Luận văn thạc sĩ
MỞ ĐẦU
I. sù cÇn thiÕt cđa ®Ị tµi
Để chống xói lở bờ sông và bảo vệ công trình ven sông tại ĐBSCL, tuỳ theo đòa chất,
đòa hình , đặt điểm dòng chảy và tải trọng tác dụng mà sử dụng các công trình ven
sông như: tường cọc bản, tường chắn đất trọng lực thấp, tường bán trọng lực, tường
bản góc BTCT … bảo vệ các công trình ven sông như : đường, đê đập, tuyến dân cư ,
nhà cửa……
Tường cõ, là một dạng đặt biệt của tường chắn đất với mục đích chung là chòu tải
trọng ngang gây ra bởi mặt đất tự nhiên, đất đắp, tải trọng bên trên. Hệ thống kết cấu
bao gồm tường và hệ kết cấu chống ®ì tường (thanh neo, thanh chống, sàn đỡ …),
ngoài ra tường còn ngàm vào trong đất bên dưới. Trong hầu hết các trường hợp, đất
vừa gây ra lực tác động lên tường đồng thời vừa là kết cấu chống đỡ hay giữ tường,
tạo ra sự dòch chuyển cơ học của hệ kết cấu trong đất.
Người thiết kế phải biết xác đònh nội lực và mức độ chuyển dòch của kết cấu. Thông
thường, chúng được xác đònh trong điều kiện làm việc cực hạn. Bên cạnh đó, cũng cần
xác đònh mức độ chuyển dòch tiềm tàng của đất có thể xảy ra trong quá trình thi công
kết cấu theo thời gian vì sự thoát nước bên trong xuất hiện. Do đó, ảnh hưởng của ứng
xử đất trong quá trình thi công đến sự làm việc của cọc bản là rất lớn do đó cần phải
xem xét.
Cho đến nay việc thiết kế tường chắn thường được tiến hành theo phương pháp truyền
thống đơn giản (cân bằng giới hạn) hay theo phương pháp kinh nghiệm. Phương pháp
đơn giản thường được áp dụng cho tường trọng lực, tường cosol ngàm, tường ngàm với
một thanh chống hay neo.
Thông thường thì những phương pháp đó cho ta những kết quả hạn chế về sự chuyển
dòch và không có kết quả về sự tương tác giữa tường và đất. Nên việc nghiên cứu ứng
dụng máy tính với một số phần mềm đã mang lại một số kết quả đáng kể trong việc
phân tích và thiết kế kết cấu tường chắn trong chục năm qua. Do đó Nghiên cứu tính
tốn tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH là vấn đề cần thiết và có tính ứng dụng
cao.
ii. mơc ®Ých, c¸ch tiÕp cËn vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TƯỜNG cõ CHO CÁC CÔNG
TRÌNH VEN SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU.
1.1.Một số sự cố điển hình các cơng trình ven sơng:
-Đất ven sông bò sạt lở là do dòng chảy
Qua tài liệu nghiên cứu cho thấy điều kiện tự nhiên hình thành nên dòng sông, nguyên
nhân dòng chảy ở các sông của ĐBSCL về mùa lũ thường có vận tốc lớn hơn 0.5m/s
nên có khả năng gây ra xói lở bờ là rất lớn.
Mét sè h×nh ¶nh s¹c në bê s«ng:

Hình 1.1. S¹c lë bê s«ng TiỊn

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 3


Luận văn thạc sĩ
Hình 1.2. S¹c lë bê khu vùc thÞ trÊn T©n Ch©u trªn s«ng TiỊn

H×nh 1.3. Công Trình cầu kênh ngang số 2- bến Bình Dông

Hình 1.4. S¹c lë g©y g·y mãng c«ng tr×nh t¹i hun nhµ BÌ

1.2. Một số đặc điểm cấu tạo và sử dụng hệ tường cọc cừ:
1.2.1. Giới thiệu chung:
Tường cõ dùng để chống lại áp lực ngang do đất, nước và các tải trọng phía trên gây
ra và đạt trạng thái ổn đònh nhờ sức chống ngang của đất phía trước của đất phía trước
tường khi tường cõ hạ sâu xuống đất và nhờ các hệ thống neo phía sau tường.


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.6. S¹c lë ®êng Ngun C«ng Trø thÞ trÇn R¹ch gi¸

Hình 1.7. X©y dùng têng kÌ chèng s¹c lë t¹i ®êng Ngun C«ng Trø

* Công trình Nhà Máy Nhiệt Điện Phú Mỹ I huyện Tân Thành Tỉnh Bà Ròa Vũng Tàu
với hạng mục kênh dẫn nước của nhà máy chiều dài trên 1.000 m, chiều rộng 45m
chiều sâu 8.7m
* Công trình Phú Mỹ II

Hình 1.9

Hình 1.8. Thi c«ng c«ng tr×nh Phó Mü 2

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 6


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.9. B·i chÕ t¹o cäc cõ BTCT øng st tríc

1.3.Tổng quan về lý thuyết tính tốn hệ tường cọc cừ
1.3.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 207-92:
Theo tiêu chuẩn này, đối với các công trình tường cõ có neo, người ta chia thành hai
loại tường cõ :
1.3.1.1. Tường mềm

Bao gồm các cõ BTCT có tỷ số δc/t > 0,06
Khi tính toán người ta sẽ tính toán theo sơ đồ chân tường dòch chuyển tự do

Hình 1.11. Tường cõ tựa tự do
Việc tính toán có thể sử dụng phương pháp giải tích (cho trường hợp đất đồng nhất),
hoặc phương pháp đồ giải (cho mọi loại đất nền).
a. Tính toán tónh học cho tường cừ mềm ngàm hoàn toàn:
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 8


Luận văn thạc sĩ
Phương pháp đồ giải: các nội dung cần thực hiện gồâm:
1) Giả thiết độ sâu chôn cừ t.
2) Dựng biểu đồ áp lực tổng của áp lực chủ động và bò động của đất có xét đến hoạt
tải.
Chú ý: Tiêu chuẩn quy đònh khi tính toán áp lực đất theo lý thuyết cổ điển, góc ma sát
của vật liệu đất đắp δ lấy như sau:
Áp lực chủ động: δ = 0,5ϕ ( đối với tường mặt, tường neo và bản neo ).
Áp lực bò động:
+ Tường mặt: δ = 0,75ϕ
+ Tường mặt: δ = 0,75ϕ
+ Bản neo: δ = 0
Tải trọng phân bố của biểu đồ tổng các áp lực chủ động và bò động được thay thế
bằng các lực tập trung Pi.
3) Dựng biểu đồ đa giác lực và đa giác dây từ các nội lực Pi nói trên.
Đường khép kín của đa giác dây được vẽ qua giao điểm của trục thanh neo với tia thứ
nhất theo điều kiện đảm bảo giá trò bằng nhau của mômen uốn ở nhòp và ở ngàm
( Mn = Mz ).

đất ( tường cứng có neo, biến dạng tònh tiến về phía trước).
⇒Hình 1.13b thể hiện ảnh hưởng của độ mềm trong việc tạo hiệu ứng vòm của đất.
⇒Hình 1.13c diễn tả trường hợp khi các cọc thép được đóng sâu, ngàm sẽ xảy ra ở
phần thấp hơn của cọc gây ra đổi chiều cong trong tường cọc.

a

b

c

Hình 1.12. Ảnh hưởng của độ mềm kết cấu tường cọc bản có neo đơn đến áp lực và sức
kháng của đất
Nói chung, điều kiện ngàm trong đất sẽ đưa đến một thiết kế kinh tế hơn cho tường
mềm so với điều kiện chân tường tựa tự do, do mômen uốn trong tường và các lực neo
sẽ có xu hướng thấp hơn.
Tường sâu hơn được yêu cầu để đạt độ ngàm chặt ở điều kiện ngàm trong đất, nhưng
ở điều kiện chân tường tựa tự do độ chôn sâu nông hơn vì chỉ cần tăng độ ổn đònh để
tạo đủ sức chống đỡ đối với sự dòch chuyển về phía trước. Đối với kết cấu vónh cửu
thường không khuyến nghò giả thiết điều kiện ngàm trong đất cho tường trong đất
dính, do đất có các thay đổi lâu dài về các đặc trưng.
Nên kể đến điều kiện vòm trong quan hệ đối với trình tự thi công của tường tường đã
được nạo vét đi, chuyển dòch của tường do áp lực của chiều cao đất bò chắn nhỏ có thể
đủ để phát triển các điều kiện áp lực chủ động. Khi nạo vét xong, tường sẽ biến dạng
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 10


Luận văn thạc sĩ

1.14a.
Tuy nhiên, nhằm mục đích xác đònh ổn đònh của tường chống lật, để tính toán lực neo
và các mô men uốn trong cừ, nên kể đến ảnh hưởng của độ mềm kết cấu. Với tường
mềm, lực neo cao hơn, mômen uốn giữa kết cấu neo và đáy biển là thấp hơn so với
tính toán khi giả thiết phân bố ứng suất tuyến tính. Độ mềm tường giảm khi tường
được xây trong một dầm mũ bê tông cứng.
+ Phương pháp giảm mômen của Rowe chỉ dùng cho tường cọc ván thép mềm. Phương
pháp này bao gồm việc phân tích tường khi giả thiết chân tường dòch chuyển tự do, áp
dụng các hệ số giảm mômen uốn để kể đến độ mềm của tường liên quan đến độ chôn
sâu trong đất. Phương pháp này cho thiết kế kinh tế hơn phương pháp dầm tương
đương điều chỉnh của Blum và thích hợp sử dụng cho hầu hết các loại đất trừ đất sét
quá cố kết và tường có đắp sau, khi áp lực đất đã có hệ số không nên sử dụng vì xảy
ra ứng suất theo phương ngang cao. Tuy nhiên, nên kiểm tra cẩn thận để độ võng nhận
được theo phương pháp này nằm trong giới hạn cho phép.
1.4 .Tính tốn ổn định tổng thể của hệ tường cừ.
Hiện nay, có nhiều phương pháp để kiểm tra ổn đònh của hệ tường cõ. Trong đó
phương pháp thường dùng nhất là kiểm tra sự ổn đònh dựa trên điều kiện cân bằng dẻo
giới hạn. Điều kiện cân bằng dẻo giới hạn tồn tại từ thời điểm mà dòch chuyển cắt bắt
đầu và biến dạng trượt cứ tiếp diễn mà ứng suất không đổi. Khối đất mất ổn đònh và
trượt theo mặt trượt nhất đònh như là vật thể tự do ở điều kiện cân bằng. Cần đánh giá
các lực hay moment tác dụng lên vật thể tự do này và tiến hành so sánh các lực cắt tác
dụng dọc theo mặt trượt với sức chống cắt có khả năng tạo ra. Tuỳ theo giả thiết hình
dáng mặt trượt (phẳng, hỗn hợp hay cung tròn.v.v...) và các lực tác dụng mà các tác
giả phát triển thành các phương pháp khác nhau.
Đối với bài toán kiểm tra ổn đònh tổng thể của tường cõ, phần mái dốc của đất được
tường cõ bảo vệ và do cọc đóng sâu vào trong đất nền nên khả năng ổn đònh tổng thể
của cả hệ thường đảm bảo. Vì vậy, thường xem xét khả năng xảy ra trượt sâu và mặt
trượt xem như đi qua chân cõ.

Học viên: Vũ Văn Hậu

i
− Mômen chống trượt là : Mct = Σ M ct = ΣSi*r.
(1.3)
Hệ số ổn đònh trượt F được xác đònh như sau :
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 13


Luận văn thạc sĩ
i=n

F=

∑M
i =1
i=n

i
ct

(1.4)

∑ M gti
i =1

và đánh giá sự ổn đònh như sau :
− Nếu F 1 : hệ ở trạng thái ổn đònh.

(1.5)

Phương pháp này đơn giản nhưng trong trường hợp áp lực đẩy nổi lớn, cung trượt nằm
sâu hoặc có bán kính nhỏ sẽ có sai số lớn. Theo R.Whitlow trong trường hợp đó giá trò
F thường có giá trò thấp hơn đến 50%.
1.4.3.Phương pháp Bishop:
Bishop giả thiết rằng các lực tác động tiếp tuyến với mặt hông của mảnh bằng nhau
Xi = Xi+1 và lực pháp tuyến khác nhau Ei ≠ Ei+1.
Khi đó :
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 14


Luận văn thạc sĩ
 b
N i = Wi cosαi − U i = Wi cosαi − ui  i
 cosαi
Ti = Wi sin αi =





N i tgϕ ' + c ' ∆li
F

Lấy tổng hợp lực theo phương thẳng đứng :

(U

Ni = i i i
cos α i (1 + tgα i tgϕ ' / F )
Thế giá trò N i = Wi cosα i − U i vào và rút gọn được hệ số ổn đònh F :

F=

∑

i =n
i =1

 c ' bi
 W − ui − c' bi tgα i / F 
+ i

tgϕ '
 cosα i  cosα i (1 + tgα itgϕ ' / F ) 
i =n
∑i =1Wi sin αi

(1.6)

Do hai vế công thức (1.6) đều có giá trò F nên để xác đònh được giá trò F dùng phương
pháp “thử và sai” để tính đúng dần giá trò F.
Việc tính toán hệ số ổn đònh F trên ứng với từng tâm trượt và cung trượt nhất đònh.
Trong thực tế có vô số tâm trượt và cung trượt cần phải tính toán. Sau khi tính toán, so
sánh sẽø tìm ra cung trượt và tâm trượt nguy hiểm nhất ứng với giá trò hệ số ổn đònh
Fmin.
Cách tính toán trên sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức.
1.5. Phương pháp phần tử hữu hạn.

Ngày nay, với tình hình phát triển mạnh mẽ của các phần mềm máy tính về phần tử
hữu hạn trong các lónh vực nối chung và trong lónh vực đòa cơ học nói riêng ( như phần
mềm Plaxis; Geo-slope; Sage crisp ...) và phần cứng của máy tính có tốc độ cao, người
ta dễ dàng thu được các giải pháp khác nhau.
1.5.2. Một số phần mềm tính tốn địa cơ:
SAGE CRISP là một gói chương trình được viết để phân tích các bài toán đòa kỹ thuật
bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng lý thuyết của cơ học đất ở trạng
thái tới hạn và vận hành trong môi trường WINDOWS. Gói phần mềm này bao gồm
chương trình tiền xử lý (Pre - processor), hậu xử lý (Post - processor) với giao diện
người sử dụng dạng đồ họa (GUIs), chương trình phân tích tính toán PTHH và tiện ích
bảng tính dành cho các dữ liệu cần đưa ra máy in.
SAGE CRISP tổng hợp những khả năng phân tích tính toán đầy ấn tượng với giao diện
đồ hoạ thuận tiện cho người sử dụng. Chương trình tiền xử lý đưa ra một môi trường
tương tác trực giác, trong đó việc xử lý sẽ được tiến hành một cách nhanh chóng, dễ
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 16


Luận văn thạc sĩ
dàng. Chương trình hậu xử lý cũng vận hành trong môi trường tương tự, tổng hợp các
dữ liệu có được và đưa ra bằng công cụ trực quan.
SAGE CRISP đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới ở cả 2 lónh vực nghiên cứu và sản
xuất để giải quyết các bài toán đòa kỹ thuật bao gồm các kết cấu tường chắn, đê đập,
tunnel và nền móng,… Nó cũng được sử dụng trong việc tính toán móng độc lập, móng
cọc, ổn đònh mái dốc, ổn đònh thành hố khoan và các nghiên cứu về quá trình thi công.
−
Các dạng bài toán :

Bài toán biến dạng phẳng

Các dạng phần tử :

Phần tử kết cấu (bài toán biến dạng phẳng) : thanh, dầm;

Phần tử 2D (bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục): tam giác, tứ
giác;

Phần tử tiếp xúc (tương tác kết cấu và đất).
−
Cấu trúc chương trình : (hình 1.18)

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 17


Luận văn thạc sĩ

SAGE CRISP

PRE – PROCCESOR
(TIỀN XỬ LÝ)

POST-PROCCESOR
(HẬU XỬ LÝ)

- Mô đun đồ họa;
- Vẽ các chuyển vò;
- Vẽ các đường đồng mức;
- Vẽ các mômen uốn;

VănUHậu
(NHẬ
P DỮ
)

PLAXIS
CALCULATIONS
(TÍNH TOÁN)

PLAXIS OUTPUT
(XUẤT KẾT QUẢ)

Hình 1.17- Cấu trúc chương trình của Plaxis

PLAXIS CURVES
18
(VẼ BIỂU ĐỒPage
)


Luận văn thạc sĩ

- Chương trình nhập dữ liệu (Plaxis input program) :
Chương trình nhập dữ liệu chứa đựng tất cả các phương tiện thuận lợi để tạo hoặc
chỉnh sửa một mô hình hình học, để phát sinh lưới phần tử phù hợp điều kiện ban đầu.
- Chương trình tính toán (Plaxis calculations program) :
Chương trình tính toán được thực thi sau khi xây dựng xong mô hình phần tử hữu hạn.
Khi đó cần đònh nghóa loại tính toán nào được dùng và loại tải trọng nào tác động
trong suốt quá trình tính toán. PLAXIS cho phép tính toán nhiều loại phần tử hữu hạn.
- Chương trình xuất kết quả (Plaxis output program) :


Tường cõ có neo, đầu tự
do

Tường cõ có neo, đầu
ngàm

Hình 1.19. M« h×nh c¸c lo¹i têng cõ
Trường hợp tường cõ có neo có thể được phân thành 2 trường hợp:
-Tường cõ có neo đầu cọc tự do (Free-earth Method )
Trong trường hợp này đầu cọc bên trên được neo vào bên trong bằng thanh neo và gối
neo, đầu cọc bên dưới chôn vào trong đất được chuyển vò tự do;
-Tường cõ có neo đầu ngàm (Fixed-earth Method
Trong trường hợp này đầu cọc bên trên cũng cấu tạo tương tự trường hợp tường cõ có
neo đầu tự do. Phần đầu cọc bên dưới chôn vào trong đất nền được quan niệm ngàm
vào trong đất tức đầu cọc không được xoay khi chòu tải.
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 20


Luận văn thạc sĩ
Trong cùng trường hợp đất nền và điều kiện làm việc, tường cọc có neo đầu ngàm có
chiều sâu chôn cọc lớn hơn trường hợp đầu tự do.
1.6.2. Các loại vật liệu làm tường cừ:
Tường cõ được sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau:
Gỗ
Thép
Bêtông cốt thép
Composite

Hình1.21– Các loại cừ thép
a- Cừ phẳng; b- Cừ hình máng; c-Cừ chữ z; d. e- Cừ larsse;
g,h I,k Cừ kết hợp
1.6.2.2 Tường cõ bêtông cốt thép:

Tường cõ BTCT cũng đựơc sử dụng khá phổ biến. Tường cõ BTCT được chế tạo để
khắc phục một số nhược điểm của của cừ thép.
Bắt đầu những năm 60, tường cõ bêtông cốt thép ứng suất trước (BTCTƯST) đựơc sử
dụng nhiều nơi trên thế giới. Ở Việt Nam tường cõ BTƯST đã sử dụng một số nơi và
hiện nay đã được sản xuất trong nước.Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm: cõ
bản bê tông cốt thép khó hạ vào đất nền, hoặc đào rãnh có ổn đònh vách bằng bùn
khoan nếu cần, hoăc hạ bằng xoái nước có hổ trợ bàng búa rung vì ma sát giửa các
cọc khá lớn, ngoài ra hạ cọc bằng búa rung do cọc bản mỏng chòu tải trọng động
kém dể bò nứt do đó cọc phải được ứng lực bằng căng trước.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 22


Luận văn thạc sĩ

Hình1.22– Cấu tạo hệ tường một neo bằng trụ ống
BTCT
1.6.2.3 Đặc điểm cấu tạo cõ bêtông cốt thép ứng suất trước:
A . Cấu tạo:
1. Thành phần:
Cấu tạo của cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước gồm 2 thành phần chủ yếu là cốt
thép và bê tông, tuỳ thuộc từng loại kết cấu cừ bản mà chủng loại và vật tư có thay
đổi.


Hình 1.24. Mặt cắt ngang của cõ BTCT
UST

2. Kết cấu:
Để tăng khả năng chòu lực, kết cấu cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước được cấu
tạo gần dạng chữ C, góc nghiêng, chiều dày, chiều cao cừ thay đổi theo yêu cầu từng
loại cừ thiết kế- Riêng kích thước chiều rộng bản cừ không thay đổi = 996mm.
-Kích thước cơ bản các loại cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trứớc như sau:
+ Chiều rộng cừ bản: 996mm
+ Chiều dày:
60-120mm.
+ Chiều cao:
120-600 mm
+ Chiều dài:
3-24m
Để giảm lực ma sát khi đóng cừ, đầu cừ được vát (như hình vẽ)

Hình 1.25.MỈt c¾t däc cõ

3. Liên kết cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước:
Cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước được liên kết với nhau qua khớp nối âm dương
tạo thành một liên kết vững chắc. Để đảm bảo kín nước, giữa khớp nối có cấu tạo vật
liệu kín nước bằng nhựa tổng hợp độ bền cao (Elastic vinyl Choloride)
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 25