Nghiên cứu giải pháp sử lý xự cố chuyển vị tường cọc bản kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện phú mỹ 1

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

VÕ THANH HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ
TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN XUÂN THỌ
Cán bộ chấm nhận xét 1:.....................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2:.....................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG –
Tp.HCM, ngày …. tháng …. năm ….
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. .....................................................
2. .....................................................
3. .....................................................
4. .....................................................
5. .....................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ THANH HUY

MSHV: 11090312

Ngày, tháng, năm sinh: 27-04-1987

Nơi sinh: Chợ Mới-AG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số: 60.58.60

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ
TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ
1
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan về cơng trình tường kè ven sơng và kênh đào.
- Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng tường kè.
- Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố tường cọc bản kênh dẫn nước nhà máy nhiệt

điện Phú Mỹ 1 (Huyện Tân Thành – Bà Rịa-Vũng Tàu).
- Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012.
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012.
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ.

Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

TS. Trần Xuân Thọ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Võ Phán

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
- Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thầy đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, động viên tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho
tơi lịng đam mê nghiên cứu khoa học: TS. Trần Xuân Thọ.
- Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng,
những người đã truyền cho tơi các kiến thức quý giá trong quá trình học tập tại
trường cũng như khi cơng tác ngồi xã hội.
- Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên trong lớp Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa
2011, những người đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong suốt q trình thực hiện luận văn.

- Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, đã ln
động viên tinh thần tơi trong suốt q trình theo học thạc sĩ.
- Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc
chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý
kiến từ quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hồn thiện và có đóng
góp vào thực tiễn.
Trân trọng!
Học viên

Võ Thanh Huy


TĨM TẮT
PHÂN TÍCH NGUN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ TƯỜNG
CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1
Tóm tắt
Nội dung của đề tài là phân tích nguyên nhân và đề xuất giải pháp khắc phục sự cố
phá hoại tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy
nhiệt điện Phú Mỹ 1. Ứng dụng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu
hạn để phân tích và so sánh với kết quả quan trắc hiện trường. Chuyển vị ngang quá
lớn của tường cọc bản làm mất ổn định cơng trình. Giải pháp sử dụng hệ neo kết
hợp cọc bê tông cốt thép sẽ khắc phục được sự cố và đảm bảo ổn định và biến dạng
của tường cơng trình trong q trình sử dụng.

ABSTRACT
ANALYSING THE REASON AND SUGGESTING THE
SOLUTION TO RECONSTRUCT THE BREAKDOWN OF SHEET
PILE WALL IN THE OF PHU MY 1 PLANT
Abstract
The thesis is to analyse the reason causing the breakdown and to suggest the

solution to reconstruct the damage of sheet pile wall in the canal of Phu My 1
Plant. The analytic and Finite Element methods are used to analyse the problems
and compared with the site measurements. Large horizontal displacement of sheet
pile wall is to cause the breakdown of the construction. Using the anchors and
concrete piles to restrict the sheet pile wall is suggested to overcome problem and
this can be ensured the stability and deformation of the construction in operation.


LỜI CAM ĐOAN
- Tôi xin cam đoan: bài luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu thực
sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển,
thu thập các số liệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế dưới sự hướng dẫn khoa
học của TS.Trần Xuân Thọ.
- Các số liệu, mơ hình tính tốn và những kết quả trong luận văn là trung thực
được xuất pháp từ kinh nghiệm và thực tiễn, các số liệu thực tế được chỉ rõ nguồn
trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo.
Một lần nữa tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên.


1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3
1.
2.

Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 3
Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 3

3.

4.

Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 4
Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 4

5. Hạn chế của đề tài ........................................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH TƯỜNG KÈ
VEN SƠNG VÀ KÊNH ĐÀO ................................................................................. 5
1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................ 5

1.2

Tổng quan về đất yếu ............................................................................... 6

1.3

Các dạng tường kè ................................................................................... 6

1.3.1

Các dạng tường cọc bản bảo vệ cơng trình ven sơng, kênh đào .......... 6

1.3.2
Các dạng neo trong tường kè ............................................................ 11
1.4
Các dạng mất ổn định và phá hoại của tường kè ..................................... 12
1.5
Một số sự cố tường kè ............................................................................ 14

1.6
Nhận xét ................................................................................................ 14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
TƯỜNG KÈ .......................................................................................................... 15
2.1 Sự làm việc của tường ................................................................................. 15
2.1.1. Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường chắn
của Coulumb (lý thuyết cân bằng giới hạn) .................................................... 15
2.1.2. Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm đàn hồi biến dạng cục bộ
theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số nền Winkler) ....... 15
2.1.3. Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn ................................ 19
2.2
Một số dạng chuyển vị của cọc không neo và một neo ........................... 25
2.3
Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè: ........................................ 26
2.3.1.
2.3.2.

Bài tốn 1: Tường cọc bản khơng có neo......................................... 26
Bài tốn 2: Tường cọc bản đóng trong đất có neo............................. 30

2.4
Kiểm tra ổn định tường kè ..................................................................... 36
2.4.1. Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn ................................... 36
2.4.2. Kiểm tra ổn định trượt sâu (lật) ........................................................ 36
2.5

Nhận xét ................................................................................................ 36


2

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG
CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 1 ............... 38
3.1

Đặt vấn đề .............................................................................................. 38

3.2
3.3
3.4

Giới thiệu về cơng trình ......................................................................... 38
Đặc điểm địa chất cơng trình .................................................................. 42
Phân tích đánh giá ngun nhân gây sự cố. ............................................ 45

3.4.1

Mô phỏng FEM:............................................................................... 45

3.4.2

Thông số đầu vào: ............................................................................ 46

3.4.3

Mơ phỏng tính tốn .......................................................................... 51

3.4.4

Phân tích kết quả tính tốn: .............................................................. 56

3.4.5

So sánh giữa phân tích bằng FEM và quan trắc. ............................... 56

3.4.6
Kết Luận. ......................................................................................... 57
3.5
Giải pháp xử lý sự cố. ............................................................................ 57
3.6
3.7

Tính giải pháp xử lý sự cố bằng phương pháp giải tích. ......................... 57
Tính giải pháp xử lý sự cố bằng phương pháp phần tử hữu hạn. ............. 66

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ...................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 77
PHỤ LỤC................................................................................................................. 78


3

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ ngàn xưa các nền văn minh lớn của nhân loại đều tập trung ở lưu vực
các dịng sơng như: Sơng Nile ở Ai Cập, Sơng Ấn ở Ấn Độ, Sơng Hồng Hà ở
Trung Quốc… Để mở rộng khu vực sinh sống, phục vụ cho việc tưới tiêu, sinh
hoạt, con người đã biết dẫn những nguồn nước thông qua việc đào những con
kênh, rạch từ rất sớm.
Ngày nay với khoa học kỹ thuật tiến bộ, phương pháp thi công hiện đại.

Con người đã tạo ra những kênh đào có diện tích lớn với chiều dài hàng trăm
km, nhằm phục vụ cho việc rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa như: Kênh
đào Suez (Ai Cập) dài 195km nối giữa Địa trung hải với vịnh Suez, một phần
của Biển Đỏ; Kênh đào panama (Panama) dài 77km nối Đại tây dương và Thái
bình dương.
Ở Việt Nam các kênh đào dẫn nước vào khu vực canh tác nông nghiệp,
sinh hoạt dân cư đã được thi công nhiều. Nhưng hiện tượng sạt tường chắn
của kênh đào vẫn xảy ra liên tục do nhiều nguyên nhân từ giải pháp thiết kế,
đến biện pháp thi công không phù hợp. Để đảm bảo ổn định cho cơng trình, sự
chuyển vị trong giới hạn cho phép, tính hiệu quả về kinh tế và vẻ mỹ quan
cơng trình, đã đặt ra cho những người làm cơng tác xây dựng nghiên cứu tìm
ra giải pháp tối ưu lựa chọn loại tường chắn phù hợp với điều kiện địa chất,
thủy văn từng khu vực.
So sánh với nhiều giải pháp, thì hiện nay tường cọc bản bê tông cốt thép
ứng lực trước là một trong những giải pháp khả thi đang được sử dụng nhiều
để đáp ứng những yêu cầu trên và có nhiều phương pháp tính tốn với độ tin
cậy cao đang được sử dụng đối với giải pháp này.
Bên cạnh đó, việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý cho
tồn bộ cơng trình cũng như so sánh các phương pháp tính tốn để chọn ra kết
quả tin cậy là điều hết sức cần thiết.
2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu là tìm ra giải pháp khắc phục sự cố chuyển vị tường
cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú
Mỹ 1. Ứng dụng phương pháp giải tích và phân tích phần tử hữu hạn về sự
làm việc đồng thời giữa tường cọc bản và hệ neo để tính tốn ổn định, biến
dạng hệ tường cọc bản trước khi khắc phục sự cố, so sánh với kết quả quan
trắc thực tế cơng trình. Sau đó đề ra giải pháp thiết kế phù hợp để khắc phục
sự cố trên. Nhận xét, đánh giá kết quả thu được nhằm kiến nghị các giải pháp
an toàn, kinh tế trong đầu tư. Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

4

Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định của công trình tường kè ven sơng và
kênh đào.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng tường kè.
Chương 3: Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố tường cọc bản kênh dẫn
nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 – ( Huyện Tân Thành, Bà Rịa – Vũng
Tàu).
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về lý thuyết:
Nghiên cứu các phương pháp phân tích ổn định của tường cọc bản dưới
tác dụng của tải cơng trình xung quanh theo các tiêu chuẩn trong và ngồi
nước
Mơ phỏng tính tốn bằng phương pháp phần tử hữu hạn:
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thơng qua các phần mềm tính tốn
như Plaxis để mơ phỏng phân tích ổn định và biến dạng cho cơng trình tường
cọc bản bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1, Huyện Tân
Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Quan trắc hiện trường:
Quan trắc chuyển vị và biến dạng cơng trình thực tế để so sánh với kết quả
tính tốn.
4. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
Tìm ra giải pháp khắc phục sự cố chuyển vị tường cọc bản bê tông cốt
thép ứng lực trước kênh dẫn nước của cơng trình. Xác định giải pháp có lợi
nhất về mặt kinh tế, sự ổn định và vẻ mỹ quan của cơng trình để bảo vệ kênh
đào, góp phần xây dựng các giải pháp xử lý bảo vệ bờ kè, nhằm có thêm nhiều
sự lựa chọn, đánh giá, so sánh các giải pháp khác nhau để áp dụng cho nhiều
loại cơng trình như bờ kè ven sông rất phổ biến tại các tỉnh Đồng bằng sơng

Cửu Long.
5. Hạn chế của đề tài
Kết quả tính toán của giải pháp xử lý sự cố chưa được kiểm tra bằng quan
trắc, nên không đánh giá được sự tối ưu của giải pháp trên.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH TƯỜNG KÈ
VEN SÔNG VÀ KÊNH ĐÀO
1.1 Đặt vấn đề
Hiện tượng mất ổn định bờ kè bảo vệ kênh đào hay ven sông vẫn xảy ra
thường xuyên do nhiều nguyên nhân. Đã gây ra thiệt hại lớn về người và của.
Đặc biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với kênh rạch, sơng ngịi
chằng chịt, những khu vực giáp với bờ sông thường tập trung lượng dân cư
đông, là nơi giao dịch bn bán, vận chuyển hàng hóa đường thủy đến các
vùng.

Hình 1.1 Bờ kè thị trấn Tân Thạnh – Long An
Để khắc phục các hiện tượng mất ổn định bờ kè, hiện nay có nhiều giải
pháp đã được thực hiện như: tường chắn bê tông cốt thép, tường bê tông trọng
lực, bờ kè bằng rọ đá, bờ kè bằng thép hình … Trong số đó tường cọc bản
BTCT dự ứng lực là một trong những phương án được chọn phổ biến để bảo
vệ bờ sơng, các cơng trình ven bờ hiện nay. Tiêu biểu cho giải pháp này có
những cơng trình sau:
- Bờ kè dọc sơng thành phố Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai với cừ ván SW
400-500-600 chiều dài hệ thống 13.200 m
- Bờ kè cảng Holcim – Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu cừ ván SW500;
- Bờ kè Nguyễn Công Trứ - Tỉnh Kiên Giang: chiều dài kè 5.600m;

- Bờ kè chắn khu lấn biển Hà Tiên-Kiên Giang: chiều dài kè 11.080m.
Điều đó cho thấy giải pháp sử dụng tường cọc bản BTCT dự ứng lực đã
đáp ứng được những nhu cầu đề ra: đảm bảo tính ổn định tức thời và lâu dài,


6

vẻ mỹ quan của cơng trình, tuổi thọ của cơng trình cao, dễ thay thế, chống gỉ,
chống ăn mịn, khơng bị oxy hóa trong mơi trường nước mặn cũng như nước
phèn.
Ngồi ra, giá thành cơng nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền
thống, thi công dễ dàng và chính xác, khơng cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan
và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa có thể ép cọc là thi công được.
1.2 Tổng quan về đất yếu
Đất yếu là loại đất khơng có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ cơng
trình. Hiện nay, khơng có định nghĩa rõ ràng về đất yếu và phần lớn các nước
trên thế giới thống nhất định nghĩa về nền đất yếu theo sức kháng cắt khơng
thốt nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
- Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N<2
- Đất yếu:
Su ≤ 25 kPa hoặc N<4
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245:2000, đất yếu được định nghĩa như
sau: “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao
hơn giới hạn chảy hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt nhanh khơng thốt nước
0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả
cắt cánh hiện trường Cu≤ 0.35daN/cm2”
đất yếu, đặc biệt là khu vực ven sông Tiền, sông Hậu, gồm đất bùn sét, á
sét trạng thái chảy dễ bị xói lở khi có tác động bên ngịai. Các lớp cát xen kẹp
trong lớp sét, bùn sét thường là cát mịn trạng thái chảy, khi có nước ngầm
chúng dễ bị cuốn trơi gây nên hiện tượng xói ngầm làm sạt lở các khối đất bên

trên.
1.3 Các dạng tường kè
1.3.1 Các dạng tường cọc bản bảo vệ cơng trình ven sông, kênh đào
Tường cọc bản là loại tường mềm được phân loại theo các cách sau:
Theo vật liệu có thể chia thành các dạng sau
+ Tường cọc bản nhựa (vinyl sheet piling)
+ Tường bằng cọc đất trộn xi măng (CDM)
+ Tường cọc bản thép (steel sheet piling)
+ Tường cọc bản bêtông cốt thép dự ứng lực (PC sheet piles)


7

 Tường bản nhựa

Hình 1.2 Tường bản nhựa bờ kè
Cấu tạo: Các tường bản nhựa được nhà thiết kế tạo ra với nhiều kích thước khác
nhau. Có những mắt để nối giữa các bản nhựa với nhau. Có dầm ốp bằng gỗ trên
đỉnh tường. Để tránh va đập, người ta đóng gia cường thêm cọc gỗ phía ngồi để
chịu va đập của thuyền bè.

Hình 1.3 Một loại tường bản nhựa theo tiêu chuẩn ASTM (đơn vị inches)
Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rất đa dạng, có thể sử dụng làm tường kè
chắn kênh đào, sơng ngịi, bờ đê chắn giữ sóng ngồi biển, vách ngăn…
Ưu điểm: Có độ bền cao, có thể sử dụng tới 50 năm, giá thành thấp, phù hợp
với môi trường, không bị ảnh hưởng bởi xâm thực, nước biển, thi cơng đơn
giản, các khóa liên kết giữa các tấm tường bản nhựa rất khít do đó sự rị rỉ của
nước là khơng xảy ra.
Nhược điểm: Công nghệ mới, chưa được áp dụng rộng rãi.

8

 Tường cọc bản bằng đất trộn ximăng
Cấu tạo: Các cọc đất trộn xi măng tiếp xúc khích nhau hoặc giao nhau để chống
đỡ các vách hố đào hoặc chịu áp lực đất. Cừ vây bằng xi măng được thi cơng
bằng thiết bị khoan có thể phun vữa gồm cát xi măng và nước ra xung quanh thân
ống trộn với đất, cánh của lưỡi khoan có đường kính khỏang 0,3 đến 0,45m. Có
thể cắm lồng thép hoặc thép hình vào khi vữa cịn ướt.

Hình 1.4 Tường cọc bản bằng đất trộn xi măng
Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong việc chống vách hố đào cho tầng hầm các
cơng trình
Ưu điểm: Có thể thi cơng trong nhiều loại đất khác nhau
Nhược điểm: Khả năng kín nước kém vì có thể có những khoảng hở giữa hai
cừ. Khả năng chịu áp lực ngang không lớn như tường bằng bêtông cốt thép
nên tùy chiều sâu và lọai đất mà phải thi công nhiều lớp cừ.
 Tường cọc bản bằng thép
Cấu tạo: Tường cừ chắn đất làm bằng thép định hình có tiết diện: hình chữ Z,
chữ I, hình máng, cừ Larsen, thép ống… có chiều dài từ 5  22m. Dầm ốp có
cấu tạo là 2 thanh thép chữ I đặt cao hơn mực nước thi cơng 0,5m. Dầm mũ
bằng BTCT có tiết diện hình chữ nhật đổ tại chỗ. Các thanh neo bằng thép tròn
75, 80. Mũ giữ thanh neo làm dầm BTCT.
Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mơ lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu
có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm
dân cư, bảo vệ các cơng trình quan trọng ven sơng.
Ưu điểm: Tuổi thọ cao, tính công nghiệp lắp ghép cao, thi công nhanh. Chịu
được những nơi có tốc độ dịng chảy lớn, bị ngập lũ sâu.

9

Nhược điểm: Giá thành cao do phải nhập cừ thép định hình từ nước ngồi.
Thép bị ăn mịn ở những vùng có nước nhiễm phèn, nhiễm mặn. Loại này ít
dùng ở đồng bằng Sơng Cửu Long.

(a)

(b)

(c)

Hình 1.5 Một số hình dạng và liên kết của tường cọc bản bằng thép

Hình 1.6 Cừ thép dùng làm tường cọc bản
 Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực
Giới thiệu: Tường cọc bản BTCT dự ứng lực được tập đoàn PS MITSUBISHI
(Nhật Bản) phát minh ra cách đây 50 năm và được áp dụng rộng rãi ở Nhật.
Cọc bản BTCT DƯL được ứng dụng lần đầu tiên ở Việt Nam năm 1999 –
2001 tại cơng trình nhiệt điện Phú Mỹ, làm kênh dẫn nước nhiệt điện cho nhà
máy turbin khí.


10

Cấu tạo: Cọc bản bằng BTCT DƯL có 3 dạng chính bao gồm: Dạng sóng,
dạng phẳng, dạng mặt phẳng/ lõm. Sự dụng bê tông cường độ cao 60MPa, và
sử dụng cốt thép dự ứng lực với đường kính 12.7mm, số lượng tao cáp tùy
theo chiều dài loại cọc.
Phạm vi sử dụng: Làm bờ kè có qui mơ lớn, làm bến cảng nước sâu cho tàu

có trọng tải lớn, bốc dở hàng hóa nặng. Xây dựng bảo vệ xói lở khu trung tâm
dân cư, bảo vệ các cơng trình quan trọng ven sông.
Ưu điểm: Bờ kè bằng BTCT DƯL kết cấu bền vững, tuổi thọ cao. Có thể sử
dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.Chế tạo cọc với chiều dài lớn
(tối đa 21m), hạn chế mối nối, sau khi thi cơng xong bảo đảm độ kín, khít. Có
khả năng chống xói cao, hạn chế nở hơng của đất đắp bên trong.
Nhược điểm: Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thơng thường, thi
cơng địi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại, giá thành cao hơn cọc
đóng truyền thống có cùng tiết diện.

Hình 1.7 Các dạng mặt cắt tường cọc bản bê tơng cốt thép

Hình 1.8 Tường cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực
Theo cách giữ tường ổn định: có thể chia thành 2 loại là tường có neo
và tường khơng neo


11

CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

TƯỜNG CỌC BẢN
GIẰNG

a. Tường không neo

CỌC NEO

b. Tường có neo

Hình 1.9 Tường cọc bản có neo và không neo
1.3.2 Các dạng neo trong tường kè
Các dạng neo sau được sử dụng phổ biến trong tường cọc bản:
* Bản neo và dầm neo: Bản neo thường là các tấm bê tông nối với tường
bằng các thanh neo. Các thanh neo được chống ăn mòn bằng các lớp sơn hoặc
asphalt bảo vệ.
* Thanh neo: Có cấu tạo gồm một khối bê tơng đúc tại chỗ trong lịng đất
và nối với tường bằng các thanh neo hoặc dây cáp chịu kéo.
* Cọc neo thẳng đứng: sử dụng các thanh neo để neo tường vào các cọc
đóng thẳng đứng. Dùng cho các trường hợp có lực ngang nhỏ.
* Các dầm neo trên các cọc xiên: Sử dụng thanh neo hoặc cáp neo để neo
tường vào các cọc xiên chịu nhổ. Sử dụng trong các trường hợp có lực ngang
lớn.
Các dạng neo trong tường kè được thể hiện trong hình 1.10

CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO

KHỐI BÊTÔNG NEO

GIẰNG

a. Neo bằng khối bêtông cố định

TƯỜNG CỌC BẢN
GIẰNG

CỌC NEO

b. Neo bằng cọc neo hay tường neo

DẦM NEO
CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

CÁP NEO
TƯỜNG CỌC BẢN

GIẰNG

NHÓM CỌC NEO

BẦU NEO

c. Neo đất

d. Neo bằng dầm có cọc xiên chống đở

Hình 1.10 Các dạng neo trong tường kè


12

1.4 Các dạng mất ổn định và phá hoại của tường kè
Các dạng mất ổn định của tường kè được chia thành 3 loại chính sau:
* Mất ổn định do trượt tổng thể: trượt sâu, mặt trượt đi qua chân cọc (hình
1.11, 1.12)

* Mất ổn định do phá hoại về kết cấu: tường không đủ chịu tải trọng ngang,
hệ thống neo khơng đảm bảo, ăn mịn vật liệu, xói lở …. Mặt trượt khi đó sẽ đi
qua thân cọc (hình 1.13, 1.14)
* Mất ổn định do thiên tai.

Hình 1.11 Tường cọc bản bị mất ổn định do bị trượt sâu

Hình 1.12 Tường cọc bản mất ổn định do chiều sâu ngàm không đủ
(phá hoại xoay)


13

Hình 1.13 Tường cọc bản bị phá hoại do bị gãy

Hình 1.14 Tường cọc bản bị phá hoại do neo


14

1.5 Một số sự cố tường kè
* Sự cố tường kè ở Phong Điền (Cần Thơ): Sự cố xảy ra vào đầu năm
2007 làm khoảng 146 căn nhà bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân được xác định
là do tư vấn thiết kế đã tính tốn khơng đầy đủ các yếu tố địa chất và các yếu
tố khác ảnh hưởng đến cơng trình như: tác động của tải do xe, tải do việc thu
hẹp lịng sơng …

Hình 1.15 Bờ kè Phong Điền (Cần Thơ) bị sạt lở
* Sự cố tường kè ở Sông Tiền (Vĩnh Long): Bờ kè sông Tiền tại thị xã
Vĩnh Long bị nghiêng ra sông, khối đất sau lưng tường bị lún sụp. Nguyên

nhân được xác định là do các trận lũ lớn năm 1995 và 1996 làm xói lở bờ sơng
ở phía dưới các tấm đan bê tông cốt thép giữa các cọc. Các cọc BTCT làm bờ
kè và cọc neo đều bị nghiêng ra phía sơng.
1.6 Nhận xét
Để đảm bảo cơng trình được ổn định liên tục và lâu dài, sự chuyển vị
trong giới hạn cho phép thì việc lựa chọn phương án xây dựng bảo vệ bờ kè
ven sông và kênh đào là rất cần thiết. Với những giải pháp lựa chọn phải phù
hợp với từng khu vực, địa tầng, địa chất, chứng minh được là giải pháp tối ưu,
hiệu quả về kinh tế khi sử dụng.
Bên cạnh đó, người thiết kế cũng phải lường trước địa tầng ở những khu
vực không khoan khảo sát địa chất, tính tốn đầy đủ những tải trọng phía sau
lưng tường, khả năng chịu uốn của tường, thanh neo, biện pháp thi cơng hợp
lý và đúng trình tự thi cơng... So sánh kết quả của những cơng trình bờ kè đã
thi cơng thực tế để có kết quả đáng tin cậy hơn.


15

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

xét áp lực đất ở trạng thái cân bằng giới hạn. Ưu điểm của cách tính tốn này
là thực hiện đơn giản, có độ an toàn đạt yêu cầu. Nhược điểm ở đây là không
xác định mức độ chuyển vị và biến dạng của tường, chưa xét đến độ cứng của
tường.
Mực nước

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNG

Vùng A

Mực nước

ÁPLỰC BỊ ĐỘNG

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNG

ÁPLỰC CHỦ ĐỘNG

O

ÁPLỰC BỊ ĐỘNG

a ) Chuyển vị

Vùng CVùng B

MẶT NẠO VÉT

b ) Áp lực đất thực c ) Chuyển đổi đơn giản

Hình 2.1 Biểu đồ áp lực đất theo lý thuyết căn bằng giới hạn
2.1.2. Phương pháp 2: Xem tường cọc bản là dầm đàn hồi biến dạng cục bộ
theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số nền Winkler)
Cách tính của phương pháp này là phương pháp giải tích (xây dựng
phương trình vi phân trục uốn của dầm kết hợp với quan hệ giữa ứng suất và
biến dạng để tìm được chuyển vị cọc và nội lực phát sinh trong cọc) hoặc mơ
hình theo phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng mơ hình gối lị xo). Phương
pháp này xác định được độ chuyển vị của tường cọc bản, nội lực trong tường.
Tuy nhiên, chỉ xét đến các lò xo nằm trong phạm vi phân bố tải trọng mới bị
biến dạng, không xét đến ảnh hưởng của tải trọng bên đến chuyển vị của điểm
đang xét. Việc tính tốn là phức tạp do việc xác định hệ số nền theo chiều sâu


16

là phức tạp và lý thuyết áp lực đất lên tường mềm chưa được nghiên cứu đầy
đủ như tường cứng. Phương pháp này chỉ xét đến độ lún (chính là chuyển vị
của tường) ở nơi đặt lực, không xét đến biến dạng ở ngồi diện gia tải.
Mơ hình nền Winkler được thể hiện bằng một hệ thống lò xo làm việc độc
lập với nhau.
Neo

Lò xo đàn hồi

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

(2.1)

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

(2.2)

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

hoặc

k  0,65

Es
Es B 4
12
1   2 EF I F

Es
B(1   2 )

12

Es B 4
EF I F

(2.3)
(2.4)


17

trong đó:
Es – modul đàn hồi của đất nền
B – chiều rộng móng
EF - modul đàn hồi của vật liệu móng
IF – modul qn tính của tiết diện ngang móng
 - hệ số Poisson.
Trong thực tế hệ số nền thường được tính theo cơng thức:
E
B(1   2 )

k

(2.5)

trong đó:
E – modul đàn hồi của đất nền
B – chiều rộng móng
 - hệ số Poisson.

Phương trình vi phân cơ bản để xác định chuyển vị và nội lực trong tường
cọc bản:
EJ

d 4 y( z )
 m.z. y ( z )  0
dz 4

(2.6)

trong đó:
m.z = k – hệ số nền thay đổi bậc nhất theo chiều sâu z (theo phương
pháp tính tốn của Zavriev).
EJ – độ cứng của tường cọc bản .
Urban đã tìm ra lời giải dưới dạng sau:
y ( z )  y 0 A1

(z)



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

(2.7)

trong đó:
 5

m.B
EJ

y0, 0: chuyển vị ngang và góc xoay của tường tại mặt đất
A1 , B1 , C1 , D1 : là các hàm ảnh hưởng phụ thuộc toạ độ z   .z
( z)

( z)

(z)

5

A1

( z)

(z)

10

10

z

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

(2.8)


18

6

B1

C1

16

2

7

12

17

3

8

13

18

z
z
z
z

 3.  3.8.
 3.8.13.
 ... (2.10)
2!
7!
12!
17!

(z)

D1

11

z
z

z
 z  2.  2.7.
 2.7.12.
 ... (2.9)
6!
11!
16!

( z)

(z)

z
z
z
z

 4.  4.9.
 4.9.14.
 ... (2.11)
3!
8!
13!
18!

Lần lượt lấy vi phân bậc 1, bậc 2, bậc 3 phương trình trên ta được góc
xoay, moment và lực cắt của tường cọc bản tại độ sâu z bất kỳ:
 (z)
2

 y 0 A2

(z)



H
M
 0 ( z)
( z)
( z)
B2  2 0 C 2  3 0 D 2

 EJ
 EJ

(2.12)

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

 EJ
 EJ

(2.13)

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

(2.14)

trong đó:
An 1

( z)

Bn 1

(z)

C n1

( z)

Dn1

( z)






dAn

( z)

dz
dBn

( z)

dz
dC n

(z)

dz
dDn

(z)

dz

y 0   hh .H 0   hm .M 0
0

và

0

 0  ( mh 0 .H 0   mm 0 .M 0 )

trong đó:
 hh 0 : chuyển vị ngang do H0 = 1 gây ra
 hm 0 : chuyển vị ngang do M0 = 1 gây ra
 mh 0 : chuyển vị xoay do H0 = 1 gây ra
 mm 0 : chuyển vị xoay do M0 = 1 gây ra

Sau khi tìm được chuyển vị ngang của tường y(z) ta xác định được áp lực
ngang của đất tác dụng lên tường theo phương trình p(z) = k.y(z)


19

2.1.3. Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn
a) Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số, nó cho phép tìm
dạng gần đúng của một hàm chưa biết trên từng miền con Ve (phần tử) thuộc

miền xác định V.
Trong phương pháp phần tử hữu hạn, miền V được chia thành một số hữu
hạn các miền con, gọi là phần tử. Các phần tử này được nối kết với nhau tại
các điểm định trước trên biên phần tử gọi là nút. Trong phạm vi mỗi phần tử,
đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng một hàm đơn giản được gọi là
các hàm xấp xỉ. Và các hàm xấp xỉ này được biểu diễn qua các giá trị của hàm
(và có khi cả các giá trị đạo hàm của nó) tại các điểm nút trên phần tử. Các giá
trị này được gọi là các bậc tự do của phần tử và được xem là ẩn số cần tìm của
bài tốn.
Người ta có thể phân tích bài tốn theo 3 mơ hình sau:
* Mơ hình 1: Mơ hình tương thích.
Xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước và hàm xấp xỉ biểu diễn gần
đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử. Các ẩn số được xác định từ
hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý thế năng toàn phần dừng hay
nguyên lý biến phân Lagrange.
* Mơ hình 2: Mơ hình cân bằng.
Hàm xấp xỉ biểu diễn dạng gần đúng dạng phân bố của ứng suất hay nội
lực trong phần tử. Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ
sở nguyên lý năng lượng toàn phần dừng hay nguyên lý biến phân về ứng suất
(ngun lý Castigliano).
* Mơ hình 3: Mơ hình hỗn hợp.
Coi các đại lượng chuyển vị và ứng suất là 2 đại lượng độc lập. Các hàm
xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị lẫn ứng suất trong
phần tử. Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở
nguyên lý biến phân Reisner.
Sau khi tìm được các ẩn số bằng việc giải hệ phương trình đại số vừa nhận
được thì cũng có nghĩa là ta tìm được các xấp xỉ biểu diễn đại lượng cần tìm
trong tất cả các phần tử, và từ đó cũng tìm được các đại lượng cịn lại.
b) Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn
Bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn gồm 6 bước sau:

 Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát (tạo lưới phần tử).
Miền khảo sát V được chia thành các miền con Ve (phần tử) có dạng hình
học thích hợp. Các phần tử liên kết với nhau tại điểm nút, các nút này xác định
bằng tọa độ của chúng.
Các phần tử thường có dạng hình học đơn giản.