Mục Lục
CHƯƠNG 8: áP LựC ĐấT LÊN TƯờNG CHắN Và ứNG DụNG
8.8 Tờng chắn và các dạng tờng chắn
T ng ch n l m t k t c u dựng ch n gi cho kh i t sau t ng c cân
b ng.
Tờng chắn thờng đợc sử dụng để:
Giữ cho khối đất sau lng tờng đợc cân bằng, không bị trợt, đổ xuống.
Chống sạt lở cho công trình nơi địa hình đồi núi.
Chống sạt lở khi xây dựng mới cạnh công trình cũ.
Chống sạt lở cho bờ sông, vách núi.
Tờng chắn là kết cấu luôn chịu tác động của đất đặc biệt theo phơng ngang làm tờng
di chuyểnsinh ra trợt lật. áp lực lên tờng phụ thuộc:
Độ cứng của tờng.
Hình dáng, vật liệu tờng.
Đất sau tờng.
Chuyển vị tơng đối giữa đất và tờng.
Bảng 8.1. Bảng phân loại tờng chắn
STT các dạng tờng chắn đất Các loại tờng chắn
1 Theo vật liệu xây dựng + Tờng gỗ, Tờng gạch.
+ Tờng đá hộc, tờng ro đá.
+ Tờng Bêtông đá hộc,
+ Tờng bêtông cốt thép,
+ Thép.
+ Tờng chắn có cốt (tờng ổn định cơ học): vải địa
kỹ thuật, lới địa kỹ thuật.
2 Theo chiều cao
+ Tờng thấp H5m.
+ Tờng Trung bình 5m < H 10m.
+ Tờng Cao H 10m
3 Theo độ biến dạng của lng
tờng

Để tính áp lực đất tĩnh, có thể dùng lý luận của thuyết đàn hồi, tơng tự nh khi xét trạng
thái ứng suất của phân tố đất trong hộp nén có thành cứng. ở đây ứng suất bản thân của
đất
v
=
bt
=.z là ứng xuất chính lớn nhất, áp lực đất tĩnh ó
t
thì đóng vai trò ứng suất
chính nhỏ nhất và tính nh sau:

x
= K
o
.
v
hoặc
x
= .
v
Trong đó: - Hệ số áp lực hôngxác định bằng thí nghiệm hoặc hệ số nở hông ( =/
(1- )); K
0
(=) đợc gọi là hệ số áp lực tĩnh. K
0
=1-Sin.
Xác định áp lực chủ động và bị động có ý nghĩa là xác định áp lực giới hạn tại vị
trí lng tờng khi khối đất sau lng tờng bị trợt, có 2 phơng hớng:
+ Dựa vào lý luận cân bằng giới hạn
+ Dựa vào lý thuyết cân bằng khối trợt rắn với mặt trợt giả thiết trớc.

++

=
Vậy:
)
2
45( 2)
2
45(.
002
1min3


=
tgctg
Mặt đất nằm ngang:
1
= .z

aac
KcKzP 2
min3
==

v i
)
2
45(
02




gc
Sin
xx
xz
yz
yzyz
xxz
xzz
++
+
=
=


+


=


+


Lời giải khi tờng thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, ma sát tờng- đất bằng không cho kết
quả nh của Rankine.
8.8.3.3 Ph ơng pháp dùng mặt tr ợt giả định của Coulomb.
Khối trợt của đất sau tờng: Giới hạn bởi mặt lng tờng và mặt trợt đi qua chân tờng. Giả
thiết rằng:1) Mặt trợt phẳng và 2) khối trợt rắnđợc xem nh vật thể tự do. Vậy: áp lực


=
W = 0 E = 0
Khi

=
= 0 Sin = 0 E = 0
Vậy khi biến thiên trong khoảng từ đến thì có một lúc E đạt trị số lớn nhất.
+ Khi khảo sát cực trị của hàm số E=f()Phơng pháp giải tích.
+ Phơng pháp đồ thị: vẽ hàm E=f() với một số giá trị Tìm cực trị.
Một số trờng hợp cụ thể cho kết quả sau:
+ Trờng hợp mặt đất phẳng nghiêng 1 góc i so với phơng ngang:
cc
HE


2
1
2
=
2
22
2
)cos().cos(
)sin().(
1).(cos.cos
)(cos




Khối trợt cục bộ AB
1
C
1
và AB
2
C
2
cho các giá trị: Ec1 và Ec2; áp lực trung bình:
zCzcc
tb
c
EEEP
==
//)(
12
áp lực đất lên tờng ở độ sâu z:
c
z
c
z
c
c
z
d
zd
d
dE
P






+==
+
=
Sin
Sin
WE
;
)(
θψ
ϕ
+
=
Sin
Cos
TE
T
Nhận xét: Tính theo Culông kết quả E
c
có độ chính cao, E
b
kết quả sai số đáng kể.
c) Áp lực đất dính lên tường chắn trong một số trường hợp riêng.
• Trường hợp tường thẳng đứng (α=0), mặt đất nằm ngang, bỏ qua ma sát
tường - đất (δ=0) thì:
)
2

==
Trong ®ã
: K
a
= tg
2
(45
0
-φ/2)
8.9 áp dụng trong tính toán tờng chắn đất
8.9.1 áp dụng Tính toán thiết kế tờng cừ cho hố đào.
Việc tính toán thiết kế tờng cừ cho hố đào không đơn thuần chỉ dừng lại ở khâu
tính toán để đảm bảo về mặt cờng độ cho vật liệu của tờng mà còn rất nhiều yếu
tố quan trọng khác. Công tác tính toán thiết kế tờng cừ thờng bao gồm tối thiểu
3 yếu cầu chính sau đây:
1. Tờng phải thỏa mãn điều kiện về cờng độ của bản thân tờng.
2. Các chuyển vị tại các vị trí sau phải nằm trong giới hạn cho phép:
a. Chuyển vị theo phơng ngang của tờng cừ.
b. Chuyển vị theo phơng thẳng đứng của đất sau lng tờng (VD: Điểm A và
B trên hình 5).
c. Chuyển vị tại đáy hố đào (VD: Điểm C và D trên Hình 5).
3. Toàn bộ hố đào phải thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể
Hình 8.1. Biến dạng thờng gặp của tờng cừ và đất trong hố đào (trờng hợp t-
ờng consol)
Chơng này sẽ trình bày một số mô hình tính toán tờng cừ, tờng chắn đất cho hố
đào sau thờng đợc sử dụng hiện nay. Không phải tất cả các mô hình tính toán đều có
thể trả lời đợc 3 yêu cầu trên. Một số mô hình giải tích cổ điển có thể cho phép tính
toán nội lực và chuyển vị ngang của tờng, một số mô hình khác cho phép tính toán đợc
chuyển vị của mặt đất sau lng tờng theo phơng đứng. Để tính toán ổn định tổng thể của
tờng, ngời ta thờng phải giải bài toán ổn định mái dốc và không đợc đề cập trong

p
thay cho áp lực bị động vốn xuất hiện ở
chân tờng. Sơ đồ tính toán của phơng pháp này có thể mô tả nh trên hình nh sau:





!"! #
$



Hình 8.3. Lực tác dụng lên tờng theo phơng pháp Blum (Murthy, 2002).
Lời giải của phơng pháp Blum cũng tơng tự nh của phơng pháp cân bằng tĩnh:
- Tính toán áp lực phân bố trớc và sau tờng: áp lực chủ động và bị động đợc tính
toán theo biểu thức của Rankine. Tính toán lực tập trung Ep thông qua tổng hợp
áp lực bị động ở chân tờng.
- Căn cứ vào phơng trình cân bằng tĩnh theo moment và lực theo phơng ngang
xây dựng đợc một phơng trình bậc 3 với ẩn số là x (Phơng trình (4)). Giải phơng
trình và tìm đợc độ cắm sâu của tờng vào trong đất là: u +1,2x. Chi tiết về phơng
pháp này có thể tham khảo (Nguyễn, 2005).
0
).(
).(.6
.
).(
.6
3
=



(8.2)
6
) ().(
3
max
m
aPm
x
KKaXlPM +=


(8.3)
Trên thực tế, mô hình Blum và cải tiến và đa vào sử dụng phổ biến tại rất nhiều
nớc trên thế giới nh Mỹ, Thụy Điển, Brazil, tiệp khắc chỉ có các hệ số đợc sử
dụng tại các nớc này khác nhau. Ngời ta tổng kết phơng pháp Blum cho 3 dạng
lời giải khác nhau trong thiết kế tờng cừ của hố đào nh sau:
- Tờng Consol: Đây là loại tờng đợc cắm sâu vào trong đất và không đợc phụ trợ
bởi một hệ thanh chống hoặc neo đất. Loại tờng này thờng chỉ dùng cho hố đào
nông hơn 6m. Đặc điểm của loại tờng này là moment uốn và chuyển vị tại đỉnh
tờng là lớn. Chiều dài cắm trong đất của tờng là lớn nhất.
- Loại tờng có hệ thống chống hoặc neo đất với liên kết chân tờng là dạng khớp:
Loại tờng này thờng cho kết quả moment uốn của thân tờng lớn. Tuy nhiên,
chiều dài của đoạn tờng cắm trong đất thờng là nhỏ nất trong số 3 lời giải.
- Loại tờng có hệ thanh chống hoặc neo đất với liên kết chân tờng dạng ngàm:
Loại tờng này cho kết quả môment uốn thờng là nhỏ nhất. Tuy nhiên, chiều dài
cắm trong đất của tờng thờng lớn hơn loại có liên kết khớp.
8.9.1.3 Phơng pháp giả thiết Điểm tựa (assumed support method)
Khi tính toán tờng cừ dạng Consol thì việc tính toán bằng tay là hoàn toàn phù

một cách dễ dàng.
5. Căn cứ vào điều kiện khép kín của đa giác lực có thể tìm ra Ep. Sau khi tìm đợc
Ep có thể tìm ra x. Từ đó ta có độ sâu của tờng vào trong đất.
6. Mô men uốn M ở bất cứ mặt cắt nào của tờng cũng bằng tích tiêu cự r (tỉ lệ
xích lực) với tọa độ Y tơng ứng trên môment đa giác dây.
8.9.1.5 Phơng pháp dầm trên nền đàn hồi
Phơng pháp này dựa trên mô hình WinKler, ông giả thiết rằng móng là kết cấu cứng
còn nền đất là đàn hồi. Sự ảnh hởng giữa chúng có thể giả thiết nh là một chuỗi những
lò xo riêng lẻ. Theo giả thiết của WinKler phản lực của đất ở bất cứ điểm nào trên thân
cọc cũng tỉ lệ với chuyển vị của điểm ấy. Hệ số nền đợc tính bằng ứng suất (p) trên sự
dịch chuyển () nh sau:

p
C
=
Có ba phơng pháp đê giải bài toán khi bản cọc là một dầm trên nền đàn hồi: 1)Phơng
pháp giải tích; 2) Phơng pháp sai phân hữu hạn và 3) Phơng pháp phần tử hữu hạn.
8.9.1.5.1 Giải ph ơng trình vi phân bằng giải tích
Theo phơng pháp này, độ sâu của tờng trong đất là h, độ rộng của tờng lấy bằng độ
rộng đơn vị. Đỉnh cọc (tại vị trí mặt đất bằng z=0), dới tác dụng của tại trọng M0 và Q0
sẽ gây ra chuyển vị ngang x0, góc xoay z, mô men uốn Mz, lực cắt Qz của tờng tại
các độ sâu khác nhau (Hình 8.5)
Hình 8.5: Biến dạng của tờng theo chiều sâu (theo Nguyễn Bá Kế, 2002)
Trong trờng hợp này tờng bị uốn cong trong môi trờng đàn hồi, công thức quan hệ giữa
đờng cong của trục dầm với tải trọng q phân bố trên dầm, tức phơng trình vi phân đờng
cong đàn hồi là
z
z
xz
dz

Nguyễn Bá Kế (2002).
8.9.1.6 Phơng pháp phần tử hữu hạn
Nh trình bày ở mục 2.6, phơng pháp phần tử hữu hạn đợc sử dụng để tính toán chuyển
vị và ứng suất trong tờng cừ thông qua việc mô hình hóa đất nền bằng các gối đàn hồi.
Trong thời gian gần đây, với sự phát triển của máy tính điện tử, rất nhiều phần mềm th-
ơng mại cho phép mô hình hóa đồng thời cả nền đất và tờng cừ đợc bán trên thị trờng
(VD: SoilVision, Plaxis, Geoslope). Những phần mền thơng mại này cho phép sử dụng
nhiều mô hình đất nền khác nhau. Về mặt lý thuyết, việc mô tả đồng thời tờng cừ và
đất nền sẽ đem lại kết quả chính xác và phù hợp hơn nhiều so với việc dùng các gối
đàn hồi. Thông thờng có 2 mô hình đất nền đợc sử dụng 1) Mô hình Morh-Coulomb và
2) Mô hình Cam clay. Mô tả sơ lợc về 2 mô hình sẽ đợc trình bày trong báo cáo này.
8.9.1.7 Một số phơng pháp khác
Tơng tự nh phơng pháp Blum, Brinch Hasen đã xây dựng các loại đờng và lới trợt khác
nhau, đi đôi với nó là các dạng phá hoại và chuyển vị của tờng. Từ đó để xây dựng đợc
sơ đồ lực tác dụng lên tờng trong quá trình làm việc.
Đợc xây dựng sau phơng pháp Blum gần 30 năm. Phơng pháp Windels (1959) là sự kết
hợp của 2 phơng pháp Blum và Brinch Hansen. Ưu điểm của phơng pháp này là tác giả
đã nhận đợc ảnh hởng rất lớn của chuyển vị của tờng đến áp lực tác dụng lên tờng. Mối
liên hệ này đợc mô tả khá chi tiết trong tài liệu kiến nghị của hội kỹ s cảng và địa kỹ
thuật của Đức (EAU, 1990).
Weienbach (1969,1975,1977) đã cải tiến phơng pháp của Windels (1970) để phơng
pháp này có thể áp dụng dễ dàng hơn. Tác giả đã xét đến việc ứng dụng các cừ Lasen
thờng đợc sử dụng trong thực tế.
8.9.1.8 Tính toán chuyển vị đứng sau lng tờng
Phần lớn những phơng pháp đợc giới thiệu ở trên đều không cho phép tính toán chuyển
vị thẳng đứng đất sau lng tờng (ngoại trừ phơng pháp phần tử hữu hạn). Một số phơng
pháp xác định chuyển vị thẳng đứng của mặt đất sau lng tờng sẽ đợc giới thiệu trong
phần này.
Peck (1969) là phơng pháp đầu tiên đợc xây dựng để xác định lún của bề mặt đất sau l-
ng tờng cừ. Phơng pháp này đợc xây dựng trên những quan sát hiện trờng tại công trình

; 4) Dựa trên
loại biến dạng ở bớc 2 để tiến hành xác định của toàn bộ bề mặt đất.
8.9.1.9 Tổng kết các phơng pháp tính
Căn cứ vào lý thuyết xây dựng và ứng dụng của các mô hình tính toán tờng cừ cho hố
đào, bảng tổng hợp về các mô hình đợc thể hiện trên bảng 8.2. Sơ đồ khối cho các mô
hình đợc trình bày trên hình 8.7
Bảng 8.2. Bảng tổng hợp một số mô hình tính toán thiết kế tờng cừ
STT Một số mô hình/phơng pháp tính
toán tờng cừ và chuyển vị đất
xung quanh hố đào
Khả năng của mô hình
ổn định và ứng suất
trong tờng
Chuyển vị nền đất
theo phơng đứng
1 Cân bằng tĩnh học x
2 Blum x
3 Giả thiết điểm tựa x
4 Đờng đàn hồi x
5 Dầm trên nền đàn hồi x
6 Brinch Hansen x
7 Windels x
8
Weienbach
x
9 Peck x
10 Bowles x
11 Clough và ORourke x
12 Ou và Hsieh x
13 Phần tử hữu hạn x x

q
eq
=
r
.h
eq

Sơ đồ tính toán
!%&'(
)%'
*+, - !
.
&'(/0123

4'&''56
278'9:;'<'9=
>-?@A0'B'1C0D<'0
EF3'GH'9:;'<<
>-+@A0'B'1'I'1J%<FK'

L?,
r.H.L
*?,?M+
r.H .Ka
+
N&'(O':P<)'0'9Q<<1'<
>8<;JF5'R<S<.,L?T U
Sơ đồ bố trí lới địa kỹ thuật trong tờng chắn
8.9.2.1 Kiểm tra ổn định bản thân tờng
8.9.2.1.1 Kiểm tra khả năng cốt bị kéo đứt

RF
T
T
RFRFRF
T
T
ult
all
DCRID
ult
all

=
=
**
V i:
Tult: l c kéo t t i h n c a l i
RF
ID
: H s chi t gi m vỡ h h ng khi l p t
RF
CR
: H s chi t gi m t bi n
RF
D
: H s chi t gi m b n (Hóa h c v sinh h c)
Cờng độ chịu kéo cho phép Tall lới 1 trục
(Tenax Geogrid-Italia)
B ng 8.3 -LTDS in kN/m for different geogrids at 20
0

Type
Tensile Strength
ứng suất bền kéo
(kN/m)
Elongation
at peark - độ giãn dài
(%)
Junction Strength
ứng suất bền khi nối
(kN/m)
TT 45SAMP 45 11.5 36
TT 60SAMP 60 13.0 50
TT 90 SAMP 90 13.0 80
TT 120 SAMP 120 13.0 110
TT 160 SAMP 160 13.0 130
8.9.2.1.2 Kiểm tra khả năng cốt bị kéo tuột
Nhằm mục đích:
Xác định khoảng cách giữa các lớp lới, Sv.
Xác định lực đẩy lớn nhất trong mỗi lớp lới, Tmax.
Xác định chiều dài lới, L.
a) Xác định chiều dài lới neo giữ phía sau mặt trợt để không bị kéo tuột, L
E
.
)(
max
)()(
max
)')()(*)()(2(
)')()(*)()()(2(
1

: Hệ số bao phủ, Rc=1
Đối với thiết kế sơ bộ trong TH không có dữ liệu Địa kỹ thuật vật liệu đắp, thì trong bài
toán kiểm tra khả năng cốt bị kéo tuột, ngoại trừ vật liệu đắt là cát (v.v.v hệ số đồng
nhất, Cu<4) thì có thể sử dụng giá trị mặc định an toàn F* và nh trong bảng 8.5
Bảng 8.6. Bảng mặc định giá trị F* và
Reniforcement Type Default F* Default
Geogrid
0.8 tan
0.8
Geotextile
0.67tan
0.6
mvL
z
T
L
E
rr
E
0,1
))()(1)(8,0)()(tan8,0)(2(
)(5,1
max


Do đó:
5,1
max
)(
=

Tính hệ số an toàn lật, FS
(OT)
:

Trong đó:
+ Mo là mômen lật gây ra bởi lực chủ động.
+ M
RO
là mômen chống lật nhờ trọng lợng tờng.
8.9.2.2.2 Kiểm tra tính toán trợt.
a/ Tính lực đẩy ngang tại đáy tờng, F
H
= P
a
b/ Tính lực chống đẩy ngang tại đáy tờng: F
R
=W.tan
f
2
)(
=
H
R
SL
F
F
FS
c/ Kiểm tra tính toán độ ổn định trợt:
8.9.2.2.3
LqW

c/ Tính tổng tải trọng thẳng đứng:
5,2
)(
=
v
ult
BC
q
FS

d/ Kiểm tra độ ổn định:
Bng 8.7. Tra h s Nc, Nq, N

Nc Nq
N
Nc Nq
N
0 5.14 1.00 0.00
26 22.25 11.85 12.54
1 5.38 1.09 0.07
27 23.94 13.20 14.47
2 5.63 1.20 0.15
28 25.80 14.72 16.72
3 5.90 1.31 0.24
29 27.86 16.44 19.34
4 6.19 1.43 0.34
30 30.14 18.40 22.40
5 6.49 1.57 0.45
31 32.67 20.63 25.90
6 6.81 1.72 0.57