Đề xuất giải pháp xử lý sạt trượt tuyến đường Hồ Chí Minh nối đường Bao thị trấn Khâm Đức, huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam

Trên cơ sở kết quả khảo sát hiện trạng địa hình, địa chất và tính chất cơ lý đất nền, nhóm tác giả tiến hành phân tích ổn định nền đường bằng phần mềm Geoslope theo phương pháp Bishop cho các trường hợp: đất nền ở trạng thái tự nhiên và xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất nền ở trạng thái tự nhiên và không xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất nền ở trạng thái bão hòa và xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất nền ở trạng thái bão hòa và không xử lý bóc lớp đất hữu cơ.

BÀI BÁO KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ SẠT TRƯỢT TUYẾN ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH NỐI ĐƯỜNG BAO THỊ TRẤN KHÂM ĐỨC, HUYỆN PHƯỚC SƠN, TỈNH QUẢNG NAM Nguyễn Thị Ngọc Yến1, Lưu Huyền Đức2, Trần Trung Việt1 Tóm tắt: Tuyến đường Hồ Chí Minh nối đường Bao Khâm Đức có vai trị quan trọng nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội huyện Phước Sơn Tuy nhiên, qua địa hình núi cao phân cắt mạnh, địa chất phức tạp, thời tiết bất lợi nên tình trạng sạt trượt xảy nghiệm trọng Trên sở kết khảo sát trạng địa hình, địa chất tính chất lý đất nền, nhóm tác giả tiến hành phân tích ổn định đường phần mềm Geoslope theo phương pháp Bishop cho trường hợp: đất trạng thái tự nhiên xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất trạng thái tự nhiên không xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất trạng thái bão hịa xử lý bóc lớp đất hữu cơ, đất trạng thái bão hịa khơng xử lý bóc lớp đất hữu Dựa kết nghiên cứu, nhóm tác giả đề xuất giải pháp xử lý: Gia cố phương pháp khoan cọc BTXM D300, mác M200 chân taluy đắp cách chân taluy 4m, L=10m vai đường L=8m, khoảng cách cọc d=1.5m Đồng thời kết hợp thi công, xử lý taluy đắp đảm bảo độ chặt gia cố mái taluy rải thảm chống xói kết hợp trồng cỏ phủ xanh bề mặt Từ khoá: Mái dốc, sạt trượt, ổn định, giải pháp xử lý, đường Bao thị trấn Khâm Đức ĐẶT VẤN ĐỀ * Hiện tình trạng sạt trượt tuyến đường giao thông miền núi tỉnh Quảng Nam xảy phổ biến, đặc biệt địa bàn huyện Phước Sơn năm gần diễn biến phức tạp ngày nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an tồn phương tiện tham gia giao thơng, gây thất thoát nguồn ngân sách địa phương để khắc phục cố Hình Vị trí điểm sạt trượt bình đồ Trường Đại học Bách Khoa-Đại học Đà Nẵng Phòng Kinh tế Hạ tầng huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam Trong điển hình tuyến đường Hồ Chí Minh nối đường Bao thị trấn Khâm Đức (Km 0+174 đến Km 0+280) qua địa hình vùng đồi núi cao bị phân cắt hệ thống khe suối, độ dốc sườn lớn thay đổi từ 30% - 150% Nền đường thiết kế theo kiểu nửa đào – nửa đắp với chiều cao đắp thay đổi lớn, có đoạn chiều cao đắp lên đến > 10m, địa chất phức tạp, mưa nhiều vào mùa mưa nên tình trạng sạt trượt xảy nghiêm trọng, gây ổn định cho cơng trình nguy hiểm đến tình hình giao thơng địa bàn Các quan ban ngành huyện Phước Sơn tỉnh Quảng Nam xem xét đề xuất phương án để xử lý, nhằm đảm bảo ổn định cơng trình q trình khai thác vận hành Hiện nay, tuyến đường hạn chế phương tiện ơtơ, đặc biệt tơ tải có tải trọng lớn qua lại Tuy nhiên, giải pháp mang tính chất tạm thời thời gian đưa phương án xử lý Trên sở kết khảo sát trạng địa hình, kết hợp với tính chất lý KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) 39 đất nhóm tác giả sử dụng phần mềm Geoslope để kiểm toán ổn định đường đề xuất giải pháp xử lý hiệu Tuyến đường khởi công xây dựng nghiệm thu đưa vào sử dụng năm 2018 Theo ghi nhận trường khảo sát cho thấy tồn tuyến đường xuất vị trí sạt trượt nghiêm trọng vị trí 1, vị trí vị trí đặt biệt nghiêm trọng vị trí vị trí 3, nhóm tác giả lựa chọn vị trí sạt trượt nguy hiểm (vị trí số 2) đoạn (Km 0+174 đến Km 0+280) để phân tích đánh giá CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SỐ LIỆU PHÂN TÍCH 2.1 Cơ sở tính toán ổn định mái dốc phương pháp nghiên cứu Để đánh giá ổn định mái dốc số phương pháp tính phân mảnh thường dùng là: Janbu (1957); Spencer (1973); Morgenstern - Price (1965) Bishop Trong phương pháp Bishop đời từ lâu phương pháp sử dụng phổ biến tính tốn thiết kế đề cập quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu 22TCN262, nhóm tác giả sử dụng phương pháp để kiểm toán ổn định nghiên cứu Theo 22TCN262 ổn định trượt cho đoạn sau xử lý phải đảm bảo FSmin(Kmin) ≥ 1.4 (phương pháp Bishop) Trên sở kết thu thập tài liệu liên quan kết hợp khảo sát trạng vị trí xảy sạt trượt, khảo sát địa hình đoạn tuyến, đánh giá tình hình địa chất tiêu lý đất tự nhiên, đất đắp đường đoạn tuyến nghiên cứu sử dụng phương pháp cân giới hạn để tính ổn định đường từ số liệu trường 2.2 Số liệu sử dụng phân tích, đánh giá Hình Mặt cắt ngang địa chất vị trí khảo sát Trong báo nhóm tác giả sử dụng kết khảo sát địa chất tiêu lý nhóm tác giả thực trình thực thẩm định dự án “Báo cáo khảo sát đánh giá trạng, phân tích nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý sạt trượt tuyến đường Hồ Chí Minh nối đường bao thị trấn Khâm Đức, huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam, 2020” Đặc điểm địa tầng mặt cắt địa chất hình 2, tính chất lý bảng bảng Bảng Tính chất lý đất sử dụng đắp đường Giá trị Chỉ tiêu Độ ẩm tự nhiên Dung trọng tự nhiên Dung trọng hạt Dung trọng khô Độ lỗ rỗng Hệ số rỗng Độ bão hoà Độ ẩm giới hạn chảy 40 Ký hiệu W w h k n e G WL Đơn vị g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 % % Sét pha Tự nhiên Bão hòa 31.0 40.0 1.75 1.88 2.67 1.34 49.9 1.00 83.0 39.7 Sét Tự nhiên Bão hòa 39.2 44.9 1.81 1.87 2.66 1.30 51.2 1.05 99.3 47.7 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) Giá trị Chỉ tiêu Độ ẩm giới hạn dẻo Chỉ số dẻo Độ sệt Hệ số nén lún Lực dính đơn vị, c Góc ma sát trong,  Nén nở hơng qu Ký hiệu Đơn vị WP Ip B a c  qu % cm2/kG kG/cm2 kG/cm2 Sét pha Tự nhiên Bão hòa 25.4 14.3 0.387 0.022 0.20 0.16 21 18' 13017' 0.71 Sét Tự nhiên Bão hòa 28.3 19.5 0.565 0.051 0.156 0.119 16 38' 11031' 0.67 Bảng Tính chất lý lớp đất tự nhiên Ký hiệu W w h k n e G WL WP Ip B a c  qu Đơn vị g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 % % % cm2/kG kG/cm2 kG/cm2 Lớp Tự nhiên 40.4 1.78 2.70 1.26 53.2 1.14 96.1 50.5 25.6 25.0 0.595 0.069 0.110 11o11 0.43 Bão hòa 44.6 1.88 0.096 9o39' Giá trị tiêu chuẩn Lớp Lớp Tự Bão Tự Bão nhiên hòa nhiên hòa 36.8 46.2 33.5 43.3 1.76 1.88 1.83 1.89 2.68 2.69 1.29 1.37 52.1 49.2 1.09 0.97 90.5 93.1 49.7 49.0 29.4 29 20.3 19.5 0.354 0.207 0.057 0.056 0.214 0.142 0.263 0.158 o o o 17 54' 14 20 20 18' 14o55' 0.74 0.86 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phân tích ổn định đường Nhóm tác giả tiến hành phân tích ổn định đường theo phương pháp Bishop cho trường hợp kết phân tích thể hình đến hình bảng - Trường hợp 1: Đất trạng thái tự nhiên xử lý bóc lớp đất hữu (lớp số 3) - Trường hợp 2: Đất trạng thái tự nhiên khơng xử lý bóc lớp đất hữu (lớp số 3) Lớp Tự nhiên 29.8 1.83 2.69 1.41 47.6 0.91 88.3 50.0 28.0 22.0 0.080 0.065 0.289 21o18' 1.02 Bão hòa 36.8 1.90 0.162 16o38' - Trường hợp 3: Đất trạng thái bão hịa xử lý bóc lớp đất hữu (lớp số 3) - Trường hợp 4: Đất trạng thái bão hịa khơng xử lý bóc lớp đất hữu (lớp số 3) Dựa kết phân tích ổn định nhóm tác giả nhận thấy: - Khi có xử lý bóc lớp đất hữu mái dốc đảm bảo ổn định điều kiện tự nhiên Tuy nhiên, phân tích cho toán dài hạn (xét đất trạng thái bão hịa) mái dốc ổn định KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) 41 với cung trượt ăn sâu vào tự nhiên Điều xảy đất lớp đất sét có hàm lượng mịn lớn (chiếm 50%-80%), nên bị ngập nước đất bị trương nở, khối lượng thể tích tự nhiên tăng sức kháng cắt giảm rõ rệt - Khi không tiến hành xử lý bóc bỏ lớp hữu cơ, mái dốc ổn định cho trường hợp đất trạng thái tự nhiên đất trạng thái bão hịa Kết phân tích cung trượt cho tất trường hợp cho thấy phần lớn cung trượt xảy lớp đất sét màu xám đen (lớp 3) Điều cho thấy đường ổn định với cung trượt xảy lớp sét màu xám đen Bảng Kết phân tích ổn định Geoslope theo phương pháp Bishop TT Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Hệ số ổn định K= 1.570 > 1.4 K= 1.284 < 1.4 K= 1.260 < 1.4 K= 1.083 < 1.4 Hình Phân tích ổn định trường hợp Hình Phân tích ổn định trường hợp Hình Phân tích ổn định trường hợp Hình Phân tích ổn định trường hợp 3.2 Xác định cung trượt thực tế từ kết phân tích tiêu lý phịng mơ hình số GeoStudio Từ kết phân tích ổn định nhóm tác giả 42 Kết luận Đảm bảo Mất ổn định Mất ổn định Mất ổn định nhận thấy, xét đến lớp sét màu xám đen trạng thái dẻo mềm mơ hình phân tích ổn định mái dốc ổn định cung trượt xảy lớp sét màu xám đen Trong khi, với KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) mơ hình loại bỏ lớp sét màu xám đen trạng thái dẻo mềm, mái dốc bị ổn định đất trạng thái bão hòa Tuy nhiên, cung trượt lại xảy lớp sét màu nâu đỏ bên đất tự nhiên Ngoài ra, theo phân tích tiêu lý lớp đất nhóm tác giả nhận thấy lớp sét màu xám đen trạng thái dẻo mềm có hàm lượng mịn (hạt bột, hạt sét) sét lớn (69,60%), sức kháng cắt đất bé: c=11 KPa, =11011’ đất trạng thái tự nhiên c=9.60 KPa, =9039 đất trạng thái bão hòa Theo TCVN 9436-2012, mục 5.1 lớp cần phải loại bỏ trước thi công đường (đây lớp đất thuộc loại A-7-6 theo thang phân loại đất AASHTO M145) Hơn nữa, theo kết phân tích thành phần hạt tiêu lý lớp đất đắp đường lớp có hàm lượng mịn (hạt bột, hạt sét) lớn 60-62,20%, lớp đất thuộc loại A-7-6 theo thang phân loại đất AASHTO M145 không dùng để đắp đường theo TCVN 94362012 Chính điều dẫn đến đường bị trượt theo mặt tự nhiên nơi lớp đất có sức kháng cắt thấp Lỗ khoan MCN phân tích Đỉnh cung trượt thực tế mơ hình Vùng taluy âm sạt trượt Hình So sánh kết xác định cung trượt mơ hình phân tích nhóm tác giả cung trượt thực tế xảy mặt cắt ngang khảo sát Nhận xét: Từ phân tích đánh giá nêu trên, nhóm tác giả kết luận cung trượt nguy hiểm đường xảy nơi tiếp giáp đất tự nhiên đắp (hình 7) 3.3 Đề xuất giải pháp xử lý sạt trượt đoạn tuyến nghiên cứu Với đặc điểm địa hình đồi núi, đất sử dụng để đắp chỗ dồi sử dụng vật liệu xây dựng địa phương, điều kiện vận chuyển máy móc thi cơng phức tạp, địi hỏi cơng nghệ lên cơng trình tương đối khó khăn tìm lực kinh tế huyện hạn chế Do vậy, nhóm tác giả đề xuất giải pháp xử lý sau: - Giải pháp 1: Đào bỏ toàn kết cấu đường bị hư hỏng, thi công kết hợp xử lý đất tự nhiên mái taluy KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021) 43 - Giải pháp 2: Gia cố cọc BTXM D300 (2 hàng cọc chân taluy vai đường) - Giải pháp 3: Gia cố cọc BTXM D300 (1 hàng cọc taluy) Để lựa chọn giải pháp xử lý tối ưu cần phân tích nhiều khía cạnh mặt kinh tế kỹ thuật Trên sở kết phân tích ổn định giải pháp khái tốn chi phí xây dựng, nhóm tác giả lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp với đoạn tuyến nghiên cứu  Giải pháp - Tiến hành thi cơng đào tồn đường hư hỏng; Xử lý tự nhiên; Thi cơng lại đảm bảo theo thiết kế có giải pháp chống sạt trượt đảm bảo ổn định quy trình TCVN hành Hình Đào tồn đoạn đường hư hỏng, thi công kết hợp xử lý đất tự nhiên Hình Phân tích ổn định theo phương pháp Bishop giải pháp Kết phân tích ổn định theo phương pháp Bishop cho hệ số ổn định K= 1.560 > 1.4 nên đảm bảo ổn định (Theo mục II.1.1 TCN 262-2000) (hình 9)  Giải pháp 2: Gia cố cọc BTXM D300 - Thi công, xử lý taluy đắp đảm bảo độ chặt; Gia cố mái taluy rải thảm chống xói kết hợp trồng cỏ phủ xanh bề mặt; Thi công gia cố đường phương pháp khoan cọc BTXM D300, mác M200 vai đường (mép gờ chắn) L=8m, khoảng cách cọc d=2.0m chân taluy cách mép taluy 10m L=10m, khoảng cách cọc d=1.5m Kết phân tích ổn định giải pháp (hình 10): Gia cố cọc BTXM D300 (2 hàng cọc chân taluy vai đường) theo phương pháp Bishop hệ số ổn định K= 1.481 >1.4: Đảm bảo ổn định (Theo mục II.1.1 TCN 262-2000) Hình 10 Phân tích ổn định theo phương pháp Bishop Bảng Kết phân tích ổn định theo Bishop cho giải pháp Hàng cọc Hàng cọc Hàng cọc 44 Vị trí Vật liệu cọc Vai đường (mép gờ chắn) BTXM M200 Tại chân taluy cách mép taluy 10m BTXM M200 Đường kính Chiều dài Khoảng cách cọc cọc cọc D=0.3m L=8.0m d=2.0m D=0.3m L=10.0m d=1.5m Hệ số ổn định K=1.481 > 1.4 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 76 (12/2021)  Giải pháp 3: Gia cố cọc bê tơng xi măng D300 Hình 11 Phân tích ổn định theo phương pháp Bishop - Gia cố cọc BTXM D300 (1 hàng cọc taluy đắp) - Gia cố mái taluy rải thảm chống xói kết hợp trồng cỏ phủ xanh bề mặt - Thi công gia cố đường phương pháp khoan cọc bê tơng xi măng với đường kính cọc D300, mác M200 taluy đắp cách vai đường 7m, L=13m, khoảng cách bố trí cọc d=1,5m - Thi cơng, xử lý taluy đắp đảm bảo độ chặt Kết phân tích ổn định giải pháp gia cố cọc BTXM D300 (1 hàng cọc taluy đắp cách mép taluy 6.5m) theo phương pháp Bishop hệ số ổn định K= 1.545 >1.4 nên đảm bảo ổn định (Theo mục II.1.1 TCN 262-2000) Bảng Kết phân tích ổn định theo phương pháp Bishop Hàng cọc Hàng cọc Vị trí Tại taluy đắp, cách mép taluy 6.5m Vật liệu cọc BTXM M200  So sánh giải pháp Từ kết phân tích đánh giá ổn định đường chi phí xử lý cho giải pháp nêu trên, Đường kính cọc Chiều dài cọc Khoảng cách cọc D=0.3m L=13.0m d=1.5m Hệ số ổn định K=1.545 > 1.4 đồng thời để đảm bảo hiệu mặt kinh tế kỹ thuật tác giả kiến nghị lựa chọn giải pháp để xử lý chống sạt trượt vị trí Bảng So sánh hiệu giải pháp xử lý TT Tiêu chí so sánh Giải pháp xử lý Giải pháp Đào tồn đoạn đường hư hỏng, thi cơng lại theo thiết kế có giải pháp chống sạt trượt đảm bảo ổn định Khái tốn chi phí Ưu điểm 3.264.785.000 đồng - Xử lý triệt để Nhược điểm - Chi phí xây dựng cao nhất; - Thời gian thi công lâu Giải pháp Gia cố phương pháp khoan cọc BTXM D300, mác M200 chân taluy đắp cách chân taluy 4m, L=10m vai đường L=8m, khoảng cách cọc d=1.5m 1.147.894.000 đồng - Chi phí xây dựng thấp - Q trình thi công thuận lợi - Tổng chiều dài cọc lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết phân tích ổn định cho thấy đường ổn định khi trạng thái tự nhiên bóc bỏ lớp hữu (lớp đất số 3) với K= 1.570 > 1.4; trường hợp lại cho thấy ổn định K