BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM VĂN THÀNH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH PHÙ HỢP ĐỂ
TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TƯỜNG KÈ VẠN HÒA,
THÀNH PHỐ LÀO CAI

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
MÃ SỐ: 60 - 58 - 02 - 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM VIẾT NGỌC

HÀ NỘI - 2016


BẢN CAM KẾT
Họ và tên học viên: Phạm Văn Thành.
Học viên lớp: 23C11
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ tính phù hợp để tính toán ứng suất
tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình khoa học nào. Những số liệu của các kết quả nghiên cứu đã có nếu sử dụng trong
luận văn đều được trích dẫn theo đúng quy định.

Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2016
Học viên

Phạm Văn Thành

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên
cứu lựa chọn sơ đồ tính phù hợp để tính toán ứng suất tường kè Vạn Hòa, thành phố
Lào Cai” đã được tác giả hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy giáo, Cô
giáo trong và ngoài Bộ môn Sức bền- Kết cấu, Khoa Công trình, Trường đại học Thủy
lợi cùng bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo trong Khoa Công trình, Khoa
Sau đại học, Gia đình và Bạn bè đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học
tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS. Phạm Viết
Ngọc, cũng như các thầy cô trong Bộ môn Sức bền- Kết cấu Khoa Công Trình - Trường
Đại học Thuỷ lợi đã tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp đỡ, hướng dẫn tác giả hoàn thành
luận văn này.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến gia đình, tập thể lớp Cao học
23C11, luôn động viên, ủng hộ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ tác giả
còn hạn chế, nên luận văn này còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong Thầy giáo, Cô
giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để luận văn được hoàn chỉnh và trọn vẹn hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2016
Học viên


Phạm Văn Thành

ii


MỤC LỤC
BẢN CAM KẾT ...............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. x
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ................................xi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................ 2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG KÈ ................................................................ 4
1.1. Khái niệm và phân loại tường kè. ........................................................................... 4
1.1.1.

Khái niệm tường kè. ........................................................................................... 4

1.1.2.

Phân loại tường kè. ............................................................................................. 4

1.1.2.1. Phân loại theo độ cứng. ...................................................................................... 4
1.1.2.2. Phân loại theo nguyên tắc làm việc .................................................................... 6
1.1.2.3. Phân loại theo chiều cao ..................................................................................... 7
1.1.2.4. Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường ....................................................... 7
1.1.2.5. Phân loại theo kết cấu ......................................................................................... 8
1.2. Tình hình tường kè có sườn chống ở Việt Nam và những sự cố .......................... 11

1.3. Các phương pháp và sơ đồ tính ứng suất tường kè............................................... 14
1.3.1.

Các phương pháp tính ứng suất tường kè......................................................... 14

1.3.2.

Các sơ đồ tính ứng suất tường kè. .................................................................... 14

1.4. Tồn tại, đề xuất, giới hạn nghiên cứu lựa chọn sơ đồ tính ứng suất tường kè. ......... 14
1.4.1.

Tồn tại trong lựa chọn sơ đồ tính ứng suất tường kè. ...................................... 14

1.4.2.

Giới hạn nghiên cứu. ........................................................................................ 15

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỨNG SUẤT TRONG TƯỜNG
KÈ
.......................................................................................................................... 16
2.1. Các phương pháp tính ứng suất – biến dạng tường kè. ........................................ 16
2.1.1.

Phương pháp giải tích. ...................................................................................... 16

2.1.1.1. Phương pháp sức bền vật liệu........................................................................... 16
iii



2.1.1.2. Phương pháp lý thuyết đàn hồi. ....................................................................... 17
2.1.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp giải tích ...................................................... 19
2.1.2.

Phương pháp số. ............................................................................................... 19

2.1.2.1. Phương pháp sai phân hữu hạn (PPSPHH) ...................................................... 19
2.1.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH). ...................................................... 20
2.1.2.3. Ưu điểm, nhược điểm phương pháp số. ........................................................... 20
2.1.3.

Phương pháp thực nghiệm mô hình. ................................................................ 20

2.1.3.1. Nội dung phương pháp. .................................................................................... 20
2.1.3.2. Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp. ......................................................... 22
2.2. Lựa chọn phương pháp tính phù hợp.................................................................... 22
2.2.1.

Tiêu chí lựa chọn phương pháp tính. ............................................................... 22

2.2.2.

So sánh, lựa chọn phương pháp tính ................................................................ 23

2.2.3.

Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................................... 23

2.2.3.1. Giới thiệu chung về phương pháp .................................................................... 23
2.2.3.2. Tính kết cấu theo mô hình tương thích. ........................................................... 25

2.2.3.3. Giải hệ phương trình cơ bản............................................................................. 31
2.2.3.4. Xử lý điều kiện biên ......................................................................................... 31
2.2.4.

Phần mềm tính toán. ......................................................................................... 31

2.3. Kết luận chương 2. ............................................................................................... 33
CHƯƠNG III: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TÍNH ỨNG SUẤT PHÙ HỢP CHO CÔNG
TRÌNH TƯỜNG KÈ VẠN HÒA, THÀNH PHỐ LÀO CAI........................................ 35
3.1. Giới thiệu công trình tường kè Vạn Hòa, thành phồ Lào Cai .............................. 35
3.1.1.

Giới thiệu chung ............................................................................................... 35

3.1.2.

Vị trí công trình ................................................................................................ 35

3.1.3.

Mục tiêu và nhiệm vụ của công trình ............................................................... 36

3.1.4.

Biện pháp công trình ........................................................................................ 37

3.1.5.

Kết cấu tường kè tại công trình. ....................................................................... 38


3.1.6.

Tài liệu tính toán. ............................................................................................. 39

3.1.6.1. Tài liệu quy mô công trình. .............................................................................. 39
3.1.6.2. Tài liệu địa chất. ............................................................................................... 39
3.1.6.3. Tài liệu về vật liệu làm kè. ............................................................................... 40

iv


3.1.7.

Trường hợp tính toán. ....................................................................................... 41

3.1.7.1. Kích thước công trình chi tiết. .......................................................................... 41
3.1.7.2. Tải trọng tác dụng............................................................................................. 42
3.1.7.3. Tổ hợp tải trọng.. .............................................................................................. 47
3.1.7.4. Hệ số nền: ......................................................................................................... 47
3.2. Các sơ đồ tính ứng suất trong tường kè và tiêu chí lựa chọn sơ đồ tính hợp lý. ...... 49
3.2.1.

Tiêu chí lựa chọn sơ đồ tính phù hợp. .............................................................. 49

3.2.2.

Các sơ đồ tính ứng suất trong tường kè............................................................ 49

3.3. Sơ đồ tính ứng suất tường kè dạng tấm. ............................................................... 50
3.3.1.


Giới thiệu về phương pháp PTHH sơ đồ tính dạng tấm ................................... 50

3.3.2.

Xây dựng sơ đồ tính ứng suất tường kè bằng phần tử tấm. ............................. 56

3.3.3.

Kết quả ứng suất tường kè bằng phần tử tấm. .................................................. 59

3.4. Sơ đồ tính ứng suất tường kè dạng khối. .............................................................. 62
3.4.1.

Giới thiệu về phương pháp PTHH sơ đồ tính dạng khối.................................. 62

3.4.2.

Xây dựng sơ đồ tính ứng suất tường kè bằng phần tử khối. ............................ 62

3.4.3.

Kết quả ứng suất tường kè bằng phần tử khối. ................................................. 65

3.5. Các nội dung trong so sánh ứng suất trong tường kè. .......................................... 68
3.5.1.

So sánh ứng suất tại các vị trí trên mặt ngoài tường kè. .................................. 68

3.5.1.1. Các vị trí so sánh ứng suất bề mặt bản tường................................................... 68

3.5.1.2. Các vị trí so sánh ứng suất bề mặt ba bản sườn nằm trong. ............................. 69
3.5.1.3. Các vị trí so sánh ứng suất bề mặt hai bản sườn nằm ngoài. ........................... 70
3.5.2.

So sánh theo các ứng suất cực trị trên bộ phận tường kè. ................................ 71

3.6. Kết quả so sánh và nhận xét. ................................................................................ 71
3.6.1.

Kết quả so sánh về trị số ứng suất tại các vị trí. ............................................... 71

3.6.2.

Kết quả so sánh theo các trị số lớn nhất trên bộ phận tường kè. ...................... 74

3.7. Giải thích kết quả ứng suất và lựa chọn sơ đồ. ..................................................... 79
3.7.1.

Giải thích kết quả ứng suất. .............................................................................. 79

3.7.2.

Lựa chọn sơ đồ tính phù hợp. ........................................................................... 79

3.8. Kết luận chương 3. ................................................................................................ 80
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 81
4.1. Các kết quả đạt được của luận văn ....................................................................... 81

v



4.2. Một số vấn đề tồn tại ............................................................................................ 81
4.3. Các kiến nghị ........................................................................................................ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 83

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Thí nghiệm của G.A. Đubrôva quan hệ biến dạng, chuyển vị tường (nét đứt)
và áp lực đất (nét liền). .................................................................................................... 5
Hình 1.2. Các kết quả thí nghiệm áp lực đất phụ thuộc vào biến dạng của tường kè............ 6
Hình 1.3. Các loại tường kè theo nguyên tắc làm việc.................................................... 7
Hình 1.4. Phân loại tường chắn theo góc nghiêng lưng tường. ...................................... 8
Hình 1.5. Các loại tường liền khối. ................................................................................. 9
Hình 1.6. Các loại tường bản góc: Có và không có bản sườn. ....................................... 9
Hình 1.7. Các loại tường kè lắp ghép, rọ đá, đất có cốt. .............................................. 10
Hình 1.8. Tường kè bản góc có sườn chống .................................................................. 11
Hình 1.9. Tường kè bờ công viên sông Đồng Nai. ....................................................... 12
Hình 1.10. Tường kè BTCT sông Cần Thơ sau khi thi công ......................................... 13
Hình 1.11. Tường kè BTCT sông Cần Thơ khi đang thi công. ...................................... 13
Hình 2.1. Mô hình thí nghiệm tường kè Đại học Bristol - Ấn Độ. ................................ 21
Hình 2.2. Các thiết bị đo kết quả thí nghiệm tường kè Đại học Bristol - Ấn Độ. ......... 21
Hình 2.3. Thí nghiệm mô hình tường kè tại ................................................................... 22
Hình 3.1. Vị trí công trình trên bản đồ Quốc gia. ......................................................... 36
Hình 3.2. Sơ đồ vị trí dự án. .......................................................................................... 36
Hình 3.3. Mặt cắt ngang và hình chiếu đứng lưu kè. .................................................... 38
Hình 3.4. Trường hợp tính toán công trình. .................................................................. 41
Hình 3.5. Áp lực đất tính tác dụng lên bản tường tại một điểm. ................................... 44
Hình 3.6. Áp lực đất pháp tuyến và áp lực nước tác dụng lên bản tường (kN/m2). ..... 45

Hình 3.7. Tổng áp lực đất và nước tác dụng lên bản đáy. ........................................... 45
Hình 3.8. Áp lực nước đẩy ngược tác dụng lên bản đáy công trình. ............................ 46
Hình 3.9. Áp lực đất và nước tác dụng lên các bản sườn. ............................................ 47
Hình 3.10. Phần tử tấm tam giác và tứ giác. ................................................................ 50
Hình 3.11. Nội lực trên phần tử tấm chịu uốn............................................................... 52
Hình 3.12. Phần tử tứ giác Kirchoff .............................................................................. 53
Hình 3.13. Sơ đồ tường kè bằng phần tử tấm. ............................................................... 57
Hình 3.14. Áp lực đất pháp tuyến tác dụng lên bản tường và bản sườn phần tử tấm. . 57
vii


Hình 3.15. Áp lực nước pháp tuyến tác dụng lên bản tường và bản sườn phần tử tấm.
....................................................................................................................................... 58
Hình 3.16. Áp lực nước và đất tác dụng lên mặt trên bản đáy tường kè (trái); Áp lực
nước đẩy ngược tác dụng lên mặt dưới bản đáy tường kè (phải ) phần tử tấm. ........... 58
Hình 3.17. Gán điều kiện biên cho bài toán phần tử tấm. ........................................... 59
Hình 3.18. Ứng suất tường kè S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần tử tấm. ................. 59
Hình 3.19. Ứng suất bản tường S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần tử tấm. .............. 60
Hình 3.20. Ứng suất của các bản sườn phía trong S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần
tử tấm. ............................................................................................................................ 60
Hình 3.21. Ứng suất của các bản sườn phía ngoài S11 (trái) và S22 (phải) bằng
phần tử tấm. ................................................................................................................... 61
Hình 3.22. Ứng suất bản đáy S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần tử tấm. ................. 61
Hình 3.23. Phần tử dạng khối có 4 mặt và 6 mặt.......................................................... 62
Hình 3.24. Sơ đồ tường kè bằng phần tử khối.............................................................. 63
Hình 3.25. Áp lực đất pháp tuyến tác dụng lên bản tường và bản sườn phần tử khối. 63
Hình 3.26. Áp lực nước pháp tuyến tác dụng lên bản tường và bản sườn phần tử khối.
....................................................................................................................................... 64
Hình 3.27. Áp lực đất và nước tác dụng lên bản đáy tường kè (bên trái) và áp lực nước
đẩy ngược tác dụng lên bản đáy (bên phải) phần tử khối............................................. 64

Hình 3.28. Gắn điều kiện biên cho tường kè phần tử khối............................................ 65
Hình 3.29. Ứng suất tường kè S11 bằng phần tử khối. ................................................. 65
Hình 3.30. Ứng suất tường kè S22 bằng phần tử khối. ................................................. 66
Hình 3.31. Ứng suất bản tường S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần tử khối. ............. 66
Hình 3.32. Ứng suất bản sườn phía trong S11 (trái) và S22(phải) bằng phần tử khối.
....................................................................................................................................... 67
Hình 3.33. Ứng suất bản sườn phía ngoài S11 (trái) và S22(phải) bằng phần tử khối.
....................................................................................................................................... 67
Hình 3.34. Ứng suất bản đáy S11 (trái) và S22 (phải) bằng phần tử khối. ................ 68
Hình 3.35. Các vị trí tính toán, so sánh ứng suất bản tường. ....................................... 69
Hình 3.36. Các vị trí tính toán, so sánh ứng suất ba bản sườn phía trong.................. 70
Hình3.37. Các vị trí tính toán, so sánh ứng suất ba bản sườn phía ngoài. .................. 70
Hình 3.38. Các vị trí tính toán, so sánh ứng suất bản đáy............................................ 71

viii


Hình 3.39. So sánh ứng suất cực trị S11 bản tường theo phần tử tấm (trái) và khối
(phải). ............................................................................................................................ 75
Hình 3.40. So sánh ứng suất cực trị S22 bản tường theo phần tử tấm (trái) và khối
(phải). ............................................................................................................................ 75
Hình 3.41. So sánh ứng suất cực trị S11 bản sườn bên ngoài theo phần tử tấm (trái) và
khối (phải)...................................................................................................................... 76
Hình 3.42. So sánh ứng suất cực trị S22 bản tường bên ngoài theo phần tử tấm (trái)
và khối (phải). ................................................................................................................ 77
Hình 3.43. So sánh ứng suất cực trị S11 bản đáy theo phần tử tấm (trái) và khối
(phải). ............................................................................................................................ 77
Hình 3.44. So sánh ứng suất cực trị S22 bản tường theo phần tử tấm (trái) và khối
(phải). ............................................................................................................................ 78


ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Các tài liệu quy mô công trình...................................................................... 39
Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của bê tông .................................................................. 40
Bảng 3.3. Các thông số cơ bản của thép xây dựng. ...................................................... 41
Bảng 3.4. Bảng xác định hệ số nền đối với lớp 2b. ....................................................... 48
Bảng 3.6. So sánh ứng suất bản tường tại các điểm theo các phương ......................... 72
Bảng 3.7. So sánh ứng suất bản sườn tại các điểm theo các phương. .......................... 73
Bảng 3.8. So sánh ứng suất bản đáy tại các điểm theo các phương. ............................ 74
Bảng 3.9. So sánh ứng suất cực trị của các bộ phận .................................................... 79

x


DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam.

SPHH

: Sai phân hữu hạn.

PTHH

: Phần tử hữu hạn.


FEM

: Phương pháp phần tử hữu hạn

CVC

: Bê tông thường.

xi



MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài.

Tường kè là loại kết cấu xây dựng chính và quan trọng trong các công trình thủy lợi
nhằm mục đích giữ ổn định đất ở hai bên bờ sông. Hiện nay, có rất nhiều công trình
tường kè đã đi vào sử dụng có những sự cố nghiêm trọng, hoặc có kết cấu thiếu kinh
tế, gây lãng phí và không thẩm mỹ. Có rất nhiều nguyên nhân cho vấn đề trên, nhưng
một trong những nguyên nhân quan trọng là do việc lựa chọn sơ đồ tính ứng suất,
chuyển vị trong thiết kế là chưa đúng. Ngày nay, để tính toán ứng suất cho tường kè có
nhiều sơ đồ tính toán ứng suất. Vì vậy, việc lựa chọn được sơ đồ tính để đảm bảo điều
kiện kỹ thuật và kinh tế là rất quan trọng trong công tác thiết kế tường kè.
Với mục đích lựa chọn được sơ đồ tính phù hợp cho công trình tường kè Vạn Hòa,
thành phố Lào Cai, sau đó ứng dụng cho các công trình tường kè khác, nhằm đưa ra
hướng dẫn lựa chọn sơ đồ tính toán tường kè, tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu lựa
chọn sơ đồ tính phù hợp để tính toán ứng suất tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai”
mang nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu.

Luận văn có các mục tiêu nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu các sơ đồ tính ứng suất tường kè, lựa chọn sơ đồ tính toán phù hợp cho
công trình tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai.
- Đưa ra đề xuất sơ đồ tính ứng suất cho các công trình tường kè khác.
1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Các đối tượng nghiên cứu của luận văn:
- Các phương pháp tính toán ứng suất trong tường kè.
- Các sơ đồ tính toán ứng suất trong tường kè.
- Công trình tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai.
1


- Các công cụ tính toán ứng suất.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Ứng suất trong công trình tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai với điều kiện địa
chất, địa hình cũng như trường hợp tính cụ thể.
-

Phần mềm tính toán ứng suất SAP 2000.

1.4.


Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

1.4.1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận từ thực tế: Thiết kế và xây dựng các công trình tường kè trên thế giới và
Việt Nam.
- Tiếp cận từ các điều kiện kinh tế - kỹ thuật: Công trình sơ đồ tính phải phản ánh
được ứng xử của tường kè với môi trường.
- Tiếp cận từ hiện đại: Các phương pháp tính toán tiên tiến.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập và tổng hợp tài liệu.
- Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có.
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng suất tường kè theo các sơ
đồ tính.
- Phương pháp so sánh, phân tích, đánh giá, lựa chọn tối ưu.
1.5.

Cấu trúc của luận văn.

Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi
thực hiện đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp thực
hiện để đạt được các mục tiêu đó; Phần phụ lục; Danh mục tài liệu tham khảo, nội
dung chính của luận văn gồm 4 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về tường kè.
Chương 2. Lựa chọn phương pháp tính ứng suất trong tường kè.
2


Chương 3. Lựa chọn sơ đồ tính phù hợp cho công trình tường kè Vạn Hòa, thành phố
Lào Cai.
Chương 4. Kết luận và kiến nghị.


3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG KÈ
1.1.

Khái niệm và phân loại tường kè.

1.1.1. Khái niệm tường kè.
Tường kè là một loại của công trình tường chắn đất (Retaining wall), là công trình
thủy lợi thường được xây dựng tại khu vực bờ sông nhằm mục đích giữ ổn định hai
mái bờ sông không bị trượt.
Trong các công trình thủy, có một số bộ phận của kết cấu công trình không phải là
tường kè nhưng có tác dụng tương hỗ với đất và cũng chịu áp lực của đất giống như
tường kè. Do đó, khái niệm về tường kè chắn đất được mở rộng ra cho tất cả những bộ
phận của công trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp xúc với chúng và áp lực đất lên
tường kè cũng được hiểu như áp lực tiếp xúc giữa những bộ phận ấy với đất.
Tường kè trong các công trình thủy công làm việc trong những điều kiện rất khác so
với điều kiện làm việc của tường chắn đất trong giao thông và xây dựng do đặc điểm
của công trình thủy lợi quyết định.
1.1.2. Phân loại tường kè.
Tường kè được phân loại theo các tiêu chí với nhiều mục đích khác nhau như sau:
1.1.2.1. Phân loại theo độ cứng.
Biến dạng của bản thân tường kè (độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc giữa lưng
tườngkè 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
tường. Thí nghiệm của G.A. Đubrôva đã chứng tỏ khi tường bị biến dạng do chịu áp
lực đất thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng đường cong (Hình 1.1), nếu phần giữa
thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố áp lực đất càng cong và cường độ áp

lực đất ở phần trên tăng lên (đường 2), nếu chân tường có chuyển vị về phía trước thì ở
phần trên tường tăng lên Hình l .l rất nhiều, có khi đến 2,5 lần so với cường độ áp lực
ban đầu, còn cường độ áp lực ở phần dưới tường thì lại giảm (đường 3).

4


Hình 1.1. Thí nghiệm của G.A. Đubrôva quan hệ biến dạng, chuyển vị tường (nét đứt)
và áp lực đất (nét liền).
Theo cách phân loại này, tường được phân làm hai loại: tường cứng và tường mềm.
Tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất như nêu trên gọi là tường mềm. Tường
mềm thường là những tấm gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại. Tường cừ cũng xếp vào
loại tường mềm.
Tường cứng không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị tịnh tiến
và xoay. Nếu tường cứng xoay quanh mép dưới, nghĩa là đỉnh tường có xu hướng tách
rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía trước thì nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ là
biểu đồ phân bố áp lực của đất rời có dạng đường thẳng và có trị số cường độ áp lực
đất lớn nhất ở chân tường (Hình 1.2a). Đối với đất dính (đất đắp sau tường), theo kết
quả thí nghiệm của B.L. Taraxôp thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng hơi cong và
cũng có trị số cường độ áp lực lớn nhất ở chân tường (Hình 1.2b). Nếu tường cứng
xoay quanh mép trên, nghĩa là chân tường rời khỏi khối đất đắp và chuyển vị về phía
trước thì theo kết quả thí nghiệm của nhiều tác giả (K. Terzaghi, G.A. Đubrôva, I.v.
Yarôpônxki, I.p. Prôkôíiep v.v...) biểu đồ phân bố áp lực đất (đất rời cũng như đất
dính) có dạng cong, trị số lớn nhất phụ thuộc vào mức độ chuyển vị của tường và ở
vào khoảng phần giữa lưng tường (Hình 1.2c).

5


Hình 1.2. Các kết quả thí nghiệm áp lực đất phụ thuộc vào biến dạng của tường kè.

Tường kè được gọi là tường cứng khi dưới tác dụng của các lực tính toán chuyển vị
của tường bằng hoặc nhỏ hơn 1/5000 chiều cao tường.
Tường cứng thường là những khối bê tông, bê tông đá hộc, gạch đá xây nên còn gọi là
tường khối. Tường chắn bằng bê tông cốt thép có dạng tấm hoặc bản nhưng tạo với
các bộ phận khác của công trình thành những khung hoặc hộp cứng cũng được xếp vào
loại tường cứng.
Như trên đã phân tích, cách tính toán trị số áp lực đất lên tường cứng và tường mềm
khác nhau.
1.1.2.2.

Phân loại theo nguyên tắc làm việc

-

Tường trọng lực: ổn định nhờ trọng lượng bản thân của tường. Xem Hình 1.3a.

-

Tường bán trọng lực. Xem Hình 1.3b.

-

Tường bản góc: Ổn định của tường nhờ trọng lượng khối đất đè lên bản đáy và

nhờ một phần trọng lượng của bản thân tường. Xem Hình 1.3c.
-

Tường bản góc có sườn chống: Sự ổn định của tường như 2 tường trên, kết cấu

như tường bản góc nhưng có thêm các sườn chống để tăng độ cứng cho tường. Xem

Hình 4d.

6


-

Loại tường bản góc có thể có dạng đổ liền hoặc lắp ghép để tăng nhanh tiến độ

thi công. Xem Hình 1.3e.
-

Tường ngăn (tường ô - tường kiểu cũi): tường được tạo nên bởi các ô lưới bằng

BTCT bên trong các ô là vật liệu đất, đá, cuội sỏi đào hố móng. Xem Hình 1.3f.
Tường chắn cứng trên móng cọc (xem Hình 1.3g). Được dùng để chắn đất trên

-

nền mềm yếu.

Hình 1.3. Các loại tường kè theo nguyên tắc làm việc
1.1.2.3.

Phân loại theo chiều cao

Chiều cao của tường thay đổi trong một phạm vi khá lớn tùy theo yêu cầu thiết kế.
Hiện nay, chiều cao tường chắn đã đạt đến 40m (tường chắn ở nhà máy Thủy điện
Lênin trên sông Vonga). Trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường chấn tỉ lệ bậc hai
với chiều cao của tường. Theo chiều cao, tường kè thường được phân làm 3 loại:

-

Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn l0m.

-

Tường trung bình : chiều cao từ 10m đến 20m.

-

Tường cao: có chiều cao lớn hơn 20m.

1.1.2.4.

Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường

Theo cách phân loại này, tường được phân thành tường dốc và tường thoải.

7


-

Tường dốc lại phân ra tường dốc thuận (Hình 1.4a) và tường dốc nghịch (Hình

1.4b). Trong trường hợp của tường dốc khối đất trượt có một mặt giới hạn trùng với
lưng tường.
-

Nếu góc nghiêng a của lưng tường lớn quá một mức độ nào đó thì khối đất trượt


sau lưng tường không lan đến lưng tường (Hình 1.4c); tường loại này được gọi là
tường thoải.

Hình 1.4. Phân loại tường chắn theo góc nghiêng lưng tường.
1.1.2.5.

Phân loại theo kết cấu

Về mặt kết cấu, tường chắn được chia thành tường liền khối và tường lắp ghép.
-

Tường liền khối làm bằng bê tông, bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay bằng

bê tông cốt thép. Tường liền khối được xây (gạch đá) hoặc đổ (bê tông, bê tông đá hộc,
bê tông cốt thép) trực tiếp trong hố móng. Hố móng phải rộng hơn móng tường chắn
một khoảng để tiện thi công và đặt ván khuôn. Móng của tường bê tông và bê tông cốt
thép liền khối với bản thân tường, còn móng của tường chắn bằng gạch đá xây thì có
thể là những kết cấu độc lập bằng đá xây hay bê tông. Mặt cắt ngang của tường liền
khối rất khác nhau. Một số dạng tường loại này được trình bày trên hình 1.5 với những
tên gọi như sau: a) Hình chữ nhật, b) Hình thang có ngực tường nghiêng, c) Hình
thang có lưng tường nghiêng, d) Hình thang có ngực và lưng nghiêng, e) Hình thang
nghiêng về phía đất đáp, g) Có móng nhô ra phía trước, h) Có lưng gãy khúc, i) Có
lưng bậc cấp, k) Có bệ giảm tải, 1) Có móng nhô ra hai phía.

8


Hình 1.5. Các loại tường liền khối.
-


Tường bản góc (hay tường chữ L) kiểu côngxon ( Hình 1.6a) hoặc kiểu có bản

sườn ( Hình 1.6b) cũng thường làm bằng bê tông cốt thép đổ liền khối.

Hình 1.6. Các loại tường bản góc: Có và không có bản sườn.
-

Tường lắp ghép gồm các cấu kiện bằng bê tông cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại

với nhau theo những sơ đồ kết cấu định sẵn. Cấu kiện đúc sẵn thường là những thanh
hoặc những tấm không lớn (thường dưới 3m) để tiện vận chuyển. Tùy theo sơ đồ kết
cấu lắp ghép, tường lắp ghép thường có mấy kiểu sau đây: kiểu chữ L gồm những khối
và tấm bê tông cốt thép lắp ráp lại (Hình 1.7a), kiểu hàng rào gồm nhiều thanh bê tông
cốt thép làm trụ đứng hay trụ chống và các bản ghép lại (Hình 1.7b), kiểu hộp một

9


tầng hay hai tầng, trong hộp đổ đầy cát sỏi (Hình 1.7c), kiểu chuồng gồm nhiều thanh
đặt dọc ngang xen kẽ nhau, trong chuồng đổ cát sỏi (Hình 1.7d).
-

Các loại tường lắp ghép đều được lắp ráp tại chỗ trong hố móng. Hố móng

không cần đào rộng mà chỉ cần đảm bảo vừa bằng bình đồ của kết cấu lắp ghép.
-

Tường rọ đá: gồm các rọ đá nối ghép lại với nhau ( Hình 1.7e). Những rọ đá


bằng lưới sắt hoặc lưới pôlime được xếp từng lớp, kết nối với nhau rồi xếp đá hộc vào
tường rọ. Để đất hạt mịn của đất nền và đất đắp không xàm nhập vào đá hộc trong rọ,
thường để một lớp vải địa kĩ thuật ngăn cách đáy tường và lưng tường với đất nền và
đất đắp. Ưu điểm nổi bật của tường rọ là chịu lún của nền rất tốt và kĩ thuật làm tường
đơn giản. Hiện nay các nhà khoa học đang nghiên cứu biện pháp cũng như vật liệu để
tăng tuổi thọ của rọ.
-

Tường đất có cốt: là dạng tường hiện đại của các bao tải đâì chất đống thô sơ

của nhân dân ( Hình 1.7f). Tường chính là mặt bì (da) làm bằng các tấm kim loại hoặc
bê tông cốt thép. Mặt bì được nối với các dải kim loại hoặc pôlime chôn từng lớp trong
đất đắp sau tường. Đất đắp có tác dụng đẩy mặt bì ra khỏi đất nhưng trọng lượng của
đất đắp có tác dụng tạo nên lực ma sát giữa đất và cốt neo mặt bì lại. Tường đất có cốt
có nhiều ưu điểm: nhẹ, chịu lún rất tốt nên có thể thích ứng với các loại đất nền không
tốt.

Hình 1.7. Các loại tường kè lắp ghép, rọ đá, đất có cốt.

10


Từng tiêu chí phân loại, chúng ta có nhiều hình thức tường kè khác nhau. Qua những
nghiên cứu và các so sánh về kĩ thuật và kinh tế của các hình thức tường kè, tác giả đề
xuất nghiên cứu trong luận văn loại tường kè cứng, bản góc có sườn chống, chiều cao
trung bình, tường dốc ngược vì những lí do sau:
-

Tường kè cứng đảm bảo công trình làm việc an toàn và lâu bền.


-

Tường kè bản góc có sườn chống có khả năng làm việc an toàn, có khả năng

chắn đất cao, đảm bảo tốt cả về kỹ thuật và kinh tế.
-

Tường kè có tường dốc ngược để giảm được áp lực đất tác dụng lên công trình

tường kè an toàn tối đa.
-

Các công trình tường kè bờ sông chủ yếu có chiều cao trung bình.

Chính vì những nguyên nhân trên, tác giả sẽ nghiên cứu lựa chọn sơ đồ tính cho loại
tường kè cứng, bản góc có sườn chống, chiều cao trung bình, tường dốc ngược nhằm
áp dụng cho công trình tường kè Vạn Hòa, thành phố Lào Cai và các công trình tường
kè tương tự khác gọi tắt là tường kè có sườn chống (Hình 1.8)

Hình 1.8. Tường kè bản góc có sườn chống
1.2.

Tình hình tường kè có sườn chống ở Việt Nam và những sự cố

Tại Việt Nam, các công trình tường kè đã đang được xây dựng và sử dụng rộng rãi
trên toàn quốc. Hầu hết các con sông lớn đều xây dựng kè chắn nhằm mục đích chống
sạt lở.

11



Trên đoạn sông thuộc phường Hòa Bình, Thành phố Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai, Dự án
kè công viên sông Đồng Nai với tổng chiều dài bờ kè 1800 mét dài bằng BTCT hoàn
thành năm 2006 với tổng vốn đầu tư 22,4 tỷ đồng.

Hình 1.9. Tường kè bờ công viên sông Đồng Nai.
Với tổng mức đầu tư 575 tỷ đồng, công trình tường kè sông Cần Thơ có tổng chiều dài
trên 10 km đã được thi công và hoàn thành năm 2010. Sau khi đi vào vận hành, công
trình không những làm việc hiệu quả mà còn tạo cảnh quan góp phần chỉnh trang mỹ
quan đô thị, tăng cường thu hút khách du lịch trong và ngoài nước đến với TP Cần
Thơ. Thành phố đang xây dựng công viên xanh bên trong công trình tường kè.

12