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..........................................................................................................

chắn............................... 20
2.4. Các phương pháp dựa
..................................................... 21

vào

lý

thuyết

cân

bằng

giới

hạn.

2.4.1. Tính toán áp lực đất theo lý luận W.J.W.RANKINE. .....................................................
21
2.4.2. Tính toán áp lực đất theo lý thuyết V.V.Xôclovski.........................................................
28
2.5. Tính toán áp lực đất lên tường chắn trong các trường hợp thường gặp.
............................ 31
2.5.1. Trường hợp tải trọng ngoài tác dụng lên mặt đất. ............................................................
32
iii


2.5.2. Trường hợp lưng tường gãy khúc và mặt đất phẳng........................................................

2.7.2. Ảnh hưởng của sự nở đất và áp lực đất thủy động...........................................................
42
2.8. Kiểm tra ổn định tường chắn. ...............................................................................................
42
2.8.1. Tiêu chuẩn đảm bảo sự ổn định.........................................................................................
42
2.8.2. Tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng.......................................................
44
2.9. Mô hình hóa phân tích ổn định tường chắn. ........................................................................
49
2.9.1. Giới thiệu về phần mềm Geo-Slope và các đặc điểm, khả năng mô hình hóa của
các
modun.................. ......................................................................................................................... 49
2.9.2. Bài toán tường chắn và các lựa chọn trường hợp tính. ....................................................
49
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




DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản ..........................................................................................
6
Hình 1.2 Mặt cắt ngang công trình ................................................................................................
9
Hình 2.1 Biểu đồ cường độ áp lực đất tác dụng lên tường, vòng tròn Mohr biểu diễn ứng
suất tại điểm M ...........
......................................................................................................................... 14
Hình 2.2 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất rời theo lý
thuyết
C.A.Coulomb...... ......................................................................................................................... 14
Hình 2.3 Hàm số Ec=f(ω) biến thiên theo dạng đường cong ....................................................
15
Hình 2.4 Mô tả tính toán áp lực chủ động lớn nhất của đất rời theo phương pháp giải
tích, biểu đồ đa giác lực. .....
......................................................................................................................... 16
Hình 2.5 Mô tả tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất của đất dính theo lý
thuyết
C.A.Coulomb...... ......................................................................................................................... 19
Hình 2.6 Mô tả tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên tường
chắn................ 20
Hình 2.7 Mô ta tính toán áp lực theo lý luận W.J.RANKINE đối với đất
rời.......................... 22
Hình 2.8 Trạng thái ứng suất bị động và các họ đường trượt và biểu đồ cường độ áp lực
chủ động. .................... .........................................................................................................................
23
Hình 2.9 Trạng thái ứng suất bị động của một điểm, các mặt trượt, biểu đồ cường độ áp
lực bị động. ....................
......................................................................................................................... 23

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
Hình 2.42 Mặt cắt ngang tường chắn .......................................................................................... 62
Hình 2.43 Sơ đồ biểu thị tính toán và điểm đặt của lực tác dụng trường hợp nguy hiểm........ 63
Hình 2.44 Sơ đồ áp lực thấm trường hợp (MNN)...................................................................... 64
Hình 2.45 Hình Cung trượt nguy hiểm vẽ bằng AutoCad......................................................... 70
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí cọc.............................................................................................................. 79
Hình 3.2 Sơ đồ sức kháng trượt của cọc...................................................................................... 80

............................................. 31
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 tb=9.1 ........................................................................................ 68
9


Bảng 3.14 khoảng cách và lực cắt cọc 35x35 (cm).................................................................... 90
Bảng 3.15 Hệ số an toàn công trình khi chưa xử lý và xử lý bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện
35x35cm, dài 19m ........................................................................................................................ 93

11


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Khi tính toán thiết kế nền móng theo trạng tới hạn cần phải phán đoán các hình thức
trượt của nền, khả năng trượt phẳng, khả năng trượt hỗn hợp hoặc khả năng trượt sâu.
Các trường hợp này đều tính toán rất phức tạp và khối lượng tính toán rất nhiều.
Một số tường chắn có hệ số cấp công trình quan trọng, nên khi phải xét tính toán các
trường hợp nguy hiểm về tải trọng, xu hướng sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô
phỏng bài toán là phổ biến.
Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng tính toán nền móng tường chắn theo trạng thái
giới hạn sẽ cho thấy được tổng thể các trường hợp ứng suất và chuyển vị của cả hệ
công trình. Điều này giúp cho người thiết kế cảm nhận trực quan và nhanh chóng lựa
chọn được phương án thiết kế hợp lý và xét được các trường hợp làm việc của tường
chắn. Đồng thời sử dụng phần mềm chuyên dùng sẽ phát hiện những trường hợp mất
ổn định của tường chắn mà các phương pháp tính toán không thể xác định được do
khối lượng tính lặp không đạt yêu cầu. Tuy nhiên một số tùy chọn trong việc mô
phỏng, nếu chọn không sát với thực tế thì dẫn đến kết quả sai số lớn.
Vì vậy việc tính toán tường chắn đất theo trạng thái giới hạn cho một số trường hợp
nguy hiểm khi sử dụng phần mềm địa kĩ thuật chuyên dùng, có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn. Cùng chia sẻ với các đồng nghiệp các đánh giá, so sánh, ưu điểm, nhược
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:


2


Nghiên cứu ổn định tường chắn, sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn. Đánh giá kết
quả, so sánh mức độ tin cậy trong phần mềm GeoSlope – Studio.
Nghiên cứu giải pháp xử lý sạt lở bờ kênh bằng cọc bê tông cốt thép bảo vệ bờ kênh.
Đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và hiệu quả của giải pháp sử
dụng cọc bê tông cốt thép.
c. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu công trình, tài liệu khảo sát đất nền.
Phương pháp nghiên cứu mô hình, mô phỏng tính toán ổn định thông qua phần
mềmGeo Slope kết hợp nghiên cứu lý thuyết, so sánh kết quả cho thấy mức độ tin cậy
phần mềm GeoSlope.
d. Kết quả đạt được
Đánh giá,phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thủy lực, diễn biến xói lở,
đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ công trình bờ kênh khu vựcxã Phú Tâm – Huyện
Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.
Giới thiệu phần mềm GeoSlope - Studio – 2007 và phương pháp cân bằng giới hạn,
dùng mô đun Slope/W để tính toán ổn định bờ kênh cho trường hợp hiện trạng thể hiện
cung trượt nguy hiểm để có căn cứđưa ra giải pháp xử lý ổn định.
Kiểm tra, tính toán ổn định công trìnhtheoTCVN-4253-2012, so sánh kết quả tính toán.
Phân tích, đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ tường chắn và khối đất để xác
định hiệu quả kỹ thuật của giải pháp sử dụng cọc bê tôngcốtthépcủa bờ kênh khu
vựcxã Phú Tâm – Huyện Châu Thành – Tỉnh Sóc Trăng.
e. Cấu trúc luận văn
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.


đá hộc, bê tông, tường có chiều cao, rộng, dày thường gần bằng nhau. Độ ổn định của
loại tường này thường được quyết định do trọng lượng bản thân tường, do đó còn có
tên gọi là tường trọng lực.
Tường bán trọng lực: loại tường này thường được tạo bởi các cấu kiện bê tông cốt thép
hoặc nhiều tấm bê tông cốt thép ghép lại với nhau. Tường này có chiều dày nhỏ hơn
nhiều so với chiều cao và bề rộng của tường. Độ ổn định được đảm bảo không chỉ do

5


trọng lượng bản thân và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp nằm trên
bản móng.
Tường mềm: là loại tường sinh ra biến dạng uốn khi chịu tác dụng của áp lực đất. Loại
tường này thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại, do đó chiều dày
nhỏ hơn nhiều so với chiều cao, bề rộng của tường. Nếu bản thân tường chắn đất bị
biến dạng thì nó sẽ làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa lưng tường chắn với khối đất
đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường và cũng
làm thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao của tường. Sự ổn định của
loại tường này được đảm bảo bằng cách chôn chân tường vào trong nền. Do đó loại
tường này còn gọi là tường cọc, tường cừ. Để giảm bớt độ chôn sâu trong đất của
tường và để tăng độ cứng của tường người ta dùng neo tường vào khối đất. [1]

Hình 1.1 Phân loại tường chắn cơ bản
1.1.2. Tải trọng và tác động lên tường chắn.
Như khái niệm trên, Tường chắn đất là kết cấu công trình để giữ cho khối đất sau
tường được cân bằng, khỏi bị sạt và trượt. Tường chắn đất được dùng như một bộ phận
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) Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thủy lợi C4.76
b) Tiêu chuẩn nền công trình thủy công- công trình thủy lợi: TCVN 4253-2012
c) Tiêu chuẩn quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi: TCVN 9152-2012
Ngoài ra một số đơn vị còn sử dụng các tiêu chuẩn của Euro Code bao gồm một số các
tài liệu như sau:
a. Euro code 7 Geotechnical design
7


Part 1: General rule
Part 2: Ground investigation & testing
b. EN 1990 Euro code Basic of Structural Design
1.3. Các bước thiết kế tường chắn.
Trong thiết kế tường chắn đất, việc tính toán các áp lực tác dụng lên tường chắn là
tương đối phức tạp.Việc giải bài toán được thực hiện một số bước như sau.
Chọn mặt cắt cho tường chắn: Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình lựa chọn
chiều sâu thiết kế, chọn sơ bộ kích thước của tường chắn (kích thước về chiều cao
tường chắn, bề rộng móng, bề rộng đỉnh cũng như bề dày tường chắn…)
Xác định các tải trọng từ đó tổ hợp và tính toán các lực tác dụng lên tường chắn. Khi
tính toán cần tiến hành đối với ba tổ hợp tải trọng tác động:
+ Tổ hợp cơ bản
+ Tổ hợp đặc biệt
+ Tổ hợp tải trọng trong giai đoạn thi công công trình
Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất về khả năng chịu tải (theo ổn định và độ
bền) cần được thực hiện theo tổ hợp tải trọng và tác động bất lợi nhất có thể xảy ra
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