Luận văn thạc sỹ “Hoàn thiện công nghệ thiết kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL”

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, lựa chọn cách tiếp cận thích hợp để có thể phân tích ổn định của mái hố móng công trình trên nền đất yếu, qua đó hoàn thiện công tác thi công hố móng công trình khu vực đồng bằng sông Cửu Long, góp phần tích cực giảm thiểu rủi ro, tăng cường an toàn cho công trình, tiết kiệm chi phí xây dựng và sửa chữa.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI



LÊ VĂN QUỐC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

Mã số : 60 - 58 - 40

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH CÔNG VẤN

HÀ NỘI

MỤC LỤC

1.1 Tình hình sạt trượt mái hố móng khi thi công các công trình trên

1.2 Những nghiên cứu trong và ngoài nước về thiết kế và thi công

TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL.

33

1.6 Phân tích sự ổn định của mái đào móng trong điều kiện ĐBSCL 45

1.8 Ứng dụng Geo-Studio 2004 tính toán ổn định mái hố móng công

1.9 Phân tích nguyên nhân sạt trượt mái hố móng công trình trên

CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU

66

1.10 Hoàn thiện công tác khảo sát , thí nghiệm địa chất 66

PHỤ LỤC

Phụ lục chương 1

Phụ lục chương 2

Phụ lục chương 3

MỞ ĐẦU

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là phần cuối cùng của châu thổ sông Mekong có tổng diện tích tự nhiên 3.9 triệu ha Mặc dù, diện tích chỉ chiếm 12% diện tích đất cả nước nhưng hàng năm ĐBSCL đóng góp hơn 50% tổng sản lượng lương thực, xuất khẩu gạo chiếm gần 90% kim ngạch xuất khẩu của cả nước và các mặt hàng quan trọng khác Đến nay, cảnh quan và các mặt kinh tế ở ĐBSCL được phát triển rõ nét, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp Cùng song song với sự phát triển đó là việc xây dựng các công trình thủy lợi phục vụ tưới, tiêu, xả phèn,… cho khu vực

Các công trình thủy lợi khu vực ĐBSCL chịu ảnh hưởng của những điều kiện tự nhiên phức tạp như thủy triều, lũ lụt kéo dài, nền đất mềm yếu,… cho nên việc tính toán, thiết kế và thi công gặp nhiều khó khăn Một trong những vấn đề lớn gặp phải đó chính là sự cố mất ổn định gây nên sạt trượt mái khi thi công hố móng công trình, dẫn đến tình trạng phải xử lý gây lãng phí về tiền của, công sức và nhất là sự chậm trễ tiến độ xây dựng làm cho dự án gặp nhiều khó khăn Trong những năm qua, vấn đề sạt trượt mái hố móng công trình khu vực ĐBSCL đã được một số tác giả quan tâm, mà kết quả của những nghiên cứu này đã đóng góp thực sự cho vấn đề xử lý và ngăn ngừa sạt trượt mái trong quá trình thi công đào mómg Tuy nhiên những kết quả có thể ứng dụng trực tiếp còn hạn chế

Từ những thực tế trên, việäc “Hoàn thiện công nghệ thiết kế và thi công hố

móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL” là công việc mang tính

cấp thiết hiện nay Phân tích nguyên nhân sự cố để từ đó hoàn thiện các giải pháp thiết kế và thi công cho phù hợp với đặc điểm tự nhiên của ĐBSCL, rút ngắn được thời gian thi công và giá thành thấp nhất có thể để công trình sớm

được đưa vào sử dụng và phát huy hiệu quả

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, lựa chọn cách tiếp cận thích hợp để có thể phân tích ổn định của mái hố móng công trình trên nền đất yếu, qua đó hoàn thiện công tác thi công hố móng công trình khu vực đồng bằng sông Cửu Long, góp phần tích cực giảm thiểu rủi ro, tăng cường

an toàn cho công trình, tiết kiệm chi phí xây dựng và sửa chữa

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Quá trình nghiên cứu của luận văn áp dụng các phương pháp :

− Nghiên cứu những lý thuyết cơ bản của “cơ học đất” liên quan đến ổn định mái hố móng công trình

− Điều tra, khảo sát, thực tế thông qua các sự cố sạt lở hố móng công trình

− Khai thác nguồn thông tin, kết quả nghiên cứu trên mạng Internet

− Kết hợp với các đề tài, dự án đang thực hiện có nội dung phù hợp

− Ưùng dụng những thành tựu của công nghệ thông tin

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng cụ thể của đề tài là các cống đồng bằng (cống ngăn mặn, ngăn triều, kiểm soát lũ,…), một loại công trình chủ yếu của khu vực ĐBSCL Phạm vi nghiên cứu chủ yếu là khảo sát, thiết kế, thi công và xử lý sạt trượt mái hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long

1 Chương 1 TỔNG QUAN

CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL

1.1.1 Giới thiệu chung

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một vùng rộng lớn và trù phú của đất

nước, có nhiều tiềm năng để phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, công nghiệp chế biến, giao thông thủy, thương nghiệp, du lịch,

Sau ngày Miền Nam hoàn toàn giải phóng (1975) nhà nước đã đầu tư xây dựng nhiều hệ thống các công trình thủy lợi nhằm phục vụ phát triển nông nghiệp, nông thôn Các dự án thủy lợi đã đóng vai trò quan trọng đối với khu vực các tỉnh ĐBSCL đạt sản lượng lúa rất cao trong những năm qua, góp phần đảm bảo

an toàn lương thực và xuất khẩu Các dự án thủy lợi đã tạo điều kiện cho phát triển kinh tế, xã hội những vùng vốn có điều kiện tự nhiên khó khăn (nhiễm mặn, phèn, ), đời sống nhân dân được cải thiện

Hình 1.1: Hình ảnh cống Cần Chông – Tỉnh Trà Vinh

ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, mà thành phần cấu tạo của nó phổ biến là loại đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn, Một vấn đề rất quan trọng và cũng rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế và thi công là biện pháp xử lý mái của hố móng công trình thủy lợi trong điều kiện đất yếu với chiều dày lớn

ở ĐBSCL Có rất nhiều công trình khi thi công đã xảy ra tình trạng trượt mái hố móng làm gia tăng chi phí xử lý và chậm tiến độ thi công công trình Việc xử lý này chiếm nhiều kinh phí và gây trở ngại rất nhiều trong quá trình thi công Những năm gần đây vấn đề liên quan đến địa chất thủy văn, địa chất công trình tại khu vực ĐBSCL và biện pháp xử lý thi công hố móng công trình cũng đã được nhiều cơ quan và cá nhân nghiên cứu Tuy nhiên một số công trình xây dựng gần đây nhất như cống Ba Lai, cống Vĩnh Kim, cống KH9Đ, vẫn xảy ra sạt trượt mái rất nhiều lần Việc nghiên cứu các cơ sở khoa học của sự ổn định mái hố móng công trình trong điều kiện đất yếu ở ĐBSCL vẫn còn là đề tài cần thiết, hấp dẫn nhưng phức tạp, khó khăn

1.1.2 Điều kiện tự nhiên của ĐBSCL ảnh hưởng trực tiếp đến công tác

thiết kế và thi công hố móng công trình

1.1.2.1 Mưa:

Xu thế chung trên đồng bằng Nam Bộ, lượng mưa bình quân năm giảm dần từ bờ biển phía Tây (Hà Tiên, Rạch Giá, Cà Mau) sang phía Đông và từ phía Nam (Sóc Trăng, Bạc Liêu) lên phía Bắc Trong năm chia thành 2 mùa rõ rệt:

− Mùa mưa: từ tháng V đến tháng XI, lượng mưa chiếm trên 90% tổng lượng mưa năm, mưa lớn nhất vào các tháng IX, X Trong thời gian mùa mưa, hầu như các công trình xây dựng thủy lợi nói chung và đặc biệt là công tác đào móng công trình nói riêng đều tạm thời dừng thi công do đường xá bị lầy lún, đất dính ướt, các thiết bị thi công không thể di chuyển được Nếu phải

bắt buộc thi công trong mùa mưa thì khối lượng công việc và kinh phí phát sinh rất nhiều.

− Mùa khô: từ tháng XII đến tháng IV năm sau Mùa này rất ít mưa, đặc biệt các tháng I, II, III lượng mưa không đáng kể Đây là thời gian thi công chủ yếu của các công trình xây dựng ở ĐBSCL

1.1.2.2 Đặc điểm thủy văn:

Sông Mê Kông chảy vào đến lãnh thổ Việt nam chia làm 2 nhánh là sông Tiền

& sông Hậu, đổ ra biển Đông theo các cửa sông

Đặc điểm nổi bật của chế độ thủy văn ĐBSCL là dòng chảy bị ảnh hưởng của thủy triều biển Trong năm, hình thành 2 mùa dòng chảy:

− Mùa cạn (từ tháng I đến tháng VI): Ảnh hưởng của thủy triều biển Đông với chế độ bán nhật triều không đều chiếm ưu thế Hàng ngày mực nước lên xuống 2 lần Biên độ triều bình quân tháng lớn nhất đạt xấp xỉ 1m tại Tân Châu, Châu Đốc và tới 1.3÷1.5m tại Long Xuyên, từ 2÷2.5m tại Cần Thơ, Mỹ Thuận và trên 3m tại Đại Ngãi, Trà Vinh Mực nước chân triều tháng thấp nhất thường xuất hiện trong các tháng IV,V Phía biển Tây thủy triều ảnh hưởng sâu vào tới tận Ba Đình với chế độ nhật triều là chính

− Mùa lũ (từ tháng VII đến tháng XII): Đoạn phía thượng lưu của sông Cửu Long ảnh hưởng của thủy triều giảm dần khi nước lũ từ thượng nguồn sông Mê Kông đổ về Các tháng VII.VIII, mực nước sông Tiền và sông Hậu tăng nhanh; mực nước bình quân tháng cao nhất trong mùa lũ thường là tháng IX,

X Thời gian duy trì đỉnh lũ khá dài, khoảng 50 ÷ 60 ngày Trong thời kỳ lũ lớn, dao động mực nước trong ngày theo chế độ thủy triều hầu như không còn, không có hiện tượng chảy ngược Lũ lớn gặp kỳ triều cường ở hạ du cản trở khả năng tiêu nước của sông Tiền và sông Hậu sẽ tạo nên ngập úng

nghiêm trọng khu vực các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Vĩnh Long, Một phần nước lũ từ sông Hậu và lũ tràn từ biên giới chuyển về phía Tây qua vùng tứ giác Long Xuyên ra biển Tây.

Thủy triều làm cho mực nước bên ngoài hố móng công trình thay đổi liên tục theo thời gian là một trong những tác nhân gây sạt trượt mái hố móng

1.1.2.3 Đặc điểm địa hình:

Địa hình ĐBSCL tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình khoảng +1,0 ÷ +1,5m, cao nhất khoảng +3,0 ÷ +4,0m, thấp nhất khoảng 0 ÷ +0,5m

− Khu tả sông Tiền có xu hướng giảm từ tây bắc xuống đông nam, cao độ trung bình vùng tây bắc khoảng +1,50m ÷ +2,00m, nơi cao nhất ở ven sông Tiền có cao độ +3,0m ÷ +4,0m Cao độ trung bình vùng đông nam +0,20 ÷ +1,00m, nơi thấp nhất có thể xuống 0m hoặc thấp hơn nữa Cao độ vùng ven biển khoảng trên dưới +1,00m

− Khu nằm giữa sông Tiền và sông Hậu có hướng dốc chính tây bắc – đông nam (hướng chảy của sông Hậu) hướng dốc phụ từ bắc xuống nam Cao trình trung bình +1,00m ÷ +1,50m Có vùng trũng nhỏ cao độ thấp hơn (+0,50 ÷ +0,70m) ở phía bắc đường Quốc lộ 4 Vùng ven biển nổi lên một số giồng lớn có cao độ +2,00 ÷ +3,00m

− Khu hữu Hậu Giang có thể chia ra 2 vùng địa hình:

 Vùng Tứ Giác Long Xuyên có hướng dốc chính từ đông bắc xuống tây nam hướng phụ từ bắc xuống nam Cao độ trung bình mặt đất khoảng +0.80m ÷ +1.20m Vùng cao nhất nhất ở ven sông Hậu có cao độ trung bình khoảng +1.50m ÷ +2.00m, vùng thấp nhất ở ven biển Hà Tiên có cao độ trung bình dưới +0.50m

 Vùng trũng ở giữa chạy từ Rạch Giá xuống cửa sông Gành Hào, địa hình

khá phức tạp, cao dần lên phía sông Hậu và phía U Minh, Năm Căn Cao độ trung bình mặt đất khoảng +1.00m Ở ven biển có một số giồng nổi lên với cao độ +2.00m.

1.1.2.4 Đặc điểm địa chất công trình:

a Cấu trúc của nền đất yếu

ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, mà thành phần cấu tạo của nó phổ biến là loại đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn,…

Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục địa chất, cấu trúc địa tầng ĐBSCL có dạng bồn trũng theo hướng Đông bắc – Tây nam, trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu Khu vực này các đá gốc nằm sâu tới 900m bao quanh vùng trung tâm là vùng Đồng Tháp Mười, Long An, Long Xuyên, An Giang, Cần Thơ Phủ lên trên lớp đá là tập hợp 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 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m đây chính là tầng đất yếu là điều kiện không thuận lợi cho xây dựng các công trình hạ tầng trong đó bao gồm các công trình thủy lợi

b Phân bố đất yếu ở ĐBSCL [10] (Hình 1.2)

Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng (ký hiệu I)

+ bmQIV: đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu gối lên lớp trầm tích nén chặt QI-II chiều dày không quá 5m

+ Đồng bằng tích tụ, có trũng lầy lội, địa hình cao từ 1÷3m

+ Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1÷5m

HỒ CHÍ MINHT.P

IId

IIa IIIc I

VINHTRÀ

BẾN TRE HÀ TIÊN

CAO LÃNH CHÂU ĐỐC

BÌNH DƯƠNG

BIỂN TÂY

BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

B

VĨNH LONG

SA ĐÉC LONG XUYÊN

IIIa

LIÊUBẠC

SÓC TRĂNG

Đất sét mầu xám nâu, xám vàng Đất bùn sét ,bùn á sét,bùn á cát sen

Bùn á sét và bùn á cát ngập nước.

kẹp với các lớp á cát Cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát Đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn

á sét, cát bụi, á cát

I II III IV V

Hình 1.2: Bản đồ phân bố các vùng địa chất yếu ở ĐBSCL

Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á cát (ký hiệu II)

 Phân khu IIa:

amQIV - Bùn sét, bùn á sét, phân bổ không đều hoặc xen kẹp gối trên nền sét chặt QI-III chiều dày không quá 20m phân bố ở khu vực có độ cao từ 1÷1.5m Mực nước ngầm cách mặt đất 0.5÷1m

 Phân khu IIb:

a,amQIV - Bùn sét, bùn á sét, phân bổ không đều hoặc xen kẹp chiều dày không quá 80m Các đặc tính khác giống phân khu IIa

 Phân khu IIc:

Dạng đất bùn như IIa, IIb nhưng có chiều dày không quá 25m

 Phân khu IId:

Dạng đất bùn như IIa, IIb nhưng có chiều dày không quá 30m

Khu vực III: Khu vực cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát (ký hiệu III)

 Phân khu IIIa:

m, am, abmQIV: Chủ yếu là á cát, cát bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn á cát Holoxen gối lên trên trầm tích nén chặt QI-III, chiều dày không quá 60m Diện tích tập trung ở đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao 1÷2m, nước ngầm cách mặt đất 0.5÷2m

 Phân khu IIIb:

Các đặc tính giống phân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng đất Holoxen không quá 100m

 Phân khu IIIc:

Các đặc tính giống IIIa, IIIb nhưng chiều dày tầng đất Holoxen < 25m

Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, cát bụi, á cát (ký hiệu IV).

 Phân khu IVa: mbQIV - Đất than bùn, sét, á sét, thuộc tầng đất yếu Holoxen chiều dày không quá 25m, gối lên nền chặt QI-III Phân bố ở diện tích đồng bằng tích tụ biển sinh vật với độ cao khoảng 1÷1.5m Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất

 Phân khu IVb: ambQIV - Đất yếu gồm than bùn, bùn sét, á sét, thuộc tầng đất yếu Holoxen chiều dày không quá 50m, gối lên đất nén chặt QII-III và N2 Phân bố ở các đầm trũng, cửa sông bị luồng lạch phân cách mãnh liệt Nước ngầm xuất hiện trên mặt đất

Khu vực V: khu vực bùn á sét và bùn cát ngập nước (ký hiệu V)

Đất yếu gồm bùn, than bùn Holoxen dày từ 5÷10m đến 40 ÷50m, gối lên nền đất chặt QII - III Phân bố ở các vùng trũng, cửa vịnh, cửa sông Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, chịu ảnh hưởng theo thuỷ triều

c Đặc trưng cơ lý của nền đất sét yếu bão hoà nước ở ĐBSCL

Tầng trầm tích mới thuộc ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình Các lớp đất chính thường gặp là những loại đất sét hữu cơ và sét không hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau Ngoài ra, còn các lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn Laterit Ngay trong lớp đất sét còn gặp các vệt cát mỏng

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

 Lớp đất trên mặt:

Dày vào khoảng 0.5 ÷ 1.5m, gồm những loại đất sét hạt bụi đến sét cát, có màu

xám nhạt đến vàng xám Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy).

 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, Hậu Giang), đến 18 ÷ 20m (vùng Long Phú, Hậu Giang) Chiều cao lớp này tăng dần về phía biển

Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2÷8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết Với các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng than bùn Đất rất ẩm thường quá bão hoà nước

Nói chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy Đất chưa được nén chặt, hệ số kẽ rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cắt thấp, góc ma sát trong < 100, lực dính C < 0.12 kg/cm2, trong thực tế thường gặp được gọi là lớp “sét bùn hữu cơ”

 Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn Laterit và vỏ sò hoặc lớp cát:

Lớp này dày khoảng 3÷5m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữn cơ với lớp

đất sét không hữu cơ (như dọc theo tuyến kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp) Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang), lớp cát lại nằm giữa lớp sét Lớp này thường nằm không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL

Một số tài liệu thu được ở Hậu Giang và sông Sài Gòn cho biết: lớp cát có độ ẩm thiên nhiên W= 32÷35%, dung trọng thiên nhiên bằng γ= 1.69÷1.75 g/cm3, góc ma sát trong ϕ = 29 ÷30o

 Lớp đất sét không lẫn hữu cơ:

Lớp đất sét khá dày 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 đất khoảng 9 ÷ 10m (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 mặt đất thiên nhiên Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt, hoàn toàn bão hòa nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối chặt, khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu

cơ, có các đặc trưng chống cắt (ϕ = 17o, C = 0.28 kg/cm2)

d Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở một số tỉnh ĐBSCL

Theo những kết quả nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ và GS.TSKH Nguyễn Thanh cho thấy rằng bề mặt ĐBSCL được bao phủ chủ yếu là tầng trầm tích Holoxen gồm các loại đất dính: sét, á sét, á cát ở trạng thái nửa cứng đến dẻo chảy và các loại bùn sét, bùn á sét Góc ma sát trong  thay đổi từ 4o ÷ 9o ; C thay đổi từ 0.04 kg/cm2 ÷ 0.12 kg/cm² Ở điều kiện tự nhiên sức chống cắt của các lớp bùn (theo sơ đồ cắt nhanh không nén cố kết) đạt giá trị cao nhất lớp bùn

á cát  = 8o30’; C= 0,1 kG/cm2; giá trị thấp nhất  = 5o; C = 0.05 kg/cm2 Ta nhận thấy tính chất cơ lý rất thấp (xem bảng 1.1; 1.2; 1.3: Đặc trưng cơ lý của đất bùn

ở một số tỉnh ĐBSCL – phụ lục chương 1)

1.1.3 Các sự cố sạt trượt mái hố móng khi xây dựng công trình trong khu

b Địa hình, địa chất

Địa hình trong khu vực xây dựng có cao trình 0.7 ÷ 1.0m và thường xuyên bị ngập khi triều lên, mực nước thấp nhất ở cao độ – 2.00m

Địa chất tại vị trí tính toán, được khoan sâu 25m, với các đặc trưng sau:

− Lớp 1d: bề dày trung bình 3m, đất á sét hữu cơ, xen kẹp cát hạt mịn, đôi chỗ có các vụn vỏ sò Trạng thái dẻo chảy.γ = 1.65T/m³, ϕ = 5015, C = 0.67 T/m²

− Lớp 1: bề dày trung bình 10m, đất bùn sét hữu cơ, màu xám đen, xen kẹp những lớp cát hạt mịn, đất có độ rỗng lớn Trạng thái dẻo chảy γ = 1.51/m³,

ϕ = 2017, C = 0.38 T/m²

− Ở độ sâu từ -15m trở xuống (lớp chưa kết thúc), đất á sét trung đến nặng Đất chặt vừa, trạng thái nữa cứng

c Mô tả sự cố

Hố móng bắt đầu được thi công ngày 04/01/1988 Vào thời điểm này trời không có mưa Ngày 4/2/1988 ở hố móng hạ lưu phía bờ trái sau khi đã đào đến cao trình -4.8m, đáy rộng 5m, mái m = 3 thì bị trượt Cung trượt dài 80m, rộng 30m Đất nền bị phá hoại và đẩy trồi, phần đáy móng bị nâng lên cao 3m, phần trên bờ bị sụt xuống gần 2m

1.1.3.2 Sạt lở mái hố móng cống kênh C – Hóc Môn Bắc Bình Chánh –

Thành phố Hồ Chí Minh

a Vị trí xây dựng

Cống kênh C đặt ở bờ trái kênh C, cách ngả 3 kênh C và kênh ngang khoảng 250m, thuộc xã Tân Nhật, huyện Bình Chánh, Thành phố Hồ Chí Minh

b Địa hình, địa chất

Địa hình khu vực xây dựng công trình tương đối bằng phẳng, cao độ mât đất tự

nhiên thay đổi từ -0.5 ÷ +0.5m.

Địa chất khu vực là đất yếu:

− Lớp 1: B = 1.4, C = 0.06kg/cm², ϕ = 50

− Lớp 1b: B = 1.2, C = 0.05kg/cm², ϕ = 110

− Lớp 2: C = 0, ϕ = 200; có khả năng làm nền chịu tải móng cọc nhưng không đồng đều

− Nước mặt và nước ngầm có tính ăn mòn bê tông yếu

c Mô tả sự cố

Vì do đất quá yếu và thi công trong mùa mưa, nên khi thi công hố móng công trình, đất nền đã sạt lở dài khoảng trên 200m, trượt theo mái khoảng 5 ÷ 7 Công trình lại đang thi công vào thời điểm có mưa

1.1.3.3 Sạt lở mái hố móng cống Mỹ Phước – Tỉnh Sóc Trăng

a Vị trí xây dựng

Cống Mỹ Phước được xây dựng ở khu vực ngã ba kênh quản lộ – Nhu gia và Tân lập, thuộc Dự án Quản Lộ – Phụng Hiệp

b Địa hình, địa chất

Địa hình trong khu vực xây dựng có cao trình 0.5÷1.0m và thường xuyên bị ngập từ tháng 8 đến tháng 10 khi lượng mưa đạt đến 200mm

Địa chất tại vị trí tính toán, được khoan sâu 30m, với các đặc trưng sau:

− Lớp 1a: lớp đất mặt - Đất sét màu xám vàng nhạt, đất ẩm vừa Trạng thái dẻo mềm Kết cấu kém chặt

− Lớp 1: Bùn sét hữu cơ, màu xám đen nhạt, hữu cơ đã phân giải hoàn toàn Trong tầng có xen kẹp ít lớp mỏng hạt bụi Đất bão hoà nước Trạng thái chảy Kết cấu kém chặt γ = 1.55 T/m³, ϕ = 30, C = 0.50 T/m²

− Lớp 1c: Bùn á sét nặng hữu cơ, màu xám đen, hữu cơ đã phân giải Tầng có xen kẹp các thớ lớp mỏng cát hạt mịn Trạng thái chảy Kết cấu kém chặt, có các chỉ tiêu như sau: γ = 1.82 T/m³, ϕ = 60, C = 0.40 T/m².

− Lớp 2: Sét cát màu xám vàng nhạt lẫn ít đốm nâu đỏ Đất ẩm vừa.Trạng thái dẻo cứng Kết cấu chặt γ = 2.04 T/m³, ϕ = 100, C = 3.0 T/m²

c Mô tả sự cố

Mái hố móng bị sạt dưới dạng trượt sâu khoảng 3÷5m (Hình 1.3) Công trình thi công vào thời gian có mưa

Hình 1.3: Sạt trượt mái hố móng cống Mỹ Phước

1.1.3.4 Sạt lở mái hố móng cống Vĩnh Kim – Tỉnh Trà Vinh

a Vị trí xây dựng

Cống Vĩnh Kim được xây dựng gần cống Chà Và thuộc địa phận xã Phước Hảo

huyện Châu Thành & xã Vĩnh Kim huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh

b Địa hình, địa chất

Địa hình trong khu vực xây dựng tương đối thấp tương tự như các khu vực khác thuộc đồng bằng châu thổ sông Mê kông, nhìn chung bằng phẳng với cao trình 0.7 ÷ 1.0m

Địa chất tại vị trí tính toán với các đặc trưng sau:

− Lớp 1a: Sét màu xám nâu đen Trạng thái dẻo mềm Kết cấu chặt vừa Độ dày khoảng 1m

− Lớp 1: Sét bùn hữu cơ, màu xám đen; xen kẹp các thớ, ổ cát mịn mỏng, có chỗ xen lẫn á sét nặng Trạng thái dẻo mềm – rất dẻo mềm, dẻo chảy Kết cấu kém chặt Độ dày thay đổi từ 13.5÷15.5m; ϕ = 20, C = 0.70 T/m²

− Lớp 1b: Á sét nặng hữu cơ, màu xám đen, xen kẹp các thớ, ổ cát mịn mỏng Trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy Kết cấu kém chặt Cuối lớp lẫn ít sạn sỏi vón kết, vỏ sò ốc cứng chắc với độ dày thay đổi từ 3.5 ÷ 4.8m ϕ = 40, C = 0.90 T/m²

− Lớp 2b: Á sét nặng – trung, màu xám vàng, lẫn ít sạn sỏi vón kết cứng chắc Trạng thái dẻo cứng Kết cấu chặt Lớp này gặp ở tất cả các hố khoan, độ dày thay đổi từ 4÷6.8m, ϕ = 120, C = 2.7 T/m²

− Lớp 2: Sét cát – sét, màu xám nâu vàng, xám vàng, xám nâu, đốm trắng, lẫn

ít sạn sỏi vón kết cứng chắc Trạng thái cứng – nửa cứng Kết cấu chặt Độ dày của lớp này chưa xác định hết Các hố khoan đã xuyên vào lớp này từ 3.9÷7.6m, ϕ = 140, C = 3.5 T/m²

c Mô tả sự cố

Thời gian thi công vào mùa mưa Trong quá trình thi công, mái hố móng cống Vĩnh Kim đã bị sạt mái 3 lần (lần 1: 22h40 ngày 17/6/2002; lần 2: 09h ngày 26/6/2002; lần 3: 12h30 ngày 02/07/2002) dưới dạng trượt sâu, mái bị sạt và đáy

bị đẩy trồi (Hình 1.4 và hình 1.5)

Hình 1.4: Sạt mái làm đổ 54 cây cừ Lazsen đóng cuối sân sau

Hình 1.5: Mái hố móng cống Vĩnh Kim bị sạt dưới dạng trượt sâu,

mái bị sạt và đáy bị đẩy trồi.

d Quá trình xử lý

− Lần thứ nhất:

 Dùng cọc tràm đóng viền 3 hàng ken sít trong phạm vi tường cánh sân tiêu năng phía sông, khoang số 1 – giáp cống Chà Và nhưng biện pháp này không hạn chế được hiện tượng trượt mái & đẩy trồi đáy do đó không thể thi công được khoang này

 Đắp đất tạo phản áp trên các rọ đá biên với chiều dày từ 1 m ÷ 1.5 m

 Hạ mái hố móng từ m = 3.5 đến m = 5 thậm chí có chỗ m = 8 Thay đổi dây chuyền thi công từ đào bằng máy đào kết hợp ô tô & ủi bằng đào chuyển 5 bát, chuyển đất ra sông Chà Và.

− Lần 2 và lần 3:

Sử dụng cừ thép Lazsen đài 12m đóng viền tại các vị trí sau:

 Viền dọc sân tiêu năng khoang 1Đ & 1S phía giáp cống Chà Và: L = 2*15 m = 30 m

 Viền dọc sân tiêu năng phía đồng (khoang 3Đ), bản đáy đến sân tiêu năng phía sông (khoang 3S) phía giáp sông Chà và: L = 47 m

 Tổng chiều dài đóng cừ: L = 77 m

 Cao trình đỉnh cừ thép khoảng -2.0 m ÷ +3.0 m, cừ được đóng không liên kết với nhau, 2 cây/m & sẽ nhổ lên dùng lại sau khi thi công xong các khoang đáy cống

e Các thiệt hại do sạt trượt mái

− Đất trên mái rơi xuống hố móng, một phần đáy hố móng bị trồi lên kéo theo cọc tràm, phá hủy bê tông lót, rọ đá cũng như lớp lọc, …

− Làm đổ 54 cây cừ Lazsen đóng cuối sân sau chống xói trong đó có 31 cây phải cắt ra mới nhổ lên được

− Làm dịch chuyển một số cọc tại khoang số 3 bản đáy cống (giáp sông Chà Và) trong đó có 4 cọc bị đẩy đi từ 1.6m ÷ 2.5m so vị trí ban đầu phải đúc & đóng lại

− Đơn vị thi công không thể thi công được các khoang biên giáp cống Chà Và

& sông Chà Và

− Tiến độ thi công bị kéo dài, làm tăng chi phí thi công Tổng chi phí phát sinh

do sạt trượt mái cống Vĩnh Kim: 605.324.000,0 (đ) (Sáu trăm lẻ năm triệu ba

trăm hai mươi bốn ngàn đồng).

1.1.3.5 Sạt lở mái hố móng cống Ba Lai – Tỉnh Bến Tre

a Vị trí xây dựng

Cống Ba Lai được xây dựng tại phía dưới cống Vàm Hồ, gần đối diện cống 10

cửa, cách bến đò xã Thạnh Phước gần 6 km, cách bến đò xã Tân Xuân 600 m về phía thượng lưu thuộc địa phận xã Thạnh Trị huyện Bình Đại & xã Tân Xuân huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre

b Địa hình, địa chất

Địa hình khu vực xây dựng tương đối thấp tương tự như các khu vực khác thuộc đồng bằng châu thổ sông Mê kông, nhìn chung bằng phẳng với cao độ phổ biến từ 0.5÷0.7.5m (chiếm 75% diện tích đất tự nhiên) & có xu thế chung thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam

Địa chất tại vị trí tính toán với các đặc trưng sau:

− Lớp 1a: Sét màu xám nâu, xám đen Trạng thái dẻo mềm Bề dày lớp từ 0.8

÷ 1.4m

− Lớp 1: Sét màu xám đen có chứa cát hạt mịn lẫn vỏ sò ốc Trạng thái dẻo mềm – dẻo chảy Lớp 1 nằm từ cao trình 0.0 (mái lớp) đến -17 ÷ -18m (đáy lớp)

− Lớp 1d: Nằm kẹp giữa lớp 1 là lớp á sét trung đến nặng màu xám đen kẹp nhiều ổ cát hạt mịn lẫn vỏ sò ốc Trạng thái dẻo mềm – dẻo chảy Bề dày từ 2.2 đến 4.4m

− Lớp 2: Á sét nhẹ – á cát màu xám vàng nhạt, xám nhạt Kết cấu chặt vừa Phần trên có lẫn sạn sỏi vón kết Hàm lượng cát chiếm khoảng 80% Lớp 2 phân bố từ cao trình -17 ÷ -18m (mái lớp) đến -30 ÷ -36m (đáy lớp) tùy

thuộc vào vị trí hố khoan.

− Lớp 2 được chia thành 2 phần: phần trên (nằm trên lớp 2a-2b) đáy từ 3.2 – 4.2m, phần dưới (nằm dưới lớp 2a, 2b) có xen kẹp các thấu kính á sét – sét cát (2a) Bề dày của lớp 2 dưới khá lớn, trung bình 8 ÷ 10m

− Lớp 2a + 2b: Nằm giữa lớp 2 là lớp á sét nặng đến sét cát màu xám vàng – xám xanh nhạt, xám trắng, đôi chỗ nâu đỏ lẫn ít sạn vón kết cứng Trạng thái dẻo cứng – nửa cứng Lớp này có bề dày tương đối ổn định khoảng 3 ÷ 4m

− Lớp 3: Sét màu xám xanh nhạt, xám vàng, đôi chỗ lẫn ít sạn sỏi Trạng thái dẻo cứng – nửa cứng Bề dày lớp chưa được xác định Các hố khoan tới độ sâu 40m chưa xuyên qua lớp này

c Mô tả sự cố

− Lần thứ nhất: Vào tối 26/04/2001, sau khi công trường bố trí máy đào vớt khối lượng đất mái đến cao độ thiết kế phạm vi tấm lát mặt M2, rạng sáng ngày 27/04/2001 mái đất trên đã bị sạt, vết sạt chuỗi vào tấm lát S1, S2, S3, S4 sâu đến 32m Những ngày sau đó 28 và 29/04/2001 toàn bộ khu vực công trình đều bị ảnh hưởng bởi 2 trận mưa mức độ vừa, khối sạt đã tiến thêm vào lòng hố móng, chỗ đất chuỗi dài nhất - L=47m

− Lần thứ hai: Vào lúc 05h00 ngày 10/06/2001, mái hố móng bờ phải hố xói phía biển bị sạt trượt, chiều dài trượt mái là 22m

− Lần thứ ba: Vào lúc 14h30 ngày 20/06/2001, tại khu vực Bình Đại có trận mưa vừa, mái hố xói phía biển bị sạt trượt, đất sạt chuỗi vào lớp dưới đáy rọ làm đội phần rọ đã lắp đặt lên ≥ 0.25m, phần mái bị phình lên trên diện rông (L=45m) với h=0.45÷1 m

− Lần thứ tư: Vào lúc 13h30 ngày 19/09/2001, mái hố móng bờ phải hố xói

phía biển bị sạt trượt, chiều dài trượt mái đo được là 28m trong đó đoạn từ cao trình -7.0 ÷-5.0 chiều dài sạt là 3m, rọ đá bị đẩy trồi lên 20 cm; đoạn từ cao trình -5.0 ÷ -1.0 dài 25m, thảm đá bị đẩy trồi lên 30 cm.

d Quá trình xử lý

− Lần 1 và lần 2:

 Dùng cọc tràm đóng viền 3 hàng ken sít dưới chân mái & ở cao độ -1.5, chiều dài đóng cọc L = 30 m

 Đào chuyển phần đất bị sạt xuống hố móng bằng thủ công

 Đắp bù phần mái bị sạt

 Thi công lại phần vải lọc, đá dăm, cát trong phạm vi bị sạt mái

− Lần 3 và lần 4:

 Đào vét phần đất sạt xuống bằng thủ công

 Đắp bù phần mái bị sạt

 Dỡ rọ đá phần bị đẩy trồi, đào vét đất đến cao trình thiết kế sau đó lắp đặt lại rọ đá

e Các thiệt hại do sạt trượt mái

− Đất trên mái rơi xuống hố móng, một phần đáy hố móng bị trồi lên kéo theo cọc tràm, phá hủy bê tông lót, làm hỏng rọ đá cũng như lớp lọc,…

− Đơn vị thi công không thi công liên tục được các phần có liên quan

− Tiến độ thi công bị kéo dài, làm tăng chi phí thi công Tổng chi phí phát sinh

do sạt trượt mái cống Ba Lai: 369.299.000,0 VNĐ (Ba trăm sáu mươi chín triệu hai trăm chín mươi chín ngàn đồng)

1.1.3.6 Sạt lở mái hố móng cống KH9Đ – Thành phố Cần Thơ

a Vị trí xây dựng

Cống KH9Đ được xây dựng tại lòng kênh KH9, cách bờ sông Tắc Ông Thục

khoảng 250 m, thuộc địa phận xã Nhơn Aùi, huyện Ô Môn, tỉnh Cần Thơ (nay là Thành phố Cần Thơ)

b Địa hình, địa chất

Địa hình trong khu vực dự kiến xây dựng cống KH9Đ tương đối thấp, bằng phẳng với cao độ phổ biến từ 0.7 ÷ 1.0m

Địa chất tại vị trí tính toán với các đặc trưng sau:

− Lớp 1a: Sét màu xám nâu đen Trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng Kết cấu chặt vừa Lớp này chỉ gặp ở các hố khoan nằm trên 2 bờ kênh Độ dày của lớp này trong các hố khoan khoảng 0.80 m

− Lớp 1: Sét màu xám đen, trạng thái dẻo mềm – rất dẻo mềm, dẻo chảy Lớp này gặp ở tất cả các hố khoan, với độ dày thay đổi trong khoảng từ 8m đến 11.5m

− Lớp 2: Sét màu xám nâu phớt hồng, xám vàng, xám xanh Trạng thái cứng - nửa cứng Kết cấu chặt, độ dày của lớp này chưa xác định hết

c Mô tả sự cố

− Lần thứ nhất: Trong quá trình thi công đào móng công trình từ ngày 06÷19/08/2005 thì xảy ra hiện tượng sạt mái hố xói, dốc nước và mái tấm lát nằm ở bờ tả phía đồng Chiều dài cung trượt đo được là 49m

− Lần thứ hai: Ngày 23/11/2005 sân tiêu năng bờ trái phía đồng chuẩn bị đổ bê tông thì xảy ra sự cố sạt trượt mái

− Lần thứ ba: Vào lúc 22h50 ngày 20/01/2006 mái hố móng bờ hữu khu vực bản đáy thân cống phát sinh một cung trượt, sau 5 phút toàn bộ mái hố móng đã hoàn chỉnh sạt xuống đáy móng, chiều dài cung sạt đo được là 34 m,

chiều ngang tính từ biên mái hố móng là 29.5 m, đất sạt tràn vào hố móng là 5m, cao trình đáy móng bị trồi lên 1.6 m.

− Lần thứ tư: Công trình cống KH9Đ đang trong giai đoạn thi công đắp mang cống phía bờ phải và lắp đặt thảm đá mái hố xói bờ phải phía đồng, vào lúc 19h30 ngày 13/04/2006 đã xảy ra trượt mái phần hố xói bờ phải phía đồng, cung trượt chạy dài hết phần mái của hố xói phía đồng mà phần này trong quá trình đào móng trước đó cũng đã bị trượt và đã xử lý

Hình 1.6: Sạt trượt mái hố móng cống KH9Đ – Tp Cần Thơ

d Quá trình xử lý

− Lần thứ nhất:

 Tiếp tục thi công phần sân tiêu năng phía sông, phía đồng; đào đến đâu thì đóng cừ tràm xử lý đáy hố móng đến đó, sau đó thi công phần thân cống Mái hố móng mở đúng theo đồ án thiết kế (m = 3.5)

 Phần hố xói (cả phía sông lẫn phía đồng) để đến mùa khô mới thi công

 Phần đã sạt dùng máy ủi đầm nén và đắp giật cấp từ dưới lên

Hình 1.7: Cắt ngang sơ đồ xử lý sạt trượt mái hố móng cống KH9Đ - lần 1

− Lần thứ hai:

 Đào rãnh dọc theo chiều dài khối sạt lở để thu nước thấm từ kênh dẫn vào mái hố móng tại vị trí trũng nhất của cung sạt với cao trình đáy rãnh bằng cao trình đáy kênh dẫn dòng và bơm nước đi để giảm áp lực của dòng thấm và chống sạt lở tiếp

 Đóng 01 hàng cừ Laren, dài 12,0m dọc chân mái hố móng phía kênh dẫn dòng bao gồm hố xói, sân sau thượng hạ lưu, sân tiêu năng phía đồng với tổng chiều dài là 109,0m để chống sạt lở (trừ phần sân tiêu năng phía sông đã đổ xong bê tông bản đáy, tường và phần bản đáy thân cống đã được xử lý bằng cọc BTCT)

 Phần đất sạt lở nằm trong phạm vi hố móng được đào và vận chuyển bằng thủ công ra ngoài khu vực sạt lở, sau đó dùng cơ giới chuyển vào bãi chứa đất theo qui định

− Lần thứ ba:

 Đào phần đất sạt lở nằm trong phạm vi hố móng và tạo cơ để hạ tải mái hố móng, biện pháp đào và vận chuyển đất bằng thủ công ra ngoài khu vực sạt lở, sau đó dùng cơ giới chuyển vào bãi chứa đất theo qui định

 Đóng 01 hàng cừ thép (Larsen III) tại cao trình (-2.5) dọc mái hố móng phạm vi thân cống phía bờ phải (nhìn từ sông vào đồng).

Hình 1.8: Cắt ngang sơ đồ xử lý sạt trượt mái hố móng cống KH9Đ - lần 2, 3

− Lần thứ tư:

 Đóng 01 hàng cừ Larsen III ở cao trình (-1.00) như trước đây, dỡ bớt tải và thi công phần từ đáy đến cao trình (-1.00) trước phần cao trình từ (-1.00) trở lên chỉ thi công sau khi đã tích nước đến (-1.00)

e Các thiệt hại do sạt trượt mái

− Đơn vị thi công không thi công liên tục được các phần có liên quan

− Tiến độ thi công bị kéo dài, làm tăng chi phí thi công

 Tiến độ thi công công trình cống KH9Đ bị kéo dài 9 tháng (Lẽ ra công trình sẽ được bàn giao và đưa vào sử dụng vào 30/12/2006 nhưng đến 30/09/2007 mới hoàn thành)

 Chi phí phát sinh do 3 lần (lần 1, 2, 3) sạt trượt mái cống KH9Đ:

1.428.656.000,00 VNĐ (Một tỷ bốn trăm hai mươi tám triệu sáu trăm năm mươi sáu ngàn đồng)

VÀ THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.2.1 Giới thiệu chung

Công nghệ thiết kế và thi công hố móng công trình là vấn đề rất quan trọng và phức tạp trong thiết kế và xây dựng công trình Nhiều công trình bị phá hoại hoặc phải chi phí lớn cho công tác sửa chữa khắc phục hậu quả của sự sạt trượt mái hố móng Sự phức tạp của vấn đề là ở chỗ:

− Công trình hố móng là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng mỗi khác Công trình hố móng là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu và kỹ thuật thi công; là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của nhiều nhân tố phức tạp; và là ngành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn chờ phát triển về mặt lý luận và thực tiễn

− Do hố móng là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc tương đối lớn, là trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi công, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và đảm bảo chất lượng công trình

Trong khi việc tính toán thiết kế kết cấu hay nền móng công trình thủy lợi đã tương đối hoàn chỉnh dựa trên các cơ sở khoa học được phát triển từ nhiều thập niên, việc tính toán hoàn thiện công nghệ thiết kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu vẫn là vấn đề chưa được giải quyết triệt để

1.2.2 Kết quả nghiên cứu của một số tác giả trong và ngoài nước

Hàng chục năm qua, ở các nước phát triển kỹ thuật khảo sát, thí nghiệm, tính

toán, thiết kế cũng như các công nghệ mới để xử lý mái hố móng công trình trên nền đất yếu đã và đang phát triển mạnh mẽ, nhiều công trình nghiên cứu của các nước đã được các nhà khoa học và những người làm công tác thiết kế và thi công trong nước quan tâm như:

− “Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng” của

D.T Bergado - J.C chai - M.C Alfaro - A.S Balasubramaniam [12] thuộc Học viện A.I.T Thailand, những công trình đó được nghiên cứu trên nền địa chất Thailand có nền địa chất tương tự như ở Việt Nam nói chung và ĐBSCL nói riêng, công trình đã giới thiệu một số giải pháp hiện đại xử lý nền đất yếu Nhưng ở nước ta xây dựng công trình trên nền đất yếu vẫn còn là một công việc mới đối với những người làm công tác thiết kế và xây dựng

− Từ những năm 1973, GS Hoàng Văn Tân cùng các đồng nghiệp, nghiên cứu trên cơ sở những tiến bộ trong xử lý nền đất yếu của các nước, đã cho ra đời

cuốn sách “ Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu”

[8] phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam và được tái xuất bản lần hai vào năm

1997 sau khi đã cập nhật và nghiên cứu thêm về đồng bằng Trung Bộ, Nam Bộ

− Trong chương trình hợp tác Việt – Pháp, GS Pierre, TS Nguyễn Thành Long (CH Pháp) cùng với các nhà khoa học Việt Nam như GS.TS Lê Bá Lương (ĐH Bách Khoa Tp.HCM), TS Vũ Đức Lực, T.S Nguyễn Quang Chiêu (ĐH

Giao thông Vận tải) đã có đề tài nghiên cứu “Công trình trên nền đất yếu

trong điều kiện Việt Nam” [5], đã hệ thống hóa, phân tích và đúc kết các công tác khảo sát, thiết kế, tính toán, thi công và theo dõi các công trình nền đường đắp và những công trình đắp tương tự trên đất yếu ở Việt Nam

− Bên cạnh đó, những công trình nghiên cứu có liên quan đến những vấn đề

xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở ĐBSCL còn rất ít và phân tán Để phục vụ công tác xây dựng công trình thủy lợi ở ĐBSCL, trong những năm 1977 ÷ 1979 GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ cùng các cộng sự đã tiến hành

nghiên cứu và tổng hợp đề tài “Đặc trưng cơ lý của đất nền vùng

ĐBSCL” [10] Tài liệu tổng kết đã có tác dụng kịp thời cho việc quy hoạch

xây dựng thủy lợi nói chung và công tác thiết kế và thi công hố móng công trình nói riêng ở ĐBSCL

− Gần đây nhất là luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu cơ sở tính

toán và biện pháp hợp lý bảo vệ mái hố móng khi thi công công trình ở ĐBSCL” [9]của Nguyễn Thanh Tuyền (Cao học khóa 7, năm 2002 –

Trường Đại học Thủy lợi) đã xây dựng công thức, lập chương trình tính áp lực đất chủ động của đất cho từng vùng đất ở ĐBSCL với các độ sâu (H) khác nhau, đồng thời cũng đề xuất một số phương pháp bảo vệ hố móng

− Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Phân tích ổn định trượt sâu của mái

dốc trên nền đất yếu ở ĐBSCL và khuyến nghị phương pháp khảo sát thiết kế thích hợp” [1]của Lê Xuân Bảo (Cao học khóa 7, năm 2002 –

Trường Đại học Thủy lợi) đã nghiên cứu phát triển phương pháp tính ổn định mái dốc đơn giản của Long at al (1996) mở rộng áp dụng cho trường hợp mái dốc bị ngập nước một phần

Tất cả những công trình nghiên cứu kể trên về nền đất yếu, đã cung cấp cho những người làm công tác quy hoạch, khảo sát, thiết kế và xây dựng công trình đào móng ở ĐBSCL những tài liệu bổ ích, những cơ sở khoa học để tiếp tục nghiên cứu công trình trên nền đất yếu ở ĐBSCL và những vùng khác có điều kiện tự nhiên tương tự

Việc hàng loạt các công trình xây dựng ở ĐBSCL bị sạt trượt mái hố móng nghiêm trọng trong những năm gần đây như cống Vĩnh Kim (sạt 3 lần), cống Ba Lai (sạt 4 lần), cống KH9Đ (sạt 4 lần),… đã chứng tỏ sự hạn chế của các nghiên cứu Lý do có thể được giải thích như sau:

− Hầu hết các nghiên cứu chưa được phổ biến rộng rãi, các nghiên cứu của các tác giả ngoài nước mang tính tổng quát chưa phù hợp với đặc thù của khu vực ĐBSCL, các nghiên cứu của các tác giả trong nước dù đã đi sâu vào nghiên cứu ở ĐBSCL nhưng chủ yếu là nghiên cứu các biện pháp cải thiện sức chịu tải của nền, vấn đề tính toán ổn định mái hố móng ít nghiên cứu hơn, hoặc có nhưng phương pháp tính toán chưa phù hợp với đặc điểm địa chất và tính chất đất ở khu vực này

− Những nghiên cứu về tính toán ổn định mái hố móng công trình ở khu vực ĐBSCL cho đến nay vẫn chỉ dựa vào cơ sở địa chất của những năm 80 của thế kỷ trước mà hầu hết trong đó các chỉ tiêu cơ lý được xác định thông qua thí nghiệm trong phòng bằng phương pháp cắt phẳng Trong thực tế, các tham số cường độ của đất nền còn tùy thuộc vào tốc độ xây dựng công trình, tốc độ thoát nước của nền và mục đích tính toán Do vậy các chỉ tiêu cơ lý tìm được chưa phản ảnh trung thực tính ứng xử của nền

− Những giải pháp bảo vệ mái, những sơ đồ thi công hố móng công trình ở khu vực ĐBSCL cho đến nay vẫn chỉ dựa vào kinh nghiệm của các nhà thiết kế và thi công, chứ chưa chứng minh được tính đúng đắn và an toàn của những giải pháp và sơ đồ đó Chưa phân tích vai trò của áp lực lỗ rỗng trong đất.Những phân tích trên đây cho thấy, để đáp ứng cho công tác thiết kế ngày một hoàn thiện hơn cả về lý luận và thực tế nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng phát triển Thủy lợi, cần có những nghiên cứu phát triển lý thuyết về tính ổn định mái

dốc nói chung cũng như mái hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL nói riêng, để từ đó hoàn thiện công tác thi công hố móng công trình khu vực ĐBSCL

KẾT LUẬN CHƯƠNG

Qua những đặc điểm tự nhiên, phân tích các nhân tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp tới công tác thiết kế và thi công hố móng công trình ở ĐBSCL hiện nay

Thu thập các tài liệu về địa hình, địa chất đồng thời mô tả sự cố và tổng hợp quá trình xử lý sự cố sạt trượt mái hố móng một số công trình điển hình ở ĐBSCL.Hệ thống lại những công trình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước về giải pháp thiết kế và xử lý đất nền yếu, giải pháp ngăn ngừa và xử lý sạt trượt mái hố móng tương tự hoàn cảnh Việt Nam nói chung và ĐBSCL nói riêng Những mặt đã đạt được để đưa vào áp dụng và những mặt còn hạn chế cần phải nghiên cứu tiếp để phù hợp hơn với điều kiện tự nhiên của vùng ĐBSCL

3

2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ỔN

ĐỊNH MÁI HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL.

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ và tính biến dạng lớn Nếu không có biện pháp xử lý thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão Những loại đất này thường có độ sệt lớn (B>1), có hệ số rỗng lớn (ε>1), góc ma sát trong nhỏ (ϕ<10o), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C<15 KN/m²

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng vịnh, hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước, do lũ bùn đá, do con người gây ra Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Nguồn gốc địa chất của đất sét yếu thuộc thời cận đại, vì chúng mới hình thành vào khoảng 20.000 năm nay (Kỷ Pleixtocen và Holoxen)

Đất yếu có nhiều loại khác nhau nhưng chủ yếu là sét mềm, bùn, than bùn, cát hạt mịn chảy và đất bazan xốp có nguồn gốc núi lửa Nền đất yếu đề cập trong luận văn này là đất sét yếu trầm tích đồng bằng

Trong khu vực Đông Nam Á, đất sét yếu phân bố phổ biến ở các đồng bằng Băng Kok (Thái Lan), đồng bằng Muar (Malayxia), ĐBSCL (Việt nam)

Một đặc điểm chung của nền đất yếu bên trên là có thể chia ra 2 lớp nhỏ:

− Lớp mặt trên cùng dày khoảng từ 0.5 ÷ 4.0m là lớp vỏ phong hóa, có sức kháng cắt giảm dần theo chiều sâu

− Dưới lớp này là lớp đất yếu có sức kháng cắt không thoát nước tăng dần theo chiều sâu.

Đã có nhiều kết quả nghiên cứu về đặc trưng cơ lý đất nền ở ĐBSCL đã được công bố (Nguyễn Văn Thơ 1978 -1984); Phạm Xuân, Nguyễn Thanh (1984); Nguyễn Văn Tài (1990) Giới thiệu đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu ở ĐBSCL đã được nêu trong tiểu mục “a” của mục 1.1.2.4 và trình bày trong bảng 1.1; 1.2; 1.3 – phụ lục chương 1)

1.5.1 Tiếp cận

Phân tích ổn định mái dốc trở thành công cụ giải tích phổ biến để đánh giá hệ số

an toàn của các mái dốc tự nhiên và nhân tạo Một trong những phương pháp phân thỏi, cân bằng giới hạn hai chiều đã được dùng rộng rãi trong thực tiễn Những phương pháp này đều dựa trên nguyên lý tĩnh học (tức là cân bằng tĩnh của lực và/hoặc momen), mà không xét đến dịch chuyển trong khối đất Một số giả thiết và nguyên lý cơ bản dùng để lập các phân tích cân bằng giới hạn sẽ được nêu trước khi rút ra các phương trình hệ số an toàn tổng quát

Nói chung, các thông số cường độ chống cắt hữu hiệu (tức là c’ và ϕ’) được dùng khi tiến hành phân tích ổn định mái dốc trên đất bão hòa Thành phần cường độ chống cắt do áp lực nước lỗ rỗng âm phía trên mặt nước ngầm thường được bỏ qua bằng cách đặt độ lớn của chúng bằng không Những khó khăn về đo áp lực nước lỗ rỗng âm và cách đưa nó vào phân tích ổn định mái dốc là nguyên nhân chính khiến người ta phải bỏ qua Có thể chấp nhận giả thiết bỏ qua áp lực nước lỗ rỗng âm đối với những trường hợp mà phần lớn mặt trượt nằm dưới mặt nước ngầm Tuy nhiên, trong những trường hợp mặt nước ngầm sâu hay khi người ta quan tâm tới khả năng xuất hiện mặt phá họai nông, thì không thể bỏ qua áp lực

nước lỗ rỗng âm được.

Trong những năm gần đây, người ta đã hiểu rõ hơn về vai trò của áp lực nước lỗ rỗng âm (hoặc lực hút dính) trong việc làm tăng cường độ chống cắt của đất Những phát triển gần đây đã đưa ra một vài thiết bị có thể dùng đo áp lực nước lỗ rỗng âm tốt hơn Do đó, bây giờ là lúc thích hợp để tiến hành phân tích ổn định mái dốc bao gồm cả thành phần cường độ chống cắt sinh ra do áp lực nước lỗ rỗng âm Phân tích này là sự mở rộng phân tích cân bằng giới hạn thường dùng

1.5.2 Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (GLE)

1.5.2.1 Giới thiệu

Phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát (hay GLE) đưa ra lý thuyết tổng quát, trong đó những phương pháp khác có thể được coi là trường hợp đặc biệt Nguyên lý tĩnh học được dùng trong phương pháp GLE để rút ra hệ số an toàn là tổng hợp các lực theo hai phương và tổng hợp các momen quanh một điểm chung (Fredlund và nnk 1981)

Nguyên lý tĩnh học trên cùng với tiêu chuẩn phá hoại chưa đủ để làm cho bài toán ổn định mái dốc được xác định Để bài toán được xác định cần có hoặc là nguyên lý vật lý bổ sung hoặc là một giả thiết về phương hoặc độ lớn của một số lực Phương pháp GLE dùng giả định về phương của các lực tương tác giữa các thỏi Tiếp cận này đã được thừa nhận rộng rãi trong các phương pháp cân bằng giới hạn (Fredlund và Krahn, 1977) Những phương pháp ổn định mái dốc cân bằng giới hạn khác dùng cách tiếp cận này chỉ là trường hợp riêng của phương pháp GLE (Fredlund và các cộng sự 1981)

Tính toán ổn định của một mái dốc được tiến hành bằng cách chia khối đất phía

trên mặt trượt thành các lát cắt thẳng đứng Lực tác dụng lên một lát cắt trong khối đất trượt hình dưới đây lần lượt cho mặt trượt tròn và mặt trượt tổ hợp Các lực được xác định cho một đơn vị chiều rộng (theo phương vuông góc với chuyển động) của mái dốc.

Các biến được định nghĩa như sau:

− W: Tổng trọng lượng mặt trượt với bề rộng “b” và chiều cao “h” của phân tố đất

− N: Tổng lực pháp tuyến tại đáy mặt trượt

− Sm: Lực cắt di chuyển tại đáy của mỗi mặt trượt

− E: Lực pháp tuyến bên trong mặt trượt Chỉ số L và R chỉ bên trái, bên phải mặt trượt

− X: Lực cắt theo phương đứng bên trong mặt trượt Chỉ số L và R chỉ bên trái và bên phải mặt trượt

− D: Ngoại lực tác dụng

− kW: Tải trọng động đất theo phương ngang tác dụng đi qua trọng tâm mỗi mặt trượt

− R: Bán kính mặt trượt tròn hay cánh tay đòn của lực cắt di chuyển “Sm” đối với hình dạng bất kỳ của mặt trượt

− f: Khoảng cách từ tâm quay đến phương của pháp tuyến N

− x: Khoảng cách theo phương ngang từ đường trọng tâm của mỗi mặt trượt đến tâm quay hay tâm momen

− e: Khoảng cách theo phương đứng từ tâm của mỗi mặt trượt tới tâm quay hay tâm momen

− d: Khoảng cách vuông góc từ đường tải trọng tới tâm quay hay tâm momen

− β: Chiều rộng nghiêng của đáy thỏi

− h: Khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm của đáy mỗi mặt trượt tới đường trên cùng của hình (thông thường là mặt đất).

− a: Khoảng cách theo phương vuông góc từ hợp lực nước bên ngoài tới tâm quay hay tâm momen Chỉ số L và R chỉ bên trái, bên phải của mặt trượt

− A: Hợp ngoại lực nước Chỉ số L và R chỉ bên trái, bên phải mặt trượt

− ω: Góc nghiêng của đường lực so với phương ngang Góc này được đo thuận chiều kim đồng hồ từ chiều dương của trục x

− α: Góc hợp giữa tiếp tuyến tại đáy của mặt trượt và phương nằm ngang Quy ước dấu như sau: khi góc trượt cùng phương trượt tổng thể của hình thì α

dương và ngược lại

Hình 2.1: Các lực tác dụng lên mặt trượt qua khối trượt với mặt trượt tròn

Hình 2.2: Các lực tác dụng lên mặt trượt qua khối trượt với mặt trượt tổ hợp

Hình 2.3: Các lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt với đường

trượt đặc biệt

1.5.2.2 Phương trình lực cắt được huy động

Lực cắt được huy động ở đáy thỏi có thể viết được nhờ dùng phương trình cường

độ chống cắt của đất bão hòa: {c' (σn uw)tan '}

F

βm

Trong đó:

Sm : Lực cắt di chuyển tại đáy mặt trượt

c’: Lực dính có hiệu

φ’: Góc ma sát trong có hiệu

σn: Ưùng suất pháp tổng

uw : Aùp lực nước lỗ rỗng

β: Chiều rộng nghiêng của đáy thỏi

F : Hệ số an toàn, là hệ số trong đó các thông số cường độ chống cắt phải giảm

đi để đưa khối đất về trạng thái cân bằng giới hạn dọc theo mặt trượt giả định

1.5.2.3 Hệ số an toàn cân bằng an toàn momen

Dưới đây là sự tham khảo đối với hình 2.1, hình 2.2 và hình 2.3 khi xác định phương trình hệ số an toàn cân bằng momen Trong mỗi trường hợp, tổng momen đối với tất cả lát cắt đối với một điểm chung có thể được viết như sau:

=

Aa Dd kWe Nf

W

R u N R c F

X

m

][

)'tan)(

'

(2.3)

1.5.2.4 Hệ số an toàn cân bằng lực

Tham khảo hình 2.1, hình 2.2 và hình 2.3 để xác định phương trình cân bằng lực Tổng tất cả các lực theo phương ngang cho tất cả các lát cắt: