Luận văn thạc sĩ Công trình trên đất yếu: Nghiên cứu đề xuất giải pháp hợp lý chống sạt lỡ mái Taluy nền đường hiện hữu ở Miền Tây Nam bộ

Nghiên cứu các dạng ổn định và các cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định mái dốc taluy nền đường cũng như nghiên cứu tổng quan về các dạng kết cấu và phương pháp tính toán khi sử dụng tườ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Ở MIỀN TÂY NAM BỘ

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2006

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS VÕ PHÁN

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:

Luận Văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 200

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

- -

Tp HCM, ngày tháng năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ NHUNG Phái : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 01/02/1981 Nơi sinh : Đà Nẵng Chuyên ngành : Công trình trên đất yếu MSHV : 00904255

I – TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu đề xuất giải pháp hợp lý chống sạt lở mái taluy nền đường hiện hữu ở miền Tây Nam Bộ

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ : Nghiên cứu đề xuất giải pháp hợp lý chống sạt lở mái taluy nền đường hiện hữu ở miền Tây Nam Bộ

tường chắn đất Kết luận và kiến nghị

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : / /2006 IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05 / 03 /2007 V – HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VÕ PHÁN

QL CHUYÊN NGÀNH

Ngày tháng năm 2007

LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS.Võ đã chỉ dẫn, giúp đỡ cặn kẽ và những kiến thức, tài liệu có được trong thời gian qua, giúp cho tác giả có thể hoàn thành tốt đề tài luận thạc sĩ cũng như làm nền tảng cho quá trình làm việc, học tập và nghiên cứu về sau

Xin chân thành cảm ơn quí thầy, cô công tác trong ngành “Công trình trên đất yếu“ và bộ môn Địa Cơ – Nền Móng đã nhiệt tình dạy bảo, quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian tác giả học tập và thực hiện đề tài luận văn này

Xin cảm ơn gia đình và các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong thời gian qua

Luận văn thạc sĩ được hoàn thành không chỉ dựa vào nỗ lực của bản thân tác giả mà còn nhờ sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, hy vọng những nghiên cứu và phát triển của tác giả trong đề tài luận văn thạc sĩ này có thể được ứng dụng rộng rãi sau này

Xin kính chúc sức khoẻ đến quý thầy cô và mọi người

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 3 năm 2007

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HỢP LÝ CHỐNG SẠT LỞ MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG HIỆN HỮU Ở MIỀN TÂY NAM BỘ

TÓM TẮT :

Hầu hết những tuyến đường giao thông bộ ở trong vùng đều có chung đặc điểm là chạy dọc các tuyến kênh rạch, sông ngòi và chịu nhiều ảnh hưởng bất lợi như chế độ bán nhật triều, tác động của tàu bè qua lại, lũ lụt hàng năm Do đó, các tuyến đường này đều cần phải có các biện pháp gia cố nền đường và mái taluy thích hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng của các tuyến

Nghiên cứu các dạng ổn định và các cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định mái dốc taluy nền đường cũng như nghiên cứu tổng quan về các dạng kết cấu và phương pháp tính toán khi sử dụng tường chắn đất gia cố mái taluy đã được đưa vào sử dụng từ trước đến nay, kết hợp với các điều kiện địa chất đặc trưng của vùng đồng bằng sông Cửu Long, tác giả đã đề xuất giải pháp tường chắn đất dạng mỏng để gia cố và chống sạt lở mái tauy nền đường hiện hữu

Hệ tường chắn đất dạng mỏng, lắp ghép là một biện pháp gia cố mái taluy hiệu quả với nhiều ưu điểm như thi công, vận chuyển và lắp đặt nhanh, gọn, chất lượng và tuổi thọ của công trình được đảm bảo, ngoài ra, kích thước nhỏ gọn của công trình hoàn toàn phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất của vùng đồng bằng sông Cửu Long

Việc ứng dụng và tính toán dạng tường chắn đất trên vào một công trình cụ thể sẽ giúp các kỹ sư thiết kế hiểu rõ hơn về giải pháp tường chắn đất được đề xuất và có thể ứng dụng rộng rãi trong các công tác xây dựng hệ thống tuyến đường giao thông ở đồng bằng sông Cửu Long sau này

SUMMARY OF THESIS TITLE :

RESEARCH AND OFFER REASONABLE SOLUTION TO PREVENT EROSION OF AVAILABLE SLOPE IN SOUTH – WEST VIETNAM

ABSTRACT :

Almost the road system in the Mekong Delta River is constructed along rivers and canals and therefore, has adverse influence from the numerous rivers and stream such as the changes of the water level mainly because of its low elevation, the strong current in the flood season, the river traffic, ect

Hầu hết những tuyến đường giao thông bộ ở trong vùng đều có chung đặc điểm là chạy dọc các tuyến kênh rạch, sông ngòi và chịu nhiều ảnh hưởng bất lợi như chế độ bán nhật triều, tác động của tàu bè qua lại, lũ lụt hàng năm Do đó, các tuyến đường này đều cần phải có các biện pháp gia cố nền đường và mái taluy thích hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng của các tuyến

Nghiên cứu các dạng ổn định và các cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định mái dốc taluy nền đường cũng như nghiên cứu tổng quan về các dạng kết cấu và phương pháp tính toán khi sử dụng tường chắn đất gia cố mái taluy đã được đưa vào sử dụng từ trước đến nay, kết hợp với các điều kiện địa chất đặc trưng của vùng đồng bằng sông Cửu Long, tác giả đã đề xuất giải pháp tường chắn đất dạng mỏng để gia cố và chống sạt lở mái tauy nền đường hiện hữu

Hệ tường chắn đất dạng mỏng, lắp ghép là một biện pháp gia cố mái taluy hiệu quả với nhiều ưu điểm như thi công, vận chuyển và lắp đặt nhanh, gọn, chất lượng và tuổi thọ của công trình được đảm bảo, ngoài ra, kích thước nhỏ gọn của công trình hoàn toàn phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất của vùng đồng bằng sông Cửu Long

Việc ứng dụng và tính toán dạng tường chắn đất trên vào một công trình cụ thể sẽ giúp các kỹ sư thiết kế hiểu rõ hơn về giải pháp tường chắn đất được đề xuất và có thể ứng dụng rộng rãi trong các công tác xây dựng hệ thống tuyến đường giao thông ở đồng bằng sông Cửu Long sau này

Mục lục

Mở đầu 1

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG SẠT LỞ ĐƯỜNG Ở MIỀN TÂY NAM BỘ; NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP 1.1 Tổng quan về Đồng Bằng sông Cửu Long 5

1.1.1 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 6

1.1.2 Đặc điểm chế độ thuỷ văn 7

1.1.2.1 Sông Mêkông 7

1.1.2.2 Thủy triều 7

1.1.3 Đặc điểm địa chất ở đồng bằng sông Cửu Long 8

1.1.3.1 Cấu trúc địa chất 8

1.1.3.2 Đặc trưng cơ lý của đất nền ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

8 1.2 Hiện trạng sạt lở ở ĐBSCL 11

1.2.1 Sạt lở ở ĐBSCL 11

1.2.2 Sạt lở gần 1.000m tuyến đê biển ở Trà Vinh 12

1.2.3 Sạt lở nghiêm trọng ở Cần Thơ 13

1.2.4 Sạt lở quốc lộ 1A ở Bạc Liêu 14

1.3 Một số nguyên nhân gây sạt lở ở ĐBSCL 14

1.3.1 Cấu tạo địa chất 14

1.3.2 Chế độ thủy văn trong vùng 15

1.3.3 Sạt lở do sóng đánh 17

1.3.4 Một số nguyên nhân khác 17

1.4 Một số giải pháp chống sạt lở thường sử dụng ở ĐBSCL 18

1.4.1 Trồng cỏ Vetiver 19

1.4.2 Gia cố bằng rọ đá hộc 20

1.4.3 Gia cố bằng cừ tràm kết hợp bao tải đất 21

1.4.4 Gia cố bằng vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật 21

Chương 2 - NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TALUY NỀN ĐƯỜNG

2.1 Các dạng mất ổn định taluy nền đường 25

2.2 Tính toán ổn định mái dốc 26

2.2.1 Các dạng mặt trượt tính toán theo trạng thái cân bằng giới hạn 26

2.2.2 Tính toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 27

2.2.3 Tính toán theo phương pháp phân mảnh 29

2.2.3.1 Phương pháp phân mảnh cổ điển 30

2.2.3.2 Phương pháp đơn giản hoá của Janbu 31

2.2.3.3 Phương pháp đơn giản hoá của Bishop 32

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn đất 33

2.3.1 Tường chắn đất cứng 33

2.3.2 Tường mềm 33

2.3.3 Aùp lực hông của đất 34

2.3.3.1 Aùp lực hông của đất ở trạng thái nghỉ

34 2.3.3.2 Aùp lực đất chủ động 34

2.3.3.2.1 Aùp lực đất Rankine chủ động 34

2.3.3.2.2 Aùp lực đất Coulomb chủ động

35 2.3.3.3 Aùp lực đất bị động 36

2.3.3.3.1 Aùp lực đất Rankine bị động 36

2.3.3.3.2 Aùp lực đất Coulomb bị động 36

2.4 Nhận xét & kết luận 37

Chương 3 - NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHI SỬ DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT GIA CỐ 3.1 Kết cấu tường chắn đất 39

3.1.1 Tổng quan về tường chắn đất 39

3.1.1.2 Tường bán trọng lực 40

3.1.1.3 Tường console 40

3.1.1.4 Một số loại tường khác 41

3.1.2 Kết cấu tường chắn đất gia cố mái dốc 41

3.1.3 Nguyên tắc tác dụng của tường chắn đất gia cố mái dốc 42

3.1.3.1 Tác dụng tổng thể 42

3.1.3.2 Tác dụng của cừ tràm 43

3.1.3.3 Tác dụng của thanh chống xiên 43

3.1.4 Ưu điểm của tường chắn đất gia cố mái dốc 44

3.2 Thiết kế tường chắn đất 45

3.2.1 Những yếu tố cần xem xét khi thiết kế 45

3.2.2 Tính toán thiết kế tường chắn đất 45

3.2.2.1 Điều kiện địa hình, địa chất và kích thước hình học của nền đắp 45

3.2.2.2 Kiểu tường chắn 45

3.2.2.3 Tải trọng tác dụng lên tường 45

3.2.2.3.1 Ttrọng lượng bản thân tường chắn 46

3.2.2.3.2 Trọng lượng đất đắp sau lưng tường chắn 46

3.2.2.3.3 Aùp lực ngang của đất sau lưng tường 46

3.2.2.3.4 Aùp lực ngang của đất khi có hoạt tải nằm trên lăng thể trượt 48

3.2.2.3.5 Phản lực đất nền dưới bản đáy móng tường chắn 49

3.2.2.4 Tính toán ổn định tường chắn 50

3.2.2.4.1 Oån định kết cấu thân tường 50

3.2.2.4.2 Kiểm tra ổn định lật 51

3.2.2.4.3 Kiểm i5n định trượt ở đáy móng 51

3.2.2.4.4 Kiểm tra sức chịu tải đứng của đất nền 53

3.2.2.4.5 Kiểm tra ổn định trượt tổng thể 53

3.3 Kết luận chương 3 54

TRÌNH CỤ THỂ ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT

4.1 Giới thiệu chung 56

4.1.1 Hiện trạng tuyến 56

4.1.2 Điều kiện khí hậu, thủy văn 57

4.1.3 Điều kiện địa chất 58

4.1.4 Phân tích nguyên nhân gây sạt lở mái taluy 60

4.1.5 Phương pháp xử lý 60

4.2 Phương pháp và thông số tính toán 61

4.2.1 Mô hình tính toán 61

4.2.2 Tải trọng tính toán 64

4.2.2.1 Trọng lượng bản thân tường chắn 64

4.2.2.2 Trọng lượng đất đắp sau lưng tường chắn 64

4.2.2.3 Aùp lực đất ngang chủ động do đất và hoạt tải tác dụng lên tường 64

4.2.2.4 Aùp lực đất ngang bị động trước tường 65

4.2.3 Xác định nội lực thân tường 67

4.2.4 Tính toán kiểm tra ổn định tường chắn 70

4.2.4.1 Phản lực đất nền dưới bản đáy tường chắn 70

4.2.4.2 Kiểm tra ổn định lật 70

4.2.4.3 Kiểm tra ổn định trượt ở đáy móng 70

4.2.4.4 Kiểm tra sức chịu tải đứng của đất nền 71

4.2.4.5 Kiểm tra ổn định trượt tổng thể 72

4.3 Kết luận chương 4 73

Kết luận & Kiến nghị 75 Phụ lục tính toán tường chắn

Tài liệu tham khảo

MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) với diện tích tự nhiên 39.600km2, bao gồm 13 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, có khoảng 17 triệu người, chiếm 21% dân số cả nước, tỷ lệ đóng góp GDP bằng 15,2%, đứng hàng thứ 3 trong 6 vùng kinh tế của cả nước Đây là vùng trọng điểm sản xuất lương thực, thực phẩm của cả nước, có thế mạnh về nông nghiệp, đánh bắt nuôi trồng thuỷ hải sản lớn nhất cả nước đồng thời có tiềm năng lớn về phát triển du lịch sinh thái, có vị trí an ninh quốc phòng hết sức quan trọng

Tuy là vùng đất được thiên nhiên ưu đãi, trù phú, tiềm năng phát triển to lớn nhưng ĐBSCL cũng đang đứng trước nguy cơ tụt hậu do sự yếu kém về nhiều mặt như : sự tăng trưởng kinh tế chưa ổn định, vững chắc, cơ cấu kinh tế chuyển dịch chậm, hệ thống hạ tầng kém phát triển, chất lượng nguồn nhân lực, trình độ dân trí, các điều kiện về y tế thấp hơn mức bình quân của cả nước, chất lượng, hiệu quả và sức cạnh tranh của các sản phẩm chưa cao, chủ yếu là sản phẩm thô, giá trị gia tăng thấp, chưa có được những sản phẩm có thương hiệu mạnh, tỷ lệ hộ nghèo còn cao Do đó, ĐBSCL đang đứng trước những thách thức to lớn, đặc biệt là trong giai đoạn hội nhập kinh tế quốc tế hiện nay

Xác định được những tiềm năng, lợi thế, tầm quan trọng cũng như những hạn chế, yếu kém của vùng ĐBSCL, Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm đến sự phát triển của vùng đất này, thời gian qua đã ban hành nhiều chủ trương, chính sách nhằm xây dựng ĐBSCL thành vùng kinh tế trọng điểm của cả nước, nhiều Nghị quyết, Quyết định, Chỉ thị đã ra đời để hiện thực hoá vấn đề đó như : Chỉ thị số 12/CT-TW ngày 16/4/2002 của Bộ Chính trị, đề án số 68/BCS ngày 10/7/2002 của Ban cán sự Đảng Chính phủ, Quyết định số 173/2001/QĐ-TTg ngày 6/11/2002 của Thủ tướng Chính phủ về phát triển kinh tế - xã hội vùng ĐBSCL giai đoạn 2001-2005, …

Sự yếu kém về kết cấu hạ tầng đã cản trở lớn đến sự phát triển của toàn vùng, trục đường chính là Quốc lộ 1A nối từ Long An đến Năm Căn (Cà Mau) nhưng phải ngắt quãng bởi sông Hậu, các Quốc lộ 63, 80, 91 trong quá trình nâng cấp còn phải phụ thuộc nhiều vào phà như Rạch Miễu, Cần Thơ, Vàm Cống Hệ thống giao thông nông thôn quá yếu kém, một phần do kết cấu địa chất nền đất yếu, suất đầu tư cao trong khi nguồn vốn đầu tư còn khó khăn, xây dựng kết cấu hạ tầng là yêu cầu bức bách phải hoàn thiện nhanh Nhà nước đang có chương trình đầu tư lớn nhằm hoàn thiện hệ thống cơ sở hạ tầng của vùng làm động lực kéo theo sự phát triển của các ngành khác như xây dựng cầu Cần Thơ, cầu Rạch Miễu, cầu Vàm Cống, Cao Lãnh, xây dựng tuyến đường cao tốc Tp HCM – Trung Lương – Cần Thơ, khôi phục lại tuyến đường sắt TP HCM – Mỹ Tho nhằm nâng cao năng lực vận chuyển đang tăng nhanh, tiếp tục đầu tư nâng cấp các sân bay Cà Mau, Phú Quốc, tuyến đường Hồ Chí Minh nối dài đến tận đất mũi Cà Mau, các tuyến đường Quản Lộ – Phụng Hiệp, Nam Sông Hậu N1, N2 dọc biên giới …,song song đó cũng chú trọng phát triển mạng lưới giao thông nông thôn ở vùng sâu, vùng xa, biên giới theo tinh thần công văn số 709/CP-CN ngày 25/5/2004 của Chính phủ

Tuy nhiên, trên một vùng đất yếu như ĐBSCL, chịu ảnh hưởng của chế độ thuỷ văn bán nhật triều và lũ lụt xảy ra hàng năm, để xây dựng được hệ thống cơ sở hạ tầng hoàn thiện, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng cần phải có sự đầu tư khá lớn về chi phí và chất xám cho các giải pháp xử lý nền và móng các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình giao thông Trong số hệ thống đường bộ với khoảng 6.600km (không kể đường nông thôn), trong đó có 12 quốc lộ với chiều dài 1.600km, các tỉnh lộ 2.499km, ngoài đường quốc lộ 1A là trục chính tương đối tốt còn lại các tuyến đường đã xuống cấp nghiêm trọng gây cản trở lưu thông trong vùng

Nét đặc thù của vùng ĐBSCL là vùng sông nước, với hệ thống kênh rạch chằng chịt, hình thành theo dạng mảng “xương cá”, nhiều kênh nhánh nối vào tuyến đường thuỷ quốc gia, liên kết các làng xã, huyện lỵ, tỉnh thành với nhau tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông thuỷ phát triển Trên cơ sở đó, mạng lưới đường giao thông nông thôn ở các tỉnh ĐBSCL thường được phát triển tự phát hoặc được

xây dựng dọc theo các tuyến kênh rạch mà không áp dụng hoặc áp dụng không thích hợp và triệt để các giải pháp xử lý nền đất yếu bên dưới công trình là nguyên nhân dẫn đến hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng, mặt đường lầy lội, trơn trượt, sạt lở mái taluy nền đường, … gây khó khăn cho việc đi lại và vận chuyển của nhân dân, hạn chế khả năng lưu thông

Ơû những tuyến đường lớn, tuyến đường chính, quan trọng nối liền các tỉnh hoặc các tuyến quốc lộ, giải quyết vấn đề sạt lở mái taluy nền đường thường là nhiệm vụ khó khăn cho công tác thiết kế đường hiện nay Do tuyến chạy sát bờ kênh nên không tránh khỏi bị sạt lở taluy tuyến, (cá biệt có chỗ sạt lở vào mặt đường), biện pháp dịch tim tuyến ra xa bờ kênh thường không được chấp thuận do khối lượng giải phóng mặt bằng khá lớn, kinh phí đầu tư xây dựng sẽ rất lớn, nguồn ngân sách không đáp ứng đủ, vì vậy, các biện pháp xử lý và gia cố chống sạt lở mái taluy thường là giải pháp cho người thiết kế

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Trước những vấn đề đã trình bày ở trên thì mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung giải quyết những vấn đề sau :

1 Khảo sát về các công trình giao thông đã hoặc đang xây dựng trên nền đất yếu bị sạt lở mái dốc và những nguyên nhân gây ra hiện tượng sạt lở, đặc biệt là các công trình ở đồng bằng sông Cửu Long

2 Dựa vào giải pháp thiết kế đưa ra để nghiên cứu về những cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định và biến dạng nền đường và mái dốc taluy 3 Sử dụng phần mềm (Plaxis, Slope/W, …) hoặc các chương trình tính toán

ổn định và biến dạng mái dốc trước và sau khi có giải pháp gia cố 4 Ứng dụng những kết quả trên vào các công trình thực tế

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu những kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về sự ổn định của mái dốc nền đắp, các phương pháp gia cố nhằm làm tăng khả năng chịu tải của nền đắp, đặc biệt là giải pháp tường chắn đắt

- Mô hình và phân tích bài toán dựa trên hai phần mềm GEO-SLOPE và PLAXIS 2D để đưa ra kết quả cần nghiên cứu

- Khảo sát quan trắc công trình thực tế để kiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết

- Ưùng dụng giải pháp nghiên cứu vào công trình thực tế

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG SẠT LỞ ĐƯỜNG Ở MIỀN TÂY

NAM BỘ; NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Đồng bằng sông Cửu Long, một trong những vùng châu thổ rộng và phí nhiêu ở Đông Nam Á và thế giới, là một vùng đất quan trọng, sản xuất lương thực lớn nhất nước, là vùng thuỷ sản và vùng cây ăn trái nhiệt đới lớn của cả nước, nằm trên địa hình tương đối bằng phẳng, mạng lưới sông ngòi, kênh rạch phân bố rất dày thuận lợi cho giao thông thủy vào bậc nhất so với các vùng ở nước ta

Mật độ sông chính ở khu vực ĐBSCL khoảng 0,06km/km2, mật độ kênh rạch khá lớn – tới 0,5km/km2 và mật độ lưới sông kênh rạch tổng hợp đạt 0,56km/km2 Mạng lưới kênh rạch khu vực nói chung phân bố tương đối đồng đều, kết hợp với các sông chính đã tạo thành một mạng lưới giao thông thủy khá hoàn chỉnh, hết sức thuận lợi cho các phương tiện vận tải vừa và nhỏ nhưng lại là một bất lợi lớn đối với các phương tiện giao thông đường bộ

Tổng diện tích ĐBSCL, không kể hải đảo, khoảng 3,96 triệu ha, trong đó khoảng 2,60 triệu ha được sử dụng để phát triển nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản Các nhóm đất chính ở ĐBSCL gồm :

• Đất phù sa sông (1,2 triệu ha) : tập trung ở vùng trung tâm ĐBSCL Chúng có độ phì nhiêu tự nhiên cao và không có các yếu tố hạn chế nghiêm trọng nào Nhiều loại cây trồng có thể canh tác được trên nền đất này

• Đất phèn (1,6 triệu ha) : đặc trưng bởi độ axit cao, nồng độ độc tố nhôm tiềm tàng cao và thiếu lân Nhóm đất này cũng bao gồm cả các loại đất phèn nhiễm mặn nặêng và trung bình Các loại đất phèn tập trung tại Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên, còn các loại đất phèn mặn tập trung tại vùng trung tâm bán đảo Cà Mau

• Đất nhiễm mặn (0,75 triệu ha) : chịu ảnh hưởng của nước mặn trong mùa khô Các vùng đất này khó có thể được cung cấp nước ngọt, hiện nay lúa được trồng vào mùa mưa và ở một số khu vực nuôi tôm trong mùa khô

• Các loại đất khác (0,35triệu ha) : gồm đất than bùn (vùng rừng U Minh), đất xám trên phù sa cổ (cực Bắc của ĐBSCL) và đất đồi núi (phía Tây-Bắc ĐBSCL)

• Như vậy, nhìn chung, ĐBSCL rất thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, tuy nhiên do nền đất yếu nên để xây dựng công nghiệp, giao thông, bố trí dân cư

cần phải có các biện pháp gia cố, bồi đắp, nâng nền đòi hỏi nhiều chi phí

Hình 1.1 : Bản đồ sông rạch ở đồng bằng sông Cửu Long

1.1.1 Đặc điểm khí hậu, khí tượng

- Mùa mưa từ tháng năm đến tháng mười một mang theo gió mùa Tây Nam, khí hậu ẩm ướt, khoảng 90% lượng mưa tập trung trong vào mùa mưa

- Mùa khô từ tháng mười hai đến cuối tháng tư năm sau, mang theo gió mùa Đông Bắc, Lượng mưa chiếm khoảng 10%

• Độ ẩm :

Độ ẩm tương đối ở đồng bằng sông Cửu Long khoảng 80% vào mùa mưa và khoảng 60% vào mùa khô

Tóm lại, đặc điểm bất lợi nhất của điều kiện khí hậu có ảnh hưởng đến công tác xây dựng của vùng là sự phân bố mưa theo mùa

1.1.2 Đặc điểm chế độ thuỷ văn

Chế độ thuỷ văn ở đồng bằng sông Cửu Long chịu ảnh hưởng rất lớn của dòng chảy sông Mekông, thủy triều biển Đông, thủy triều vịnh Thái Lan và chế độ mưa của từng tiểu vùng

1.1.2.1 Sông Mêkông

Sông Mêkông có diện tích lưu vực 795.000km2, tổng lượng nước hàng năm là 450tỷ m3, lưu lượng bình quân năm khoảng 14000m3/s Hàng năm đồng bằng sông Cửu Long bị nước lũ của sông Mêkông chảy về gây ngập lụt cho phần phía Bắc của đồng bằng Nước lũ truyền vào đồng bằng theo các kênh rạch nối với sông Tiền, sông Hậu và từ phía Bắc tràn vào theo biên giới Việt Nam – Campuchia Thông thường vào cuối tháng bảy, đầu tháng tám nước lũ bắt đầu gây ngập và đạt đỉnh lũ cao nhất vào cuối tháng chín, đầu tháng mười Diện tích ngập lũ ở đồng bằng sông Cửu Long khoảng 1400000ha, tuỳ từng nơi thời gian ngập lũ từ hai đến năm tháng

1.1.2.2 Thủy triều

Gần như toàn bộ diện tích đồng bằng sông Cửu Long chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều biển Đông và vịnh Thái Lan Thủy triều biển Đông theo các sông Vàm Cỏ Tây, sông Tiền, sông Hậu, sông Mỹ Thanh, sông Gành Hào, sông Bồ Đề và các sông rạch nối thông với các sông này Thủy triều vịnh Thái Lan theo các sông Ông Đốc, sông Cái Lớn và các sông rạch khác truyền mặn vào nội đồng làm ảnh hưởng đến một vùng đất rộng lớn ở phía Tây đồng bằng sông Cửu Long

Thủy triều biền Đông theo chế độ bán nhật triều, có biên độ triều lớn Ở khu vực ven biển và cửa sông có biên độ từ 2 ÷ 3.5m Thủy triều vịnh Thái Lan theo chế độ nhật triều không đều, ở khu ven biển và khu cửa sông có biên độ 0.7 ÷ 1.1m Vào sâu trong đồng biên độ triều giảm mạnh và do thủy triều truyền vào theo nhiều hướng khác nhau, tạo nên các khu vực giáp triều, tại đây có biên độ triều rất nhỏ như trung tâm Đồng Tháp Mười, trung tâm tứ giác Long Xuyên, trung tâm bán đảo Cà Mau Ơû những vùng này vào mùa khô có biên độ từ 0.3 ÷ 0.5m, trong mùa mưa dưới 0.3m

1.1.3 Đặc điểm địa chất ở đồng bằng sông Cửu Long

1.1.3.1 Cấu trúc địa chất :

Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục địa chất cho rằng cấu trúc ở ĐBSCL có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc - Tây Nam mà trung tâm bồn trũng có thể là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu, khu vực này có lớp móng đá sâu tới 900m Phủ lên trên lớp móng đá là các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ Tứ, trên

cùng là tầng trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15000 năm, có chiều sâu lên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, móng của các công trình chủ yếu đặt trên tầng đất yếu này

Cột địa tầng tổng hợp vùng đồng bằng sông Cửu Long gồm các tầng sau : i Tầng bồi tích trẻ hay gọi là trầm tích Holoxen QIV được phân chia thành ba

bậc : • Bậc Holoxen dưới QIV1-2 gồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cũng

kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lổ Pleixtoxen, chiều dày đạt tới 12m

• Bậc Holoxen giữa QIV2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10m đến 70m

• Bậc Holoxen trên QIV3 gồm tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành, thành phần vật chất, tuổi và điều kiện phân bố Chiều dày của thành tạo trầm tích trên biến đổi từ 9m đến 20m, trung bình 15m

Toàn bộ chiều dày trấm tích Holoxen đạt tới 100m ii Tầng bồi tích cổ hay gọi là trầm tích Pleixtoxen Tại khu vực đồng bằng

sông Cửu Long, tầng trầm tích này gồm 3 ÷ 5 tập hạt mịn xen kẽ với 3 ÷ 5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với pleixtoxen trên, giữa và dưới Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ 1-2m đến 40-50m, các tập hạt thô được đặc trưng bằng bề dày thay đổi từ 4 ÷ 85m

1.1.3.2 Đặc trưng cơ lý của đất nền ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

Các lớp đất có cấu tạo mặt cắt trầm tích Holoxen ở đồng bằng sông Cửu Long đều thuộc loại đất yếu Các lớp đất chính thường gặp là những loại đất sét hữu cơ và đất sét không lẫn hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặp những lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn laterit, ngay trong các lớp đất sét còn gặp các vệt cát mỏng Các lớp đất này thường có độ ẩm tự nhiên vượt qua giới hạn chảy Hệ số rỗng, độ bão hoà nước, độ sệt, hệ số nén lún cao, trái lại, sức chống cắt, sức chống nén đơn quá thấp

Hình 1.2 : Bản đồ địa chất dọc theo sông Tiền , đồng bằng sông Cửu Long

Dựa theo hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại của những công trình thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Cửu Long, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, thành phố Hồ Chí Minh v.v… có thể phân chia các lớp đất nền như sau :

i Lớp đất trên mặt :

Dày vào khoảng 0.5 ÷ 1.5m, gồm đất sét hạt bụi đến sét cát, màu xám nhạt đến vàng xám Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen Tùy theo vùng mà có nơi nằm trên mực nước ngầm hoặc dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy)

ii Lớp sét hữu cơ :

Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ 3 ÷ 4m (ở Long An), 9 ÷ 10m (vùng Thạch An) đến 18 ÷ 20m (vùng Long Phú, Hậu Giang) Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển

Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt Hàm lượng hạt sét chiếm 40% ÷ 70% Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2% ÷ 8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết Ơû các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ dưới dạng than bùn Đất rất ẩm, thường quá bão hòa nước, các chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi như sau :

- Dung trọng thiên nhiên γw = 1.35 – 1.65 g/cm3 - Dung trọng khô γc = 0.64 – 0.95 g/cm3 - Độ ẩm thiên nhiên w = 50% – 100% (có nơi trên 100%) - Độ ẩm ở giới hạn chảy WT = 50% – 100%

- Độ ẩm ở giới hạn dẻo WP = 20% – 70%

- Tỷ số rỗng εo = 1.2 – 3.0 (có nơi > 3.0)

Nói chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy Đất chưa được nén chặt, hệ số rỗng lớn, dung trọng khô nhỏ, sức chống cắt thấp, trong thực tế thường gọi là lớp “bùn sét hữu cơ”

Đặc trưng chống cắt của lớp sét hữu cơ

Độ sệt B 0.25 ÷ 0.5 0.5 ÷ 0.75 0.75 ÷ 1.0 1.0 ÷ 1.5 >1.5 Tỷ số rỗng εo 1.2 - 2.0 1.2 - 2.0 1.4 - 3.0 1.4 - 4.0 1.4 - 4.0

Trị trung bình của c

iii Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát :

Lớp này dày khoảng 3.0 ÷ 5.0m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ với lớp đất sét không hữu cơ (dọc theo tuyến kênh Quản Lộ – Phụng Hiệp) Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang) lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét Lớp này không liên tục trên toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long

Một số tài liệu thu được ở Hậu Giang và sông Sài Gòn cho thấy chỉ tiêu vật lý của lớp cát như sau :

- Dung trọng thiên nhiên γw = 1.69 – 1.75 g/cm3 - Độ ẩm thiên nhiên w = 32% – 35% - Góc ma sát trong ϕ = 29 – 30o

iv Lớp đất sét không lẫn hữu cơ :

Lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở những độ sâu khác nhau Một số hố khoan ở Long An cho thấy lớp đất sét tương đối chặt nằm cách mặt đất 3 ÷ 4m, ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt khoảng 9 ÷ 10m (ở Thạch An, Hậu Giang), 15 ÷ 16m (ở Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu Giang), 25 ÷ 26m (ở Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đất sét càng nằm sâu cách đất thiên nhiên

Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt Các chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi như sau :

- Dung trọng thiên nhiên γw = 1.65 – 1.95 g/cm3 - Dung trọng khô γc = 1.05 – 1.55 g/cm3 - Độ ẩm thiên nhiên W = 25% – 55%

- Độ ẩm ở giới hạn chảy WT = 40% – 65% - Độ ẩm ở giới hạn dẻo WP = 20% – 30%

- Tỷ số rỗng εo = 0.7 – 1.5 Lớp đất sét này hoàn toàn bão hoà nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối chặt, khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu cơ

Đặc trưng chống cắt của lớp sét không lẫn hữu cơ

Độ sệt B 0 ÷ 0.25 0.25 ÷ 0.5 0.5 ÷ 0.75 0.75 ÷ 1.0 >1.0 Tỷ số rỗng εo 0.75 - 1.0 0.85 – 1.2 0.85 – 1.2 1.1 – 1.4 1.2 – 1.5 Trị trung bình của ϕ (độ) 17o 13o 11o 9o30’ 8o30’ Trị trung bình của c

Tóm lại, các đặc điểm địa chất ở đồng bằng sông Cửu Long bao gồm chủ yếu là đất bùn sét hữu cơ, sét, bùn á sét, bùn á cát phân bố trên toàn lãnh thổ, các loại đất này rất yếu về mặt chịu lực (khả năng chịu tải vào khoảng 0.5-1.0daN/cm2), khả năng chống cắt nhỏ, biến dạng lớn, hầu như ở trong trạng thái bão hoà nước, mođun biến dạng thấp Dạng trầm tích trẻ Holoxen này phần lớn nén chưa chặt, do đó dễ thay đổi kết cấu tự nhiên, nhất là ở những vùng đất ven sông, rạch, dẫn đến hiện tượng xói ngầm, cát chảy … Vì vậy, chi phí cho các giải pháp xử lý, nâng cao khả năng chịu tải của đất nền dưới móng của những công trình xây dựng trên vùng ĐBSCL thường chiếm phần lớn trong tổng chi phí xây dựng công trình

1.2 HIỆN TRẠNG SẠT LỞ Ở ĐBSCL

1.2.1 Sạt lở ở ĐBSCL

Tình hình sạt lở bờ sông đã và đang diễn ra thường xuyên ở ĐBSCL, đặc biệt là vào mùa lũ Việc xây dựng những công trình thủy lợi có thể gây ra tác động tiêu cực đến dòng chảy, đồng thời việc làm bờ kè ven sông, xây dựng một số cơ sở sản xuất, khai thác cát lậu tràn lan trên sông Tiền và sông Hậu … đã làm thay đổi dòng chảy gây nên sạt lở liên tục

Hệ thống cung cấp nước xây dựng trên bờ sông ở thành phố Cần Thơ đang bị tình trạng sạt lở hoạt động đe doạ nghiêm trọng Mặc dù đã có vài giải pháp gia cố được đưa ra nhưng vẫn không đạt được hiệu quả như mong muốn Chỉ trong vòng 3 năm qua, hơn 10m bờ sông đã bị sạt lở và được tiên đoán toàn bộ đường ống cung cấp nước sẽ bị phá huỷ chỉ trong vòng hai năm tới nếu không có biện pháp gia cố thích hợp

Hình 1.3 : Hình ảnh sạt lở bờ sông Mêkông

1.2.2 Sạt lở gần 1.000m tuyến đê biển ở Trà Vinh

Tuyến đê biển thuộc xã Hiệp Thạnh, huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh được xây dựng từ cuối năm 1997, cách bờ biển 200m với tổng chiều dài 1.400m nhằm đảm bảo an toàn cho gần 1.000ha đất sản xuất nông nghiệp, đất nuôi trồng thuỷ sản và hơn 800 hộ dân đang sinh sống thuộc 3 ấp của xã

Hiệp Thạnh.Aûnh hưởng của thuỷ triều dâng cao và gió chướng sớm thổi về gây sóng to đánh vào tuyến đê liên tục trong nhiều ngày đã làm sạt lở gần 1.000m đê, trong đó có 10 điểm trên toàn tuyến đê bị sạt lở chỉ còn từ 1m đến 1.5m, đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và nhân dân trong vùng.

Sở Nông nghiệo & Phát triển nông thôn tỉnh Trà Vinh đã tổ chức đoàn kiểm tra tình hình sạt lở tuyến đê biển Hiệp Thạnh Dự kiến tỉnh sẽ cho gia cố trước mắt 220m đê bị sạt lở nghiêm trọng nhất bằng tường rọ đá với tổng kinh phí hơn 560 triệu đồng

1.2.3 Sạt lở nghiêm trọng ở Cần Thơ

Sau đợt khô hạn kéo dài, ĐBSCL đang bước vào mùa mưa Nước từ những trậân mưa lớn đầu mùa đang khoét sâu các vết nứt ven sông, liên tiếp gây nên các vụ sạt lở nghiêm trọng

Vào ngày 18/5/2005, trên tuyến tỉnh lộ 923 đã xảy ra vụ sạt đất nghiêm trọng tại khu vực gần chợ xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, Tp Cần Thơ Vụ sạt lở làm hơn 30m đường nhựa của tỉnh lộ 923 bị sụp hoàn toàn, kéo đổ một cột điện cao thế, 5 căn nhà trực tiếp bị ảnh hưởng và trên 20 căn nhà khác phải di dời khẩn cấp khỏi khu vực nguy hiểm Nguyên nhân sự cố được xác định do đoạn đường này nằm cặp sông Cái Răng thường xuyên bị sạt lở

Hình 1.4 : Một trong những điểm sạt lở nghiêm trọng của tuyến đê

Cũng tại Cần Thơ, vào ngày 26/5/2005, tại Km21+060 quốc lộ 91, đoạn qua địa phận phường Châu Văn Liêm, quận Ô Môn bị sạt lở một đoạn đường dài khoảng 30m, rộng 4,3m, sâu trên 2,2m nguyên nhên do nền đường yếu, bị tác động bởi các phương tiện thủy lưu thông trên tuyến sông Ô Môn làm xói lở lề đường (dang dở hàm ếch) … Đây cũng là đoạn đường thường bị sạt lở vào mùa mưa lũ hàng năm

Một điểm nóng về sạt lở khác đang âm ỉ diễn ra tại sông An Hoá, huyện Châu Thành, tỉnh Bến Tre và ngày càng trở nên nghiêm trọng Tại khu vực sạt lở của ấp Châu Thành, có nơi đất đã sạt lở sâu vào đến 12m, sông lấn sát lộ lưu thông của ấp, nếu không có biện pháp khắc phục thì thời gian tới sông sẽ lấn vào khu dân cư

1.2.4 Sạt lở quốc lộ 1A ở Bạc Liêu

Ngày 11/6/2006, mố cầu Chệt Niêu nằm trên tuyến quốc lộ 1A (đoạn qua ấp 14, xã Vĩnh Mỹ B, huyện Hoà Bình, tỉnh Bạc Liêu) bị sạt lở đất và lún làm hư toàn bộ hệ thống kè bằng bêtông chống sạt lở đoạn dốc dẫn lên cầu Vết sạt lở kéo dài chừng 75m, ngang 10m, gần hết đoạn quốc lộ cũ, ước thiệt hại hàng tỷ đồng

Ban điều hành dự án MD2 (Bộ Giao thông vận tải) chưa trả lời được việc gây sụt, trượt nền đường Trước đó, vào ngày 31/5, một vụ sạt lở đất và lún mố cầu Sư Sơn cũng đã xảy ra trên tuyến quốc lộ 1A (đoạn qua ấp 1, xã Tân Phong, huyện Giá Rai) làm chìm 10 nhà ven sông tỉnh Bạc Liêu-Cà Mau, thiệt hại trên 2,3 tỷ đồng

Nguyên nhân hai vụ sạt lở trên có thể là do thiết kế chưa tính được sức chịu tải của nền đất yếu và hệ thống kè chắn dọc theo tuyến sông Bạc Liêu-Cà Mau dẫn lên dốc cầu

1.2.5 Một số hình ảnh sạt lở ở ĐBSCL

Hình 1.5 : Vụ sạt lở nghiêm trọng trên tuyến tỉnh lộ 923 (Cần Thơ) cuối tháng 5/2005

Hình 1.6 : Vụ sạt lở trên tuyến quốc lộ 1A (thuộc tỉnh Bạc Liêu) ngày 11/6/2006

Hình 1.8 : Môt số hình ảnh của đường tỉnh 863, Tiền Giang một bên tuyến chạy dọc kênh đã bị sạt lở nghiêm trọng, người dân tự gia cố bằng cách đóng những cây cừ tràm bảo vệ

1.3 MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY SẠT LỞ Ở ĐBSCL

Mạng lưới kênh rạch phân bố tương đối đồng đều trong toàn khu vực kết hợp với các dòng sông chính ở đồng bằng sông Cửu Long đã tạo thành một mạng lưới giao thông thủy khá hoàn chỉnh, hết sức thuận lợi cho các phương tiện vận tải vừa và nhỏ, nhưng lại là một bất lợi lớn đối với các phương tiện giao thông đường bộ Do đó, hệ thống giao thông đường bộ ở đây thường chỉ được phát triển tự phát hoặc được xây dựng dọc theo các tuyến kênh rạch nhằm kết hợp phục vụ vận chuyển hàng hoá và nhu cầu đi lại của nhân dân

Như vậy, hầu hết các tuyến đường bị sạt lở đều nằm dọc theo các tuyến kênh, rạch nên những nguyên nhân gây ra sạt lở có liên quan đến cấu tạo địa chất yếu ven sông, chế độ thủy văên trong vùng và một số nguyên nhân do tác động của con người

Hình 1.7: Con đường nhựa xuyên qua năm xã cù lao Tây (đoạn qua xã Tân Bình, Thanh Bình Đồng Tháp) đã bị “liếm”, khoét sâu vào tim lộ.

1.3.1 Cấu tạo địa chất

Như đã nói ở trên, vùng ĐBSCL nằm trên vùng địa chất yếu và hệ thống kênh rạch chằng chịt, phần lớn đất đai và hệ thống đường giao thông nằm dọc theo bờ sông hoặc bờ kênh, do đó có các đặc điểm của đất yếu ven sông và chịu ảnh hưởng khá lớn của chế độ dòng chảy Có thể tóm tắt một số đặc điểm cơ bản như sau :

- Cường độ cơ học thấp và luôn có xu hướng giảm khi có điều kiện ngoại cảnh tác động Nước của sông làm cho nước ngầm trong đất yếu hoạt động mạnh gây nên hiện tượng cát chảy, xói ngầm, tan rã

- Do nền đất yếu nên khả năng chịu tải rất nhỏ, dễ dàng gây biến dạng lớn, dễ xảy ra hiện tượng co nở khi có nước thấm đối với đất loại sét ở vùng ven biển, ven sông

- Xét trong phạm vi độ sâu 5.0m ÷ 7.0m kể từ mặt đất, vùng chịu ảnh hưởng rộng của tải trọng nền đắp và tải trọng xe lưu thông, đất nền thường gặp là các đất loại sét (sét, á sét, á cát) ở trạng thái dẻo cứng, dẻo chảy, chảy và các loại bùn sét, bùn á sét, bùn á cát có chứa nhiều hợp chất hữu cơ Các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất như sau :

o γ < 1.7g/cm3

o eo ≥ 1 o G ≥ 8 o W ≥ 40%

o Eo ≤ 50 daN/cm2

o a ≥ 0.01 cm2/daN o C ≤ 0.1 daN/cm2 o ϕ ≤ 10o

Các loại đất sét và bùn sét dẻo chảy như trên đều thuộc lớp trầm tích Holoxen trẻ, hầu như chưa qua quá trình cố kết nén chặt tự nhiên cộng với mực nước ngầm trong đất cao làm giảm giá trị cường độ kháng cắt của đất, làm phát sinh hiện tượng cát chảy nên gây ảnh hưởng xấu đến bờ sông cũng như những công trình ven sông

Tóm lại, những công trình xây dựng nói chung và những công trình giao thông được xây dựng ven sông như nền đường đắp, cầu, cống bắc qua sông rạch nói riêng ở đồng bằng sông Cửu Long đều đặt trên vùng đất yếu (chủ yếu là bùn sét và sét) có khả năng chịu tải và độ ổn định thấp nên đòi hỏi phải đầu tư nhiều cả trong công tác thiết kế và chi phí cho những giải pháp thiết kế được đưa ra để công trình xây dựng đảm bảo hoạt động tốt

1.3.2 Chế độ thủy văn trong vùng

Lũ lụt xảy ra hàng năm, chế độ nhật triều không đều của vịnh Thái Lan và chế độ bán nhật triều của biển Đông đã ảnh hưởng không nhỏ đến các công trình xây

dựng ở đồng bằng sông Cửu Long, nhất là đối với những công trình giao thông nằm ven theo sông rạch

Thời gian nền đường ngập nước có ảnh hưởng mạnh đến tính chất cơ lý của đất nền và đất đắp, nhất là đối với đất dính Mặt khác, vận tốc dòng nước vào mùa lũ rất lớn so với vận tốc không xói lở cho phép, do vậy sự sạt lở nền đắp khi ngập lũ dễ dàng và nghiêm trọng Xét về khía cạnh cơ học, có thể phân tích tác dụng của nước lũ đối với nền đắp như sau :

™ Tác dụng tĩnh - Khi nước lũ lên cao : phần khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ bị

đẩy nổi Khi đó, áp lực chủ động của khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ được tính với trọng lượng thể tích đẩy nổi γ’ Thông thường γ’< γ vì vậy áp lực đất chủ động tác dụng lên nền đắp sẽ giảm

Mặt khác, khi ngập nước, độ ẩm trong nền đắp nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ tăng lên Với đất sét, lực dính giảm đi dẫn đến áp lực đất chủ động lên mái dốc nền đắp có xu hướng tăng lên Trong trường hợp này cần xem xét cụ thể sự tương quan của việc giảm áp lực do khối đất bị đẩy nổi và việc tăng áp lực đất chủ động do áp lực giảm

- Khi nước lũ rút : phần khối đất nằm trên mực nước ngầm ổn định sẽ không

bị đẩy nổi và áp lực đất chủ động tác dụng lên mái dốc của nền đắp sẽ được tính với trọng lượng thể tích đất bão hoà γsat Do γsat > γ nên áp lực đất chủ động tác dụng lên mái dốc nền đắp sẽ lớn hơn khi chưa có lũ xảy ra

Trường hợp khả năng thoát nước trong nền đắp ra ngoài chậm sẽ làm cho mực nước bên trong cao hơn mực nước bên ngoài Khi đó áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mái dốc nền đắp sẽ tăng lên dẫn đến mái dốc bị lún sụp

™ Tác dụng động: - Khi nước lũ lên cao : vận tốc dòng nước lớn gây xói lở mái dốc, làm giảm

áp lực đất bị động cộng với áp lực thủy tĩnh tăng do tác động trực tiếp của nước lũ lên nền đắp gây nguy cơ mất ổn định cho công trình

- Khi nước lũ rút : sự chênh lệch cột nước bên trong và bên ngoài mái dốc

làm cho nước từ trong nền dường chảy ra ngoài, tạo thành dòng chảy ngầm trong nền đắp Như vậy, ngoài áp lực thủy tĩnh của mực nước ngầm còn có áp lực thủy động của dòng chảy ngầm, làm tăng thêm áp lực lên mái dốc, gây nguy hiểm cho sự ổn định của nền đắp cao

1.3.3 Sạt lở do sóng đánh

Mạng lưới sông rạch chằng chịt, phong phú, liên thông và dẫn vào từng nhà đã tạo thành một hệ thống giao thông thủy khá hoàn chỉnh kết hợp với sự phát triển hệ thống giao thông đường bộ khó khăn, yếu kém, tốn kém nhiều chi phí chính là những yếu tố chính để phát triển mạnh các phương tiện giao thông thủy hiện nay ở đồng bằng sông Cửu Long Các phương tiện giao thông thủy như tàu, thuyền, bè, cano, phà … là những phương tiện chuyên chở và đi lại chính của người dân ở đây và đã góp phần không nhỏ làm sạt lở và hư hỏng các công trình giao thông như đường và cầu dọc theo các dòng sông, rạch

Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh của nền kinh tế ở đồng bằng sông Cửu Long kết hợp với nhu cầu vận chuyển và đi lại ngày càng nhanh chóng của người dân đã làm số lượng các loại thuyền bè có trang bị máy chạy trên sông tăng lên đáng kể Chính số lượng tàu bè máy chạy trên sông với mặt độ ngày càng tăng này đã tạo nên những đợt sóng lớn và thường xuyên tác động vào bờ sông cũng như các công trình đường đắp ven sông

Những đợt sóng do thuyền bè qua lại trên sông tác động vào bờ sông và công trình ven sông có cơ chế hoạt động giống như khi nước lũ dâng lên và rút xuống như phân tích ở trên nhưng với chu kỳ và cường độ lớn hơn rất nhiều, do số lượng tàu, thuyền di chuyển trên sông lớn, nênđã gây ra tình trạng sạt lở lớn thường xuyên và nghiêm trọng ở đồng bằng sông Cửu Long, nhất là khi nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá bằng đường thủy của người dân trong vùng ngày càng tăng, các phương tiện vận tải đường thủy được trang bị những động cơ máy ngày càng mạnh và hiện đại hơn để đáp ứng những đòi hỏi chất lượng cao và nhanh chóng ở đây

1.3.4 Một số nguyên nhân khác

Hiện tượng sạt lở bờ sông và những công trình ven sông ở đồng bằng sông Cửu Long ngoài những nguyên nhân kể trên còn phải kể đến một số tác động khác do con người gây ra như :

- Kể từ năm 1975, một hệ thống thủy lợi qui mô như các công trình thủy điện, nhà máy cung cấp nước, các đê bao, đập ngăn mặn, đê bao chống lũ … đã được xây dựng trong toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long nhằm mục đích phát triển nhanh chóng vùng đồng bằng này Có thể nói hệ thống thủy lợi đó đã góp phần không nhỏ trong việc phát triển kinh tế xã hội ở ĐBSCL Tuy nhiên chính những công trình thủy lợi đó đã phát sinh ra nhiều vấn đề, ảnh hưởng tiêu cực đến đất đai và công trình ngày càng rõ nét

Hệ thống thủy lợi hiện nay ở ĐBSCL đã làm cho cơ chế và tình trạng thủy học của sông mất cân bằng Ơû thượng nguồn, hệ thống đê đập ngăn lũ không cho nước lũ chảy tràn qua biên giới mà tập trung vào sông rạch làm cho chiều sâu

và vận tốc dòng chảy trong những dòng sông gia tăng Ơû hạ nguồn, việc lấy nước canh tác cùng với hệ thống đê đập ngăn mặn và đê biển làm giảm vận tốc dòng chảy, có nhiều nước nước không còn luân chảy được nữa Tình trạng mất cân bằng này xảy ra nên dòng sông sẽ tự điền chỉnh để lập lại sự cân bằng đã mất thông qua hiện tượng sạt lở hoặc bồi lắng

- Sự chặt phá rừng bừa bãi, khai thác tài nguyên thiên nhiên như cát, đá, khoáng sản ngày càng nhiều, không tuân thủ các nguyên tắc bảo vệ tài nguyên của con người đã làm giảm đi những nhân tồ bảo vệ con người và đất đai khi có thiên tai lũ, lụt, sóng thần … , gây nên tình trạng sạt lở ngày càng nhiều không chỉ ở vùng ĐBSCL

- Ngoài ra còn phải kể đến các giải pháp thiết kế không phù hợp, trình tự thi công không đúng quy trình đặt ra cũng như những hạn chế về mặt kinh phí khi xây dựng công trình đã làm cho công trình bị sạt, trượt

Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu và đưa ra giải pháp gia cố chống sạt lở của đề tài chỉ quan tâm đến những nguyên nhân chính mà không đề cập đến những nguyên nhân kể trên

1.4 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ THƯỜNG SỬ DỤNG Ở ĐBSCL

Hằng năm, những nguyên nhân kể trên như điều kiện địa chất, chế độ lũ lụt và do con người đã làm biến mất hàng trăm hecta đất và làm sạt lở hàng nghìn kilomet đường ven sông ở đồng bằng sông Cửu Long Do đó, để ngăn chặn việc đất đai mùa màng bị biến mất do hiện tượng sạt lở, nhiều giải pháp phòng chống được đưa ra như làm tường chắn đất bằng gỗ, bêtông hoặc đá hộc, trồng cây cừ tràm, trồng cỏ mái taluy nền đường … Những giải pháp này thường có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau, tuỳ từng nguyên nhân, địa điểm, điều kiện cụ thể mà áp dụng giải pháp gia cố thích hợp

1.4.1 Trồng cỏ Vetiver

Nhiều loại cây cỏ sẵn có ở đồng bằng sông Cửu Long đã được trồng và sử dụng để gia cố bờ sông và taluy nền đường ven sông bị sạt lở mà nguyên nhân chủ yếu là do thuyền bè qua lại nhưng thường không đạt được kết quả như mong muốn Phần lớn những cây trồng thử nghiệm đều bị chết do úng nước khi qua mùa lũ và trong điều kiện đất sét bão hoà nước nhiễm mặn của vùng nước sông ven biển và nhiễm chua phèn của đất phù sa sông

Qua nghiên cứu và đã được trồng thử nghiệm thành công trên một số nước ở điều kiện địa chất và môi trường tương tự như vùng đồng bằng sông Cửu Long, hiện nay, cỏ Vetiver là một giải pháp mới có hiệu quả đang được đưa vào trồng ở Việt Nam, giúp ngăn chặn hiện tượng sạt lở ven sông Ngoài ra, cỏ Vetiver có giá thành

thấp và không đòi hỏi nhiều về mặt kỹ thuật và nhân công, vì vậy rất thích hợp cho một nước đang phát triển như Việt Nam

Hình 1.9 : Một đoạn đường được gia cố sạt lở bằng cỏ Vetiver

Cỏ Vetiver dùng để gia cố sạt lở có thể trồng và phát triển tốt trong điều kiện địa chất ở ĐBSCL như trong nước ngọt, nước lợ của sông, kênh rạch và trong đất phù sa cũng như đất phèn chua

1.4.2 Gia cố bằng rọ đá hộc

Cho đến nay rọ đá đã và đang được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả tốt trong các công trình xây dựng cầu đường, thủy lợi và xây dựng dân dụng ở mọi điều kiện địa hình và điều kiện môi trường

Ơû ĐBSCL, rọ đá hộc được sử dụng nhiều trong các công trình giao thông, dùng để gia cố taluy nền đắp, chống sạt lở Cấu tạo chung của loại kết cấu này là những rọ đan bằng sợi thép ∅2-6mm đường kính mắt lưới D=50-150mm, tạo thành những rọ lưới thép có dạng hình hộp 100x50x50cm, 100x100x50cm …, bên trong các rọ thép được nhồi bằng đá hộc hoặc cuội có đường kính D=100-250mm các khối rọ đá liên kết với nhau bằng các mối dây thép buộc hoặc bằng neo, sắp xếp và bố trí theo dạng

bậc cấp

Hình 1.10 : Đường, đê được gia cố bằng rọ đá hộc

Kết cấu rọ đá được sử dụng với nhiều ưu điểm như :

• Cho phép nước ngầm thoát qua các khe hở giữa các viên đá do đó giảm được áp lực thủy động của nước sau tường

• Liên kết với nhau bằng các mối nối mềm nên có thể biến dạng, chuyển vị trong phạm vi nhất định, có tác dụng làm giảm áp lực của đất sau tường

• Cấu tạo và thi công đơn giản • Về mặt giá thành rẻ hơn so với các loại kết cấu tường chắn khác Tuy nhiên, kết cấu rọ đá cũng có những nhược điểm làm cho giải pháp này không được sử dụng ưu việt hơn so với những loại tường chắn khác

• Kết cấu rọ đá có tuổi thọ ngắn, thường sử dụng tốt trong khoảng 2-3năm • Kết cấu này chỉ phát huy tốt khả năng chịu lực đối với tường chắn có

chiều cao hạn chế trong khoảng 5m • Thi công đơn giản bằng thủ công do đó không thể cơ giới hoá

1.4.3 Gia cố bằng cừ tràm kết hợp bao tải đất

Từ lâu, cây cừ tràm đã được trồng và phát triển mạnh ở ĐBSCL với nhiều ứng dụng trong xây dựng như làm nền móng các công trình nhà ở, cầu cống, đường sá, đê đập …,

Cừ tràm thường dùng để gia cố nền móng các công trình xây dựng ở ĐBSCL, được sử dụng và tính toán như một loại cọc đóng thông thường với ưu điểm sẵn có và giá thành rẻ hơn các loại cọc khác Cừ tràm tiêu chuẩn có chiều dài khoảng từ 3m-4m, tuỳ theo loại công trình và nền đất mà thường đóng 16cây/m2 hoặc 25cây/m2 Ngoài ra, cừ tràm còn được dùng để gia cố mái taluy bị sạt lở có kết hợp bao tải đất đối với những tuyến đường giao thông dọc bờ kênh có ưu điểm rẻ và thi công dễ dàng

Hình 1.10 : Mái taluy nền đường bị sạt lở gia cố bằng cừ tràm kết hợp bao tải đất

1.4.4 Gia cố bằng vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật và những sản phẩm của vải địa kỹ thuật đã được phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới từ những năm 60-80 của thế kỷ trước Ở Việt Nam, vải địa kỹ thuật lần đầu tiên được dùng trong dự án nâng cấp QL5 từ Hà Nội đi Hải Phòng dài 106km vào năm 1996, từ đó đến nay, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, đặc biệt là trong các công trình giao thông ở Việt Nam với nhiều chức năng khác nhau

Ơû đồng bằng sông Cửu Long, do nền đất yếu nên hầu hết các công trình đều có sử dụng giải pháp gia cố vải địa kỹ thuật hoặc các giải pháp gia cố kết hợp với vải địa kỹ thuật nhằm làm cho công trình hoạt động ổn định và bền vững Vải địa kỹ thuật chủ yếu được sử dụng và tính toán theo các chức năng sau như

- Làm lớp ngăn cách giữa các lớp vật liệu với nhau : dùng để ngăn cách giữa lớp đệm cát và lớp bùn ở dưới khi đắp nền trên đất yếu hoặc ngăn cách giữa hai lớp cát và cấp phối đá dăm Chức năng này của vải địa kỹ thuật được sử dụng trong các công trình đường đắp

- Gia cường nền đất yếu - Làm tường chắn đất - Làm tầng lọc nước sau lưng tường chắn - Làm vật liệu thấm để hạ mực nước ngầm - Chức năng chống xói mòn

Hình 1.11: VĐKT làm lớp chống xói taluy nền đắp ở vùng đồng bằng có mặt nước đọng

thường xuyên

Thiết kế vải địa kỹ thuật trong các công trình gia cường nền đất, gia cố mái taluy nền đường, đê, đập, làm tường chắn đất, san nền, lấn biển … có sự trợ giúp của các chương trình vi tính đã mang lại hiệu quả tốt cả về kinh tế và kỹ thuật, tao điều kiện thuận lợi trong thi công, rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng, nâng cao chất lượng khai thác và tuổi thọ công trình

Lưới địa kỹ thuật được cấu tạo bởi các sợi polyeste có độ bền cao, dệt thành mạng với kết cấu của các lỗ rỗng đều đặn nên có sức chịu lực đáng kể Lưới địa kỹ thuật có thể dùng gia cố đất trong các công trình đòi hỏi thiết kế chịu lực lâu dài, ổn định như tường chắn, ổn định dốc, gia cố nền đắp trên đất yếu

Hình 1.12 : Tuyến đường Tân Công Sính – Hưng Thạnh – huyện Tam Nông – tỉnh Đồng

Tháp được xây dựng có chức năng như một tuyến đê chống lũ và có thiết kế sử dụng lưới địa kỹ thuật để gia cố mái taluy đắp, tuy nhiên qua thời gian dài khai thác, chịu tác động của lũ lụt xảy ra hàng năm, nhất là trận lũ lớn năm 2000 đã làm mái taluy của nền đường bị sạt lở, làm bong bật, nứt gãy lớp lưới địa kỹ thuật đã được gia cường trước đây

Ngoài ra, một số giải pháp khác cũng đã được sử dụng để gia cố bờ sông và các tuyến đường ven sông bị sạt lở

Hình 1.13 : Gia cố mái dốc taluy nền đắp của đường dẫn vào cầu treo dây văng Tân Thuận bằng tấm đan bêtông có xen trồng cỏ và đường dẫn vào cầu Dần Xây bằng đá hộc xây có chèn

vữa

1.5 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN

Mạng lưới sông ngòi dày đặc, chằng chịt ở đồng bằng sông Cửu Long đã tạo nên một vùng đồng bằng trù phú, phì nhiêu với nhiều khu sinh thái sông nước đặc

biệt, những vườn cây ăn trái đặc trưng của miền Tây Nam Bộ Tuy nhiên đây cũng là một trong những nguyên nhân làm cho hệ thống giao thông đường bộ phát triển yếu kém hơn so với giao thông thủy

Đặc trưng cơ lý của đất nền ở đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu thuộc cấu trúc trầm tích trẻ Holoxen như các loại đất sét, bùn sét, á sét, sét lẫn hữu cơ … là những loại đất yếu, khả năng chịu tải kém, cường độ cơ học thấp, độ ổn định kém, dễ bị biến dạng khi có tác động của các điều kiện ngoại cảnh như mưa, bão, lũ lụt, thủy triều … Điều này làm cho các công trình xây dựng trên vùng này gặp nhiều khó khăn cho công tác thiết kế cũng như công tác thi công, nhất là khi xây dựng các công trình giao thông ven theo các sông, rạch

Địa chất yếu và những nguyên nhân khác đã nêu trong phần trên tác động vào đã ảnh hưởng tiêu cực đến các công trình xây dựng ở đây như sạt lở, biến dạng lớn, mất ổn định … Chi phí cho việc đầu tư và cải tạo nền móng các công trình xây dựng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long thường chiếm khá lớn trong tổng số chi phí xây dựng công trình (khoảng từ 30-60%) Vì vậy, nhiều giải pháp thiết kế đã được nghiên cứu và đưa vào áp dụng phù hợp với đặc trưng của vùng sao cho có thể đạt hiệu quả cao mà tiết kiệm được chi phí đầu tư

Trong phạm vi đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu về những nguyên nhân và giải pháp cho vấn đề sạt lở mái dốc taluy nền đường đắp, từ đó có cơ sở đề đề xuất giải pháp thích hợp Các giải pháp gia cố sạt lở mái dốc đã được sử dụng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long đều có những ưu nhược điểm riêng, tùy từng trường hợp và điều kiện địa chất cụ thể mà áp dụng giải pháp thích hợp, nâng cao hiệu quả sử dụng của công trình

Như vậy, từ những vấn đề nêu trên, nhiệm vụ cần nghiên cứu của tác giả trong luận án tập trung vào các vấn đề chính sau đây :

1.5.1 Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cố sạt lở đã và đang được thiết kế đưa

vào sử dụng từ trước đến nay ở đồng bằng sông Cửu Long, từ đó rút ra được những ưu và nhược điểm của từng biện pháp

1.5.2 Đề xuất được một giải pháp gia cố mái taluy nền đường hợp lý, phù hợp với

các điều kiện địa hình, địa chất của vùng đồng bằng sông Cửu Long, nhưng cũng phải đáp ứng được các điều kiện, tiêu chuẩn về chất lượng công trình và về kinh tế Phân tích các ưu nhược, điểm của giải pháp đề xuất để có được hướng nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo

1.5.3 Đưa ra cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán cụ thể của giải pháp đề

xuất và áp dụng vào một công trình thực tế, có thể so sánh với một vài giải

pháp gia cố khác để thấy được những ưu điểm của giải pháp đề xuất

CHƯƠNG 2 – NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH VÀ CƠ SỞ LÝ

THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TALUY NỀN

ĐƯỜNG2.1 CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH TALUY NỀN ĐƯỜNG

Terzaghi và Peck (1967) cho rằng “Sự trượt mái dốc xảy ra trong hầu hết mọi trường hợp có thể, cho dù nhanh hoặc chậm và có hoặc không có bất kỳ tác động rõ ràng nào”

Hình 2.1 : Các dạng mặt trượt mái dốc điển hình

Trượt mái dốc thường xuất hiện theo nhiều dạng khác nhau như trượt tịnh tiến, trượt phẳng, trượt tròn, hoặc trượt hỗn hợp Trượt tịnh tiến và trượt xoay có thể được phân loại tuỳ thuộc vào tỷ số D/L như sau :

Hình 2.2 : Mô hình tính toán phân loại mái dốc

• Trượt xoay (0.15 < D/L < 0.33) : xảy ra đặc trưng trong đất dính hoặc đá mềm yếu đồng nhất, khối trượt tụt xuống ở gần đỉnh mái dốc, di chuyển dọc theo mặt cắt cong và đẩy chồi ở phần chân dốc

• Trượt tịnh tiến (D/L << 0.10) : diễn ra do sự di chuyển của khối đất đá dọc theo mặt phẳng phân lớp hoặc do sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt dốc, thường khá nông và song song với mặt đất

• Trượt hỗn hợp : 0.1 < D/L < 0.15 Sự thay đổi các điều kiện như sức kháng cắt của đất nền, đặc điểm địa chất của mái dốc, áp lực nước lổ rỗng hoặc dòng thấm, chất tải, môi trường (mưa, thoát nước, sự ổn định bề mặt) thường thúc đẩy sự phá hoại mái dốc Các biến đổi đó có thể xảy ra ngay sau khi xây dựng hoặc phát triển chậm chạp trong nhiều năm hoặc xãy ra đột ngột ở thời điểm bất kỳ Vì vậy, trong việc phân tích các mái dốc đào cũng như mái dốc đắp cần thiết phải xem xét phá hoại do mặt trượt mới tạo ra hay theo mặt trượt đã tồn tại từ trước

2.2 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

2.2.1 Các dạng mặt trượt tính toán theo trạng thái cân bằng giới hạn

Phương pháp thường dùng nhất để phân tích sự ổn định trong đất dính hiện nay là dựa trên việc xem xét trạng thái cân bằng giới hạn của lớp đất Trạng thái cân bằng giới hạn của lớp đất tồn tại từ thời điểm mà dịch chuyển trượt bắt đầu và biến dạng cứ tiếp diễn trong khi ứng suất không đổi Đó là điều cần thiết đầu tiên để xác định hình dạng mặt trượt, khối đất di chuyển trên mặt này được coi như vật thể tự do ở điều kiện cân bằng

Một số dạng mặt trượt phổ biến được sử dụng trong tính toán ổn định mái dốc :

Hình 2.3 : Một số dạng mặt trượt phổ biến

Mặt trượt phẳng được coi là dạng mặt trượt đơn giản nhất do Cullmann đưa ra vào năm 1866 do việc phân tích sự cân bằng của vật thể tự do trong trường hợp này là đơn giản Mặt trượt phẳng thường xuất hiện trong những mái dốc đào với một lớp đất yếu mỏng nằm trên các lớp đất tốt khác Hệ số an toàn tính toán theo mặt trượt này thường cao hơn nhiều so với điều kiện ổn định thực tế

Các mặt trượt phức tạp hơn như mặt trượt hỗn hợp hoặc không theo quy tắc có thể cho kết quả gần đúng nhất nhưng phương pháp tính toán phân tích dài dòng và phức tạp, do đó thường không được sử dụng trong thiết kế

Trong phần lớn các bài toán, mặt trượt trụ tròn với mặt cắt là cung tròn sẽ cho kết quả thỏa mãn độ chính xác mà không cần thủ tục phân tích quá phức tạp Mặt trượt trụ tròn được xem là mặt tới hạn nhất trong mái dốc đồng nhất

Ngoài ra, sự ổn định mái dốc đào hay mái dốc đắp phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng Khi thi công khối đắp, áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng lên và giảm dần xuống sau khi thi công xong, vì vậy, hệ số an toàn thấp nhất đạt được trong khi thi công hoặc ngay sau khi thi công xong và sau đó đất sẽ dần dần bền chắc hơn Còn trong các rãnh hào, việc đào lúc đầu sẽ làm giảm áp lực nước lỗ rỗng nhưng khi có dòng thấm chúng sẽ tăng dần lên, do đó độ bền chống cắt và hệ số an toàn sẽ giảm đi theo thời gian Mặt khác, sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng sẽ ảnh hưởng đến sự thay đổi của độ bền chống cắt và ứng suất hữu hiệu Như vậy, tuỳ theo điều kiện của bài toán (ổn định ngắn ngày hay dài ngày) mà cần xét đến ứng suất tổng hay ứng suất hữu hiệu trong khối đất

2.2.2 Tính toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

Đối với mái dốc mới đắp hay mới đào, cần thiết phải xem xét sự ổn định ngắn ngày (trong và ngay sau thời gian thi công) trong điều kiện hoàn toàn không thoát nước và độ bền chống cắt được cho bởi τ = cu (có nghĩa ϕu = 0), do đó, có thể dùng phương pháp phân tích ứng suất tổng (ϕu = 0) với giả thiết mặt trượt phá hoại là mặt trượt trụ tròn có mặt cắt ngang là cung trượt giới hạn Tâm của cung trượt giới hạn ở một nơi nào đó trên đỉnh mái dốc Có thể tính trong hai trường hợp mái dốc đồng nhất và không đồng nhất

™ Trường hợp đất sét không thoát nước (ϕu = 0, cu ≠ 0), không có mặt nước trên sườn

Xét một mái dốc BC có mặt trượt sâu AED trong một lớp đất đồng nhất có sức chống cắt không thoát nước su = cu ≠ 0

Hình 2.4 : Sơ đồ mặt trượt chân trong khối đất đồng nhất Cung mặt trượt AED có bán kính r, tâm O, góc nội tiếp θ nên chiều dài cung

trượt AED = rθ Đây là bài toán phẳng nên bề dài dọc mái dốc được chọn là 1m

Mái dốc BC bị trượt bởi trọng lượng W1 của khối đất có diện tích FCDE :

W1 = diện tích FCDE x γ Khối đất bên trái có khuynh hướng chống lại sự trượt, có trọng lượng W2 :

W2 = diện tích FBAE x γ Momen gây trượt do trọng lượng khối đất :

Mgt = W1l1 – W2l2

Momen chống trượt do sức chống cắt tác động lên cung AED :

Mct = cu x r2 x θHệ số an toàn chống trượt k của mặt trượt có dạng :

2211

2

lWlW

rc

−θ=

Trong trường hợp mái dốc không đồng nhất xảy ra khi :

• Có mặt hai hay nhiều lớp đất khác nhau rõ rệt • Trong một lớp đất có độ bền cắt biến đổi đáng kể theo độ sâu Hệ số an toàn có thể tính như sau :

lWlW

c

cr

++

+θ+θ=

2211

22112

™ Trường hợp đất sét không thoát nước (ϕu = 0, cu≠ 0), có mặt nước trên sườn

Hình 2.5 : Sơ đồ mặt trượt trong trường hợp đất sét không thoát nước

Hình trên cho thấy mái dốc bị ngập một phần Từ hình có thể suy ra momen gây trượt đối với điểm O của khối EGH cân bằng với momen chống trượt đối với điểm O của khối EFG Như vậy, thực chất nước tồn tại ở phần mái dốc ngập nước tạo ra một thành phần momen kháng phụ làm tăng hệ số an toàn và trọng lượng của khối đất nằm phía trên mực nước ngầm FGH chính là thành phần gây ra trượt của khối đất

Do đó, hệ số an toàn của khối đất tăng lên khi mực nước dâng cao và giảm xuống khi mực nước hạ thấp

2.2.3 Tính toán theo phương pháp phân mảnh

Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp cung trượt tròn như trên không quan tâm đến sự phân bố ứng suất hữu hiệu bên trong mặt trượt Tuy nhiên, trong trường hợp tính toán cho bài toán dài ngày và có điều kiện biến đổi kéo dài sau khi kết thúc thi công (chẳng hạn hạ thấp mực nước đột ngột) có tính đến sự thay đổi của

c-φ trong đất thì sự phân bố ứng suất hữu hiệu bên trong mặt trượt cần phải được biết đến

Phương pháp phân mảnh chia khối trượt thành n mảnh nhỏ hơn và coi mỗi mảnh là một khối trượt độc lập chịu ảnh hưởng của một hệ lực như hình vẽ

Hình 2.6 : Sơ đồ tính toán cung trượt theo phương pháp phân mảnh

αi

γ’ = γsat - γw

γ’ = γxG

Hình 2.7 : Sơ đồ tính toán phân mảnh theo phương pháp phân mảnh

Sa = C + N’tanφ độ bền gây trượt Sm : sức kháng cắt (trượt) của đất trên bề rộng mảnh trượt

Uα : áp lực nước lỗ rỗng Uβ : áp lực thủy tĩnh bề mặt W : trọng lượng khối trượt N’ : áp lực pháp tuyến hữu hiệu, đặt ở tâm của mặt đáy mảnh trượt

Q : ngoại lực tác động

ZL : lực tác dụng của mảnh trượt bên trái ZR : lực tác dụng của mảnh trượt bên phải θL : góc nghiêng so với phương ngang của ZL

θR : góc nghiêng so với phương ngang của ZR

α : góc nghiêng của mặt đáy mảnh trượt β : góc nghiêng của mặt đỉnh mảnh trượt kv : hệ số áp lực đất ngang

kh : hệ số áp lực đất đứng

Nhiều cách phân tích tính toán khác nhau đã được đưa ra theo phương pháp phân mảnh, tuy nhiên, trong phạm vi đề tài chỉ tính toán so sánh hệ số an toàn theo ba phương pháp tính toán sau :

2.2.3.1 Phương pháp phân mảnh cổ điển

Phương pháp phân mảnh cổ điển của Fellenius giả thiết các lực giữa các mảnh kề nhau là bằng và ngược chiều nhau, do đó sẽ triệt tiêu lẫn nhau (ZL = ZR = 0) Như vậy chỉ cần giải các lực tác dụng lên đáy của mảnh trượt theo phương vuông góc với đáy của mảnh trượt

Tổng lực tác dụng lên đáy mảnh trượt :

δ

WkhW

kvW ZL

ZL

khWW

Độ bền gây trượt của khối đất

õtan'NC

trong đó C và N’ là lực dính và lực cắt ma sát của đất tính theo bề rộng 1 mảnh trượt

2.2.3.2 Phương pháp đơn giản hoá của Janbu

Phương pháp phân mảnh của Bishop giả thiết không có lực tác dụng giữa các mảnh trượt (ZL = ZR = 0) và thỏa mãn điều kiện cân bằng của tổng các lực thẳng đứng trong mỗi mảnh trượt.và tổng các lực nằm ngang trong toàn khối trượt

α

cos

coscos

1sin

cos

=⇒

Hệ số an toàn chống trượt theo trạng thái cân bằng giới hạn được định nghĩa như sau :

mS

õtan'NC

FõN

CSm = + Φ

cossin

11

FCkWm

Với

⎥⎦⎤⎢⎣

⎡ +=

F

α

tantan1cos

Tổng lực ngang trên một mảnh trượt :

∑ Fhi = N'+Uα sinα +Wkh −Uβsinβ −Qsinδ −Smcosα

Cân bằng tổng lực ngang trong khối trượt :