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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TRẦN VĂN THU
NGÀY THÁNG NĂM SINH: 16-08-1977
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PHÁI : NAM
NƠI SINH: NAM ĐỊNH
MÃ SỐ: 60.58.60

I/-TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
TƯỜNG CỌC BẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN - FEM
II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1.NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự làm việc của tường cọc bản bằng
phương pháp phần tử hữu hạn – FEM, trên cơ sở chương trình Plaxis.
2.NỘI DUNG:

PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về hệ tường cọc bản
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN

Chương 3: Các cơ sở lý thuyết tính toán hệ tường cọc bản trong chương trình Plaxis
Chương 4: Nghiên cứu một số giải pháp giảm tải trong ngang lên tường cọc bản
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 5: Kết luậân và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

......./....../2003
......./....../2003
TS. NGÔ TRẦN CÔNG LUẬN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS. NGÔ TRẦN CÔNG LUẬN
GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
TH.S. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày.... tháng ...... năm 2003
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

**************************

TRẦN VĂN THU

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ
LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG CỌC BẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN - FEM

CHUYÊN NGÀNH

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
( CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU)

MÃ SỐ NGÀNH

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 08/2003


PHẦN II:

NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ
PHÁT TRIỂN


PHẦN III:


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


PHẦN I:

TỔNG QUAN



LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô đã tận tình truyền đạt cho em
những kiến thức quý báu trong suốt hai năm học qua.
Xin chân thành cảm ơn thầy Tiến só Châu Ngọc Ẩn và thầy Giáo sư
Tiến só khoa học Lê Bá Lương đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình lựa
chọn đề tài và phương hướng nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn thầy Tiến só Phạm Văn Long đã tận tình giúp
đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin cảm ơn thầy Tiến só Ngô Trần Công Luận đã hướng dẫn em hoàn
thành luận văn này một cách tốt đẹp.
Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, các thầy cô trong Khoa
Công Trình – Trường Đại học Giao Thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh
đặc biệt là Thầy Phan Dũng, cô Lê Ngọc Diệp, thầy Lê Quang Thông và
thầy Lê Anh Thắng đã tạo điều kiện, hỗ trợ tinh thần, vật chất giúp em thực
hiện luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2003
Trần Văn Thu



TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:
“ Nghiên cứu các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự làm việc của tường cọc bản bằøng
phương pháp phần tử hữu hạn – FEM”
Tóm tắt:
Hiện nay, việc giải bài toán hệ tường cọc bản bằng các phương pháp truyền thống đòi hỏi
nhiều công phu do phải tính đúng dần, phải tính toán nhiều trường hợp với các phương án cấu tạo
khác nhau để tìm phương án khả thi. Để giúp giảm bớt công sức cho những người thiết kế rất cần
những lời khuyên về các giải pháp cấu tạo hợp lý.
Đã có khá nhiều phần mềm địa cơ, nền móng mạnh, như: Plaxis, Geo-Slope, Sage Crisp
v.v...Hầu hết các phần mềm này được viết trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Việc sử
dụng một phần mềm địa cơ để nghiên cứu các bài toán địa cơ học nói chung và bài toán hệ tường
cọc bản nói riêng, mở ra triển vọng lớn do ứng dụng được công nghệ tin học, giảm bớt được nhiều
thời gian và công sức trong quá trình tính toán, thiết kế. Để ứng dụng được phần mềm, thì người sử
dụng cần phải nắm rõ lý thuyết ứng dụng trong phần mềm, biết cách sử dụng và kiểm soát kết quả
do phần mềm xuất ra. Tuy vậy, chỉ có một số người có điều kiện ứng dụng các phần mềm này do
giá thành của phần mềm cao hoặc chưa đủ khả năng sử dụng.v.v...).
Để hệ tường cọc bản có thể chịu được các tải trọng lớn, đã có nhiều giải pháp khác nhau
được đề nghị, như: tường cọc bản kép, tường cọc bản có bản giảm tải và tường cọc bản hỗn hợp.
Hiệu quả, giảm tải của mỗi phương án này như thế nào? Tác giả sẽ nghiên cứu vấn đề này với sự
trợ giúp của chương trình Plaxis, từ đó rút ra một số nhận xét có ý nghóa thiết thực trong công tác
thiết kế, thi công.
Ở luận văn này, tác giả đã thực hiện được một số kết quả sau:
- Hệ thống lại các phương pháp tính toán hệ TCB theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam,
Anh Quốc và Nhật Bản;
- Tóm tắt các cơ sở lý thuyết tính toán hệ tường cọc bản trong phần mềm địa cơ Plaxis 7.1;
- Đề nghị một số giải pháp cấu tạo hợp lý cho các phương án như: tường cọc bản một neo,
tường cọc bản kép, tường cọc bản có bản giảm tải và tường cọc bản hỗn hợp. Đồng thời, so sánh
hiệu quả giảm tải của các phương án trên.



MỤC LỤC
Chương 1

GIỚI THIỆU

......................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề
.................................................................................................1

1.2.

Mục tiêu và phạm vi của đề
tài...................................................................1

1.3.

Tóm tắt kết qủa của luận
văn......................................................................2

1.4.

Cấu trúc của luận
văn...................................................................................3

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ TƯỜNG CỌC


BẢN.....................................4
2.1.

Một số công trình ứng dụng hệ tường cọc
bản............................................4

2.1.1 Phân loại tường cọc bản
(TCB)....................................................................4
2.1.2 Ứng dụng của hệ tường cọc bản vào một số công trình thực
tế..................4
2.2.

Một số tiêu chuẩn thiết kế hiện
hành..........................................................7

2.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN20792...........................................................7
2.2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình và thiết bị cảng Nhật Bản
........................9
2.2.3 Tiêu chuẩn Anh ( BS 8002 vaø BS 6349
)...................................................14


2.2.4 Một số nhận
xét..........................................................................................18
2.2.5 Tính toán ổn định tổng thể của hệ tường cọc
bản.....................................20
2.3.

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) trong địa cơ

học...........................24

2.3.1. Giới thiệu khái quát về phương pháp PTHH trong địa cơ
học.................24
2.3.2. Một số phần mềm địa cơ thông
dụng.........................................................25
2.4.

Một số nhận xét và kiến

nghị.....................................................................30
2.4.1. Nhận xét về khả năng áp dụng phương pháp cổ điển và phương pháp
PTHH để giải quyết bài toán hệ tường cọc
bản........................................30
2.4.2. Kiến
nghị......................................................................................................31
Chương 3

CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ TƯỜNG CỌC BẢN
TRONG CHƯƠNG TRÌNH
PLAXIS..............................................32

3.1.

Lý thuyết biến
dạng....................................................................................32

3.1.1. Phương trình cơ bản của biến dạng liên
tục...............................................32
3.1.2. Rời rạc hóa bằng phần tử hữu

hạn.............................................................33
3.1.3. Tích phân ẩn trong các mô hình dẻo
.........................................................34
3.1.4. Thủ tục lặp tổng
thể.....................................................................................35


3.2.

Lý thuyết dòng thấm
..................................................................................36

3.2.1. Phương trình cơ bản của dòng thấm ổn
định..............................................36
3.2.2. Rời rạc hóa bằng
PTHH.............................................................................37
3.2.3. Dòng chảy trong phần tử tiếp
xúc..............................................................39
3.3.

Lý thuyết cố
kết..........................................................................................40

3.3.1. Phương trình cố kết cơ
bản.........................................................................40
3.3.2. Rời rạc hóa bằng
PTHH.............................................................................41
3.3.3. Cố kết đàn hồi
dẻo.....................................................................................43
3.4. Một số vấn đề khi tính toán hệ tường cọc bản theo chương trình

Plaxis......43
3.4.1. Các loại phần tử được sử
dụng...................................................................43
3.4.2. Các tính chất của vật
liệu...........................................................................49
3.5.

Một số mô hình đất

nền..............................................................................55
3.5.1. Mô hình MohrCoulomb............................................................................56
3.5.2. Mô hình Soft –
soil......................................................................................59


Chương 4

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM TẢI TRỌNG
NGANG LÊN TƯỜNG CỌC BẢN
........................................................................64

4.1.

Một số giải pháp giảm tải trọng ngang lên
TCB......................................64

4.1.1. Sử dụng hàng cừ hoặc cọc phía sau
TCB...................................................64
4.1.2. Sử dụng bản giảm
tải..................................................................................65

4.1.3. Sử dụng đất có cốt sau
TCB.......................................................................66
4.1.4. Sử dụng giải pháp hỗn
hợp........................................................................67
4.2.

Đặc điểm công trình và các phương án nghiên cứu
.................................67

4.2.1. Giới thiệu công trình thực
tế.......................................................................67
4.2.2. Các phương án kết cấu nghiên cứu và số liệu đầu
vào............................70
4.3.

Nghiên cứu các phương án giảm tải ngang lên TCB bằng chương trình
Plaxis...........................................................................................................
76

4.3.1. Công trình TCBø không sử dụng giải pháp giảm
tải.................................76
4.3.2. Công trình tường cọc bản
kép....................................................................79
4.3.3. Công trình TCB có bản giảm
tải................................................................83
4.3.4. Công trình TCB hỗn hợp
............................................................................91


Chương 5

5.1.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết quả thực hiện được và nhận

xét..........................................................94
5.2.

Kiến nghị về tính toán hệ tường cọc

bản...................................................95
5.3.

Hướng nghiên cứu tiếp

theo.......................................................................96
Tài liệu tham
khảo......................................................................................97
Phụ
lục.........................................................................................................98


Chương 1 Giới thiệu

Trang

1

Chương 1 GIỚI THIỆU


1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Tường cọc bản (Sheet pile wall), hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong xây
dựng chủ yếu để chịu tải trọng ngang. Tường cọc bản có thể sử dụng để xây dựng
công trình bến cảng, xây dựng kè bờø, đê chắn sóng, Ụ tàu, tường vây thi công trụ cầu,
tường chắn đất .v.v...Đã có nhiều đề tài khoa học nghiên cứu về vấn đề này, quy
phạm cũng đã đưa ra nhiều phương pháp tính toán. Hiện nay, cũng có khá nhiều phần
mềm địa cơ mạnh, như: Plaxis, Geo-Slope, Sage Crisp v.v..Hầu hết các phần mềm
này được viết trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Tuy nhiên, do tính
phức tạp của lónh vực nghiên cứu nên còn tồn tại một số vấn đề cần làm sáng tỏ:
- Việc tính toán hệ tường cọc bản theo một số tiêu chuẩn hiện hành (như Tiêu
chuẩn Anh BS 8002 và BS 6349, tiêu chuẩn Nhật Bản, tiêu chuẩn Việt Nam
22TCN207-92), có những ưu, nhược điểm cơ bản gì ?
- Cơ sở lý thuyết của phần mềm địa cơ Plaxis 7.1 và khả năng ứng dụng?
-Hiệu quả của các giải pháp giảm tải lên tường cọc bản trong các hệ như tường
cọc bản kép, tường cọc bản có bản giảm tải và tường cọc bả n hỗn hợp (sử dụng vải
địa kó thuật và cừ tràm), thực sự như thế nào? Khi sử dụng các phương án giảm tải
trên, để đảm bảo hiệu quả cần lưu ý các vấn đề gì về mặt cấu tạo?
1.2. Mục tiêu và phạm vi của đề tài
Thông qua việc nghiên cứu các tiêu chuẩn hiện hành (như Tiêu chuẩn Anh BS
8002 và BS6349, tiêu chuẩn Công trình và thiết bị cảng Nhật Bản, tiêu chuẩn Việt
Nam 22TCN207-92), sẽ rút ra những nhận xét sơ bộ về việc áp dụng các tiêu chuẩn
này để tính toán hệ tường cọc bản (TCB). Tiếp theo sẽ hệ thống lại những cơ sở lý
thuyết quan trọng nhất được ứng dụng trong phần mềm Plaxis. Trên cơ sở đó, sẽ ứng
dụng phần mềm này để khảo sát hiệu quả của một số hệ TCB thông dụng hiện nay,
như tường cọc bản một neo, tường cọc bản kép, tường cọc bản có bản giảm tải. Đồng
thời, cũng đề xuất phương án tường cọc bản hỗn hợp (sử dụng vải địa kó thuật và cừ
tràm) - là phương án theo tác giả, sẽ phù hợp với điều kiện đất yếu của khu vực Đồng
bằng sông Cửu Long, và tiến hành khảo sát hiệu quả của phương án này. Trong quá
trình tính toán, sẽ làm rõ các vấn đề sau:

- Đối với TCB một neo, sẽ làm rõ ảnh hưởng của vị trí đặt neo, đến nội lực,
chuyển vị của TCB, từ đó đề nghị vị trí đặt neo hợp lý. Đồng thời, đây cũng là phương
án so sánh để nhận biết hiệu quả của các phương án giảm tải sau;


Chương 1 Giới thiệu

Trang

2

- Đối với phương án TCB kép, sẽ làm rõ ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai
TCB, đến nội lực, chuyển vị của TCB vã xem xét hiệu quả giảm tải trọng ngang lên
TCB;
- Đối với hệ TCB có bản giảm tải (BGT), sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của độ
cứng chống uốn và chiều dài của BGT đến nội lực, chuyển vị của TCB. Đồng thời,
xem xét khả năng giảm tải trọng ngang của BGT;
- Phương án hỗn hợp, sẽ tìm hiểu ảnh hưởng của phạm vi gia cố cừ tràm, ảnh
hưởng của lớp vải địa kó thuật đến nội lực, chuyển vị của TCB và khả năng giảm tải
trọng ngang lên TCB.
Sau khi tiến hành khảo sát hiệu quả của các phương án này, sẽ đề nghị những
giải pháp cấu tạo hợp lý đối với từng phương án.
Hy vọng các kết luận rút ra được, sẽ là những lưu ý nho nhỏ, cho các kỹ sư áp
dụng quy phạm để thiết kế tường cọc bản một cách hợp lý. Đồng thời, cũng nêu vấn
đề để các nhà lý thuyết nghiên cứu, hoàn thiện.
Giới hạn của đề tài:
Đề tài chỉ nghiên cứu các vấn đề trên dựa theo điều kiện làm việc thực tế đối
với hệ tường cọc bản ứng dụng làm công trình bến (3.000T) và công trình tường
buồng Ụ 10.000T, trên cơ sở địa chất tại Công ty Công nghiệp Tàu thuỷ Sài Gòn. Để
có những kết luận mang tính tổng quát cần phải tiến hành nghiên cứu với nhiều số

liệu địa chất khác nhau và nhiều trường hợp làm việc khác của hệ TCB. Hơn nữa, các
kết quả tìm được còn phụ thuộc vào chương trình ứng dụng có sẵn, do vậy chưa giải
quyết vấn đề một cách triệt để .
1.3. Tóm tắt kết quả của luận văn
- Hệ thống lại các phương pháp tính toán hệ TCB theo Tiêu chuẩn Anh BS
8002 và BS6349, tiêu chuẩn Công trình và thiết bị cảng Nhật Bản, tiêu chuẩn Việt
Nam 22TCN207-92);
- Tóm tắt các cơ sở lý thuyết tính toán hệ tường cọc bản trong chương trình
Plaxis;
- Tường cọc bản một neo không sử dụng biện pháp giảm tải: độ sâu đặ t neo
hợp lý thường nằm trong khoảng (0,20 – 0,45)H;
- TCB kép: khoảng cách hợp lý giữa hai tường cọc bản thường thoả mãn điều
kiện: L  0,8 H;
Hiệu quả giảm tải của phương án này cũng không cao lắm, nhất là khi sử dụng
trong điều kiện đất tương đối yếu;
- TCB có bản giảm tải: Phương án sử dụng BGT đạt hiệu quả cao, góp phần
giảm đáng kể nội lực và chuyển vị của TCB. Chiều dài BGT có ảnh hưởng lớn đến


Chương 1 Giới thiệu

Trang

3

nội lực và chuyển vị của TCB. Ảnh hưởng này càng lớn khi tải trọng phân bố càng
lớn. Để hệ TCB làm việc hiệu quả chiều dài BGT nên thoả mãn điều kiện:
Lb
 0,35
H

Độ cứng chống uốn đơn vị của BGT nên thoả mãn điều kiện:

EI
 1.10 5 kNm/m;
Lb

Phương án này có khả năng giảm tải trọng ngang cao, nên nghiên cứu áp dụng khi
chiều cao và tải trọng tác dụng lên công trình lớn.
- Phương án hỗn hợp: Chiều rộng phạm vi gia cố cừ tràm có ảnh hưởng khá
nhiều đến mô men lớn nhất trong TCB. Chiều rộng hiệu quả thoả mãn mãn điều kiện:
0.70 

B
 2.0 .
H

Hiệu quả giảm tải trọng ngang của phương án này khá cao, lại kinh tế (đối với
khu vực đồng bằng sông Cửu Long), do đó nên khuyến khích nghiên cứu và áp dụng.
1.4. Cấu trúc của luận văn
Chương 1 - giới thiệu mục tiêu và phạm vi của đề tài, tóm tắt kết qủa của luận văn.
Chương 2 - sau khi tổng kết một số ứng dụng của hệ TCB, sẽ giới thiệu một số tiêu
chuẩn tính toán TCB hiện hành và khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn(PTHH
) trong địa cơ học. Đồng thời, giới thiệu một số phần mềm địa cơ thông dụng hiện
nay.
Chương 3 – Chương này sẽ trình bày các cơ sở lý thuyết tính toán hệ tường cọc bản
trong chương trình Plaxis, như : lý thuyết biến dạng, lý thuyết dòng thấm, lý thuyết cố
kết.v.v.. Tiếp đó, sẽ giới thiệu một số mô hình đất nền đang được áp dụng rộng rãi
hiện nay.
Chương 4 – Giới thiệu một số giải pháp giảm tải trọng ngang lên TCB. Sau đó, lần
lượt nghiên cứu 04 phương án : TCB một neo; TCB kép; TCB có bản giảm tải và TCB

hỗn hợp. Cuối cùng, tiến hành so sánh hiệu quả giảm tải của từng phương án và đề
nghị các giải pháp cấu tạo hợp lý.
Chương 5 – Trình bày một số kết luận và kiến nghị.


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

4

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ TƯỜNG CỌC BẢN
2.1. Một số công trình ứng dụng hệ tường cọc bản ( TCB)
2.1.1. Phân loại tường cọc bản
2.1.1.1. Theo vật liệu chế tạo tường cọc bản
Theo vật liệu chế tạo tường cọc bản, người ta chia thành các loại sau:
a) Tường cọc bản gỗ ( Wooden sheet piles );
b) Tường cọc bản thép ( Steel sheet piles );
c) Tường cọc bản BTCT ( Precast concrete sheet piles ).
2.1.1.2. Theo đặc điểm kết cấu
Theo đặc điểm kết cấu, có các loại:
a) Tường cọc bản tự do;
b) Tường cọc bản không neo;
c) Tường cọc bản có neo.
Tường cọc bản có neo có thể có một hay nhiều neo. Ngoài ra, còn có các hệ
TCB kết hợp với các giải pháp giảm tải, như: TCB kép, TCB có bản giảm tải.v.v...
2.1.2. ng dụng của hệ tường cọc bản vào một số công trình thực tế
2.1.2.1. Giới thiệu chung
Tường cọc bản được sử dụng để chống lại áp lực ngang do đất, nước, các tải
trọng khác phía trên gây ra. Yếu tố giữ ổn định cho tường cọc bản gồm áp lực bị

động của đất phía trước tường và hệ thống neo (đối với tường cọc bản có neo). Tùy
theo đặc điểm của từng loại công trình mà cấu tạo hệ tường cọc bản cho phù hợp.
2.1.2.2. Một số loại công trình ứng dụng hệ tường cọc bản
a) Công trình bến tường cừ
Đây là loại công trình bến được sử dụng để neo, cập tàu để bốc xếp hàng hóa
trong cảng. Độ sâu trước bến thường khá lớn (có khi đến hàng chục mét), tải trọng
trên mặt bến có thể đạt 2T/m2; 4T/m2; 6T/m2... tùy thuộc vào cấp công trình và loại
hàng hóa chất trên bến. Đồng thời, người ta cũng thường bố trí cần trục trước bến để
bốc xếp hàng hóa, chính chân cần trục này có thể gây thêm một áp lực ngang khá
lớn trên tường cọc bản trước bến. Do vậy, người ta thường sử dụng hệ tường cọc bản
một neo (xem hình 2.1), hay hệ TCB kết hợp các biện pháp giảm tải cho loại công
trình này.


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

5

Hình 2.1 – Tường cọc bản dùng trong các công trình bến cảng
b) Công trình bảo vệ bờ
Trong nhiều trường hợp người ta có thể sử dụng tường cọc bản để làm kè bờ
(xem hình 2.2).

Hình 2.2 – Tường cọc bản dùng trong các công trình bờ kè vừa và nhỏ


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản


Trang

6

c) Công trình tường vây phục vụ thi công

Hình 2.3 – Tường cọc bản sử dụng làm tường vây thi công
d) Một số công trình khác ứng dụng hệ tường cọc bản
- Công trình đê chắn sóng: trong khu vực biển hở, sóng gió lớn, để tạo ra khu
bể cảng tương đối yên tónh phục vụ công tác neo đậu tàu, bốc xếp hàng hóa, người
ta tiến hành xây dựng hệ thống đê chắn sóng. Trong một số trường hợp giải phá p
kết cấu đê sử dụng hệ tường cọc bản có thể là phương án khả thi, đảm bảo điều kiện
kinh tế kó thuật.
- Công trình Ụ tàu: hệ tường cọc bản cũng có thể được sử dụng để làm tường
buồng Ụ trong các nhà máy đóng mới, sửa chữa tàu thuỷ. Tường buồng Ụ thường
cao hàng chục mét, tải trọng hai bên tường Ụ khá lớn (khoảng 2-4T/m2) do vậy
thường sử dụng hệ tường cọc bản có neo hoặc TCB kết hợp các giải pháp giảm tải.
- Một số công trình tầng hầm, đường hầm v.v...


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

7

2.2. Một số tiêu chuẩn thiết kế hiện hành
2.2.1.Tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 207-92
Theo tiêu chuẩn này, đối với các công trình tường cọc bản có neo, người ta chia
thành hai loại tường cọc bản :

2.2.1.1. Tường mềm
Bao gồm tất cả các cọc ván thép và cọc bản BTCT có tỷ số c/t  0,06.
Trong đó:
t - độ chôn sâu của tường được tính toán với giả thiết tường ngàm hoàn toàn.
c - chiều cao cấu kiện tường đã tính đổi ra mặt cắt chữ nhật.
c  3

12 n E J
b

(2.1)

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
Đối với loại này, khi tính toán người ta xem như tường ngàm hoàn toàn hoặc là
ngàm một phần( xem hình 2.4).

Hình 2.4 – Tường cọc bản 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 dài tường thông qua việc dựng đa giác lực và
đa giác dây. Bằng tính toán này sẽ xác định được độ sâu hạ cừ và các nội lực tác
động trên 1m dài tường (gồm mô men uốn M, lực cắt Q và phản lực thanh neo R a ).


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang


8

2.2.1.2. Tường cừ có độ cứng cao
Bao gồm các cọc bản BTCT có tỷ số c/t > 0,06
Khi tính toán người ta sẽ tính toán theo sơ đồ chân tường dịch chuyển tự do
(xem hình 2.5).

Hình 2.5 – Tường cọc bản 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).
2.2.1.3. Tính toán tónh học cho tường cừ mềm ngàm hoàn toàn
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 bị động của đất có xét đến
hoạt tải.
Chú ý: Tiêu chuẩn quy định khi tính toán áp lực đất theo lý thuyết cổ điển, góc ma
sát của vật liệu đất đắp  lấy như sau:
- Áp lực chủ động:  = 0,5 ( đối với tường mặt, tường neo và bản neo ).
- Áp lực bị động:
+ Tường mặt:  = 0,75
+ Tường mặt:  = 0,75
+ Bản neo:  = 0
Tải trọng phân bố của biểu đồ tổng các áp lực chủ động và bị 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.


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang


9

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 trị bằng nhau của mômen uốn ở nhịp và ở
ngàm
( Mn = Mz ).
2.2.1.4.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
dịch 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 t0 (thỏa mãn giả thiết chân tường dịch 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 t0. 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 vị trí bất kì
trên tường: M(x) = f(x)
Giải phương trình:

dM ( x)
0
dx

sẽ tìm được giá trị xmax ứng với vị trí đạt mômen lớn nhất.
Mmax= f(xmax)
4) Tìm lực căng dây neo Ra bằng cách cân bằng lực theo phương ngang.
2.2.2. Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình và thiết bị cảng Nhật Bản
2.2.2.1. Tính toán tường cọc bản một neo
a) Nguyên tắc thiết kế

Tiêu chuẩn Nhật Bản chia tường cọc ván thông thường có neo thành hai
trường hợp để tiến hành nghiên cứu tính toán:
 Trường hợp 1: áp dụng cho tường cọc ván thép đóng vào đất cát hoặc đất
dính cứng.
 Trường hợp 2: áp dụng cho việc thiết kế tường cọc ván đóng vào đất yếu.


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

* Việc thiết kế tường cọc ván có thể theo trình tự sau:
Xác định các điều kiện thiết kế
Xác định cao độ đặt thanh neo
Tính áp lực đất, áp lực nước dư và
các ngoại lực tác động lên cọc ván
Xác định chiều dài chôn cọc ván
Kiểm toán trượt cung tròn
Tính phản lực và mômen uốn của cọc ván
Xác định tiết diện cọc ván
Xác định khoảng cách thanh neo
Xác định tiết diện thanh neo
Thiết kế thanh phân phối
Xác định kiểu kết cấu neo
Giả định tiết diện neo
Tính ngoại lực tác động lên neo
Kiểm toán ổn định của neo
Kiểm toán ứng suất tác động lên neo
Xác định tiết diện neo
Thiết kế chi tiết


Thiết kế công trình gia cố đất

10


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

11

b) Ngoại lực tác dụng lên tường cọc bản
Các ngoại lực có thể có:
1) Áp lực đất
a) Áp lực chủ động sau tường cọc ván.
b) Áp lực đất bị động ở phía trước phần chôn dưới đất của cọc ván.
2) Áp lực nước tồn dư.
3) Lực neo tàu.
4) Lực va cập tàu .
Nói chung lực cập tàu chỉ phải xét khi thiết kế dầm mũ.
Áp lực đất và áp lực nước dư:
1) Áp lực đất và áp lực nước dư dùng để tính toán ổn định của tường cọc ván
phải giả định tác động như trên hình 2.6 (Tính toán theo phương pháp cổ
điển của Coulomb hoặc Rankine ).

a) Trên đất cát
b) Trên đất dính
Hình 2.6 – Áp lực đất và áp lực nước tồn dư
2) Trong trương hợp tường cọc ván thép, mực nước tồn dư lấy bằng 2/3 phạm

vi thủy triều trên mực nước L.W.L.( các loại tường khác lấy mực nước này
bằng 1/3 đến 2/3).
3) Khi có thiết bị bốc xếp như cần cẩu đặt sau tường, phải xét đến áp lực đất
do trọng lượng bản thân và gia tải của thiết bị bốc xếp hàng.
4) Góc ma sát của tường dùng để tính áp lực đất tác dụng lên tường cọc ván
thường là +150 đối với áp lực đất chủ động và -150 đối với áp lực đất bị
động.
c) Thiết kế tường cọc bản ( trường hợp 1)
1) Độ sâu chôn cọc TCB


Chương 2 Tổng quan về hệ tường cọc bản

Trang

12

Chiều dài chôn cọc bản phải tính để thỏa mãn công thức (B.1) dựa trên sự
cân bằng của mômen đối với điểm đặt thanh neo do áp lực đất và áp lực nước tồn dư
gây ra.
Mp = F. Ma
(2.2)
Trong đó:
Mp - mômen của áp lực đất bị động đối với điểm đặt của thanh neo (Tm/m).
Ma - mômen của áp lực đất chủ động và áp lực nước dư đối với điểm đặt của
thanh neo (Tm/m).
F - hệ số an toàn.
Hệ số an toàn phải là 1,5 trở lên trong điều kiện đặc biệt đối với trường hợp
cọc bản đóng trong đất cát, và là 1,2 trở lên đối với các điều kiện bình thường và
đặc biệt trong trường hợp đất dính.

2) Mô men uốn của cọc bản
Mô men uốn lớn nhất tác động lên một cọc bản tính được bằng cách giả định
một dầm đơn giản ảo trên đó tác động các tải trọng là áp lực đất chủ động và áp lực
nước tồn dư (xem hình 2.7).

Hình 2.7 – Dầm ảo để tính mô men uốn
d) Thiết kế tường cọc bản trên đất yếu (trường hợp 2)
Đất yếu ở đây được hiểu trong trường hợp đất đáy biển (hoặc sông) là yếu.
Khi đó, chiều dài chôn của cọc bản có thể thiết kế bằng phương pháp đường cong
đàn hồi dùng cho cọc bản chôn sâu hoặc tính toán như trường hợp 1.
Đối với tường cọc bản trên đất yếu, phải kiểm tra ổn định trượt cung tròn dưới chân
cọc bản