(Luận văn thạc sĩ) xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh đồng tháp

TỔNG QUAN

Giới thiệu

Nền & móng công trình cho đến nay vẫn được xem là 2 bộ phận của một công trình xây dựng khó nắm bắt nhất Móng là một đơn vị kết cấu có chức năng truyền tải trọng của công trình xây dựng xuống nền đất và nền có chức năng tiếp nhận tải trọng công trình thông qua móng Nền và móng là một hệ thống nhất, tương tác với nhau Vấn đề là ở chỗ, các tương tác này phải là hợp lý để công trình xây dựng được khai thác an toàn, lâu dài, đúng như dự liệu và điều này càng đặc biệt khó khăn hoặc không thể thực hiện được nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn trong những trường hợp công trình được xây dựng trên nền đất yếu Các loại đất yếu thường tồn tại với nhiều dạng khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này có những tính chất đặc biệt đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung [1], là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm 2 ), có tính nén lún lớn, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì E 0 < 50 daN/cm 2 ), lực chống cắt nhỏ,

Trong công tác nền móng, các vấn đề mới như công nghệ cho nhà cao tầng trên địa hình phức tạp, san lấp trên đất yếu, xây dựng ngầm đô thị và ma sát âm trên cọc đã xuất hiện Việc xử lý những vấn đề này đòi hỏi ngoài việc tích lũy kinh nghiệm, người làm nghề còn cần cập nhật kiến thức chuyên môn, công nghệ thi công, phương pháp tính toán và sử dụng phần mềm tin học trong giải các bài toán địa kỹ thuật Mặc dù công tác nền móng đạt được nhiều tiến triển, nhưng một số sự cố liên quan như sự cố trên nền đất yếu đã xảy ra, gây thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến hoạt động công trình và dư luận xã hội.

 Về phương thức biểu hiện, SCNM thường được phát hiện thông qua các hư hỏng về kết cấu bên trên Trong một số trường hợp, SCNM cũng có các biểu hiện trực quan hơn bằng sự mất tính liên tục hoặc các chuyển vị lớn trên thân hoặc một vài bộ phận công trình xây dựng.

 Về thời điểm phát hiện sự cố, SCNM thường được phát hiện trong thời gian vận hành khai thác, đặc biệt ngay sau khi đưa công trình vào hoạt động; hiếm khi SCNM được phát hiện ngay trong quá trình thi công Về đặc điểm diễn biến, SCNM thường tiến triển chậm chạp kéo dài theo thời gian cho đến khi công trình mất khả năng sử dụng Tuy nhiên, trong trường hợp bị phá hoại về độ bền, SCNM cũng có thể xảy ra đột ngột, đổ sụp tức thì.

 Về hậu quả của sự cố, SCNM thường chỉ làm giảm và dẫn tới mất khả năng khai thác sử dụng công trình (so với yêu cầu thiết kế ban đầu) SCNM hiếm khi gây ra các thiệt hại về người (ngoại trừ các sự cố xảy ra quá đột ngột).

Luận văn này, với đề tài “Phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp”, sẽ tập trung vào việc tổng hợp, phân tích và đánh giá SCNM của một số công trình thực tế được xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp qua việc ghi nhận số liệu địa chất, số liệu hiện trường sự cố và những kết luận về nguyên nhân sự cố được tham khảo trong các Báo cáo kiểm định có liên quan Qua đó, một số đề xuất phù hợp, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa sẽ được trình bày; đồng thời, những kiến nghị về hướng phát triển của đề tài cũng sẽ được nêu lên trong Luận văn.

Tổng quan sự cố có nguyên nhân nền móng đã xảy ra ở nước ta

Không ít các sự cố có nguyên nhân nền móng (SCNM) đã xảy ra trong các công trình xây dựng ở nước ta Các sự cố này, tùy mức độ, có thể được nhìn thấy thực tế ở địa phương hoặc trên các phương tiện thông tin đại chúng Có thể liệt kê một số sự cố dưới đây (theo [2]): a Trạm tiếp nhận thạch cao Nhà máy xi măng Ninh Bình :

Trạm tiếp nhận thạch cao nhà máy xi măng Tam Điệp có diện tích 9,8 x 21,7 (m) Theo thiết kế, móng trạm đặt sâu dưới mặt đất, trực tiếp trên bề mặt đá vôi Tuy nhiên, khi đào tới cao độ +45,0 m và +40,0 m, đá gốc vẫn chưa xuất hiện và nước chảy ngập hố đào với lưu lượng lớn Mực nước tĩnh nằm tại cao độ +45,0 m, gây chuyển vị thành và lún bề mặt đất quanh hố đào, ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

Nguyên nhân dẫn đến sự cố là do khâu khảo sát địa chất công trình bị bỏ qua, dẫn đến nhận thức không đầy đủ về sự phức tạp của vùng đá vôi bị xâm thực có nhiều khe nứt và chứa nhiều nước Khảo sát địa kỹ thuật bổ sung bằng khoan xuyên trọng lượng của Thụy Điển cho thấy bề mặt đá gốc nằm tại độ cao +35,0 ÷ 36,0m và trên lớp đá gốc là lớp đất sét nửa cứng với mặt lớp nằm ở độ cao mực nước ngầm là +35,0 ÷ 37,0 m.

Sự cố được giải quyết rất đơn giản: Tập trung đào nhanh hố móng kết hợp với bơm hút nước công suất mạnh tới độ sâu của bề mặt lớp sét nửa cứng, đổ bêtông lót tới cao độ thiết kế và thi công móng. b Kè mương thoát nước, Khu liên hợp thể thao Quốc gia, Mỹ Đình, Hà Nội :

Mương thoát nước là một phần việc thuộc hạng mục cơ sở hạ tầng Khu liên hợp thể thao Quốc gia, Mỹ Đình, Hà Nội, có bề rộng 8 m tại đáy và sâu 4,5m Tổng hợp kết quả khảo sát địa chất cho thấy cấu tạo địa tầng dọc theo mương thoát nước tương đối đồng đều, gồm : Đất lấp dày 1,7 1,8 m; lớp sét dẻo mềm đến dẻo chảy dày 3 m và tiếp theo là lớp bùn sét dày trung bình 10,5 m.

Bờ kè là tường trọng lực bằng đá hộc dày 1,5 m tại chân tường và 0,6 m tại đỉnh tường Móng tường rộng 2,35 m đặt trong lớp sét dẻo mềm dẻo chảy được gia cố bằng cọc tre dài 2 m, mật độ 25 cây/m 2

Công trình kè được thi công từ tháng 10/2002 đến tháng 12/2002 Ngày 23/01/2003, khi tiến hành ủi đất san nền bãi đỗ xe sau bờ kè, một đoạn kè dài 48 m đã dịch chuyển ngang tới hơn 50 cm, xuất hiện vết nứt ngang tường (gãy tường đá, gãy dầm bê tông), đất xung quanh tụt theo từng mảng lớn.

Kết quả khảo sát bổ sung (giai đoạn 2) cho thấy: Tại nơi xảy ra sự cố địa tầng khác với tài liệu địa chất đã được cung cấp trước đó (giai đoạn 1) Hệ số ổn định của kè SF = 1,22÷1,97 theo tài liệu địa chất ở giai đoạn 1 và SF = 0,94 ở giai đoạn 2 (khảo sát bổ sung). c Trạm nghiền thô Nhà máy xi măng Nghi Sơn :

Cụm công trình này có chức năng tiếp nhận và sơ chế nguyên vật liệu phục vụ sản xuất xi măng Kích thước mặt bằng 11,5 13,5 m và 17,5 19,5 m, chiều cao 25 m, kết cấu hệ khung và tường chắn BTCT Móng bè trên cọc 30x30(cm) và 40x40(cm) với cao độ mặt móng là +6,3 m (CĐQG) Một đường dẫn phía sau nhà được đắp để phục vụ vận chuyển cấp nguyên vật liệu vào trạm với cao độ của khối đắp là +24,3 m (CĐQG).

Về điều kiện đất nền, dưới lớp đất đắp SLMB dày khoảng 4,3 m là lớp bùn sét dày 1,8 m; sau đó là các lớp đất loại sét trạng thái cứng và cát chặt Đá gốc là đá vôi nằm ở độ sâu chừng 19 20 m Tháng 01/1999 khi đường dẫn được thi công tới công trình cách chừng 10m, công trình bắt đầu có chuyển vị ngang (7 25 mm). Khi đường dẫn đạt đến cao độ (CĐQG) +24,0 m (tháng 05/1999), các chuyển dịch là 61 77 mm Quan trắc chuyển dịch của đất nền bằng thiết bị đo nghiêng (Inclinometer) cho thấy, trong thời gian 18/06 đến 07/07/1999, các lớp đất nền chuyển vị khoảng 3 5 mm và lớp đất đắp trong khoảng cao độ +6,0 đến +11,0 m chuyển vị lớn hơn 5-10 mm Kết cấu công trình cũng bị hư hại biểu hiện bằng xuất hiện các vết nứt và khi đào kiểm tra thấy hầu hết các cọc đều bị nứt tại vị trí liên kết với đài với bề rộng vết nứt phổ biến 2 4 mm Khi hạ bớt cao độ đất đắp đường dẫn còn +15 m (tháng 06/1999), chuyển vị ngang công trình không còn phát triển.

Thiết kế đã bỏ qua tải trọng ngang tác dụng lên công trình được phát sinh do khối đất đắp đường dẫn phía sau công trình gây ra (mô hình hóa không đầy đủ các tương tác) Các tính toán kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc và phân tích chuyển vị ngang của kết cấu dưới tác dụng của khối đắp cho thấy, tải trọng ngang tác dụng lên cọc đã vượt quá 2 lần khả năng chịu tải của cọc. d Cư xá Thanh Đa, lô IV và VI :

Cư xá Thanh Đa (Bình Thạnh, Tp.Hồ Chí Minh) có 6 lô nhà 5 tầng Mỗi lô gồm 2 dãy nhà song song cách nhau 4 m, có bề rộng 7,5 m và chiều dài 147 m, được chia thành 4 đơn nguyên cách nhau bởi các khe lún Kết cấu khung sàn BTCT với bước cột cách đều 3 m và tường gạch bao che Móng băng trên nền gia cố cừ tràm dài

2,5 2,7 m; mật độ 16 cây/m 2 Ba dải móng băng (trong đó có 1 dải bề rộng 2,1 m phía trước; 2 dải bề rộng 1,3 m ở giữa và sau) dưới cột, cách nhau 4,5 m và 3,0 m Khu vực có cấu tạo địa chất bao gồm lớp bùn yếu phân bố trên mặt với bề dày 12 16 m và dưới nó là các lớp đất loại sét trạng thái dẻo cứng cứng và cát hạt nhỏ chặt vừa Sau thời gian sử dụng, công trình được phát hiện là bị lún không đều.

Nguyên nhân cơ bản dẫn tới SCNM này là phương án móng không phù hợp với điều kiện đất nền của khu vực. e Kho cảng Thị Vải :

Kho cảng Thị Vải có chức năng tồn trữ và xuất khí hóa lỏng, nằm ở ven sông Thị Vải với bề dày SLMB trung bình 3,5 m Theo kết quả khảo sát, khu vực có mặt lớp bùn sét yếu phân bố ngay từ trên MĐTN và trải sâu tới độ sâu trong khoảng 8 23 m và dưới nó là các lớp đất rời và dính có độ bền và tính biến dạng trung bình Các giải pháp móng và xử lý nền áp dụng ở đây là:

- Móng cọc cho các kết cấu có tải trọng lớn và các khung nhà;

- Các móng nông đặt trực tiếp trên nền cát san lấp cho các đường ống, cáp điện, sàn nhà và nền các khoang chống tràn của bồn chứa;

- Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước cho một số khu vực, chủ yếu là đường giao thông.

Hiện tượng lún của công trình đặt trên móng nông đã được phát hiện ngay trong quá trình lắp đặt thiết bị Độ lún của đất nền phát triển với tốc độ khá cao dẫn tới đường ống bị lún và lún lệch gây nguy cơ rò rỉ khí do đường ống bị nứt và có thể bị phá hỏng tại các chỗ nối với các bồn chứa không lún (trên móng cọc) dẫn tới cháy nổ Tại một số hạng mục như nhà điều khiển và nhà thiết bị điện, các hệ thống thiết bị bố trí dày đặc trong không gian hẹp do được đặt trực tiếp trên nền san lấp, bị lún không đều gây xô lệch vị trí tạo nguy cơ đứt các đường cáp điện, ảnh hưởng đến công tác vận hành điều khiển kho cảng Một số đơn vị kết cấu của các nhà như nhà điều khiển, nhà thiết bị điện, cũng phát hiện thấy hư hỏng (nứt dầm, nứt tường, ) chứng tỏ móng cọc cho các nhà này không phải là không bị lún lệch.

Tình hình sự cố trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp

Vùng đất Đồng Tháp được hình thành từ sự bồi lắng phù sa của dòng sông Mekong với đặc điểm đất đai nhìn chung có kết cấu kém bền vững cũng như trũng thấp nên công tác xử lý nền móng khi dựng công trình thường gặp nhiều khó khăn, phức tạp, dẫn đến kinh phí xây dựng cao Tài nguyên đất ở địa bàn tỉnh Đồng Tháp có 4 nhóm đất chính [3]: (1) nhóm đất phù sa (chiếm khoảng 59,06% diện tích đất tự nhiên), đây là nhóm đất đã trải qua lịch sử canh tác lâu dài; (2) nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên); (3) nhóm đất xám (chiếm khoảng 8,67% diện tích tự nhiên); (4) nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên).

Với điều kiện địa chất, địa hình gặp nhiều bất lợi cũng như sự ảnh hưởng bởi đặc thù kinh tế - xã hội, cho đến thời điểm hiện tại trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp vẫn có rất hiếm những công trình nhà cao tầng được xây dựng Các công trình nhà chủ yếu là thấp tầng, đồng thời, các công trình đắp cao (đường xá, đê bao, san lấp) chiếm hầu hết trong các hoạt động xây dựng công trình Theo đó, các sự cố công trình thường xuất hiện ở các công trình có hạng mục đắp cao trên nền đất yếu Trong thời gian qua, trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp đã xảy ra nhiều sự cố công trình có nguyên nhân nền móng Dưới đây là một số công trình điển hình:

 Tuyến dân cư phía Đông tỉnh lộ ĐT855 [4] – xã Hòa Bình, huyện Tam Nông(Hình 1.1): Tổng chiều dài tuyến san lấp (với chiều cao san lấp lớn hơn 5,0m) của TDC dài khoảng 1,40 km (từ Km0+000 đến Km1+400) Biểu hiện sự cố là hiện tượng lún có chiều hướng tăng dần từ đầu tuyến đến cuối tuyến, trong đó khoảng 800m phía cuối tuyến bị lún sụt nghiêm trọng (từ 0,5m đến 2,0m) trong khi ở phía đầu tuyến (khoảng 600m) thì độ lún không đáng kể (trung bình khoảng 5,0cm) Về phân tích, đánh giá nguyên nhân sự cố sẽ được trình bày ở Bài toán 1 – Chương 3.

Hình 1.1 Sự cố công trình TDC tỉnh lộ ĐT855 & CDC Long Sơn Ngọc

 Cụm dân cư Long Sơn Ngọc (phía Tây) [5] – xã Thông Bình, huyện Tân

Hồng (Hình 1.1): Mặt bằng công trình CDC có diện tích khoảng 34.545m 2 (chiều cao san lấp trung bình khoảng 3,0m), được thiết kế hệ thống đường giao thông và hệ thống thoát nước cấp nước phục vụ đi lại, sinh hoạt Mặt đường láng nhựa rộng từ 5-7m Sự cố xảy ra chủ yếu tại một số đoạn (với tổng chiều dài hơn 100m) gần mái taluy của đê chắn cát san lấp và bản thân mái taluy cũng bị sạt lở Biểu hiện sự cố là lún sụp mặt đường (gần mái taluy) trong khoảng bề rộng mặt đường từ 1,0m đến 3,0m với độ lún từ 10cm đến 40cm; một số đoạn mái taluy bị sạt lở ăn sâu vào trong từ 0,3m đến 3,3m Kết luận về nguyên nhân sự cố (theo [5]) là do mái taluy của đê chắn cát bị xói lở (đê chắn là đất pha cát, chưa có biện pháp bảo vệ mái taluy chống xói lở) kéo theo sụp lở nền đường bên trong.

 Công trình Nhà lồng chợ Bách hóa Lai Vung [6] – thị trấn Lai Vung(Hình 1.2): Sự cố xảy ra chủ yếu ở hạng mục San lấp mặt bằng (đắp cao) qua biểu hiện lún nền (độ lún vẫn chưa dừng tại thời điểm khảo sát kiểm định), ảnh hưởng đến kết cấu của hạng mục Nhà lồng chợ (nền bên trong & bên nhà đều bị lún) làm nền lát gạch bên trong nhà bị hư hỏng nghiêm trọng (do nền bị lún) Về phân tích, đánh giá nguyên nhân sự cố sẽ được trình bày ở Bài toán 2 – Chương 3.

Hình 1.2 Sự cố lún nền công trình Chợ bách hóa Lai Vung

 Công trình Nâng cấp Bờ bao bảo vệ sản xuất 2600ha lúa Thu Đông xã Thường Thới Tiền và Thường Phước 2 – huyện Hồng Ngự [7] (Hình 1.3): Hạng mục nâng cấp là Đoạn 2 (từ K4+000 đến K7+300) được thi công năm 2012, với tổng chiều dài khảo sát là 3.300m, chiều dài thiết kế 3.105m Sự cố xảy ra ở đoạn bờ bao từ K4+234 đến K4+893 trong quá trình thi công với hiện tượng bị lún sụt và hiện tượng nở hông Trong đó: Đoạn bờ bao từ K4+234 đến K4+355 bị lún sụt; từ K4+355 đến K4+440 bị lún thẳng, đẩy phần đất phía bờ sông trồi lên làm xuất hiện các khe nứt rộng; từ K4+440 đến K4+788 bị lún sụt; từ K4+788 đến K4+893 có hiện tượng nở hông. Theo kết quả tính toán kiểm định [7]: Hệ số ổn định tại một số mặt cắt điển hình nhìn chung là rất thấp, từ 0,4 đến 0,7 (Bảng 1.1); độ lún cố kết tại các vị trí điển hình (không bị mất ổn định) cũng rất cao, lớn hơn 0,6m Điều này cũng tương đối phù hợp với kết quả khảo sát hiện trường sự cố.

Hình 1.3 Sự cố công trình Nâng cấp Bờ bao bảo vệ 2600ha lúa Thu Đông

Bảng 1.1 Hệ số ổn định theo kết quả tính toán kiểm định sự cố [7]

Công trình bờ kè và hoa viên đường Lê Duẩn, nằm tại trung tâm thành phố Cao Lãnh, có chiều dài 446m Theo khảo sát, công trình này đang gặp phải một số sự cố, bao gồm:

Từ Km0+020 ÷ Km0+050: Mặt kè xuất hiện nứt, lún nhưng ở mức độ nhỏ; trên mặt kè có đường nứt rộng khoảng 2cm giữa mép mặt kè với bó vỉa bồn hoa; dầm đỉnh kè chuyển vị ra phía sông khoảng 4cm.

Từ Km0+050 ÷ Km0+110 (đoạn này lún sụt trên diện rộng và sâu): Mặt kè lún sụt trải dài toàn đoạn trong bề rộng trung bình khoảng 1,5m với độ lún sâu trung bình khoảng 0,6m; trên mặt kè có đường nứt rộng khoảng 3cm giữa mép mặt kè với bó vỉa bồn hoa; hệ thống lan can nứt, mất liên kết các cấu kiện với nhau và mất liên kết với dầm mũ đỉnh kè; dầm đỉnh kè bê tông bị phá hủy, gãy, chuyển vị ra phía sông từ 15cm đến 35cm, có hiện tượng lật và mất khả năng chịu lực; mái kè chuyển vị ra phía sông, lún không đều, hệ số mái không còn đồng bộ.

Từ Km0+110 ÷ Km0+175: Xuất hiện hiện tượng lún tại một số vị trí nhưng ở mức độ nhỏ, khoảng 2cm.

Từ Km0+175 ÷ Km0+255 (đoạn này là một trong những đoạn lún sụt lớn nhất): Mặt kè lún sụt trải dài toàn đoạn trong bề rộng trung bình khoảng 1,8m với độ lún sâu trung bình khoảng 0,8m; có một số vị trí lún sụt rất lớn trong bề rộng lên tới 2,9m và kéo dài khoảng 6,2m với độ lún sâu khoảng 1,2m; hệ thống lan can và dầm đỉnh kè bị phá hủy tương tự như đoạn Km0+110 ÷ Km0+175 nhưng ở mức độ nặng hơn nhiều; cọc dưới dầm đỉnh kè không còn liên kết với

Từ Km0+255 ÷ Km0+290: Chưa thấy hiện tượng bất thường xảy ra.

Đoạn từ Km0+290 đến bến Minh Thanh hư hỏng nghiêm trọng, với mái kè lún, chuyển vị và cọc larsen nghiêng Bến Minh Thanh bị chuyển vị 2,1m ra sông, lún 0,55m và cọc dưới dầm bị gãy Đoạn từ bến Minh Thanh đến Km0+385 lún sụt nhiều, mặt kè sụt trung bình 0,75m, có vị trí sụt đến 1,2m, hệ thống lan can và dầm đỉnh kè bị phá hủy Đoạn từ Km0+385 đến cuối tuyến, mặt kè nứt, lún, lan can nứt, gãy, dầm đỉnh kè chuyển vị ra sông đến 20cm.

Hình 1.4 Sự cố công trình Bờ kè & Hoa viên đường Lê Duẩn

Về kết luận nguyên nhân sự cố [8] công trình Bờ kè & Hoa viên đường Lê Duẩn:

Hồ sơ thiết kế công trình: Công trình có hệ số ổn định nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép; giải pháp kết cấu của tuyến công trình không hợp lý (gần như toàn bộ mái và đỉnh kè của công trình nằm trên nền đất đắp nhưng vật liệu đắp không rõ ràng, không quy định hệ số đầm nén); trình tự, biện pháp thi công, thiết bị thi công không rõ ràng.

Chất lượng thi công: Trong quá trình thi công đất đắp mái và đỉnh kè không tuân thủ quy trình, quy phạm (không lu lèn, không đầm nén); chất lượng bê tông dầm tường đỉnh kè và bê tông mái kè đổ trực tiếp không đảm bảo mác thiết kế.

Sự thay đổi địa hình lòng sông: Cao độ hiện trạng lòng sông thấp hơn so với giai đoạn thiết kế (năm 2006) trung bình khoảng 0,6m, có đoạn lên đến 1,0m; sự thay đổi địa hình lòng sông như trên dẫn đến hệ số ổn định tổng thể công trình giảm xuống so với hồ sơ thiết kế ban đầu.

 Công trình Bờ kè kênh Trung Ương – xã Tân Quy Tây, thành phố Sa Đéc (Hình 1.5): Báo cáo kiểm định nguyên nhân sự cố của công trình này vẫn chưa hoàn thành Tuy nhiên, từ một số hình ảnh hiện trường được đơn vị kiểm định (Trung tâm Kiểm định chất lượng công trình xây dựng Đồng Tháp) cung cấp có thể cho thấy được phần nào về mức độ nghiêm trọng của sự cố, ảnh hưởng đến việc khai thác sử dụng bình thường của công trình với việc một đoạn mái bờ kè bị dạt ra phía ngoài sông kéo theo việc mặt đường (lót đan) cũng bị lún theo chiều hướng tăng dần từ trong bờ ra phía ngoài sông Đồng thời, hình ảnh mái bờ kè bị xói lở nghiêm trọng cũng đã được ghi nhận bằng hình ảnh.

Hình 1.5 Sự cố công trình Bờ kè kênh Trung Ương

Tính cấp thiết của đề tài

Như trên vừa trình bày, Đồng Tháp được biết đến là một địa bàn với hầu hết các vùng đất là yếu; địa hình trũng thấp, nhiều kênh rạch ao hồ Điều này thường dẫn đến những sự tốn kém vượt xa mức bình thường về kinh phí xây dựng cũng như sự phức tạp về xử lý nền và móng, đặc biệt trong những trường hợp (vốn rất phổ biến) cần phải san lấp cao hoặc đắp cao trên những vùng đất yếu để tạo mặt bằng (với cao độ phù hợp) để xây dựng các hạng mục khác của công trình Vấn đề này càng trở nên nan giải đối với các công trình có quy mô đâu tư càng lớn Với các yếu tố bất lợi như vừa nêu, đòi hỏi các ban ngành chức năng ở Đồng Tháp cần đặc biệt quan tâm đến công tác chuẩn bị đầu tư, trong đó phải kiểm soát việc bố trí thời gian hợp lý cho công tác khảo sát, thiết kế đối với các hạng mục công trình mà nhất là các hạng mục tiềm ẩn nhiều sự rủi ro liên quan yếu tố nền móng Tuy nhiên, việc xảy ra sự cố (có nguyên nhân nền móng) ở một số công trình xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp trong những thời gian vừa qua là không thể lường trước được; đồng thời, những sự cố tương tự trong những thời gian sắp tới cũng khó có thể được loại trừ Chính vì những lý do trên, việc chọn đề tài “Phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp” là rất phù hợp trong điều kiện thực tế tại địa phương Thông qua Luận văn, một số nguyên nhân sự cố có yếu tố nền móng thường gặp sẽ được phân tích rõ hơn, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa để góp phần hạn chế đến mức thấp nhất các sự cố có yếu tố nền móng của các công trình xây dựng trong tương lai, nhất là các công trình có hạng mục đắp cao hoặc san lấp cao trên nền đất yếu, vốn rất phổ biến trên địa bàn Đồng Tháp.

Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn áp dụng

 Vận dụng phương pháp (PP) phân tích ứng suất tổng dựa trên mô hình Mohr-Coulomb (MC) với công cụ hỗ trợ tính toán là phần mềm Plaxis để tính hệ số an toàn ban đầu (về cường độ) của nền sét yếu chịu tải từ khối đắp cao bên trên.

 Vận dụng mô hình Đàn hồi (Linear Elastic model - LE) trong Plaxis để thực hiện các tính toán liên quan đến độ lún nền công trình đắp cao cũng như tính toán thời điểm kết thúc quá trình cố kết, đồng thời, so sánh với kết quả tính toán dựa trên các công thức giải tích của PP tính lún được sử dụng trong Luận văn.

 Sử dụng PP tính toán phù hợp để xem xét ảnh hưởng MSA đến sức chịu tải của cọc và tính toán khảo sát thời gian (dự báo) kết thúc ảnh hưởng của MSA.

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng

 Đặc điểm địa chất sơ bộ trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp sẽ được khái quát hóa, có thể làm cơ sở kham khảo cho các nghiên cứu khác.

 Các PP tính toán theo giải tích cũng như cách vận dụng Plaxis cho các bài toán của Luận văn cũng là một cơ sở mang tính thực hành cao, phù hợp với những đặc điểm chung của các tài liệu địa chất được sử dụng cho giai đoạn thiết kế của các công trình xây dựng tại địa phương.

 Kết quả Luận văn là một trong những tài liệu tham khảo cần thiết cho một số công tác xây dựng công trình có liên quan đến yếu tố nền móng trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp, đặc biệt là công trình đắp cao.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu Luận văn là phân tích, đánh giá để làm rõ hơn các nguyên nhân sự cố; có những đề xuất về việc chọn PP tính toán và biện pháp xử lý phù hợp, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa Các bước tiến hành gồm:

 Thu thập tài liệu địa chất của nhiều vùng trong tỉnh Đồng Tháp và tổng hợp khái quát các đặc điểm địa chất điển hình cho từng vùng.

 Ghi nhận các số liệu hiện trường của sự cố và các kết luận trong các báo cáo kiểm định về nguyên nhân sự cố có yếu tố nền móng.

 Lựa chọn PP phù hợp trong các phân tích ứng xử nền móng đối với các công trình khảo sát.

Tính toán kiểm chứng được thực hiện dựa trên các kết luận về nguyên nhân sự cố từ báo cáo kiểm định, được sử dụng làm tài liệu tham khảo chính cho luận văn.

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở cho việc tiếp tục khai thác những khu vực có địa chất yếu và địa hình phức tạp trong việc xây dựng các công trình trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp.

Giới hạn và giả thiết

 Các tài liệu địa chất (ở Đồng Tháp) thường không thực hiện đủ các thí nghiệm xác định các thông số hữu hiệu của đất (đặc biệt là ’ và c’ ) dẫn đến không ít khó khăn khi sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật (như Plaxis, Geo-slope, ) trong phân tích các ứng xử của nền đất.

Để thực hiện các bài toán phân tích trong luận văn, một số thông số địa chất cần thiết đôi khi không có trong các tài liệu địa chất đi kèm, chẳng hạn như hệ số thấm, hệ số Poisson Trong trường hợp này, luận văn sẽ giả thiết các thông số này dựa trên các tài liệu tham khảo phù hợp.

Do thiếu Thuyết minh tính toán đầy đủ, báo cáo kiểm định thường không cung cấp đủ thông tin địa hình cần thiết cho bài toán kiểm tra Trong trường hợp này, những thông tin địa hình đầu vào còn thiếu sẽ được giả định dựa trên hình dạng địa hình thể hiện trong báo cáo kiểm định được tham khảo.

Cấu trúc Luận văn

CƠ SỞ TÍNH TOÁN

Tổng quan

Hầu hết sự cố của các công trình khảo sát đều do một hoặc nhiều trong các nguyên nhân chủ yếu sau đây:

 Hệ số an toàn (về cường độ) của nền đất yếu dưới khối đắp cao là không đạt (thấp hơn so với quy định).

 Độ lún nền (đất yếu) vượt mức cho phép.

 Ma sát âm (MSA) ảnh hưởng lên sức chịu tải cho phép của cọc.

Do đó, phần cơ sở tính toán sẽ tập trung trình bày các nội dung liên quan đến các nguyên nhân trên Trong đó, các phần tính toán được thực hiện với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis (gọi tắt là Plaxis) và với sự hỗ trợ từ các bản tính được lập sẵn bằng Excel (lập theo các công thức giải tích được sử dụng) Cụ thể như sau:

 Về tính toán hệ số an toàn: Hệ số an toàn được tính toán theo giai đoạn ban đầu (khi nền đắp cao vừa mới hoàn thành) – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với mô hình Mohr-Coulomb).

 Về tính toán độ lún nền: Độ lún nền được tính toán theo giai đoạn dài hạn khi nền sét yếu kết thúc quá trình cố kết – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với mô hình Linear Elastic) và so sánh với bản tính Excel (lập sẵn theo giải tích).

Quá trình tính toán phân tích ảnh hưởng của mặt cắt ngang (MSA) đối với sức chịu tải của cọc được thực hiện theo hai nội dung chính Nội dung đầu tiên tập trung vào việc xác định lực cắt MSA lớn nhất tác động lên cọc.

( Q n ) ảnh hưởng lên sức chịu tải cho phép của cọc (thông qua bản tính Excel lập sẵn theo giải tích), với giả thiết bỏ qua một số ảnh hưởng làm giảm MSA; (2) Tính toán thời gian kết thúc ảnh hưởng của MSA (khi kết thúc quá trình cố kết của đất gây ra MSA lên cọc) – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với các hệ số thấm được giả định, kết hợp với mô hình Linear Elastic).

 Các tính toán được giả thiết theo trường hợp nền đắp cao chỉ đắp một đợt.

TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG

Bài toán 1: Tuyến dân cư phía Đông tỉnh lộ ĐT855

Khu vực công trình Tuyến dân cư này nằm tại xã Hòa Bình, huyện Tam Nông (Đồng Tháp) Tuyến dân cư được hình thành trên khu vực san lấp với chiều cao san lấp trung bình từ 5,3 ÷ 5,8 m; tổng chiều dài tuyến san lấp dài khoảng 1,40km Khoảng 800m phía cuối tuyến bị lún sụt nghiêm trọng, không đạt cao trình thiết kế san lấp Nguyên nhân chính gây hiện tượng lún sụt mặt nền san lấp là do san lấp khối đất đắp với chiều cao lớn hơn 5,0 m trên nền kênh có địa chất yếu, không có giải pháp xử lý nền nên gây ra lún sụt Nhận xét sơ bộ của quá trình lún sụt như sau:

Từ Km0+000 ÷ Km0+600: Chiều cao san lấp trung bình 5,3 m; chiều rộng san lấp trung bình 25 m; nền lún sụt sau khi san lấp khoảng 5,0 cm.

Từ Km0+600÷ Km1+050: Chiều cao san lấp trung bình 5,4m; chiều rộng san lấp trung bình 28 m; nền lún sụt sau khi san lấp trung bình 0,5 m.

Từ Km1+050÷ Km1+350: Chiều cao san lấp trung bình 5,8 m; chiều rộng san lấp trung bình 32 m; nền lún sụt sau khi san lấp nghiêm trọng, chiều sâu lún trung bình 1,4 m. Đoạn còn lại từ Km1+350÷Km1+400: Chiều cao san lấp trung bình 5,8m; chiều rộng san lấp trung bình 32 m; nền lún sụt sau khi san lấp rất nghiêm trọng, đây là đoạn lún sụt lớn nhất, chiều sâu lún sụt trung bình 2,0 m.

3.1.1 Theo báo cáo kiểm định tham khảo [4] & Cơ sở tính toán (Chương 2), các nội dung tính toán được thực hiện ở Bài toán 1 sẽ bao gồm:

 Mô hình (hình học) tính toán theo biến dạng phẳng (Plane Strain) được nhập vào Plaxis như Hình 3.1.

Mô hình này gồm một khối san lấp dày 5,8m được mô phỏng thành tải phân bố Lớp nền bên dưới gồm hai lớp theo tài liệu địa chất năm 2009 với hố khoan HK2 là đại diện: lớp 1 dày 7,1m là đất bùn sét có trạng thái chảy (rất yếu); lớp 2 dày 2,9m là đất sét pha có trạng thái dẻo mềm (tương đối tốt).

 Vận dụng Plaxis tính toán hệ số an toàn ở giai đoạn ban đầu (khi hạng mục san lấp vừa mới hoàn thành) của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.1:

Bảng 3.1 Thông số đầu vào để tính hệ số an toàn – Bài toán 1

Thông số San lấp Lớp 1 Lớp 2 Đơn vị

Mô hình Gia tải MC MC - Ứng xử Gia tải Drained Drained - unsat 16,5 15,3 19,0 kN/m 3 sat - 15,3 19,0 kN/m 3 k x (giả định) - 2.10 -3 1.10 -4 m/day k y (giả định) - 1.10 -3 1.10 -4 m/day

Ghi chú : Giả thiết MNN ngập hoàn toàn (đến cao độ MĐTN)

 Vận dụng Plaxis tính toán độ lún ổn định của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.2:

Bảng 3.2 Thông số đầu vào để tính toán độ lún ổn định – Bài toán 1

Thông số San lấp Lớp 1 Lớp 2 Đơn vị

Mô hình Gia tải LE LE - Ứng xử Gia tải Drained Drained - unsat 16,5 15,3 19,0 kN/m 3 sat - 15,3 19,0 kN/m 3 k x (giả định) - 2.10 -3 1.10 -4 m/day k y (giả định) - 1.10 -3 1.10 -4 m/day

 So sánh kết quả độ lún theo Plaxis với kết quả tính lún theo PP giải tích được sử dụng.

 Đánh giá, phân tích các kết quả tính toán.

3.1.2 Các kết quả tính toán (Bài toán 1) như sau:

 Về hệ số an toàn SF (Safety Factor):

Kết quả SF = Msf = 0,747 (xem Hình 3.2)

Hình 3.2 Kết quả tính toán Msf – Bài toán 1

 Về độ lún ổn định S tính theo Plaxis (Extreme total displ.): Kết quả S

Hình 3.3 Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 1

 Về độ lún ổn định S tính theo PP giải tích: Kết quả S = 1,092 m Kết quả này được tính toán từ các bản tính Excel (lập theo PP giải tích - Mục 2.3) Cụ thể: Độ lún tổng (các lớp 1 & 2): S = 1,023 + 0,069 = 1,092 m Trong đó: Độ lún của lớp nền 1 (dày 7,1m): Độ lún của lớp nền 2 (dày 2,9m):

3.1.3 Phần đánh giá, phân tích kết quả tính toán (Bài toán 1):

 Về kết quả hệ số an toàn SF = 0,747 (theo TL địa chất trong gđ thiết kế):

Kết quả này, mặc dù có sự chênh lệch (không lớn), nhưng nhìn chung là phù hợp so với kết quả của báo cáo kiểm định tham khảo [4] với hệ số SF tương ứng là 0,72 (sử dụng phần mềm Geo-Slope) khi cả 2 kết quả đều dẫn đến việc không đạt về điều kiện an toàn (ổn định) của nền đất yếu dưới khối san lấp (đắp cao 5,8m) tại mặt cắt tính toán trong giai đoạn thiết kế Phần chênh lệch của 2 kết quả có thể được đánh giá là do có một số khác biệt nhỏ trong việc: (a) lập mô hình hình học; (b) chọn thông số đầu vào; (c) phương pháp tính toán của 2 phần mềm (Plaxis sử dụng PP PTHH và Geo-Slope sử dụng PP giải tích);

Hệ số SF không đạt chủ yếu xảy ra ở đoạn cuối tuyến (từ Km1+050 đến Km1+400), nơi có độ lún cao đột ngột so với mức quy định Riêng ở đoạn đầu tuyến (từ Km0+000 đến Km1+050) thì hệ số SF đạt yêu cầu (lớn hơn 1,15) [4]; tuy nhiên, độ lún có chiều hướng tăng dần từ đầu đến cuối đoạn (lún 5÷50 cm).

Hệ số SF mặc dù không đạt ở đoạn cuối tuyến; tuy nhiên, qua khảo sát hiện trạng sự cố [4] không có biểu hiện của sự mất ổn định của nền MĐTN, mà chỉ xảy ra việc độ lún qua đo đạc thực tế là rất lớn (từ 1,4÷2,0m tại thời điểm khảo sát). Điều này cũng có thể được giải thích: Việc tính toán là ứng với trường hợp khối đắp cao (5,8m) chỉ được đắp 1 đợt, trong khi thực tế của quá trình thi công đắp có nhiều khoảng thời gian bị gián đoạn (để chờ xử lý) khi các dấu hiệu lún bất thường được phát hiện [4]; đồng thời, nếu quá trình thi công đắp được liên tục cũng phải mất một khoảng thời gian nhất định (nhiều hay ít tùy theo điều kiện thi công), đặc biệt là thời gian đầm chặt và nghiệm thu công tác đầm theo từng lớp của khối san lấp; Do đó, trong trường hợp này có thể xem như công tác thi công đắp gần như được tiến hành theo nhiều đợt đắp, dẫn đến việc nền đất yếu dưới khối san lấp không bị mất ổn định về cường độ (sự cố chỉ xảy do việc độ lún quá cao so với mức quy định).

 Về kết quả tính toán độ lún (theo tài liệu địa chất trong giai đoạn thiết kế): Độ lún theo Plaxis ( S =1,33 m) có sự chênh lệch không đáng kể so với độ lún theo PP giải tích ( S =1,092 m) và cả 2 kết quả đều cho kết quả độ lún rất lớn Điều này phù hợp với kết quả tính lún trong báo cáo kiểm định [4] (đoạn cuối tuyến từ Km1+050 ÷ Km1+350) với kết quả độ lún tính toán tương ứng là S =1,117m và độ lún trung bình qua khảo sát thực tế (tại hiện trường sự cố) là S ht =1,40m (trong đó: S ht có bao gồm độ lún bản thân của khối san lấp do quá trình tự lèn chặt).

Sự chênh lệch của 2 kết quả độ lún (theo Plaxis và theo PP giải tích) có thể được đánh giá là do cách tính khác nhau của 2 phương pháp cũng như ảnh hưởng khác nhau của việc chọn các thông số đầu vào (với Plaxis thì thông số E , trong khi với PP giải tích thì thông số e 0 , C c quyết định chủ yếu đến giá trị độ lún).

Bài toán 2: Nhà lồng chợ Bách hóa Lai Vung

Công trình gồm san lấp mặt bằng và nhà lồng chợ, trong đó khối san lấp cao 2,7 m (trừ phần tôn nền 0,60 m), được khởi công vào 18/02/2013 và hoàn thành vào 20/12/2013 Tuy nhiên, sau khi hoàn thành, công trình xảy ra sự cố lún nền nghiêm trọng ở hạng mục san lấp, ảnh hưởng đến nền lát gạch bên trong và bên ngoài nhà Nguyên nhân chính là do khối san lấp quá cao (trên 2,7 m) đắp trên nền đất yếu mà không xử lý phù hợp.

3.2.1 Theo báo cáo kiểm định [6] & Cơ sở tính toán (Chương 2), các nội dung tính toán được thực hiện ở Bài toán 2 sẽ bao gồm:

Mô hình Plaxis được thiết lập theo chế độ biến dạng phẳng (hình học hình học) như hình 3.4 Khối san lấp có độ dày 2,7m được quy thành tải phân bố Lớp nền bên dưới là đất sét rất yếu, trạng thái nhão chảy, có độ dày 15,3m (màu xám xanh) Địa chất được tính toán dựa trên Tài liệu khảo sát địa chất giai đoạn kiểm định (05 & 06/2014) theo [6].

Hình 3.4 Mô hình Plaxis – Bài toán 2

 Vận dụng Plaxis tính toán hệ số an toàn của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.3:

Bảng 3.3 Thông số đầu vào để tính hệ số an toàn – Bài toán 2

Thông số San lấp Lớp 1 Đơn vị

Mô hình Gia tải MC Ứng xử Gia tải Drained unsat 16,5 16,44 kN/m sat - 16,44 kN/m k x - 3,02.10 -3 m/day k y - 1,5.10 -3 m/day

Ghi chú : MNN ngập hoàn toàn (đến cao độ MĐTN)

 Vận dụng Plaxis tính toán độ lún ổn định của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.4:

Bảng 3.4 Thông số đầu vào để tính toán độ lún ổn định – Bài toán 2

Thông số San lấp Lớp 1 Đơn vị

Mô hình Gia tải LE Ứng xử Gia tải Drained unsat 16,5 16,44 kN/m sat - 16,44 kN/m k x - 3,02.10 -3 m/day k y - 1,5.10 -3 m/day

Ghi chú : MNN ngập hoàn toàn (đến cao độ MĐTN)

 So sánh kết quả độ lún theo Plaxis với kết quả tính lún theo PP giải tích được sử dụng.

 Đánh giá, phân tích các kết quả tính toán.

3.2.2 Các kết quả tính toán (Bài toán 2) như sau:

 Về hệ số an toàn SF (Safety Factor):

Kết quả SF = Msf = 1,488 (xem Hình 3.5)

 Về độ lún ổn định S tính theo Plaxis (Extreme total displ.): Kết quả S

Hình 3.6 Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 2

 Về độ lún ổn định S tính theo PP giải tích: Kết quả S = 0,630 m Kết quả này được tính toán từ bản tính Excel (lập theo PP giải tích - Mục 2.3) Cụ thể: Độ lún của lớp nền 1 (chỉ có 1 lớp dày 15,3m):

3.2.3 Phần đánh giá, phân tích kết quả tính toán (Bài toán 2):

 Về kết quả hệ số an toàn SF = 1,488 (theo tài liệu địa chất trong giai đoạn kiểm định): Kết quả đạt yêu cầu  Nền đất yếu dưới khối san lấp đạt ổn định về cường độ tại thời điểm khảo sát kiểm định Đồng thời, qua mô tả biểu hiện sự cố [6] từ khi công trình hoàn thành đến thời điểm khảo sát kiểm định có thể nhận thấy chỉ xảy ra hiện tượng lún nền (ở mức độ tương đối cao và tiếp tục diễn biến), mà không có biểu hiện của việc nền mất ổn định về cường độ.

 Về kết quả tính toán độ lún S (theo tài liệu địa chất trong giai đoạn kiểm định): Độ lún theo Plaxis ( S = 0,561 m) có sự chênh lệch không quá lớn so với độ lún theo

PP giải tích ( S = 0,630 m) và cả 2 kết quả đều cho kết quả độ lún tương đối cao (xấp xỉ 0,60 m) Sự chênh lệch của 2 kết quả độ lún theo Plaxis và theo PP giải tích có thể được đánh giá là do cách tính khác nhau của 2 phương pháp cũng như ảnh hưởng khác nhau của việc chọn các thông số đầu vào (với Plaxis thì thông số E , trong khi với PP giải tích thì thông số e 0 , C c quyết định chủ yếu đến giá trị độ lún) Tuy nhiên, cả 2 kết quả đều chênh lệch khá xa so với độ lún tính toán theo báo cáo kiểm định [6] với S = 0,95 m.