt cắt ngang tường) .........................................21
T
4
3
U

Hình 2. 1: Trạng thái ứng suất của một điểm trong đất ..........................................29
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 2: Vai trị của cốt hạn chế khối đất nở ngang khi chịu lực tác dụng thẳng đứng
TU
4
3

T
4
3
U

...................................................................................................................................30
Hình 2. 3 Cốt dạng khung, dạng lưới bằng thép tròn tạo ra sức cản bị động của đất
TU
4
3

nhờ có các thanh cốt bố trí vng góc với phương truyền lực P p ............................32
R
U

R3
T
4

Hình 2. 4: Cơ cấu truyền lực thơng qua ma sát giữa cốt và đất ...............................32
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 5: Sơ đồ kiểm tốn tổng thể mặt ngồi (mặt đất nằm ngang)......................36
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 6: Sơ đồ kiểm tốn tổng thể mặt ngoài (mặt đất dốc đều) ...........................36
TU
4
3

T
4
3
U


Hình 2. 7: Sơ đồ kiểm tốn tổng thể mặt ngồi (mặt đất gãy khúc) .........................37
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 8: Mơ hình phá hoại của khối đất có cốt .....................................................43
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 9: Các lực tác dụng và sơ đồ tính tốn T j ....................................................46
TU
4
3

R
U

R3
T
4

Hình 2. 10: Sơ đồ trình tự giải bài tốn bằng phương pháp PTHH .........................57
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 2. 11: Sơ đồ TT đất có cốt có kể đến tác dụng tương hỗ giữa đất và cốt ........68
TU

4
3

T
4
3
U

Hình 2. 12: Sơ đồ biến dạng của đất có cốt .............................................................69
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 1: Hình ảnh khu vực dự án nhìn từ vệ tinh ..................................................77
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 2: Sơ đồ tính tốn chiều sâu chơn móng ......................................................81
TU

4
3

T
4
3
U

Hình 3. 3: Sơ đồ tính tốn .........................................................................................83
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 4: Lưới phần tử hữu hạn ..............................................................................83
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 5: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ......................84
TU

4
3

T
4
3
U

Hình 3. 6: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...................................................84
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 7: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .........................................................85
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 8: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 4,2m (L =0,7H tt ); S v = 0,5m 85
TU

4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 9: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ......................86
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 10: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................86
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 11: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................87
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 12: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 4,2m (L=0,7H tt ); S v =0,6m .87
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 13: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................88
TU
4
3

T
4
3

U

Hình 3. 14: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................88
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 15: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................89
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 16: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,2m (L=0,7H tt ); S v =0,75m .89
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 17: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................90
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 18: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................90
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 19: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................91
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 20: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,50m .91
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 21: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................92
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 22: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................92
TU
4

3

T
4
3
U

Hình 3. 23: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................93
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 24: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,60m .93
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 25: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................94
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 26: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................94
TU
4
3

T

4
3
U

Hình 3. 27: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................95
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 28: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =4,8m (L=0,8H tt ); S v =0,75m .95
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 29: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................96
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 30: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................96
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 31: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................97
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 32: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,50m .97
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 33: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ....................98
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 34: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; .................................................98
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 35: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .......................................................99
TU

4
3

T
4
3
U

Hình 3. 36: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,60m .99
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 37: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................100
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 38 : Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; ..............................................100
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 39: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................101
TU
4
3

T
4
3
U


Hình 3. 40: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt =5,4m (L=0,9H tt ); S v =0,75m
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4

3
U

.................................................................................................................................101
Hình 3. 41: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................102
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 42: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; ...............................................102
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 43: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................103
TU
4
3

T

4
3
U

Hình 3. 44: Cường độ chịu kéo trong cốt, trường hợp L cốt =6,0m (L=H tt ); S v =0,5m .103
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 45: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................104
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 46: Hệ số ổn định giai đoạn thi công xong; ...............................................104
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 47: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................105
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 48: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 6,0m (L = H tt ); S v = 0,6m 105
TU
4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 49: Chuyển vị theo phương đứng, giai đoạn: chất tải bề mặt; ..................106
TU

4
3

T
4
3
U

Hình 3. 50: Hệ số ổn định giai đoạn thi cơng xong; ...............................................106
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 51: Phương chiều dịch chuyển của cốt, .....................................................107
TU
4
3

T
4
3
U

Hình 3. 52: Biểu đồ lực kéo trong cốt, trường hợp L cốt = 6,0m (L = H tt ); S v = 0,75m
TU

4
3

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R
U

RU

T
4
3
U

.................................................................................................................................107
Hình 3. 53: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài lưới gia cố
TU
4
3

khác nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,5m ...................................108
R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 54: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài vải gia cố khác
TU
4
3

nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,6m............................................109
R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 55: Quan hệ biến dạng U và hệ số ổn định Mfs với chiều dài vải gia cố khác
TU

4
3

nhau và khoảng cách giữa các hàng cốt là S v = 0,75m..........................................109
R
U

RU

T
4
3
U

Hình 3. 56: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định Mfs ~ khoảng cách giữa các hàng cốt Sv
TU
4
3

T
4
3
U

.................................................................................................................................110


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 2: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn cứng..........................................6
TU

4
3

T
4
3
U

Bảng 1. 3: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn mềm ..........................................8
TU
4
3

T
4
3
U

Bảng 2. 1: Chiều cao tương đương h eq .....................................................................38
TU
4
3

RU
U

R3
U
T
4

Bảng 3. 1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp cơng trình..............................80
TU
4
3

T
4
3
U

Bảng 3. 2: Quy định về chiều sâu chôn tường tối thiểu D m ......................................81
TU
4
3

R
U

R3
T
4

Bảng 3. 3: Bảng tổng hợp kết quả tính tốn hệ số ổn định Mfs của tường kè ........108
TU
4
3

T
4

3
U

Bảng 3. 4: Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị theo phương đứng U y (đơn vị: m) ...108
TU
4
3

R
U

RU

T
4
3
U


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tường chắn là cơng trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái đào khỏi bị sạt trượt.
Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, giao thông, thủy
lợi...
Hiện nay việc áp dụng công nghệ mới là hướng đi phù hợp với xu thế của
thời đại. Do đó nhiều giải pháp kỹ thuật tiên tiến về vật liệu, giải pháp thi công của
tường chắn đang được đưa vào áp dụng trong việc xử lý phòng chống sạt trượt đất
và gia cố mái đất tại Việt nam. Một trong những giải pháp đó là giải pháp tường

chắn có cốt.
Tại Việt Nam Tường chắn có cốt được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực giao
thông (áp dụng để xử lý đường đầu cầu vượt đường sắt Dự án đường trục phía nam
Hà Tây cũ, xử lý đường đầu cầu vượt Ngã tư Vọng...), xây dựng dân dụng (dự án
tường chắn khu biệt thự cao cấp Sunrise Đà Nẵng...)
Việc sử dụng tường chắn có cốt trong cơng trình Thuỷ lợi tại Việt Nam chưa
được áp dụng nhiều, vì vậy lý thuyết và phương pháp tính tốn cũng như các dạng
hình thức kết cấu vẫn chưa có những nghiên cứu đáp ứng được yêu cầu khi sử dụng
trong cơng trình Thuỷ lợi.
Như vậy, việc nghiên cứu tính tốn tường chắn có cốt trong cơng trình Thủy
lợi áp dụng cho sản xuất, đáp ứng những yêu cầu thực tiễn của ngành Thuỷ lợi là
việc làm rất cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu tính tốn ổn định cho tường chắn có cốt.
- Tính tốn ổn định tường chắn có cốt áp dụng cho một cơng trình Thuỷ lợi
cụ thể.


2

3. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp các tài liệu thực tế
- Phân tích lý luận, lựa chọn phương pháp tính tốn ổn định cho loại tường
chắn có cốt.
- Sử dụng mơ hình tốn trong tính tốn tường chắn có cốt.
4. Kết quả dự kiến đạt được
Đề tài đưa ra các loại tường chắn đã và đang áp dụng trong thực tế
Xác định nguyên tắc cơ bản khi thiết kế, trình tự tính tốn, kiểm tra ổn định
của tường chắn có cốt.
Ứng dụng tính tốn thiết kế tường chắn có cốt áp dụng cho một cơng trình

Thủy lợi.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN ĐẤT
1.1. Khái niệm tường chắn đất
Tường chắn là cơng trình giữ cho mái đất đắp hoặc mái đào khỏi bị sạt trượt.
Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao
thơng (hình 1.1). Khi làm việc, lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sau tường và
chịu tác dụng của áp lực đất.
Trong các cơng trình thủy cơng, có một số bộ phận của kết cấu cơng trình
khơng phải là tường chắn đất nhưng có tác dụng tương hỗ với đất và cũng chịu áp
lực của đất giống như tường chắn đất. Do đó, khái niệm về tường chắn đất được mở
rộng ra cho tất cả những bộ phận của cơng trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp
xúc với chúng và áp lực đất lên tường chắn cũng được hiểu như áp lực tiếp xúc giữa
những bộ phận ấy với đất.
Tường chắn đất là một loại kết cấu khá phổ biến trong cơng trình Thủy lợi.
Tường chắn thường dùng làm vách ngăn cho các cơng trình đầu mối trên sơng, cơng
trình tưới tiêu, trạm bơm, trạm thủy điện, âu thuyền, bể áp lực và các kênh, máng,
các cơng trình bảo vệ bờ và bến cảng ...
Xét về mặt hình thức kết cấu, tường chắn đất có hai loại chính:
- Tường chắn đất trọng lực bằng bê tông
- Tường chắn đất bằng bê tông cốt thép.
Xét về mặt biện pháp thi công, tường chắn đất cũng được chia làm hai loại:
- Tường chắn đất toàn khối
- Tường chắn đất lắp ghép
Xét về biến dạng và chuyển vị của tường cũng được chia làm hai loại:
- Tường chắn cứng
- Tường chắn mềm

4

Tường bên tràn xả lũ hồ chứa nước Núi Cốc

Tường chống sóng đảo Bạch Long Vĩ

Tường kiểu lắp ghép trong XD dân dụng

Tường kiểu lắp ghép trong XD giao thông

Tường kè chống xói lở bờ sơng Hồng

Tường chống sạt lở mái đồi


5

Tường cừ hố móng cơng trình

Tường lắp ghép

Hình 1. 1: Một số hình ảnh về các dạng tường chắn trong cơng trình
1.2. Các hình dạng kết cấu của tường chắn
Kết cấu hợp lý của tường chắn là kết cấu thoả mãn được hai yêu cầu cơ bản
sau đây:
- Bảo đảm độ ổn định chung của toàn bộ tường và nền, và bảo đảm đủ cường
độ bản thân tường.
- Diện tích mặt cắt tường là nhỏ nhất, tức là khối lượng vật liệu ở mức tối

thiểu.
Ngồi ra, có thể dựa trên cơ sở cải tiến, lựa chọn ra những kết cấu thích hợp,
cũng có thể bảo đảm sự làm việc bình thường của cơng trình với khối lượng vật liệu
dùng ít nhất. Hiện nay, việc dùng loại tường chắn có cốt đang được phổ biến rộng
rãi và là một phương hướng cải tiến mới kết cấu của tường.


6

Bảng 1. 1: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn cứng
Tên gọi theo

Số
thứ

Sơ đồ tường

tự

kết cấu và
điều kiện
xây dựng

Vật liệu
Đặc điểm

làm
tường

- Sự ổn định của

tường chủ yếu nhờ
trọng

MN max

lượng

bản

thân;
MN min

1

Tường khối
(liền khối)

- Bê tơng - Kích thước mặt cắt
- Đá hộc
- Gạch

tường

được

xác

định từ điều kiện ổn
định về lật với giả
thiết hình thành khê

thơng suốt tại mặt
cắt tính tốn
- Sự ổn định của
tường

2

trọng

lượng khối đất đè

MN max

MN min

nhờ

lên bản đáy và một
Tường bản

- Bê tơng

góc

- Bê tơng

(liền khối)

cốt thép

phần
lượng

nhờ
bản

trọng
thân

tường;
- Kích thước mặt cắt
tường

được

xác

định từ điều kiện độ
bền chống nứt tại
những vùng

chịu


7

kéo.
- Sự ổn định của
tường

MN max

nhờ

trọng

lượng khối đất đè
3

Tường bản

MN min

góc có chống

- Bê tơng lên bản đáy ;
cốt thép

- Bản chống có tác
dụng làm tăng độ

(liền khối)

cứng và tính ổn
định của tường.
- Sự ổn định của

MN

tường chủ yếu nhờ

Tường ngăn
kiểu tổ ong

4

(lắp ghép)

- Bê tông
cốt thép

trọng lượng đất, cát
đổ vào các ngăn ;
- Các bản đứng lắp
ghép làm tăng thêm
độ cứng của tường..
-

MN

Tường mái
5

Tính

ổn

định

- Bê tơng chống lật lớn, giảm

nghiêng

cốt thép

được áp lực đất tác

(tường cánh)

- Đá hộc

dụng

(liền khối)

- Gạch

giảm

lên

tường,

tiết

diện

tường.
- Có đặc điểm như

MN

6

Tường bản

- Bê tơng

góc có chống

cốt thép

(lắp ghép)

loại tường số 3;
- Tiết diện cốt thép
giảm bớt khối lượng
gỗ, tăng nhanh tốc
độ thi công.


8

MN

Tường bản
góc có chống

7

liến khối

(lắp ghép)

- Bê tơng - Có đặc điểm như
cốt thép

loại tường số 6;

- Bê tông

Bảng 1. 2: Một số kết cấu tiêu biểu của tường chắn mềm
Tên gọi
Số
thứ

Sơ đồ tường

tự

theo kết

Vật liệu

cấu và điều

làm

kiện xây

tường

Đặc điểm

dựng
- S n nh ca
tng ch yu nh

Rọ đá

1

trng
Vải địa
kỹ thuật

Tng rọ

lượng

bản

- Đá hộc thân;
- Kích thước mặt

đá

cắt tường được xác
định từ điều kiện
ổn định về lật
- Sự ổn định của
C¸t

2

Cèt

Tường chắn
có cốt

- Đất,

tường nhờ trọng

cát , vật

lượng khối đất và

liệu rời

khả năng giữ của

Vải địa

lớp

vải

địa

kỹ

kỹ thuật thuật;
- Kích thước mặt


9

cắt tường được xác
định từ điều kiện
độ bền chống đứt
tại

những

vùng

chịu kéo.
- Sự ổn định của
tường nhờ trụ đỡ;
Trơ ®ì

TÊm BT l¾p ghÐp sau

Tường trụ

3

đỡ

- Bê

- Bản bê tơng lắp

tơng cốt ghép truyền lực tới
thép

các trụ và tăng độ
cứng và tính n
nh ca tng.
- S n nh ca

Viên bê tông lắp ghép

4

Hình dạng
một số loại
viên lắp ghép

Tng lp

- Bờ

ghộp bng

tụng, bờ

cỏc viên lắp

tông cốt

ghép

thép

tường chủ yếu nhờ
trọng lượng đất, cát
đổ vào các ngăn ;
hoặc

chính

bản

thân trọng lượng
của tường

Thép,
5

Tường cừ

1

2

nhựa
tổng
hợp

3

- Ổn định tường
nhờ chính tác dụng
của cừ, các neo giữ


10

1.3. Phân loại tường chắn đất
1.3.1. Phân loại theo độ cứng
Biến dạng của bản thân tường chắn đất
(độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa

1

lưng tường chắn với khối đất đắp sau tường, do
đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên

3 2

2

3

1

lưng tường và cũng làm thay đổi dạng biểu đồ
phân bố áp lực đất theo chiều cao tường. Thí
nghiệm G.A.Đubrơva đã chứng tỏ khi tường bị
biến dạng do chịu áp lực đất thì biều đồ phân Hình 1. 2: Biểu đồ áp lực đất sau

bố áp lực đất có dạng hình cong (hình 1.2), nếu

lưng tường

phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố áp lực đất càng cong
và cường độ áp lực đất ở phần trên tăng lên, nếu chân tường có chuyển vị về phía
trước thì ở phần trên tường tăng lên rất nhiều, có khi đến 2.5 lần so với cường độ áp
lực ban đầu, còn cường độ áp lực đất ở phần dưới tường thì lại giảm.
Theo tiêu chuẩn xây dựng, tường chắn được coi là một kết cấu tuyệt đối
cứng (tường cứng) nếu như dưới tác dụng của những lực tính tốn được xác định có
kể tới độ uốn của bản thân tường và độ biến dạng của nền tường, chuyển vị của
lưng tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao của phần tường đang xét kể từ đỉnh
móng đến mặt cắt tính tốn. Trong trường hợp đó, trạng thái ứng suất của đất đắp
sau tường có thể đạt cân bằng giới hạn chủ động, bị động hoặc cân bằng đàn hồi,
tùy theo độ lớn và hướng chuyển vị tương hỗ giữa đất với tường.
1.3.1.1. Tường chắn mềm:
Tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất như nêu trên đây gọi là tường
mềm hoặc tường mỏng. Tường mềm thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép
ghép lại. Tường cừ cũng được xếp vào loại tường mềm. Trường hợp tường mềm
(thường là tường cừ, tường ngăn bằng gỗ), do biến dạng và chuyển vị của bản thân


11

tường quá lớn, dưới tác dụng của các tải trọng và tác động bên ngoài, trạng thái ứng
suất trong khối đất đắp sau tường rất khác với trạng thái ứng suất tương ứng so với
tường tuyệt đối cứng.

Hình 1. 3: Dạng tường chắn rọ đá trong thực tế tại khu đơ thị Bát Tràng
1.3.1.2. Tường chắn cứng:

Tường cứng khơng có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị
tịnh tiến và xoay. Nếu tường cứng và xoay quanh mép dưới, nghĩa là đỉnh tường có
xu hướng tách rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì nhiều thí nghiệm
đã chứng tỏ là biểu đồ phân bố áp lực của đất rời có dạng đường thẳng và có trị số
cường độ áp lực đất lớn nhất ở chân tường (hình 1.4a).


12

Đối với đất dính (đất sau tường), theo
kết quả thí nghiệm của B.L.Taraxơp thì
biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi
cong và cũng có trị số cường độ áp lực
lớn nhất ở chân tường (hình 1.4b). Nếu

a)

b)

c)

tường cứng xoay quanh mép trên, nghĩa Hình 1. 4: Biểu đồ áp lực đất sau lưng
là chân tường rời khỏi khối đất đắp và tường cứng
chuyển vị về phía trước thì theo kết quả
thí nghiệm của nhiều tác giả (K.Terzaghi, G.A.Đubrova, I.V.Yarôpônxki,
I.P.Prôkôfiep…) biểu đồ phân bố áp lực đất (đất rời cũng như đất dính) có dạng
cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức độ chuyển vị của tường và ở vào khoảng
phần giữa lưng tường (hình 1.4c). Tường cứng thường là những khối bê tông, bê
tông đá hộc, gạch đá xây nên còn gọi là tường khối. Tường chắn bằng bê tơng cốt
thép có dạng tấm hoặc bản nhưng tạo với các bộ phận khác của cơng trình thành

những khung hoặc hộp cứng cũng được xếp vào loại tường cứng.

Hình 1. 5: Dạng tường chắn cứng trong thực tế


13

1.3.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc.
Tường chắn đất là loại cơng trình thường xun chịu lực đẩy ngang (áp lực
đất), do đó tính ổn định chống trượt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định
nói chung của tường. Theo quan điểm này tường chắn được phân làm mấy loại sau
đây:
- Tường trọng lực (hình 1.6.a): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng
lượng bản thân tường. Các loại tường cứng đều thuộc loại tường trọng lực.
- Tường nửa trọng lực (hình 1.6.b): độ ổn định được đảm bảo không những
chỉ do trọng lượng bản thân tường và bản móng mà cịn do trọng lượng của khối đất
nằm trên bản móng. Loại tường này thường làm bê tông cốt thép nhưng chiều dày
của tường cũng khá lớn (do đó loại tường này cịn có tên gọi là tường dày).
- Tường bản góc (hình 1.6.c): độ ổn định được bảo đảm chủ yếu do trọng
lượng khối đất đắp đè lên bản móng. Tường và bản là những bản, tấm bê tông cốt
thép mỏng nên trọng lượng của bản thân tường và móng khơng lớn. Tường bản góc
có dạng chữ L nên có khi cịn gọi là tường chữ L.
- Tường mỏng (hình 1.6.d): sự ổn định của loại tường này được bảo đảm
bằng cách chôn chân tường vào trong nền. Do đó loại tường này còn gọi là tường
cọc và tường cừ. Để giảm bớt độ sâu chôn trong đất của tường và để tăng độ cứng
của tường người ta thường dùng dây néo.
Neo

a)

b)

c)

d)

Hình 1. 6: Các dạng tường phân loại theo nguyên tắc làm việc của tường.


14

1.3.3. Phân loại theo chiều cao
- Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn 5m
- Tường cao: có chiều cao lớn hơn 10m
Loại tường chắn có chiều cao vào khoảng trung gian của hai loại trên (từ 510m) được xếp vào loại tường trung bình.
Theo quy phạm tạm thời thiết kế tường chắn đất QP-23-65 thì lấy giới hạn
phân chia ba loại tường thấp, cao, trung bình là 5 và 10m: tường chắn thấp có chiều
cao nhỏ hơn 5m, tường chắn cao có chiều cao lớn hơn 10m.
1.3.4. Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường
Theo cách phân loại này, tường được phân thành tường dốc và tường thoải
- Tường dốc lại phân ra tường dốc thuận (hình 1.7.a) và tường dốc nghịch
(hình 1.7.b). Trong trường hợp của tường dốc khối đất trượt có một mặt giới hạn
trùng với lưng tường.
- Nếu góc nghiêng α của lưng tường lớn quá một mức độ nào đó thì khối đất
trượt sau lưng tường khơng lan đến lưng tường (hình 1.7.c); tường loại này gọi là
tường thoải.
α
α

α

θ

a)

θ

θ

b)

Hình 1. 7: Các dạng tường phân loại theo góc nghiêng của tường.
1.3.5. Phân loại theo kết cấu
Về mặt kết cấu, tường chắn được chia thành tường liền khối và tường lắp
ghép.


15

* Tường liền khối: làm bằng bê tông, bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay
bằng bê tông cốt thép.
- Mặt cắt ngang của tường liền khối rất khác nhau. Một số dạng tường này
được gọi với những tên gọi khác nhau. Một số dạng tường loại này được trình bày
trên hình 1.8 với những tên gọi như sau :
a) Hình chữ nhật,
b) Hình thang có ngực tường nghiêng,
c) Hình thang có lưng tường nghiêng,
d) Hình thang có lưng và ngực tường nghiêng,
e) Hình thang nghiêng về phía đất đắp,
g) Có móng nhơ ra phía trước,
h) Có lưng gãy khúc,

i) Có lưng bậc cấp,
k) Có bệ giảm tải,
l) Có móng nhơ ra hai phía.

g)

c)

b)

a)

h)

i)

d)

k)

e)

l)

Hình 1. 8: Các dạng tường phân loại theo hình dạng kết cấu của tường.
- Tường bản góc (hay tường chữ L) thường làm bằng bê tông cốt thép đổ liền
khối.