ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH TRUNG

PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH
CƠNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU
KHU VỰC CẢNG GIAO LONG - BẾN TRE

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------- šµ› -------

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1: ....................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ....................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ....... tháng ....... năm 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------oOo--Tp. HCM, ngày ...... tháng ..... năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN THANH TRUNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 04/03/1977

Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh

Chun ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Khố (Năm trúng tuyển): 2007
1- TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích tính tốn ổn định cơng trình Bến cầu tàu khu vực
Cảng Giao Long - Bến Tre.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu.
Chương 2: Các giải pháp xử lý ổn định cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu.
Chương 4: Phân tích tính tốn ổn định nền móng cơng trình bến cầu tàu thuộc cảng
Giao Long - Bến Tre.
Kết luận- kiến nghị.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
19/02/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
03/07/2009
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ
Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. TRẦN XUÂN THỌ

TS. VÕ PHÁN


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp là sự tổng hợp của toàn bộ kiến thức mà tác giả đã tiếp thu
được trong khoảng thời gian học tập chương trình Cao học tại Trường Đại học Bách Khoa

Thành phố Hồ Chí Minh chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng. Trong quá trình thực hiện
tác giả đã nghiêm túc nghiên cứu tham khảo các tài liệu trong và ngồi nước, tiến hành
cơng tác lấy mẫu thí nghiệm ngồi hiện trường để phục vụ luận văn. Đến hôm nay, khi
quyển luận văn này đã hoàn thành, tác giả xin chân thành cảm ơn:
Tác giả xin cảm ơn tất cả các thầy cô tham gia giảng dạy chuyên ngành đã hết
lòng truyền đạt những kiến thức q báu trong suốt q trình đào tạo.
Tác giả xin gởi lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Trần Xuân
Thọ, người đã quan tâm, hướng dẫn tận tình trong thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Bến Tre đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong công tác để tác giả hồn thành khóa học này.
Tác giả cũng xin cảm ơn các kỹ sư của Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ và
Thiết Bị Công Nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh và Cơng ty
cổ phần tư vấn thiết kế Cảng-Kỹ Thuật Biển đã rất nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong cơng
tác thí nghiệm trong phịng.
Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè thân hữu vì những sự giúp
đỡ, động viên trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2009
Học viên thực hiện

TRẦN THANH TRUNG


TĨM TẮT
Nội dung luận văn thực hiện phân tích tính tốn ổn định cơng trình bến cảng
dạng cầu tàu trên nền đất yếu. Trong luận văn tác giả đề xuất giải pháp gia cố nền đất yếu
ven sông bằng cọc đất xi măng cho loại cơng trình bến cầu tàu liền bờ, nhằm mục đích
vừa gia tăng khả năng chống trượt của mái dốc khi phải nạo vét sâu vừa hạn chế được độ
lún lệch giữa cơng trình bến và nền đường bên trong. Áp dụng phân tích tính tốn cho
cơng trình bến cầu tàu khu vực Cảng Giao Long-Tỉnh Bến Tre, tác giả thực hiện tính tốn

cơng trình bến cầu tàu dạng móng cọc đài cao và phương án gia cố nền đường bằng cọc
đất xi măng theo phương pháp giải tích, kiểm chứng lại bằng mơ hình tính tốn kết hợp
đồng thời giữa kết cấu cơng trình và đất nền thơng qua chương trình Plaxis 8.2, Plaxis 3D
Tunnel và Solpe/W.
Những kết quả nghiên cứu trên có thể sử dụng để tính tốn thiết kế cho các cơng
trình bến cảng ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với điều kiện tương tự. Tác giả hy
vọng nội dung nghiên cứu sẽ giúp ích một phần trong cơng tác tư vấn thiết kế thi công
cho các nhà thầu trong xây dựng cơng trình bến cảng, đồng thời tháo gỡ được những vấn
đề mà lâu nay đã gây nhiều phiền toái cho các kỹ sư trong việc xử lý nền móng cơng trình
trên nền đất yếu ven sơng.


ABSTRACK
The thesis is focused on analysing and calculating the stability of the landing
pier on the soft soils. The soft soil improvement by soil-cement deep mixing is applied to
landing pier in order to increase the stability of slope failure and reduce the differential
settlements between the wharves and the internal road base. The Giao Long port is
applied to be analysed and calculated the stability and deformation of the landing pier
constructions with overground pilework foundation and internal road base with the soft
soil improvement by deep cement mixing columns, using the analytic and finite element
method such as Plasix 8.2, Plasix 3D Tunnel and Slope/W.
The obtained results can be used for the design of other landing pier with the
same condition in the Mekong Delta. The author hopes the research will help a part of the
working design consultant for contractors in the port constructions, and remove the
problems that may cause troubles for engineers in the process of ground engineering on
the riparian soft ground.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1

1

Giới thiệu ........................................................................................................1

2

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................1

3

Nội dung nghiên cứu.......................................................................................1

4

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................2

5

Ý nghĩa khoa học ............................................................................................2

6

Phạm vi nghiên cứu.........................................................................................3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU..................................................................................................4
1.1

Đất yếu trong xây dựng cơng trình bến cảng ..................................................4


1.2

Tổng quan về địa chất ven sông khu vực Bến Tre..........................................6

1.3

Tổng quan về công trình bến cầu tàu ..............................................................7
1.3.1 Khái niêm về cơng trình bến cầu tàu.........................................................7
1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến công trình cầu tàu ......................................7
1.3.3 Các dạng cơng trình bến cầu tàu ...............................................................7
1.3.4 Tải trọng tác động......................................................................................8

1.4

Một số cơng trình cầu tàu trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long .....8
1.4.1 Cầu tàu ở cảng cá Tắc Cậu - Kiên Giang ..................................................8
1.4.2 Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát - Bạc Liêu .....................................................9
1.4.3 Cầu tàu 10000DWT ở cảng biển Cần Thơ ..............................................10

1.5

Nhận xét ........................................................................................................11

CHƯƠNG 2 : CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH BẾN CẦU
TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ......................................................................................12
2.1

Một số phương pháp thông dụng để cải tạo nền đất yếu ..............................12
2.1.1 Cọc cát .....................................................................................................12
2.1.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát...........................................13

2.1.3 Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm...........................................14
2.1.4 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không..........................................15
2.1.5 Gia cường nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ..............17
2.1.6 Cọc đất trộn xi măng ...............................................................................18


2.2

Các giải pháp kết cấu bến dạng tường cừ trên nền đất yếu ..........................20
2.2.1 Nguyên tắc chung về giải pháp kết cấu bến nói chung và tường
cừ nói riêng cho nền đất yếu...............................................................................20
2.2.2 Các loại kết cấu bến tường cừ dùng cho nền đất yếu ..............................21

2.3

Các giải pháp kết cấu dạng bến cầu tàu trên nền đất yếu .............................24
2.3.1 Các đặc điểm nổi bật của kết cấu cầu tàu................................................24
2.3.2 Các loại kết cấu cầu tàu dùng cho nền đất yếu........................................25

2.4

Nhận xét ........................................................................................................28

CHƯƠNG 3 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN MĨNG CƠNG
TRÌNH BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .....................................................30
3.1

Đặt vấn đề .....................................................................................................30

3.2


Tính tốn cọc đơn..........................................................................................32
3.2.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu làm cọc ................................32
3.2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo điều kiện đất nền ..............................32
3.2.3 Cọc chịu tải trọng ngang .........................................................................33

3.3

Móng cọc đài cao ..........................................................................................36
3.3.1 Phương pháp tính tốn cọc tương đương trong trường hợp cọc chịu lực
dọc trục ...............................................................................................................37
3.3.2 Phương pháp tính tốn cọc tương đương trong trường hợp cọc chịu lực
ngang .................................................................................................................38
3.3.3 Xác định chiều dài cọc tương đương của móng cọc bệ cao cứng ...........41
3.3.4 Ổn định của nền đất dưới mũi cọc...........................................................43

3.4

Phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng ...............43
3.4.1 Giải pháp gia cố cọc đất xi măng cho công trình bến cầu tàu.................44
3.4.2 Phương pháp thi cơng cọc đất xi măng. ..................................................46
3.4.3 Phương pháp tính tốn cọc đất xi măng. .................................................46

3.5

Tính tốn độ lún lệch của nền đường với cơng trình cầu tàu........................53

3.6

Tính tốn ổn định tổng thể cơng trình...........................................................56

3.6.1 Phương pháp tính tốn theo lý thuyết cân bằng giới hạn ........................58
3.6.2 Phương pháp tính tốn theo mặt trượt giả định ......................................59


3.7

Vai trò của nền cọc trong ổn định tổng thể cơng trình thơng qua lực kháng

trượt .......................................................................................................................61
3.7.1 Tính tốn lực kháng trượt theo phương pháp giải tích............................62
3.7.2 Tính tốn lực kháng trượt theo phương pháp đồ giải..............................63
3.7.3 Tính tốn lực kháng trượt theo phương pháp tương tác ma sát ..............66
3.8

Phân tích tính tốn ổn định cơng trình bằng phương pháp Phần tử hữu hạn67

3.9

Nhận xét ........................................................................................................70

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN MĨNG CƠNG
TRÌNH BẾN CẦU TÀU THUỘC CẢNG GIAO LONG - BẾN TRE ....................72
4.1

Giới thiệu về cơng trình Cảng Giao Long-Bến Tre ......................................72

4.2

Đặc điểm địa hình-địa chất cơng trình..........................................................74
4.2.1 Đặc điểm địa hình....................................................................................74

4.2.2 Đặc điểm địa chất ....................................................................................74

4.3

Tính tốn cơng trình bến cầu tàu 2000DWT theo phương pháp cọc tương

đương .......................................................................................................................76
4.3.1 Tải trọng tác động lên cầu tàu ................................................................80
4.3.2 Chiều dài chịu nén, chịu uốn của cọc .....................................................80
4.3.3 Phân phối lực ngang ...............................................................................81
4.3.4 Sơ đồ tải trọng ........................................................................................83
4.3.5 Kết quả tính tốn chuyển vị và nội lực trong cọc....................................84
4.4

Tính tốn cọc đất xi măng và độ lún của khối gia cố ...................................88
4.4.1 Các thông số của cọc đất xi măng theo thí nghiệm nén nở hơng ............88
4.4.2 Khả năng chịu tải của cọc đất xi măng theo điều kiện đất nền ...............90
4.4.3 Tính tốn ứng suất thẳng đứng phân bố lên cọc đất xi măng dưới tác
dụng của tải trọng ngồi .....................................................................................91
4.4.4 Tính tốn độ lún của khối gia cố đất xi măng dưới tác dụng của tải trọng
ngồi .................................................................................................................94

4.5

Tính tốn ổn định tổng thể cơng trình...........................................................95
4.5.1 Tính tốn ổn định tổng thể cơng trình theo lý thuyết mặt trượt cung trịn
của K.Terzaghi....................................................................................................95
4.5.2 Tính tốn ổn định tổng thể cơng trình bằng chương trình SLOPE/W ....99



4.6

Mơ hình tính tốn ổn định nền móng cơng trình bến cầu tàu bằng phương

pháp Phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis ...............................................102
4.6.1 Các thông số đất nền được mơ phỏng theo mơ hình Hardening Soil....102
4.6.2 Mơ hình tính tốn bằng phần mềm Plaxis 8.2 và Plaxis 3D Tunnel .....105
4.7

Kết quả tính tốn ổn định nền móng cơng trình bằng phương pháp Phần tử

hữu hạn...................................................................................................................107
4.7.1 Chuyển vị của đất nền ...........................................................................107
4.7.2 Độ lún lệch giữa cầu tàu và nền đường .................................................109
4.7.3 Phân bố ứng suất trong đất nền .............................................................111
4.7.4 Hệ số ổn định trong q trình thi cơng và sử dụng ...............................116
4.7.5 Chuyển vị ngang của cọc bê tông cốt thép............................................116
4.7.6 Mômen uốn trong cọc bê tông cốt thép.................................................119
4.8

Nhận xét ......................................................................................................120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................121
1

KẾT LUẬN.................................................................................................121

2

KIẾN NGHỊ ................................................................................................122


3

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.......................................................123

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................124


-1-

MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu về phát triển cơ sở
hạ tầng rất lớn và cấp thiết, trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông bến cảng,
công trình trên nền đất yếu bền vững và hiệu quả địi hỏi phải nghiên cứu phát triển
một số cơng nghệ mới trong thi cơng xây dựng cơng trình. Để kiểm sốt được biến
dạng và ổn định của một số cơng trình hạ tầng quan trọng như bến cảng cầu tàu, đường
vào cầu đắp cao, bãi hàng chứa Container và nhiều cơng trình ven sơng để thuận tiện
cho cơng tác giao thông vận tải phục vụ cho các khu công nghiệp vùng, chúng ta
thường sử dụng các giải pháp thông dụng như đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm,
vải địa kỹ thuật, cọc bê tông cốt thép. Những công nghệ đã sử dụng thường khó kiểm
sốt được biến dạng lún và ổn định cơng trình, thời gian thi cơng kéo dài hoặc không
thể thi công trên diện rộng, và đôi khi khơng hiệu quả đối với các vị trí nằm ở ven
sơng. Mặt khác cịn gặp nhiều khó khăn trong việc xứ lý chuyển tiếp phần cứng và
mềm của công trình.
Mặt khác việc phân tích tính tốn đánh giá các cơng trình móng cọc đài cao như
bến cầu tàu, mố trụ cầu hiện nay bằng phương pháp giải tích hoặc mơ phỏng tính tốn
bằng các phần mềm tính tốn kết cấu cũng chưa phản ánh chính xác bản chất làm việc
đồng thời giữa nền đất và cơng trình và qui luật phân bố ứng suất và biến dạng trong
móng cọc đài cao.

Để góp phần làm rõ các vấn đề trên, trong luận văn thạc sĩ này sẽ đi sâu vào phân
tích tính tốn ổn định mơ hình bến cầu tàu liền bờ (một dạng móng cọc đài cao) tiếp
giáp với nền đường và bãi hàng thường được sử dụng trong các cơng trình bến cảng.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu cuối cùng kỳ vọng đạt được là kiến nghị giải pháp móng cọc hợp lý cho
cơng trình cũng như đề ra được phương pháp tính tốn móng cọc đài cao thích hợp để
ứng dụng thiết kế nền móng cho cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu, đồng thời đề
ra giải pháp gia cố hợp lý cho phần nền tiếp giáp với bến. Mục đích nhằm kiểm sốt
được ổn định và biến dạng của tồn bộ cơng trình, và giảm thiểu đến mức tối đa khả
năng trượt, lún lệch, đảm bảo an tồn cơng trình trong q trình vận hành và khai thác.


-2-

3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu là phân tích tính tốn ổn định cơng trình Bến cầu tàu khu
vực cảng Giao Long - Bến Tre. Bao gồm các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về ổn định cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu.
Chương 2: Các giải pháp xử lý ổn định cơng trình bến cầu tàu trên nền đất yếu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định nền móng cơng trình bến cầu tàu
trên nền đất yếu.
Chương 4: Phân tích tính tốn ổn định nền móng cơng trình bến cầu tàu thuộc
cảng Giao Long - Bến Tre.
Kết luận- kiến nghị.

4. Phương pháp nghiên cứu
−

Nghiên cứu về lý thuyết:


Nghiên cứu về ứng xử của móng cọc bê tơng cốt thép của cơng trình bến cầu tàu
dưới tác dụng của tải trọng dọc trục và tải trọng ngang theo các tiêu chuẩn trong và
ngồi nước.
Nghiên cứu tính tốn ổn định của phần nền đường kho bãi tiếp giáp với cơng
trình bến cầu tàu.
−

Thực hiện cơng tác thí nghiệm:

Khoan lấy mẫu đất tại cơng trình bến cầu tàu khu vực cảng Giao Long, tiến hành
thực hiện hai thí nghiệm ba trục theo sơ đồ cố kết - khơng thốt nước (CU) và cố kết thốt nước (CD) để xác định các thơng số chống cắt hữu hiệu của đất nền.
Tiến hành thí nghiệm xác định cường độ xi măng đất với các hàm lượng khác
nhau để xác định cấp phối phù hợp khi xử lý nền đất yếu.
−

Mô phỏng:

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis để mô phỏng
phân tích tính tốn ổn định cho cơng trình bến cầu tàu khu vực cảng Giao Long- Bến
Tre.

5. Ý nghĩa khoa học
Xác định phương pháp phù hợp khi tính tóan móng cọc đài cao làm việc đồng
thời với nền và đưa ra phương pháp xử lý phần chuyển tiếp giữa phần cứng (móng
cọc) và phần mềm (nền đường và kho bãi), biện pháp gia cố nền đất yếu ven sông để


-3-


phục vụ cho cơng tác thiết kế các cơng trình bến cảng khu vực tỉnh Bến Tre nói riêng
và Đồng bằng sơng Cửu Long nói chung.

6. Phạm vi nghiên cứu
Do thời gian hạn chế nên chỉ tập trung phân tích tính tốn ổn định cho một cơng
trình ở Bến Tre chứ chưa mở rộng cho các khu vực khác. Mặt khác các giải pháp tính
tốn do học viên đưa ra cũng chưa được kiểm nghiệm tính hiệu quả cho các cơng trình
thực tế.
Ngồi ra việc phân tích tính tốn cũng chưa xét đến ảnh hưởng của thủy triều và
xói mịn đến các phương pháp gia cố.


-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH
BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Đất yếu trong xây dựng công trình bến cảng
Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và
TCXD 245:2000 "là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng
hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt nhanh khơng thốt
nước từ 0.15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả
cắt cánh hiện trường Cu≤0.35daN/cm2". Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về
định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt khơng thốt nước Su, và trị số xun tiêu
chuẩn N như sau:
−

Đất rất yếu : Su≤12.5kPa hoặc số SPT N≤2.

−


Đất yếu : Su≤25kPa hoặc số SPT N≤4.

Các giáo sư Larionov, Hoàng Văn Tân đã thống nhất đất yếu trong xây dựng nên
phân làm ba nhóm: á cát, á sét, bùn với các chỉ tiêu cơ lý như trong bảng 1.
Trong thực tế ít tồn tại đất yếu chỉ đơn thuần là cát hoặc là sét, vì vậy trong mỗi
loại đất yếu thường có cả sét, cả cát, và cát bùn nên được phân ra á cát, á sét, bùn sét.
Việc phân thành nhóm trong bảng 1 chỉ theo nghĩa tương đối, vì hiện nay cịn
nhiều quan niệm phân loại khác nhau. Ở Việt Nam việc nghiên cứu về đất yếu ở cả hai
khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng Bắc Bộ, nơi tập trung khá nhiều
cảng sông và cảng biển vẫn chưa được tiến hành một cách có hệ thống. Tuy nhóm
nghiên cứu Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phan Xn Tường, Phạm Xn và
Nguyễn Hải đã có một số cơng bố về đất yếu, song tài liệu này chỉ phù hợp cho xây
dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp, chưa thể vận dụng cho công trình bến cảng.
Những tài liệu khảo sát địa chất gần đây về địa chất ở một số cảng như Cảng Sài
Gòn, Cần Thơ, Năm Căn, Cái Mép, Thị Vải, Cà Mau... đều có nhiều lớp đất yếu được
ghép chung vào các nhóm á cát, á sét, bùn. Cách phân loại này tuy cịn mang tính
chung chung, nhưng vẫn bảo đảm tính khái quát cho hiện trạng ở các vùng đất yếu cho
các cảng ở Đồng bằng sông Cửu Long. Ở mục 1.4 sẽ đề cập một số cảng biển và cảng
sông đã gặp phải trên nền đất yếu.


Bảng 1 : Các chỉ tiêu cơ lý của các nhóm đất yếu
Nhóm đất yếu

Các chỉ tiêu
Á cát

Á sét


Bùn sét

3< Ip <7

7< Ip <17

17< Ip

Giới hạn chảy WL

WL =28±6%

WL =38±6%

WL =70±19%

Giới hạn dẻo WP

WP =23±6%

WP =26±9%

WP =37±12%

26.9

26.9

26.9


W=38±6%

W=44±13%

W=88±29%

18.2

17.7

15.0

Chỉ số dẻo IP

Trọng lượng riêng hạt
γs(kN/m3)
Độ ẩm W(%)
Trọng lượng

riêng

tự

nhiên γ(kN/m3)
Độ sệt IL

1

2


3

1

2

>2

1

2

Hệ số rỗng e

0.8÷1.1 0.85÷1.2 0.9÷1.3 0.9÷1.3

1.2÷1.6

1.6

1.2÷1.6

1.6÷2.0

2÷3

>3

Modul đàn hồi E(kN/m2)


5700÷

3600÷

3100÷

3200÷

1600÷

<1200

2300÷

1300÷

600÷400

<400

5100

3300

2900

1900

1200


1600

800

2x10-5÷

2x10-6÷

1x10-5÷

3x10-6÷

14x

1x10-4

1x10-4

3x10-6

14x10-6

10-6

Hệ số thấm k(cm/s)

-5-

-7
0.6x10-6÷ 1.2x10-7÷ 3.6x10-7÷ >8x10


1.2x10-7

1.4x10-7

7.8x10-7


-6-

1.1 Tổng quan về địa chất ven sông khu vực Bến Tre
Trên bức ảnh vũ trụ chụp từ vệ tinh bay cao cả ngàn cây số, Bến Tre hiện ra như
một lưỡi phù sa mới của sông Tiền, mang đặc trưng riêng của đồng bằng sơng Cửu
Long là tính bằng phẳng rất cao. Chênh mức tuyệt đối giữa điểm cao nhất và điểm
thấp nhất là 3,5 m, một điều khó biểu diễn trên mặt cắt bình thường của nhà địa chất.
Phần đất thấp gồm có 2 loại. Trước hết là các lịng máng của những dịng sơng cổ
và mới, đã bị lấp tồn phần hoặc từng phần bởi trầm tích lũ hiện nay. Loại thứ hai là
những vũng mặn cổ. Loại này chỉ có độ cao từ 1 đến 1,5 m và đa số bị ảnh hưởng triều
rất mạnh.
Cuối cùng là đất trũng thật thấp, luôn luôn ngập nước mực triều trung bình, gồm
có đất đầm mặn và bãi thủy triều. Loại này khó vượt quá cao độ 0,5 m.
Tỉnh Bến Tre có dáng hình gần như một tam giác cân, có trục Tây Bắc – Đơng
Nam, cạnh đáy tiếp giáp với biển Đơng có chiều dài khoảng 65 km, hai cạnh hai bên là
sông Tiền và sông Cổ Chiên.
Khu vực sơng Tiền là trầm tích phù sa trẻ có bề dày lớn và biến đổi phức tạp. Địa
chất ven sông Tiền được cấu thành bởi các lớp bùn sét, sét pha cát xen kẹp với các lớp
cát pha sét trạng thái từ chảy đến dẻo cứng hoặc cứng. Lớp đất yếu nằm bên trên có
chiều sâu từ 0m đến 15m, bên dưới là các lớp đất sét và á sét trạng thái dẻo cứng. Lớp
đất yếu bên trên có khả năng chịu lực rất kém, không thuận lợi cho việc sử dụng làm
nền cho các cơng trình, nếu sử dụng phải có biện pháp gia cố hoặc cải tạo đất. Ngồi

ra, trong cơng tác thiết kế nạo vét hoặc đắp cần phải tính tốn chính xác hệ số mái dốc
để tránh hiện tượng trượt trong q trình thi cơng cũng như sử dụng. Từ 15m đến 20m
là lớp đất tương đối đối tốt, có khả năng chịu tải từ trung bình đến cao. Từ 20m trở đi
là lớp đất sét cứng có khả năng chịu tải cao rất thuận lợi cho việc sử dụng làm lớp chịu
lực cho cọc khi có nhu cầu xây dựng các cơng trình như bờ kè, bến cảng. Có thể phân
loại theo Hình 1.1 như sau :
−

Lớp 1 : Bùn á sét màu nâu sậm, trạng thái chảy.

−

Lớp 3 : Á sét màu hồng lẫn vàng và xám, trạng thái dẻo cứng-nửa cứng.

−

Lớp 3 : Đất sét màu nâu đỏ lẫn hồng, vàng và xám, trạng thái nửa cứng-cứng.

−

Lớp 4 : Lớp thấu kính :Á cát màu vàng lẫn xám, trạng thái dẻo.


-72.00
0.00

0.00

0.00


-2.00

0.00

-3.00

CHÚ GIẢ I

-4.00
0.00

-6.00

-6.00

-8.00

1

Bùn sét màu nâu
xậm. TT chảy.

2

Á sét màu hồng lẫn vàng xám.
TT dẻo cứng-nửa cứng

-10.00
-12.00
14


-14.00

-14.00
12

-15.00
10

-16.00

-16.00
3

Đất sét màu nâ u đỏ lẫn hồng.
TT nửa cứng-cứng

-18.00
20

-20.00

-20.00

17

-22.00
-24.00

-20.00


20

-23.00

22

-25.00

15

-21.00

16.2

-22.20

4

Thấ u kính : Á cát màu và ng
lẫn xám. TT dẻo

-26.00

15

-28.00

-21.00


Độ sâu đáy lớ p (m) Cao độ đá y lớ p (m)

-30.00
-32.00
-34.00
-36.00
35

-38.00
40

-40.00

-38.00

-40.00
35

-41.00

-42.00

MẶ T CẮ T ĐỊA CHẤ T
VEN SÔNG ĐIỂ N HÌNH

-44.00
-46.00

0


K/ CÁCH LẺ (SPACE ODD) (m)
TÊN CỌC (NAME PICKET)

HK3

0

-3

-6

5

K/C CỘNG DỒN (SPACE ADD) (m)

HK2
35

CAO ĐỘ (ELEVATION) (m)

35

HK1

ĐỘ SÂU (DEPTH) (m)

40

TÊN HỐ KHOAN (N. BORE HOLE)


30m

30m

-6
5

0.00

5.00

35.00

65.00

70.00

A

HK1

HK2

HK3

B

Hình 1.1: Một dạng mặt cắt địa chất ven sơng điển hình

1.2 Tổng quan về cơng trình bến cầu tàu [3]

1.2.1

Khái niêm về cơng trình bến cầu tàu

Bến cầu tàu là bến đặt trên hệ móng cọc đài cao, gồm hai phần chính: đài cọc, hệ
cọc (đứng và xiên), có kết cấu phù hợp nhằm đảm bảo thuận lợi cho tàu tiến hành cơng
tác bốc xếp hàng hóa và các quá trình khác. Chức năng cơ bản của cầu tàu là làm bước
trung gian để vận chuyển hàng hóa hay hành khách từ đường thủy (biển hay sơng) lên
các phương tiện giao thông khác và ngược lại.

1.2.2

Những yếu tố ảnh hưởng đến cơng trình cầu tàu

−

Điều kiện tự nhiên như địa hình, địa chất, thủy văn, khí tượng...

−

Các đặc trưng của tàu.

−

Lượng hàng và lượng khách của cảng.

−

Khả năng cho phép của cảng.


−

Lượng tàu cảng.

1.2.3

Các dạng cơng trình bến cầu tàu

Bến cầu tàu có thể được phân loại như sau:
−

Theo mặt bằng bến: bến nhô, bến dọc bờ, bến có cầu dẫn.


-8−

Theo tương quan độ cứng giữa đài và cọc : Đài cứng, đài mềm.

−

Theo đặc điểm kết cấu: Bến trọng lực, bến tường cừ, bến cầu tàu đài cao.

1.2.4

Tải trọng tác động

Các tải trọng và tác động lên cơng trình bến được phân thành hai loại: thường
xuyên và tạm thời.
−


Tải trọng thường xun gồm có: Trọng lượng bản thân cơng trình bến; trọng

lượng đất lấp trên cơng trình bến; thiết bị cố định đặt bên trên; áp lực chủ động của đất
lấp sau cơng trình bến.
−

Tải trọng tạm thời gồm có: Tải trọng do các máy bốc xếp di động, các

phương tiện vận tải và hàng hóa đặt trên bến; phần gia tăng áp lực chủ động của đất do
các thiết bị, phương tiện và hàng hóa đặt trên khu đất tiếp giáp cơng trình bến; áp lực
thủy tĩnh do mực nước ngầm sau cơng trình bến; tải trọng do sóng; tải trọng do tàu; tải
trọng ngang do cần cẩu và một số tải trọng đặc biệt khác.

1.3 Một số cơng trình cầu tàu trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu
Long [10]
Hệ thống sông Cửu Long với hai sơng chính là sơng Tiền, sơng Hậu và chín cửa
sơng : Cửa Tiểu, Cửa Đại, Cửa Ba Lai, Cửa Hàm Luông, Cửa Cổ Chiên, Cửa Cung
Hầu, Cửa Định An, Cửa Bassac,Cửa Trần Đề, cùng với kênh rạch dày đặc với 24km/km2 đã tạo ra một mạng lưới giao thông thủy rất thuận tiện và một hệ thống cảng
cho 12 tỉnh miền Tây Nam Bộ. Song ở mọi nơi đều là sự bồi tích phù sa gây vơ cùng
khó khăn trong việc xây dựng các bến cảng-cầu tàu và các công trình ven sơng khác.
Điển hình một số cơng cầu tàu được xây dựng trên nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu
Long như sau :

1.3.1

Cầu tàu ở cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang

Cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang (Hình 1.2) bến cầu tàu được thiết kế dạng liền bờ,
mặc dù chiều cao bến 5m, nhưng chiều rộng bến là 13.5m nhằm hạ mái dốc gầm bến
m=2.5÷3 để đảm bảo yêu cầu ổn định cho cơng trình. Lớp đất yếu tại đây dạng bùn sét

trạng thái chảy có ϕ=4o; độ sệt B=1.3 với chiều dày 12÷15m, do vậy giải pháp cho bến
liền bờ là mở rộng mặt bến và bố trí bản chuyển tiếp phía sau bến.


-9-

Hình 1.2: Cầu tàu 600DWT ở cảng cá Tắc Cậu-Kiên Giang

1.3.2

Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát-Bạc Liêu

Ở cảng cá Nhà Mát -Bạc Liêu (Hình 1.3), lớp đất yếu bùn sét ở trạng thái chảy có
chiều dày 15÷19m là một trở ngại cho việc lựa chọn kết cấu bến sao cho vừa phù hợp
với công năng của bến cá, vừa phù hợp với điều kiện địa hình khu nước chật hẹp của
cảng. Giải pháp kết cấu bến được chọn là cầu tàu cừ sau bê tông cốt thép, kết hợp nạo
vét thay thế một phần lớp đất yếu phía trên bằng cát san lấp.

Hình 1.3: Cầu tàu ở cảng cá Nhà Mát-Bạc Liêu


-10-

Tường cừ phía trong có chiều dài 21.5m đóng qua hết lớp đất yếu, cắm sâu vào
lớp chịu lực 1.5÷2.5m. Nền cọc bê tông cốt thép tiết diện 40x40cm dài 23m, trên mỗi
khung ngang bố trí 4 cọc trong đó có 3 cọc đóng xiên 1/6 nhằm tạo ổn định cho tường
cừ. Một yếu tố cần quan tâm nữa là độ thoải của mái dốc gầm bến phải đảm bảo ổn
định cục bộ phía trước tường cừ.
Việc thay thế một phần lớp đất yếu phía trên được kết hợp với xử lý gia cố nền
bãi nhằm giải quyết triệt để vấn đề ổn định của nền và ổn định tổng thể cho bến. Trong

trường hợp này, việc lựa chọn giải pháp kết cấu bến kết hợp với gia cố cải tạo nền
nhằm thỏa mãn điều kiện địa hình tự nhiên và chức năng nhiệm vụ cơng trình.

1.3.3

Cầu tàu 10.000DWT ở cảng biển Cần Thơ

Tại cảng biển Cần Thơ bến cầu tàu 10.000DWT nằm trên nền đất yếu gồm 5 lớp:
Lớp 1: Bùn sét màu xám xi măng, trạng thái chảy.
Lớp 2: Sét màu xám nâu kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy.
Lớp 3: Sét màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm.
Lớp 4: Sét màu vàng trạng thái nửa cứng.
Lớp 5: Sét pha màu xám nâu kẹp thấu kính cát trạng thái dẻo mềm.
Cũng là giải pháp kết cấu cầu tàu cọc bê tông cốt thép cho cảng Cần Thơ song
chiều rộng bến tới 39.1m và đóng tới 17 cọc trên một mặt cắt ngang (Hình 1.4). Tải

Hình1.4: Cầu tàu trên nền đất yếu ở cảng Cần Thơ


-11-

trọng bản thân của bến rất nhẹ, dầm chỉ có tiết diện 60x80cm, còn bản dày 30cm.
Ngay cả tường chắn đất phía sau cầu dẫn cũng phải đặt trên nền cọc dài tới 26m. Tất
cả các cọc bê tông cốt thép 40x40cm của cầu chính đều dài tới 36m. Cọc càng dài càng
khó khăn cho cơng nghệ chế tạo, vận chuyển đóng cọc. Tuổi thọ cơng trình cũng giảm
vì phải nối cọc, và thời gian thi công bị kéo dài vì phải đóng cọc trên giá đóng.

1.4 Nhận xét
Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý phức tạp, địi hỏi cơng
tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính tốn rất cơng phu. Hiện nay việc

nghiên cứu đất yếu ở khu vực Đồng bằng sơng Cửu Long cịn rất nhiều hạn chế và
chưa có hệ thống, thường chỉ phù hợp cho các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp,
chưa thể vận dụng cho xây dựng cơng trình bến cảng. Trong khi đó nhiều cơng trình
bến cảng ở Đồng bằng sơng Cửu Long thường được xây dựng trên nền đất yếu hoặc
quá yếu. Trong tương lai còn phải mở rộng, cải tạo xây mới nhiều cơng trình cảng
biển, cảng sơng mà giải pháp kết cấu đặt trên nền đất yếu gây rất nhiều khó khăn cho
cơng tác thiết kế. Vì thế việc nghiên cứu ổn định cơng trình bến cảng trên nền đất yếu
là một vấn đề hết sức cấp bách và cần thiết.


-12-

CHƯƠNG 2
CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH
BẾN CẦU TÀU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
Hiện nay các cơng trình bến cầu tàu ở các cảng thuộc khu vực Đồng bằng sông
Cửu Long đều được xây dựng trên nền đất yếu hoặc rất yếu. Đặc điểm địa hình ở
Đồng bằng sơng Cửu Long là tính bằng phẳng rất cao, vì vậy khi xây dựng các cơng
trình bến cảng với tải trọng lớn thường phải nạo vét rất sâu. Điều này gây ra sự mất ổn
định cơng trình do trượt sâu và chuyển vị ngang lớn trong suốt một thời gian dài của
q trình thi cơng và khai thác sử dụng. Vì vậy khi xây dựng cơng trình bến cầu tàu
phải có biện pháp xử lý nền đất yếu ven sơng tiếp giáp với cơng trình và lựa chọn các
giải pháp kết cấu bến thích hợp.

2.1 Một số phương pháp thơng dụng để cải tạo nền đất yếu [2][8]
Các cơng trình đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải
giải quyết :
−

Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc,


áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải được xem xét
do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.
−

Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền

−

Thấm: Thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực

−

Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của các loại xe cơ giới và động đất.

đất.

nước.
Sau đây là một số phương pháp chung để cải tạo nền đất yếu:

2.1.1

Cọc cát

Tác dụng của cọc cát là nén chặt đất nền và làm cho trọng lượng riêng, mođun
biến dạng E, lực dính c và góc ma sát trong ϕ tăng lên (làm tăng sức chịu tải của đất
nền). Làm giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều. Tăng khả năng
chống trượt đối với cơng trình chịu tải trọng ngang.
Ưu điểm:



-13−

Cát là vật liệu địa phương, dễ tìm kiếm, rẻ, dễ chuyên chở, ít bị nước biển

xâm thực. Khi dùng cho cơng trình gần biển thì nên dùng loại cát có xuất xứ từ biển.
−

Biện pháp thi cơng cọc cát tương đối đơn giản và kinh tế hơn so với phương

án cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép, cọc thép và các loại cọc cứng khác.
Nhược điểm:
−

Đối với đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất. Với đất

có hệ số rỗng lớn hơn 1 thì hiệu quả nén chặt của cọc cát là rất ít.
−

Khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ, phương pháp gia cố nền bằng đệm cát hiệu

quả hơn cọc cát.

L

d

°
60


L

Hình 2.1: Cọc cát và ống thép để thi công cọc cát

2.1.2

Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát

Đối với các loại đất bùn, than bùn và đất dính ở trạng thái bão hịa nước mà đặc
điểm của chúng có biến dạng lún lớn kéo dài theo thời gian, có thể kéo dài hàng chục
năm và sức chịu tải thấp. Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng các
phương pháp tiêu nước thẳng đứng như giếng cát, bấc thấm...kết hợp với biện pháp gia
tải trước.
Giếng cát là phương pháp tiêu nước thẳng đứng được dùng sớm nhất để làm tăng
nhanh tốc độ cố kết nền đất và tạo độ lún trước trong quá trình gia tải, làm tăng sức
chịu tải của nền đất yếu (Hình 2.2). Khi bố trí giếng cát kết hợp với gia tải trước, nhờ
gradien thủy lực được tạo ra do nén trước, nước lỗ rỗng thốt chủ yếu theo phương
ngang về phía tâm giếng cát. Sau đó sẽ thốt tự do theo phương thẳng đứng về phía
các lớp đất dễ thấm nước. Nhờ đó hệ thống giếng cát trong nền đất yếu sẽ giúp rút


-14-

ngắn chiều dài đường thấm, giảm thời gian cố kết dẫn đến tăng nhanh khả năng chịu
tải của đất nền theo thời gian. Thơng thường giếng cát có đường kính d=(30-60)cm và
chiều dài sâu tới 25m.
Ưu điểm:
−

Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.


−

Tăng khả năng chịu tải của đất nền.

−

Nền được lún trước do thoát nước và gia tải.

−

Giảm mức độ biến dạng và biến dạng không đồng đều của đất nền.

Nhược điểm:
−

Chỉ sử dụng hiệu quả cho cơng trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất

yếu không lớn.
−

Thời gian thi công (gia tải) lâu.

−

Không hiệu quả cho đất nền có k<10-8 cm/s.

>=3m

Tải trọng phụ tạm thờ i


H

đắp

Đệ m cát >=0.5m

Giế ng cá t

H

đất yế u

Tầ ng đấ t tốt

Hình 2.2: Gia tải trước kết hợp giếng cát

2.1.3

Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm

Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây
dựng cơng trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng bản nhựa (PVD)
thốt nước (Hình 2.3). Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập
kỷ 1980. Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết.
Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất cần


-15-


thiết lặp hệ quan trắc lún.
Ưu điểm:
−

Thi công nhanh do lắp đặt hồn tồn bằng máy móc.

−

Giá thành rẻ hơn phương pháp giếng cát.

−

Bấc thấm đươc chế tạo sẵn trong nhà máy nên có thể được sản xuất với khối

lượng lớn.
Nhược điểm:
−

Khi thi cơng cần phải có máy chun dụng đặc biệt.

−

Khả năng thốt nước của bấc thấm có thể bị giảm khi chiều sâu cắm bấc thấm

lớn (>20m). Điều này làm cho khó khăn khi gặp các lớp đất yếu có bề dày lớn.
−

Chỉ nên dùng ở cơng trình có mặt bằng thi cơng lớn.

>=3m


Tả i trọng phụ tạm thời

H

đắ p

Đệm cát >=0.5m

Bấc thấm

H

đất yế u

Tầ ng đất tốt

Hình 2.3: Gia tải trước kết hợp bấc thấm

2.1.4

Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không

Nguyên lý cơ bản của phương pháp gia cố nền bằng bơm hút chân khơng là loại
bỏ áp lực khơng khí trong khu vực cần xử lý được biệt lập và bịt kín bằng cách tạo
chân không trong một thời gian xác định trước.
Quá trình bơm hút chân khơng là q trình duy trì hệ thống thốt nước hữu hiệu
bên dưới màng kín khí để tống nước lỗ rỗng và khơng khí trong suốt quá trình bơm
dẫn để đẩy nhanh quá trình cố kết đất nền, tạo độ lún trước hiệu quả tương đương với
phương pháp gia tải trước (Hình 2.4).