BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRƯƠNG HỮU TÂM

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO CÁC
TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT CỦA CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SẠT
LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU
THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60 – 58 – 02 – 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. NGUYỄN QUANG TUẤN

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô, đồng thời với
kinh nghiệm làm việc tại cơ quan, sự giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp và đặc biệt là
sự giúp dỡ chỉ bảo của thầy TS. Nguyễn Quang Tuấn. Việc thực hiện đề tài luận văn
cao học “Nghiên cứu ổn định của tường chắn đất cho các trường hợp đặc biệt của công
trình xử lý sạt lở bờ kênh khu vực xã Phú Tâm- Huyện Châu Thành- Tỉnh Sóc Trăng”
tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị, các bạn cùng học lớp Cao học
CH24ĐKT12đã cung cấp tài liệu, giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bổ ích
để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.
Cuối cùng tui xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động
viên giúp đỡ về mặt tinh thần và vật chất để tôi hoàn thành chương trình học tập.
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và lượng kiến thức bao la vô tận nên không thể
tránh khỏi những thiếu xót nhất định. Tôi rất mong được sự đóng góp và ý kiến quý
báu của Quý Thầy Cô và bạn bè để ngày càng hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cám ơn!

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG................................................................................................ ix
MỞ ĐẦU............. ........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ .... 5
1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất. ............................... 5
1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn. ........................................................................................... 5
1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn. ................................................................................. 6
1.2. Tiêu chuẩn thiết kế tường chắn. .............................................................................................. 7
1.3. Các bước thiết kế tường chắn.................................................................................................. 8
1.3.1. Chọn mặt cắt tính toán.......................................................................................................... 9
1.3.2. Xác định lực tác dụng lên tường chắn. ................................................................................ 9
1.3.3. Kiểm tra ổn định tường chắn. ............................................................................................ 10
1.3.4. Kiểm tra điều kiện trượt ổn định tường chắn.................................................................... 10
1.3.5. Kiểm tra điều kiện lật ổn định tường chắn. ....................................................................... 10
1.3.6. Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất. ...................................................... 10
1.3.7. Kiểm tra lún của tường chắn. ............................................................................................. 11

2.9.3. Mô hình tính toán hệ tường chắn đất đắp nền. ................................................................. 50
2.9.4. Phân tích kết quả tính toán ................................................................................................. 55
2.10. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn. .................................................................. 58
2.10.1. Đặt vấn đề tính toán theo TCVN-4253-2012. ................................................................ 58
2.10.2. Tính toán tường chắn theo trạng thái giới hạn................................................................ 59
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ỨNG DỤNG CHO CÔNG
TRÌNH XỬ LÝ SẠT LỞ BỜ KÊNH KHU VỰC XÃ PHÚ TÂM- HUYỆN CHÂU
THÀNH- TỈNH SÓC TRĂNG. .................................................................................................. 73
3.1. Đặc điểm địa hình tại khu vực bờ kênh xã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc
Trăng.................... ......................................................................................................................... 73
3.2. Phân tích địa hình khu vực. ................................................................................................... 73
3.2.1. Địa chất. .... ......................................................................................................................... 73
3.2.2. Địa chất thủy văn. ............................................................................................................... 74
3.2.3. Nhận định và phân tích nguyên nhân gây sạt lở hoặc mất ổn định của công trình. .... 75
3.3. Thiết lập bài toán và tính toán ổn định tường chắn. ............................................................ 75
3.3.1. Xử lý bằng cọc bê tông cốt thép ........................................................................................ 76
3.3.2. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ I ...................................................................................... 83
3.3.3. Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ II ..................................................................................... 87

iv


3.3.4. Kiểm tra ổn định tổng thể công trình bằng phần mềm GeoSlope khi sử dụng giải pháp
cọc bê tông cốt thép ...................................................................................................................... 90
3.3.5. Phân tích kết quả và bình luận ........................................................................................... 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 98

v


Hình 2.19 Mô tả tính toán tường chắn với lưng tường gãy khúc mặt đất phẳng...................... 36
Hình 2.20 Trình bày dạng phân bố cường độ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ
tiêu cơ lý khác nhau. ..................................................................................................................... 37

vi


Hình 2.21 Biểu đồ phân bố cường dộ áp lực chủ động của đất rời khi các lớp đất có chỉ tiêu cơ
lý khác nhau......... ......................................................................................................................... 38
Hình 2.22 Biểu đồ tính toán áp lực đất trường hợp đất đắp sau tường có nước ngầm............. 38
Hình 2.23 Lực tác dụng lên thỏi và đa giác lực theo phương pháp Bishop .............................. 43
Hình 2.24 sơ đồ tính sức chịu tải của nền và sự ổn định của công trình khi trượt hỗn hợp ..... 47
Hình 2.25 Mặt cắt ngang thể hiện một số kích thước cơ bản..................................................... 50
Hình 2.26 Thiết lập thông số giới hạn trang vẽ........................................................................... 52
Hình 2.27 Thiết lập tỉ lệ và đơn vị tính toán................................................................................ 52
Hình 2.28 Thiết lập lưới vẽ Grid.................................................................................................. 52
Hình 2.29 Phát thảo mặt cắt các lớp đất nền, và tường chắn ..................................................... 53
Hình 2.30 Nhập thông số cho lớp đất đắp ................................................................................... 53
Hình 2.31 Nhập thông số cho lớp đất 1a Bùn sét ....................................................................... 53
Hình 2.32 Thiết lập hoạt tải công trình ........................................................................................ 54
Hình 2.33 Thiết lập lưới tâm trượt, và lưới bán kính trượt......................................................... 54
Hình 2.34 Mô phỏng công trình thể hiện mặt cắt tường lớp đất trên phần mềm GeoSlope.... 55
Hình 2.35 Mô phỏng hiển thị cung trượt và tâm trượt theo phương pháp Bishop ................... 56
Hình 2.36 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope với tâm trượt nguy
hiểm nhất ở trường hợp 4 ............................................................................................................. 56
Hình 2.37 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 1........ 57
Hình 2.38 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 2........ 57
Hình 2.39 Mô phỏng cung trượt nguy hiểm bằng phần mềm GeoSlope ở trường hợp 3........ 58
Hình 2.40 Sơ đồ các lớp đất thuộc hố khoan .............................................................................. 60
Hình 2.41 Mặt cắt ngang công trình ............................................................................................ 60

Bảng 2.5 Kích thước cơ bản tường chắn ..................................................................................... 51

Bảng 2.6 Khai báo tải trọng đầu vào và cao trình mực nước..................................................... 51
Bảng 2.7 Khai báo chỉ tiêu cơ lý đất............................................................................................ 51
Bảng 2.8 Tổng hợp hệ số an toàn các trường hợp xảy ra tính toán theo phương pháp Bishop58
Bảng 2.9 Tổng hợp số liệu địa chất các lớp đất trong hố khoan. [5] ......................................... 61
Bảng 2.10 Hệ số rỗng trong thí nghiệm nén lún. [5] .................................................................. 61
Bảng 2.11 giá trị kích thước cơ bản tường chắn ......................................................................... 62
Bảng 2.12 Hệ số vượt tải [8] ........................................................................................................ 65
Bảng 2.13 Kết quả tổng hợp lực và cánh tay đòn của trường hợp tính toán............................. 65
Bảng 2.14 Giá trị tính toán ứng suất thành phần......................................................................... 66
Bảng 2.15 Giá trị tính toán ứng suất trong trường hợp nguy hiểm............................................ 66
Bảng 2.16 Tổng hợp giá trị tính toán kiểm tra hình thức trượt .................................................. 67
Bảng 2.17 Chỉ tiêu các lớp đất cần xét trượt ............................................................................... 67
Bảng 2.18 Tính toán ứng với ϕtb=9.1° ........................................................................................ 68
Bảng 2.19 Kết quả tính toán hệ số an toàn theo số liệu chỉ tiêu cơ lý đất cho trường hợp nguy
hiểm nhất. ............ ......................................................................................................................... 70
Bảng 3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu ................................................................ 76
Bảng 3.2 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 30cm x30cm ................... 78
Bảng 3.3 Tổng hợp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép 35cmx35cm .................... 78
Bảng 3.4 Tổng hợp sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép theo đất nền Qa (T) ........................ 78
Bảng 3.5 Tính toán số lượng cọc ................................................................................................. 79
Bảng 3.6 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo độ bền vật liệu ..................................... 81
Bảng 3.7 Kết quả tính toán moment uốn của cọc theo điều kiện ngàm dưới mặt trượt........... 82
Bảng 3.8 Tính toán lực kháng trượt của cọc ............................................................................... 82
Bảng 3.9 Tính toán tải trọng đứng và tải trọng ngang tác dụng lên cọc.................................... 83

ix



điểm về mặt kỹ thuật. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng đóng góp vào sự an toàn lâu
dài của hệ công trình.

II. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu giải pháp ổn định tường chắn cho công trình sạt lở bờ kênh khu vựcxã Phú
Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.

1


III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
a.Cách tiếp cận
Điều tra, thu thập, nghiên cứu tình hình xói lở và bảo vệ bờ sông, đặc biệt là đối với
các đoạn bờ sông, bờ kênh chịu tác động của dòng chảy mạnh, bị xói lở ở Sóc Trăng
và Đồng bằng sông Cửu Long. Tổng hợp về ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ
trong đó có ứng dụng cọc bê tông cốt thép để xây dựng các loại công trình bảo vệ bờ
sông.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phần mềm ứng dụng nhiều tiện ích, nổi tiếng của GeoSlope với 3 mô đun Seep/W, Slope/W, Sigma/W của Canada, đến nay đang sử dụng
rộng rãi ở Việt Nam là GeoStudio 2007 để tính toán ổn định.
Thu thập, phân tích đặc điểm địa hình, địa chất, chế độ thủy văn, thủy lực, tình hình
xói lở và công trình kè đã thi công xây dựng xong cho bờ kênh khu vực xã Phú Tâm –
Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Lấy đó
làm trường hợp nghiên cứu, phân tích của luận văn.
b. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền khu vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh
Sóc Trăng. Tổng hợp, phân tíchđiều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, đánh giá tình
hình xói lở bờ kênh.
Khái quát về tường chắn, tải trọng tác động và tính toán ổn định tường chắn
Nghiên cứu các phương pháp tính toán áp lực đất và ổn định tường chắn
Giới thiệu phần mềm GeoSlope, tính toán ổn định tổng thể bờ kênh cho trường hợp

Luận văn này gồm96trang, có 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất và tiêu chuẩn thiết kế.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định tường chắn.

3


Chương 3: Phân tích và tính toán ổn định ứng dụng cho công trình xử lý sạt lở bờ kênh
khu vực xã Phú Tâm- huyện Châu Thành- tỉnh Sóc Trăng.
Không kèm theo phụ lục và có 14 tài liệu tham khảo.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ TIÊU CHUẨN
THIẾT KẾ
1.1. Khái quát về tường chắn đất và tải trọng tác động lên tường chắn đất.
1.1.1. Khái niệm các loại tường chắn.
Tường chắn là loại công trình chắn đất, có mái thẳng đứng; gãy khúc hoặc nghiêng đối
với đất đắp hoặc mái đào hố móng v.v…với kết cấu công trình dung để giữ khối đất
đắp hoặc vai hố đào sau tường khỏi bị sạt trượt. Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi
trong các ngành xây dựng, thủy lợi, giao thông. Khi làm việc lưng tường chắn tiếp xúc
với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất.
Khi thiết kế tường chắn đất cần tính toán chính xác cẩn thận và đầy đủ tải trọng tác
dụng lên tường chắn đặc biệt là áp lực chủ động của đất lên tường chắn không những
đảm bảo được an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm được nhiêu chi phí xây dựng.
Người ta có thể phân loại tường chắn dựa trên các cơ sở mục đích sau đây: Theo mục
đích xây dựng, theo đặc tính công tác của tường, theo chiều cao tường, theo vật liệu
xây dựng tường, theo độ nghiêng của tường hay theo phương pháp thi công xây dựng
tường, theo độ cứng, v.v… Trong đó việc phân loại tường theo độ cứng là yếu tố quan

của công trình thủy lợi, do đó tải trọng tác động lên nó được đưa về hai tổ hợp: cơ bản
và đặc biệt, theo quy định của TCXD-VN-9152-2012. Tuy nhiên tùy theo đặc điểm
làm việc của tường chắn mà mỗi tổ hợp đó đều được phân ra cụ thể khác nhau.
Tuân theo các tiêu chuẩn xây dựng, tổ hợp cơ bản như sau:
a) Trọng lượng bản thân tường, tải trọng của đất, các thiết bị và tải trọng cố định đặt
trên tường.
b) Áp lực đất lên tường chắn và móng tường, kể cả tải trọng phân bố trên mặt đất đắp.
c) Áp lực nước lên tường chắn và móng tường ứng với mực nước dân bình thường.

6


d) Áp lực nước thấm khi chế độ thấm ổn định hoặc không ổn định nhưng lặp lại đều
đặn, với điều kiện các thiết bị thoát nước và chống thấm làm việc bình thường.
e) Tác động của sóng
f) Tác động của nhiệt, ứng với biến thiên nhiệt độ trung bình tháng của môi trường
xung quanh, lấy theo điều kiện nhiệt độ trung bình năm;
g) Tải trọng gây ra do các phương tiện vận chuyển, máy móc.
h) Tải trọng do tàu thuyền và neo buộc gây ra.
Tổ hợp đặc biệt bao gồm những tải trọng nêu ở mục a, b, e, g cộng thêm các loại tải
trọng sau đây:
i) Tải trọng của động đất.
j) Áp lực nước khi mực nước chắn quá mức.
k) Áp lực nước thấm phát sinh do các thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
l) Tác động của nhiệt ứng với sự biến thiên nhiệt độ trung bình hàng tháng của môi
trường xung quanh theo năm có biên độ dao động lớn nhất của nhiệt độ đó trong năm.
m) Tác động do tàu thuyền va đập gây ra.
Khi lựa chọn tổ hợp các tải trọng và tác động để tính toán tường chắn, cần xác định rõ
xác suất đồng thời xảy ra thực tế của chúng để loại trừ các trường hợp những tổ hợp tải
trọng và tác động không thể xảy ra hoặc xảy ra rất hiếm. Mặt khác cần dự đoán trước

trong giai đoạn sử dụng, sửa chữa cũng như trong quá trình xây dựng nhằm đảm bảo
cho kết cấu:
+ Không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác, đất nền đảm bảo cường
độ…
+ Không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc
về vị trí (tính toán chống trượt và chống lật cho tường chắn đất …)
+ Đối với những tường chắn có nền đất thì cần tính toán ổn định tường chắn theo sơ đồ
tính toán về trượt; Trượt phẳng, Trượt hỗn hợp, Trượt sâu.
+ Đối với những tường chắn đất có nền là đá thì cần tính toán với sơ đồ trượt phẳng và
sơ đồ lật quanh chân tường trước.

8


1.3.1. Chọn mặt cắt tính toán.
Việc chọn mặt cắt là xác định các kích thước hợp lý mặt cắt của tường, móng và địa
hình khu vực

Hình 1.2 Mặt cắt ngang công trình
Kích thước tường được chọn theo kinh nghiệm và theo điều kiện thực tế
Tường chắn được cấu tạo bằng bê tông cốt thép
Mặt cắt tường nên chọn sao cho tiết kiệm được vật liệu, làm việc tốt, ứng suất phân bố
đáy móng, phân bố càng đều càng tốt, đơn giản và dễ dàng thi công.
1.3.2. Xác định lực tác dụng lên tường chắn.
- Áp lực chủ động của đất lên tường chắn Ecd
- Áp lực bị động của đất lên tường chắn Ebd
- Áp lực của nước sông, nước ngầm lên tường chắn Es; Enn
- Trọng lượng bản thân của tường chắn G
- Áp lực đẩy nổi Eđn
- Áp lực thấm Eth

C
≥ 0.45
σ tb

K t × (1 + e) × t 0
≥4
a × γ n × h02

Nếu một trong ba điều kiện không thỏa thì công trình sẽ xảy ra hình thức trượt hỗn hợp
hoặc trượt sâu.
1.3.5. Kiểm tra điều kiện lật ổn định tường chắn.
Công thức tính ổn định lật: Klat =

∑ Mcl > [Kl]
∑ Mgl

Với Kl là hệ số ổn định lật (dựa vào cấp công trình)
ΣMcl Tổng moment của thành phần chống lật (T.m)
ΣMgl tổng moment của thành phần gây lật (T.m)
1.3.6. Kiểm tra điều kiện đảm bảo sức chịu tải của nền đất.

N- Tải trọng tính toán trên nền

N≤

Ntc
Ktc

Ntc- Sức chịu tải của nền


11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG
CHẮN
2.1. Lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn.
Lý thuyết áp lực đất là một trong những vấn đề quan trọng và phức tạp của Cơ học đất.
Gồm hai loại cơ bản khác nhau:
Loại không xét đến độ cứng của tường và loại có xét đến độ cứng của tường ( loại này
có thể tham khảo trong các tài liệu chuyên sâu về tường chắn đất).
Loại không xét đến độ cứng của tường, giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến
các trị số áp lực đất ở các trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực bị động. Về
loại này có thể phân thành hai nhóm chính.
2.1.1. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn.
Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi
mặt trượt có hình dạng trước, như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Đại
diện cho xu hướng lý thuyết này là lý thuyết A. Coulomb (1773) và sau đó được
I.V.Pôngxele, K.Culman,… phát triển hoàn thiện thêm. [1]
2.1.2. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm).
Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các chỉ số áp lực đất chủ động và áp lực đất
bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp đạt trạng thái cân bằng giới hạn
cùng một lúc. Lý thuyết này đã được giáo sư V.L.M.Rankine đề ra năm 1857 sau đó
được nhiều tác giả phát triển thêm. Đặc biệt đến nay lý thuyết cân bằng giới hạn phân
tố được phát triển mạnh mẽ, trước hết phải kể đến các công trình nghiên cứu lý thuyết
của viện sĩ V.V.Xôcôlovski. Đến nay, lý thuyết tính toán đến áp lực đất có xét đến độ
cứng của tường (tường mềm) chưa được nghiên cứu đầy đủ bằng lý thuyết tính toán áp
lực đất lên tường cứng loại này được phát triển theo hai hướng.
Xu hướng tính gần đúng theo các biểu thức tính toán áp lực đất chủđộng và áp lực đất
bị động đối với tường cứng.


z: là độ sâu của điểm M cần tính

Ko : hệ số áp lực hông của đất. Hệ số này có thể xác định bằng thí nghiệm hoặc tính
theo các công thức sau:K o=

µo

1-µo

;

Hoặc có thể lấy theo bảng (2-1) sau:

K o= 1-sinφ ;

13

K o=

1-sinφ
cos φ

(2.2)