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

1. Mục đích:
Kiểm tra kết quả tính tốn cơng trình chắn đất tường cọc cừ làm việc dưới áp lực của
đất bằng phương pháp PTHH.
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 1


Luận văn thạc sĩ
Phạm vi nghiên cứu tính toán công trình tường chắn đất bằng cọc cừ sử dụng phương
pháp PTHH
2. Cách tiếp cận:
Thông qua các tài liệu lý thuyết về phương pháp PTHH, tài liệu về áp lực đất sau
tường cọc cừ, từ đó xây dựng phương pháp tính toán kiểm tra sự làm việc của hệ tường
cọc cừ bằng phương pháp PTHH và so sánh nó với các phương pháp tính toán kiểm tra
trước đó, thông qua nghiên cứu bài toán lý thuyết cụ thể.
3. Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu khoa học phổ biến như:
thống kê, tổng hợp, khái quát hoá,….
III. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:
Đưa ra kết quả tính toán về sự làm việc của tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH
trên cơ sở lý thuyết về phương pháp PTHH. Để từ đó rút ra được sự tối ưu khi tính toán
sự làm việc của hệ tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 2


Luận văn thạc sĩ


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.


Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 4


Luận văn thạc sĩ
Vật liệu chế tạo tường cõ thường là thép hay bê tông dự ứng lực trước.Các tiết diện
ngang của tường rất đa dạng nhằm cho tường có khả năng chòu uốn cao vơi diện tích
tiết diện ngang nhỏ. Tường cõ được ứng dụng khá phổ biến trong các công trình cảng,
bến tàu, tường chắn, đê chắn sóng, tầng hầm các nhà cao tầng ….
1.2.2. Một số công trình sử dụng hệ tường cõ:
* Công trình bến cảng cập tàu:
Xây dựng ở những bến cảng sâu, quy mô xây dựng lớn, sử dụng hệ tường cọc bản thép
(Iarsen) có hệ thống neo.

Hình 1.5 S¬ ®å cÊu t¹o hƯ têng Cõ

* Công trình bảo vệ bờ sông kè Khai Lông– Cần thơ có chiều dài tuyến kè L=1.050
m.
+ Có vải đòa kỹ thuật cách lưng tường bêtông cốt thép với khối đất đắp phía sau.
+ Có bản giằng bêtông cốt thép tiết diện T.
+ Có dầm giằng bêtông cốt thép và cọc neo bêtông cốt thép.
+ Bên dưới tường chắn bêtông cốt thép có cọc bêtông cốt thép đóng bên dưới 2-3mCông trình xây dựng tường kè chống sạt lở bờ sông tại đường Nguyễn Công Trứ– Thò
xã Rạch Giá - Tỉnh Kiên Giang.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 5



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 tất cả các cọc ván thép và cõ BTCT có tỷ số δc/t ≤ 0,06.
Trong đó:
t - độ chôn sâu của tường được tính toán với giả thiết tường ngàm hoàn toàn.
δc - chiều cao cấu kiện tường đã tính đổi ra mặt cắt chữ nhật.
δc = 3

12n E J
b+∆

(1.1)

Với: J - mômen quán tính của cấu kiện tường BTCT.
b - kích thước cấu kiện tính theo mép tuyến bến hoặc kè.
∆ - khoảng hở thiết kế giữa các cấu kiện BTCT trong tường mặt.
nE - hệ số lấy bằng tỉ số giữa mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông cấu kiện
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 7


Luận văn thạc sĩ
Đối với loại này, khi tính toán người ta xem như tường ngàm hoàn toàn hoặc là ngàm
một phần( xem hình).

Hình 1.10 – Tường cõ ngàm hoàn toàn
Việc tính toán tónh học theo nhóm trạng thái giới hạn I và II, thực hiện theo phương
pháp đồ giải, ứng với tải trọng trên 1m bề rộng tường thông qua việc dựng đa giác lực
và đa giác dây. Bằng tính toán này sẽ xác đònh được độ sâu hạ cừ và các nội lực tác
động trên 1m dài tường (gồm mômen uốn M, lực cắt Q và phản lực thanh neo R a).
1.3.1.2. Tường cừ có độ cứng lớn:

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 ).

b. Tính toán tónh học cho tường cừ có độ cứng cao theo phương pháp giải tích:
Việc tính toán theo phương pháp này trong trường hợp giả thiết chân tường dòch
chuyển tự do cần thực hiện các nội dung chủ yếu sau:
1) Vẽ biểu đồ áp lực đất, áp lực nước dư ứng với độ sâu chôn cọc bản lý thuyết t 0
(thỏa mãn giả thiết chân tường dòch chuyển tự do).
2) Lấy tổng mômen đối với điểm neo, cho bằng 0 sẽ được phương trình bậc ba ( trường
hợp đất dính là phương trình bậc hai) đối với t 0. Giải phương trình này sẽ tìm được độ
sâu chôn cừ lý thuyết t0. Từ đó tìm được độ sâu chôn cừ thực tế : t = (1,2÷1,4) t0.
3) Tìm mômen lớn nhất trong cọc bản bằng cách tính mômen tại vò trí bất kì trên
tường: M(x) = f(x)
Giải phương trình:

dM ( x)
=0
dx

sẽ tìm được giá trò xmax ứng với vò trí đạt mômen lớn nhất.
Mmax= f(xmax)
4) Tìm lực căng dây neo Ra bằng cách cân bằng lực theo phương ngang.
1.3.2. Theo tiêu chuẩn Anh (BS 8002 và BS 6349)
1.3.2.1. Tính toán tường cọc bản một neo:
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 9


Luận văn thạc sĩ
Tiêu chuẩn Anh đăïc biệt quan tâm đến ảnh hưởng của kết cấu tường cọc bản có nạng
chống hoặc có neo đơn đến áp lực và sức kháng đất
⇒ Phân bố áp lực cho trong hình 1.13a thể hiện trường hợp chân tường tựa tự do trong

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

và phân bố áp lực sẽ thay đổi từ điều kiện vòm tại cao trình phía trên đến điều kiện
chủ động được giả thiết tuyến tính sau cùng. Các điều kiện đầu tiên và sau cùng cho
trong hình 1.14

a

b

Hình 1.13 – Phân bố áp lực chủ động trên kết cấu tường có neo đơn
khi đất được đắp trước khi nạo vét
a) Phân bố áp lực ban đầu trước khi nạo vét
b) Phân bố áp lực sau cùng sau khi hoàn thành nạo vét
Tuy nhiên, nếu đất được nạo vét xong trước khi đắp, sau tường phân bố áp lực chủ
động tuyến tính sẽ phát triển trên cả độ sâu trong phạm vi đất hiện có sau khi hoàn
thành nạo vét. Khi đổ đất đắp phía sau và phần bên trên mực nước được đầm chặt,
biến dạng bổ sung của tường và kết cấu neo có thể không đủ để phát triển áp lực chủ
động từ đất đắp phía trên. Trong trường hợp đó nên quy đònh cho áp lực ngang phần
trên của đất đắp tại trạng thái trung gian giữa điều kiện chủ động và điều kiện nghỉ,
tùy theo chuyển dòch về phía trước dự kiến của tường khi đổ đất đắp (hình1 .15).

Hình 1.14 – Phân bố áp lực chủ động trên kết cấu tường có neo đơn
Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 11


Luận văn thạc sĩ
trường hợp đất được đắp sau khi nạo vét
Nhằm mục đích tính toán áp lực đất tổng cộng trên chiều dài tường đơn vò, P A nên giả
thiết sự phân bố tuyến tính của áp lực đất chủ động theo ứng suất có hiệu như hình

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


Page 12


Luận văn thạc sĩ
Ở luận văn này chỉ trình bày phương pháp kiểm tra ổn đònh trượt trụ tròn. Phương pháp
này được sử dụng rất phổ biến vì hình dáng mặt trượt khá phù hợp với thực tế, và cho
kết quả thỏa mãn độ chính xác cần thiết, hơn nữa việc tính toán lại khá đơn giản.
1.4.1. Phương pháp phân mảnh:
Giả sử mặt trượt trụ tròn xảy ra với tâm trượt O, bán kính r ( hình 1.17 ). Chia cung
trượt AB thành n mảnh có bề rộng mỗi mảnh là b i ( thường chọn bề rộng các mảnh
thường là bằng nhau để thuận lợi cho tính toán).

Hình 1.15. Phương pháp phân mảnh

a) phân mảnh khối trượt
b) các lực tác dụng lên một phân tố
Xét phân tố thứ i, các lực tác dụng như sau :
− Trọng lượng của phân tố Wi : Wi = γ*bi*hi
− Phản lực pháp tuyến hiệu quả tác dụng lên đáy phân tố : N i
− Lực cắt tạo ra dọc theo đáy phân tố : Ti
− Lực pháp tuyến giữa các phân tố : Ei và Ei+1.
− Lực tiếp tuyến giữa các phân tố : Xi và Xi+1.
− Lực chống cắt dọc theo đáy phân tố : Si
− Ngoài ra nếu có các tải trọng phụ bất kỳ ở trên mặt đất cũng phải đưa vào tính
toán.
Tại điểm cân bằng giới hạn, tổng mômen gây trượt M gt sẽ cân bằng với tổng mômen
của lực chống trượt Mct dọc theo AB.
− Mômen gây trượt là : Mgt = Σ Migt = ΣTi*r
(1.2)

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 mất ổn đònh.
− Nếu F =1 : hệ ở trạng thái cân bằng giới hạn.
− Nếu F > 1 : hệ ở trạng thái ổn đònh.

Tùy theo giả thiết khác nhau về các thành phần lực bên hông mảnh, các tác giả đề
nghò phương pháp tính toán khác nhau :
− Phương pháp Fellenius (kỹ sư người Thụy Điển) : giả thiết bỏ qua lực phân mảnh.
− Phương pháp Bishop : giả thiết lực phân mảnh chỉ có phương ngang.
− Phương pháp Spencer : giả thiết phương lực phân mảnh không đổi.
− Phương pháp Janbu : giả thiết điểm đặt lực phân mảnh có thể thay đổi…
Luận văn này sẽ đề cập đến các phương pháp tính toán của hai tác giả Fellenius và
Bishop là các phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến và khá đơn giản.
1.4.2 Phương pháp Fellenius:
Theo Fellenius, các lực giữa các mảnh bằng nhau và ngược chiều do đó triệt tiêu lẫn
nhau, tức là : Ei = Ei+1 và Xi = Xi+1
Khi đó :
Trong đó :
∆li : Chiều dài cung đáy mảnh.
u : Áp lực nước lổ rổng ở đáy phân mảnh.
Hệ số ổn đònh F được xác đònh như sau :
r ∑i =1 Si
r ∑i =1 [ ci ∆li + (Wi cos α i − U i ) tgϕ i ]
M
F = ct =
=
i=n
i =n
Mgt r ∑ Wi sin α i
r ∑i =1Wi sin α i
i =1
i=n

i=n


(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


i

)

+ N i cosα i − Wi + Ti sin α i = 0

Thay giá trò Ti từ biểu thức trên vào và chia cho cosα i :
tgα i tgϕ '
Wi
c' ∆li
Ni + Ni
=
−Ui −
tgα i
F
cos α i
F
Ta có :
∆li =

bi
cos α i

 b 
U i = ui ∆li = ui  i 
 cos α i 

Thế giá trò U i vào biểu thức tính N i được :
W − u b − ( c ' bi / F ) tgα i

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.

1.5.1. Giới thiệu khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn:
Phương pháp PTHH là sản phẩm đồng thời là công cụ chủ lực mạnh của tiến bộ khoa
học kó thuật hiện nay. Khả năng to lớn của phương pháp PTHH thể hiện đặc biệt trong

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 15


Luận văn thạc sĩ
cơ học đất và đá - là các vật liệu đa dạng về tính chất cơ học và điều kiện gia tải.
Những ưu điểm bảo đảm tính phổ cập của phương pháp PTHH là:
+ Dễ dàng nhận được lời giải cụ thể theo chương trình sẵn có.
+ Có thể hiện cô đặc mạng lưới các phần tử tại những nơi tùy ý có gradient thông số
nghiên cứu cao.
+ Có thể giải các bài toán có điều kiện biên bất kì với độ chính xác cao.v.v..
Quan niệm cơ bản của phương pháp PTHH là trò số liên tục cần tìm - dù là cột áp của
dòng thấm hay chuyển vò của các điểm trong vật thể biến dạng - được tính gần đúng
bởi một bộ phận đoạn các hàm đơn giản nhất, cho trên các miền con (các phần tử) hữu
hạn bò chặn. Nhờ thủ tục này mà phép lấy tích phân các phương trình vi phân được quy
về giải hệ thống các phương trình tuyến tính. Các giá trò đònh lượng của đại lượng chưa
biết sẽ tìm thấy trong số lượng hạn chế các điểm ( các nút) bò chặn của miền; còn
trong phạm vi các phần tử các giá trò của hàm chưa biết và giá trò các đạo hàm của nó
được xác đònh bằng các hàm xấp xỉ và các đạo hàm của chúng.
Do những đặc điểm nêu trên, phương pháp PTHH đã được áp dụng vào lónh vực
đòa cơ học. Nó đã tỏ rõ ưu thế không chỉ vì đã giải quyết thành công rất nhiều bài toán
thực tế của đòa cơ học mà còn bởi tính đơn giản và thích dụng đối với việc phân tích
trạng thái ứng suất, biến dạng của khối đất - thường là môi trường hai hoặc ba hướng.
Mặt khác, trong đòa cơ học các bài toán thường có điều kiện biên phức tạp và do môi
trường không đồng nhất nên hầu như không thể có được lời giải giải tích chính xác.

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


Bài toán đối xứng trục.

Bài toán ba chiều (chưa có giao diện đồ họa).
−
Kiểu phân tích :
Kiểu phân tích PTHH là ứng suất chính hữu hiệu :

Phân tích thoát nước;

Phân tích không thoát nước;

Phân tích cố kết thứ cấp .
−
Các mô hình đất :
Đàn hồi tuyến tính :

Đồng nhất, không đẳng hướng;

Không đồng nhất, không đẳng hướng.
Đàn hồi – dẻo thuần túy :

Morh Coulomb ;

Cam Clay;

Modified Cam Clay ;

Mô hình Schofield...
−

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;

- Vẽ các trạng thái (ứng suất, biến dạng);
- In ấn;
- Tự sinh báo cáo.

- Tạo lưới PTHH;
- Tự sinh lưới phần tử;
- Điều kiện biên về chuyển vò;
- Điều kiện biên về áp lực nước lỗ rỗng;
- Các dạng tải trọng;
- Phân tích các thông số đầu vào (vật liệu, tải
trọng, điều kiện thoát nước, quá trình thi
công, gia số thời gian,…)

Hình 1.16 - Cấu trúc chương trình Sage Crisp

- Giới hạn của chương trình :
CRISP là chương trình PTHH có khả năng thực hiện các bài toán thoát nước, không
thoát nước và phân tích theo thời gian các bài toán tónh (không phải là các bài toán
động) dưới điều kiện chất và dỡ tải đều đặn. Nó không phù hợp với các ứng suất có
tính chu kỳ và không có khả năng phân tích trong điều kiện bão hòa cục bộ. Việc
phân tích bài toán đối xứng trục cũng chỉ giới hạn ở tải trọng đối xứng nên các tải
trọng gây xoắn không thể mô hình hóa để sử dụng trong bài toán này.
PLAXIS (Hà Lan – Pháp) gồm những chương trình sau :
PLAXIS

PLAXIS INPUT

Học
viên:
Vũ LIỆ

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) :

Chương trình xuất kết quả về chuyển vò nút, ứng suất tại các điểm ứng suất của mỗi
phần tử đất và kết cấu. Chương trình có sự tiện lợi khi xem và liệt kê kết quả của việc
tính toán phần tử hữu hạn. PLAXIS có thể trình bày tất cả các kết quả phân tích của
một phần tử hữu hạn bất kỳ.
- Chương trình vẽ biểu đồ (Plaxis curves program) :
Chương trình vẽ biểu đồ có thể dùng để vẽ đường tải hay chuyển vò theo thời gian, vẽ
biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng, vẽ đường ứng suất, đường biến dạng của những
điểm được chọn trước. Biểu đồ chỉ ra sự phát triển của những thông số nào đó trong
suốt quá trình tính toán nhiều pha khác nhau, cho một cái nhìn thấu đáo hơn về ứng xử
tổng thể và cục bộ của đất.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 19


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.18. KÕt qu¶ vÏ biĨu ®å

1.6. Cấu tạo của hệ tường cừ.
1.6.1 Phân loại:
Tuỳ theo đặc điểm kết cấu, hệ tường cõ chia ra làm các loại chính sau:
Tường không neo (đầu tự do ) và tường có neo. Thông thường trong thực tế xây dựng,
chiều cao tự do của tường H>4m và đất yếu thì người ta làm thêm hệ thống neo giữ
tường. Bộ phận neo thường dùng bằng thanh thép, cáp có cường độ cao hoặc bêtông
cốt thép để gắn kéo hệ thống tường vào hệ neo phía trong (bộ pận neo này có thể làm
bằng bản neo, cọc neo, tường neo ….)

Tường cõ không neo


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

1.6.2.1. Tường cõ thép:
Tường cõ thường được cấu tạo bằng thép , có dạng chử Z hoặc hình cánh cung nhằm
tăng momen kháng uốn . Sử dụng phổ biến các công trình khác nhau, do tường cõ thép
có nhiều ưu điểm:
Sử dụng cho nhiều dạng công trình khác nhau (cầu cảng,bảo vệ bờ sông,
mố trụ cầu , thi công tầng hầm …), phục vụ cho các công trình tạm thời hay lâu dài.
Tính công nghiệp cao, thi công nhanh , trọng lượng nhẹ so với bê tông.
Dễ dàng tăng chiều dài bằng cách nối hàng hay nối bằng bulông.
Có thể sử dụng nhiều lần
Khuyết điểm :
Rất tốn thép và phụ thuộc vào công nghệ chế tạo.
Thép bò ăn mòn trong môi trường nước phèn, nước mặn. Do đó công tác duy tu,
sửa chửa rất tốn kém.
Đặc điểm cấu tạo :
-Tùy theo mục đích sử dụng mà tường cọc bản có cấu tạo khác nhau.
Các dạng tiết diện và mối nối liên kết cõ thép.
Tiết diện cõ thép rất nhiều dạng khác nhau phù hợp với các dạng chòu lực khác nhau.
Trong luận văn này trình bày loại tường cõ thường sử dụng cho tường kè bảo vệ bờ
sông hoặc các công trình cầu cảng. Công trình bao gồm tường cọc bản thép có neo
hoặc không neo, hệ thống thanh neo và gối giữ neo.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 21


Luận văn thạc sĩ

Hình1.20– Cấu tạo hệ tường cõ thép có neo


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.

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 23


Luận văn thạc sĩ
a. Bê tông:
-Xi măng
: Xi măng Porlant đặc biệt cường độ cao
-Cốt liệu
: Dùng tiêu chuẩn kích thước không lớn hơn 20mm.
-Phụ gia
: Phụ gia tăng cường độ của bêtông thuộc nhóm G
-Nước
: Nước sạch (không có axit, cát …)
b. Cốt thép:
-Thép chòu lực: Cường độ cao thuộc nhóm SD40
-Thép tạo ứng suất trong bê tông : Các sợi cáp bằng thép loại SWPR –7B đường kính
12.7mm - 15.2mm

Hình 3.5 Mặt cắt ngang của cõ UST

Hình 1.23.Mặt cắt ngang của cõ UST

Học viên: Vũ Văn Hậu

Page 24


Luận văn thạc sĩ


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