nghiên cứu ứng dụng túi vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê quai lấn biển tiên lãng - hải phòng

Mục đích nghiên cứu của đề tài Hệ thống hóa cơ sở lý luận về công nghệ thi công đê biển bằng vật liệu địa phương chứa trong các túi vải địa kỹ thuật, trong xây dựng đê biển và phân tích

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, việc lấn biển đã trở thành chiến lược lâu dài của nước ta và nhiều nước trên thế giới Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trước sức

ép quỹ đất dành cho công nghiệp ngày càng thu hẹp, việc quai đê lấn biển là rất cấp thiết

Việt Nam với hàng ngàn đảo và quần đảo chiều dài bờ biển dài trên 3000km kéo dài từ Bắc vào Nam vị trí thuận lợi để phát triển kinh tế ven biển và xây dựng cơ sở hạ tầng ven biển Chính vì vậy đòi hỏi chúng ta phải xây dưng cơ sở hạ tầng để bảo vệ các khu dân cư và các đặc khu kinh tế các khu công nghiệp ven biển

Việt Nam với 24 tỉnh có đê biển chạy dài từ Quãng Ninh tới Kiên Giang, hệ thống đê bảo vệ cho sản xuất công, nông nghiệp nuôi trồng thủy sản và nhân dân sống ven biển, Những năm gần đây nhiều đoạn đê biển bị sạt lở và lún sụt do yếu tố khí hậu gây ra như lũ lụt, bão lớn và hiện tượng sóng thần hết sức nghiêm trọng Để lại hậu quả nặng nền cho nhân dân sinh sống ven biển, làm thiệt hạ về kinh tế và hư hỏng cơ

sở hạ tầng ven biển, thay đổi hệ sinh thái ven biển

Để bảo vệ dân cư và cơ sở vật chất ven biển việc xây mới và cải tạo hệ thống đê biển hiện có rất cần thiết và cực kì quan trọng Hệ thống đê biển nước ta được hình thành qua nhiều thế hệ, phần lớn là thi công thủ công, vật liệu đắp đê không đạt được tiêu chuẩn về cấp phối hạt, vấn đề lún sụt đê biển không thể tránh khỏi, do thân đê được đắp trên nền đất yếu Do đó việc sửa chữa và cải tạo gặp rất nhiều khó khăn Giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật để xử lý các sự cố và làm mới các tuyến đê biển hiện nay là 1 giải pháp hợp lý Với khả năng chịu kéo và phân bố đều áp lực nên đất nền giảm được hiện tượng lún không đều Bên cạnh đó sử dụng túi vải địa kỹ thuật tận dụng được vật liệu địa phương cát biển nguồn vật liệu dồi dào, vật liệu bơm vào túi

có thể bơm liên tục cho tới khi đầy túi mà không cần dừng lại chờ cố kết Bên cạnh đó việc thi công túi vải địa kỹ thuật đơn giản, thi công chủ yếu bằng máy

Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán túi vải cường độ chịu lực và khả năng làm việc với nền đất yếu khi quai đê lấn biển Từ đó đưa ra những kiến nghị cần thiết khi

ứng dụng giải pháp này trong thực tế xây dựng công trình lấn biển Do đó đề tài:

"Nghiên cứu ứng dụng túi vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê quai lấn biển Tiên Lãng - Hải Phòng" có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Hệ thống hóa cơ sở lý luận về công nghệ thi công đê biển bằng vật liệu địa phương chứa trong các túi vải địa kỹ thuật, trong xây dựng đê biển và phân tích cơ chế làm việc kết cấu đê biển đó với đất nền yếu

Nghiên cứu, tính toán xác định những thông số hình học của túi vải, ứng suất trên

bề mặt túi từ đó lựa chọn thông số thiết kế cho túi, đánh giá ổn định, lún tổng thể của thân đê biển túi vải chứa cát trên nền đất yếu

Dùng phần mền GeoCoP(3.0) bộ phần mềm chuyên dụng được phát triển bởi công ADAMA - Engineering - Hoa Kỳ dùng tính toán thảm vải địa kỹ thuật và túi vải địa kỹ thuật, và phần mềm PLAXIS 8.2 là phần mềm chuyên dụng về tính toán Địa kỹ thuật của hãng phần mềm Địa kỹ thuật Quốc tế PLAXIS BV Hà Lan

PLAXIS 8.2 được xây dựng trên cơ sở phân tích các bài toán Địa kỹ thuật bằng phương pháp phần tử hữu hạn Có thể giải quyết được các bài toán phân tích ứng suất biến dạng, đánh giá ổn định về cường độ của khối đất đá, các bài toán thấm và cố kết theo thời gian với các mô hình thành phần mới Các mô hình này mô phỏng đặc tính phi tuyến của đất và sự phụ thuộc thời gian của môi trường đất đá

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật chứa lõi cát để làm thân đê biển thay cho vật liệu truyền thống ông cha ta sử dụng

Dùng bộ phần mềm Plaxis (8.2) để tính toán các dạng mặt cắt đê biển cổ điển truyền thống và hiện đại trên nền đất yếu từ đó lựa chọn kết cấu thân đê biển

Dùng bộ phần mềm GeoCoP(3.0) để tính toán túi vải địa kỹ thuật áp dụng thi công đê biển

Bài toán ứng dụng tính toán cho thân đê quai lấn biển huyện Tiên Lãng Hải Phòng

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Ứng dụng túi vải địa kỹ thuật cho các công trình lấn biển, đê biển và các công trình bảo vệ bờ

Nghiên cứu nền đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu như xử lý bằng biện pháp kết cấu công trình, xử lý móng công trình và đặc biệt là xử lý nền công trình

Sử dụng phần mềm GeoCop(3.0) để tính toán các thông số của túi vải

Sử dụng phần PLAXIS 8.2 được xây dựng trên cơ sở phân tích các bài toán địa

kỹ thuật bằng phương pháp phần tử hữu hạn Có thể giải quyết được các bài toán phân tích ứng suất biến dạng, đánh giá ổn định về cường độ của khối đất, các bài toán thấm

và cố kết theo thời gian với các mô hình thành phần mới

Tính toán được kích thước và độ bền của túi vải địa kỹ thuật, từ kết quả tính toán

đó tính toán lún cho toàn bộ thân đê

Sử dụng thành thạo hai phần mềm chuyên dụng tính toán địa kỹ thuật là: phần mềm GeoCop(3.0) và phần mềm PLAXIS 8.2

6 Nội dung chính của luận văn

Chương I: Tổng quan về đê biển và các công trình bảo vệ bờ biển

Chương II: cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán túi vải địa kỹ thuật trong

xây dựng công trình

Chương III: Tính toán túi vải địa kỹ thuật, ổn định tổng thể, tính lún và biên pháp

thi công công trình đê quai lấn biển Tiên Lãng – Hải Phòng Kết Luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục tính toán

CH ƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐÊ BIỂN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 1.1 Tổng quan về đê biển Việt Nam

Nước ta có đường bờ biển dài hơn 3600km, trải dài từ Móng Cái đến Hà Tiên Trong đó có 1400km trực tiếp với biển Bờ biển có nhiều vùng vịnh và nhiều cửa sông

đổ ra biển, tạo nên nhiều cồn cát và bãi cát như Bãi Cháy (Quãng Ninh), Đồ Sơn (Hải Phòng), Sầm Sơn (Thanh Hóa), Cửa Lò (Nghệ An)…

Đê biển Việt Nam được hình thành qua nhiều thế hệ với quy mô khác nhau có nhiệm vụ bảo vệ an toàn và ổn định đời sống dân cư ven biển, các khu du lịch, các vùng sản xuất nông nghiêp, nuôi trồng thủy sản… Hầu hết các tuyến đê hiện nay làm bằng đất, mái đê được bảo vệ bằng trồng cỏ hoặc lát đá Các tuyến đê được củng cố và nầng cấp do nhân dân bỏ công đắp và nhà nước hổ trợ kinh phí Một số tuyến đê bờ biển bị sạt lở đã được kè lát mái bảo vệ, kè lát mái được làm bằng đá hộc, lát khan trong khung bê tông cốt thép hoặc trong khung đá xây Dưới lớp đá hộc được thiết kế tầng lọc ngược cấu tạo gồm dăm lót dày 10 đến 15cm, cát lót dày 10cm và lớp vải địa

kỹ thuật

Hệ thống đê sông, đê biển hiện nay chỉ mới có thể đảm bảo an toàn ở mức độ nhất định tuỳ theo tầm quan trọng về nhân sinh, kinh tế từng khu vực được bảo vệ, một

số tuyến đê đã được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua các dự án PAM và các dự

án hỗ trợ của ADB có thể chống với gió bão cấp 9 và mức nước triều tần suất 5%, nhiều tuyến chưa được tu bổ, nâng cấp chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8 Mặt khác, do điều kiện kinh tế việc đầu tư chưa được tập trung đồng bộ, kiên cố, lại chịu tác động thường xuyên của mưa bão nên hệ thống đê, kè biển vẫn tiếp tục bị xuống cấp như đê biển tại các tỉnh Miền Trung, Nam Định, Hải Phòng, Thanh Hoá, Hà Tĩnh Việc quy hoạch tuyến đê và tiêu chuẩn an toàn đê biển chưa được đề cập đầy đủ Theo xu thế phát triển chung, vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân

và an ninh quốc phòng Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp, du lịch, việc chuyển đổi cơ cấu sản xuất (tăng nuôi trồng thuỷ, hải sản) và khôi phục các làng

nghề truyền thống, thì tuyến đê nói chung và đê biển nói riêng sẽ không chỉ có mục tiêu ngăn lũ, ngăn mặn chung mà còn phải kết hợp đa mục tiêu, vừa ngăn lũ, kiểm soát mặn bảo đảm an toàn dân sinh, kinh tế cho vùng đê bảo vệ, đồng thời kết hợp là tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng Hệ thống đê biển cần phải được quy hoạch, đưa tiêu chuẩn an toàn theo trình

độ thế giới trong điều kiện Việt Nam

Bên cạnh đó sự biến đổi khí hậu toàn cầu, đê biển có tầm quan trọng trong việc ngăn mặn giữ ngọt, chống biển lấn, khai hoang chống lũ lụt bảo vệ các vùng đất ven biển bảo vệ các đặc khu kinh tế quan trọng

1.2 Tình hình đê biển trên thế giới

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, vật liệu mới và máy móc thi công hiện đại trên thế giới đã xây dựng nhiều tuyến đê biển Điển hình như tuyến đê biển Saemangeum Hàn Quốc, Đê biển Afsluitdijk Hà Lan…

Đê biển Saemangeum bao quanh một vùng biển có diện tích 401 km2 Với chiều dài 33,9 km, nó nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum

Đê biển Afsluitdijk với tổng chiều dài hơn 32km, rộng 90m, cao hơn mực nước biển trung bình là 7,25m Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever thuộc tỉnh Noord Holland lên đến mũi Zurich thuộc tỉnh Friesland Công trình được thi công trong vòng sáu năm, từ 1927 đến 1933

Đê biển Deep Bay ở Hongkong dài 3,5km, để đảm bảo mái đê ổn định trong thời gian ngắn, không cho đất mới đắp lún xuống nền bùn, đồng thời để tiết kiệm đất đắp người ta đã sử dụng vải địa kỹ thuật với 3 chức năng: bảo vệ, phân cách và gia cố đất yếu

Đê bảo vệ thành phố New Orleans (Mỹ) người ta đã dùng vải địa kỹ thuật Nicolon trải trên nền đất yếu để giảm kích thước-tiết kiệm khối lượng đắp

Việc bảo vệ đê biển, bờ biển được các nước có bờ biển đặc biệt quan tâm nhất là các thành phố ven biển Đê biển ngoài tác dụng bảo vệ bờ còn tạo vùng trú ẩn cho tàu thuyền bảo vệ cảnh lớn khi có gió bão

1.3 Các công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam

Đê biển Việt Nam được hình thành từ rất sớm nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp

và nuôi trồng thủy hải sản Các tuyến đê biển được tạo thành từ những vùng đất rộng lớn cơ bản kép kín cùng với đê sông, hằng năm các tuyến đê biển vẫn được củng cố nâng cấp

Hiện nay việc đầu tư nâng cấp cải tạo các tuyến đê kè bảo vệ bờ biển rất được quan tâm từ kinh phí cũng như các giải pháp kỹ thuật, vật liệu mới và kết cấu công trình Tuyến đê biển cải tạo và nâng cấp vẫn là đê bằng vật liệu đất đắp hoặc đá đổ chưa có đột phá lớn trong việc thay đổi vật liệu thân đê Bảo vệ mái đê bằng cấu kiện

bê tông cốt thép tự chèn có liên kết ngàm với nhau Chân kè thường là ống buy lõi đá hộc hoặc lăng thể đá hộc

Với điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, điều kiện kinh tế chưa cho phép đê biển Việt Nam đang thi công và trong tương lai gần vẫn tính toán thiết kế cho nước tràn qua đỉnh đê với lưu lượng cho phép Tuy nhiên vật liệu xây dựng đê biển chủ yếu là đất mềm yếu rời rạc đặt trên nền đất yếu do đó nước tràn qua đỉnh thường làm hư hỏng công trình Vấn đề đặt ra là nghiên cứu kết cấu thân đê nhăm đảo bảo an toàn cho toàn tuyến đê trong mọi điều kiện khí hậu

1.3.1 Hình dạng kích thước

Mặt cắt đê ở 3 miền có sự khác nhau rõ rệt:

Miền bắc: mặt cắt đê có dạng hình thang, mặt đê có bề rộng từ B=3÷5m, đê phía biển có hệ số mái m=3÷4 mái phía đồng và khu dân cư m=2÷3, cao độ đỉnh đê biển miền bắc thay đổi trong khoảng +(4÷5)m.Với cao độ này đê biển chống được mực nước dâng tổng hợp ứng với tần suất p=5% và có gió bão cấp 9

Miền trung: các tỉnh miền trung thường gặp nhiều thiên tai bão lụt, địa hình có độ dốc lớn nên thời gian tập trung nước lũ rất nhanh mùa mưa các sông đổ ra biển nhanh nên mực nước biển dâng cao làm nhiễm mặn đồng ruộng ngập cơ sở hạ tầng các vùng ven biển Mặt cắt đê cũng có dạng hình thang bề rộng đỉnh đê B=1,5÷3m, mái đê phía biển m=2÷2,5; mái đê phía đồng m=1,5÷2; cao độ đỉnh đê biến đổi từ +(1,5÷4) Cục

bộ có những tuyến cao hơn như Nghi Xuân (Hà Tĩnh) là +4,5÷5,0m

Miền Nam: đê biển bị chia cắt thành nhiều đoạn ngắn bởi có nhiều sông nhỏ đổ

ra biển và nhiều cồn cát lớn Mặt cắt đê biển không đồng bộ, có những tuyến đê bề rộng đỉnh đê B=2÷3m, bên cạnh đó có những tuyến đê biển bề rộng đỉnh đê B=6÷8m, mái đê rất dốc về cả hai phía (m=1÷2) một số tuyến đê biển quan trọng thì hệ số mái

có thể đạt được (m=1,75÷2), cao độ đỉnh đê nhìn chung còn rất thấp có nới còn thấp hơn mực nước triều cao nhất, điển hình là tuyến đê phía đông tỉnh Cà Mau

1.3.2 Vật Liệu đắp thân đê

Miền Bắc: thân đê được đắp bằng đất thịt, đất phù sa cửa sông, một số tuyế đê đắp bằng đất lẫn cát Một số đoạn đê đắp hoàn toàn bằng đất cát như đê Hải Thịnh, Hải Hậu, Nam Định Một số tuyến đê phía trước có bãi sú vẹt chắn sóng

Miền Trung: thân đê được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, có tuyến được đắp bằng đất sét pha cát Một số tuyến nằm sâu phía trong thì thân đê được đắp bằng cát như các tuyến đê huyện Quãng Xương, Diễn Châu, Kỳ Anh, Vĩnh Trinh…

Miền Nam: đất đắp đê tùy theo chất đất của từng vùng, các loại đất thường được

sử dụng để đắp đê là: đất thịt nhẹ, đất thịt nặng, đất pha sét, pha cát bùn nhão… Tuyến

đê đắp trên nền đất yếu thường là bùn Vì vậy khó xây dựng được các công trình kiên

cố như các cống ngăn triều, các công trình bảo vệ đồng ruộng

1.3.3 Lớp bảo vệ mặt đê phía giáp biển

Miền Bắc: Phần lớn được bảo vệ bằng cỏ, những đoạn chịu trực tiếp của sóng được bảo vệ bằng kè đá lát mái, lát tấm bê tông đúc sẵn hoặc đá hộc lát khan trong các khung xây chia ô cắt khớp

Miền Trung: hầu hết được bảo vệ bằng trồng cỏ, một số đoạn những năm gần đây xây dựng cứng hóa được kè lát mái hoặc lát tấm bê tông đúc sẵn ngoài ra tuyến đê chịu ảnh hưởng trực tiếp của sóng biển phía trước chân đê còn được bảo vệ bằng các

rừng sú vẹt, đước phá sóng

1.4 Những sự cố hư hỏng đê biển thường gặp

Nhìn chung đê biển Việt Nam vùng chịu ảnh hưởng lớn nhất và bất lợi nhất là đê biển miền Bắc và miền Trung, khí hậu biến đổi nhiều và chịu ảnh hưởng của rất nhiều trận bão và lũ lớn trong năm Đê biển Nam bộ ít chịu ảnh hưởng của các điều kiện tự

nhiên bất lợi nhưng chịu ảnh hưởng trực tiếp của sóng biển cao hơn so với các yếu tố của sông

Hệ thống đê biển Việt Nam hiện nay chỉ đủ điều kiện đáp ứng chịu được cơn bão cấp 9 và mực nước triều trung bình, chưa đủ để áp ứng được vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu

Các dạng hưu hỏng thường gặp là:

Những đoạn đê trực diện với biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão, triều cường và sóng lớn, thường rất dễ bị sạt sập, có trường hợp mái sạt sập và sóng cuốn trôi 1/3÷1/2 thân đê Sạt sập là hiện tượng phổ biến nhất của đê biển Việt Nam, không phải chỉ đối với các tuyến đê được đắp bằng cát có tầng lọc ngược và lớp chống thấm,

mà đối với những đoạn đê có lát đá kè mái hoặc tấm lát bê tông tự chèn bảo vệ mái Những đoạn đê có kết cấu bảo vệ yếu, sóng sẻ làm sập mái đê phía biển Những đoạn đê bảo vệ cứng phía biển, do cấp đê biển chưa đáp ứng được tần suất thiết kế nên sóng leo tràn qua đỉnh đê làm hư hỏng mái đê phía đồng có thể dẫn đến hiện tượng vỡ đê Nhiều đoạn đê trước đây có rừng chắn sóng nên đoạn đê cơ bản vẫn đảm bảo an toàn trước điều kiện bất lợi của tư nhiên Hiện nay rừng chắn sóng bị phá hủy, đê chịu trực tiếp của sóng và thủy triều Do vậy nếu không được nâng cấp và bảo vệ sẻ có nguy cơ vỡ đê

Trường hợp lũ lớn, lượng nước phía đồng tập trung nhanh do lưu lượng thoạt lũ của cửa sông không kịp, sóng và triều ở mực nước biển thấp đây cũng là nguyên nhân gây ra vỡ đê

Những đoạn đê có nền yếu khi nước triều lên rồi xuống rất nhanh, dòng chảy do triều sẽ moi rỗng nền dẫn đến sạt lở hoặc sập đê ở những đoạn xung yếu

1.5 Các phương pháp xây dựng đê biển truyền thống

Đê biển và đê cửa sông ở Việt Nam được hình thành từ những năm 30 của thế kỷ trước, một số tuyến đê khu vực ven biển Nam Bộ từ Vũng Tàu đến Kiên Giang được hình thành sau giải phóng Miền Nam năm 1975 Do điều kiện kinh tế, khoa học công nghệ chưa phát triển nên phần lớn đê biển Việt Nam hiện có đc đắp bằng thủ công vật liêu đắp tại chổ, hàm lượng cát và đất á cát khá cao

Những tuyến đê được xây dựng trước đây phần lớn do tự phát, manh múi không

có quy hoạch tổng thể Thi công thủ công do nhân dân tự làm với vật liệu đắp tại chổ, phương tiện đắp thô sơ chủ yếu là sức người và sức kéo của trâu bò Đất đổ cao dần thành đê, khối đắp không được đầm nén Kích thước đê không được áp dụng theo một quy định quy phạm nào Do đó đê biển chỉ mới bảo vệ đc với hệ số an toàn rất bé Thân đê biển là bộ phận quan trọng của đê biển, nó chịu tải trọng chính của đê biển Ông cha ta trước đây thường sử dụng vật liệu thông thường là đất tốt, có chỉ tiêu

cơ lý đảm bảo ổn định cho đê Đất đắp đê thường khai thác ở các mỏ vật liệu nằm xa

vị trí công trình

Tuy nhiên hiện nay các dự án đê biển đều có xu hướng lấn ra biển do đó khi đắp đất trong nước rất khó khăn Để thuận tiện cho xây dựng và giảm giá thành công trình nghiên cứu dùng vật liệu tại chổ để đắp đê biển, loại vật liệu này thường là cát, á cát, á sét có hệ số rỗng lớn và độ ngậm nước cao

1.6 Khái quát chức năng và tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật

1.6.1 Chức năng của vải địa kỹ thuật

Trong các loại công trình đất, vải địa kỹ thuật thực hiện 5 chức năng cơ bản đơn

lẻ hoặc kết hợp tuỳ thuộc vào các ứng dụng:

1.6.1.1 Chức năng phân cách

Lớp vải địa kỹ thuật dùng để ngăn cách giữa hai lớp vật liệu có kích thước hạt khác nhau (có những đặc tính khác nhau về khả năng thấm, độ ma sát, khả năng chịu tải), dưới tác động của ứng suất nhất là những ứng suất do các phương tiện vận chuyển tác động lên làm cho vật liệu hạt giữ nguyên vẹn các đặc tính cơ học của nó

1.6.1.2 Chức năng gia cường

Vải địa kỹ thuật có tính chịu kéo cao Người ta lợi dụng đặc tính này để truyền cho đất một cường độ chịu kéo nào đó theo kiểu gia cố cốt cho đất hoặc chứa đất vào các túi vải địa kỹ thuật

1.6.1.3 Chức năng bảo vệ

Ngoài độ bền cơ học như bền kéo, chống đâm thủng cao … thì vải địa kỹ thuật còn có tính bền môi trường (chịu nước mặn) và khả năng tiêu thoát nước nhanh Nên vải địa kỹ thuật được kết hợp với các vật liệu khác như thảm đá, rọ đá, đá hộc, bê tông

… để chế tạo lớp đệm chống xói cho đê, đập, bờ biển, trụ cầu, chống thẩm lậu bờ, lòng dẫn, trải vải xuống đáy sông thay cho bè chìm giữ hình dạng dòng chảy không đổi

1.6.1.4 Chức năng lọc

Lớp vải địa kỹ thuật đóng vai trò là lớp lọc được đặt giữa hai lớp đất có độ thấm nước và cỡ hạt khác nhau, chức năng của lớp lọc là tránh sự trôi đất từ phía đất có cỡ hạt mịn hơn vào lớp vật liệu thô Lớp lọc nhằm đảm bảo một dòng nước không có áp trong suốt tuổi thọ của công trình

1.6.1.5 Chức năng tiêu thóat nước

Khả năng thấm theo phương vuông góc với mặt phẳng vải địa kỹ thuật không dệt

để chế tạo mương tiêu thoát nước ngầm Dòng thấm trong đất sẽ tập trung đến rãnh tiêu có bố trí lớp vải lọc và dẫn đến khu tập trung nước bằng đường ống tiêu Vải địa

kỹ thuật dùng để thoát nước cần có đủ chiều dày để chuyển được lưu lượng nước cần thoát

1.6.2 Tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật

1.6.2.1 Kích thước hình học của vải địa kỹ thuật thương phẩm

Chiều rộng vải: vải địa kỹ thuật thương phẩm có chiều rộng chuẩn từ 5m đến 5.5m Nếu chiều rộng lớn hơn thì phải chắp nối

- Chiều dài vải: được khống chế sao cho khi cuộn lại thành cuộn tiện cho việc vận chuyển và thi công Tùy thuộc khối lượng đơn vị thể tích vải, chiều dài của vải thay đổi từ 50m đến 200m

1.6.2.2 Khối lượng đơn vị diện tích của vải địa kỹ thuật (g/m2)

Là khối lượng tính bằng gam của 1m2 vải, thí nghiệm theo tiêu chuẩn 14TCN 93-1996 Chỉ tiêu này liên quan đến độ dày và độ rỗng của vải, phản ánh gián tiếp khả năng thấm nước và sức chịu chọc thủng của vải

Vải không dệt có khối lượng vảo khoảng 100g/m2đến 1000g/m2

Vải dệt nặng hơn có khối lượng vảo khoảng 100g/m2đến 2000g/m2

1.6.2.3 Chiều dày của vải địa kỹ thuật

Chiều dày vải: là khoảng cách giữa hai mặt phẳng giới hạn trên và dưới của vải Chiều dày của vải địa kỹ thuật tuỳ theo công nghệ chế tạo mà thay đổi từ 0,5mm đến hàng chục mm Tuỳ theo tiêu chuẩn của mỗi nước, độ dày của vải địa kỹ thuật được xác định với áp lực nén quy định - gọi là độ dày tiêu chuẩn Nói chung, các nước quy định áp lực nén là 2kN/m2 (tức 2kPa) với độ chính xác là 0,01mm, riêng Mỹ với tiêu chuẩn ASTM D5199-99 là 0,002mm Tại Viện khoa học Thủy lợi Việt nam cũng thường xác định chiều dày vải theo tiêu chuẩn ASTM D5199 trên thiết bị đo AIM

2651

1.6.2.4 Tính rỗng của vải địa kỹ thuật

Tùy thuộc vào loại sợi và kiểu dệt vải địa kỹ thuật có tính rỗng lớn, tính rỗng là thuộc tính của vải địa kỹ thuật, nó quyết định tính thấm nước, tính dẫn nước của vải địa kỹ thuật Độ dày của vải địa kỹ thuật dệt không lớn khoảng 0.5mm, nhưng độ dày vải địa kỹ thuật không dệt là đáng kể, nó có thể từ 5mm đến 20mm

- Độ rỗng thể tích của vải địa kỹ thuật (đối với vải địa kỹ thuật dày)

Xét một mẫu vải có diện tích 1m2 và chiều dày vải T, vậy thể tích mẫu vải là: V= 1(m2 ) x T = T (m3), ta có công thức tính độ rỗng:

Trong đó: G - khối lượng của mẫu vải thí nghiệm (kg/m3)

ρ - khối lượng đơn vị của loại polime làm sợi (kg/m3)

Thông thường thì vải địa kỹ thuật làm lọc n>30%

- Độ rỗng bề mặt của vải địa kỹ thuật ( đối với vải địa kỹ thuật mỏng)

Tính rỗng của vải địa kỹ thuật được biểu thị định lượng bằng độ rỗng bề mặt:

POA = 100%

S

S rong

Trong đó: S - diện tích mẫu vải; Srỗng- diện tích rỗng có trong S

Các loại vải địa kỹ thuật thương phẩm hiện nay có POA thay đổi trong phạm vi

từ 6% đến 12% Loại vải địa kỹ thuật thưa có POA đạt 36%

1.6.2.5 Độ thưa của vải địa kỹ thuật

Độ thưa của vải địa kỹ thuật là khái niệm vật lý có liên đến khả năng cho hạt đất lọt qua vải khi vải cùng làm việc với đất Kích cỡ kẽ hở của vải địa kỹ thuật loại dệt hoặc không dệt được định lượng bằng kích thước hòn bi thủy tinh lớn nhất lọt qua kẽ hổng ấy, có thể vẽ đường phân tích độ lớn (đường kính) lỗ hở O của mẫu vải địa kỹ thuật (tương tự với đường phân tích hạt trong cơ học đất)

Độ thưa của vải quyết định tính thấm và tính lọc (cho hạt nhỏ qua, giữ hạt lớn lại) của vải địa kỹ thuật Đây là đặc tính quan trọng khi thay thế tầng lọc ngược sỏi cát

1.6.2.6 Tính co ngắn khi tăng nhiệt độ của vải địa kỹ thuật

Hiện tượng giảm chiều dài của mẫu vải khi gia nhiệt và sau khi gia nhiệt được gọi co nhiệt (heat shrinkage) Sự co nhiệt tạo nên sức kéo, lực kéo phát sinh do vải co lại là lực kéo do co (shrinkage teesion) Có nhiều phương pháp thí nghiệm co nhiệt của vải địa kỹ thuật đã được sử dụng ở nhiều nước

Tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật, phương pháp thí nghiệm, kiểm tra và các khoảng trị số của các vải địa kỹ thuật thường gặp thể hiện bảng 1.1 Phụ lục

1.6.3 Vấn đề ứng dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng

1.6.3.1 Trong xây dựng dân dụng

Liên kết cọc: vải địa kỹ thuật gia cường được trải trên các cọc xử lý nền đất yếu, tạo ra giàn đỡ truyền tải trọng từ các công trình bên trên tới tất cả các cọc một các hiệu quả, đồng thời giúp tiết kiệm được số lượng cọc sử dụng

Tạo lưới đỡ trên nền có nhiều hốc trống ;khôi phục nền đất yếu: Vải địa kỹ thuật

được sử dụng như một biện pháp tiết kiệm và hiệu quả để phục hồi các ô hay khu vực đất rất yếu như đầm phá, ao bùn, với tính năng có cường lực chịu kéo cao, độ giãn dài thấp, độ bền kéo mối ghép nối tốt

Vải địa kỹ thuật (VĐKT) dùng để gia cố nền đất yếu ở dạng bấc thấm ứng dụng trong nền móng, tường chắn đất có cốt; gia cố mái dốc có cốt…

1.6.3.2 Trong giao thông

Vải địa kỹ thuật có tính năng cường độ chịu kéo và ứng suất cao nên được sử dụng làm lớp phân cách giữa nền đất đắp và đất yếu nhằm duy trì chiều dày đất đắp và tăng khả năng chịu tải của nền đường

Xử lý nền đất yếu của đường đắp cao: Vải địa kỹ thuật gia cường được trải trên nền đất yếu, nhằm tăng khả năng chịu tải của nền, chống lại các lực cắt của khối sụt trượt tiềm năng của nền đắp cao trong thời gian dài hạn

Ngoài ra, vải địa kỹ thuật được sử dụng để ổn định và gia cường nền đường, tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường, sân bay, đường sắt, cầu cảng đi qua

những khu vực có nền đất yếu như sét mềm, bùn, than bùn…

1.6.3.3 Trong thủy lợi

Chống sụt trượt mái dốc: VĐKT gia cường được trải thành từng lớp nằm ngang trong thân mái đê đập, tường chắn đất để tăng khả năng chịu tải, khống chế sụt trượt đối với đất yếu và rất yếu

Chức năng lọc được áp dụng phổ biến trong thủy lợi để bảo vệ mái và lòng kênh, mái đê, kè sông, đê biển, mái đập hồ chứa, mái thượng hạ lưu các cống vùng triều, xử

lý hố đùn hố sủi…

Sử dụng ống vải địa kỹ thuật (geo-tube) độn cát giúp chống xói lở xâm thực bờ sông, bờ biển, kết lắng trầm tích, bồi đắp tái tạo lại những bãi biển bị xâm thực, lấn biển cũng như tạo ra những vùng đất mới giữa đại dương mà lại rất thân thiện với môi trường Các ứng dụng phổ biến như: đê bao bảo vệ bờ, đê phá sóng ngoài khơi, đê chống cát trôi (mỏ hàn và cầu tàu), hình thành các đảo nhân tạo…

1.7 Các công trình ở Việt Nam và Thế Giới sử dụng vải địa kỹ thuật

1.7.1 Dự án Cửa Lở, Tam Hải, Quảng Nam

Bắt đầu triển khai từ đầu tháng 6 năm 2009 và hoàn thành vào cuối tháng 7 năm

2009 Hệ thống Geotube với tổng chiều dài gần 300m sau khi hoàn thành tạo thành hệ thống mỏ hàn mềm thân thiện với môi trường và cảnh quan xã đảo đồng thời giữ ổn định cho bờ biển trong mùa mưa bão 2009

Hình 1.1 : Kè mỏ hàn tại Cửa lở

1.7.2 Kè mỏ hàn tại Lộc An – Bà Rịa – Vũng Tàu

Công trình tại Lộc An được thực hiện với 8 ống Geotube đặt vuông góc với đường bờ (kiểu mỏ hàn) Công trình chống xói lở bờ biển trên chiều dài 800m, đã bị xói lở trong khoảng 10 năm qua, xâm thực hơn 100 m Công trình hoàn thành cuối tháng 7.2005, bảo vệ khu vực đầm phá bên trong và khu dân cư

Hình 1.2: Kè mỏ hàn tại Lộc An

1.7.3 Công trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương – thành phố Phan Thiết

Công trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương –Thương Chánh thành phố Phan Thiết dài 1.7km bằng những túi cát GST(Geotextile Tand filled Tube) đặt ngầm song song với

bờ làm đê phá sóng Công trình nhằm tiêu hao năng lượng sóng trước khi tiếp cận với

bờ Công trình được triển khai thi công từ tháng 11/2007

Hình 1.3: Công trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương

1.7.4 Kè bảo vệ khu Resort làng Tre – Bình Thuận

Được thành lập từ năm 1998 ở Mũi Né, là địa điểm du lịch biển tuyệt đẹp của thành phố Phan Thiết.Nạn biển lở đang hoành hành dữ dội tại khu vực biển từ Hàm Tiến đến Mũi Né UBND tỉnh Bình Thuận đã chỉ đạo Sở Nông nghiệp & phát triển nông thôn khảo sát khẩn cấp để có phương án xây dựng kè chắn sóng theo công nghệ mới bằng vật liệu mềm nhằm bảo vệ bờ và bãi biển

Hình 1.4: Kè bảo vệ khu Resort làng Tre

1.7.5 Đảo Barren, Nam Carolina, Hoa Kỳ

Barren thuộc đảo san hô Palmyra đã được hợp nhất và quản lý bởi chính phủ Hoa

Kỳ Đảo san hô này rộng 12km2, bờ biển dài 14,5km Đảo Palmyra khoảng 50 đảo con

và cồn bằng đá san hô và cát Tất cả các đảo con của Palmyra nối tiếp với nhau trừ Đảo Cát (Sand island) ở phía tây và Đảo Barren ở phía đông

Hình1.6: Sử dụng túi vải địa kỹ thuật xây dựng cảng Busan

1.8 Kết Luận chương I

Khái quát được tình hình đê biển Việt Nam, việc xây dựng và nâng cấp hệ thống

đê có ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng con người và sự ổn định kinh tế xã hội của đất nước

Sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới đã có nhiều loại kết cấu đê mới, vật liệu mới được nghiên cứu và được triển khai xây dựng ở nhiều nước Mang lại nhiều giải pháp để áp dụng vào thiết kế và thi công ở nước ta

Sự biến đổi khí hậu toàn cầu, gặp mưa bão lớn, triều cường kết hợp với nước dâng do bão thì đê biển Việt Nam nhiều khi phải để nước tràn qua đỉnh với lưu lượng cho phép không làm hư hỏng tuyến đê

Khái quát được hình dạng kích thước, vật liệu chính đắp đê, lớp bảo vệ mặt đê phía biển, của các miền trên cả nước Từ nhưng hiện trạng đó phân tích những nguyên nhân gây hưu hỏng của đê biển

Điều kiện địa hình, địa chất, thủy, hải văn khu vực ven biển của mỗi vùng miền khác nhau nên không thể áp dụng một giải pháp kỹ thuật cụ thể mà tùy theo từng vùng

để đưa ra những giải pháp bảo vệ phù hợp và hiệu quả

Các chức năng và tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật chứng tỏ sự phù hợp khi sử dụng để xây dựng đê biển ở Việt Nam Các ứng dụng của vải địa kỹ thuật đã được sử dụng trọng xây dụng dân dụng, giao thông và thủy lợi Các công trình bảo vệ bờ sử dụng túi vải địa kỹ thuật Geotube ở nước ta và trên thế giới đến nay vẫn mang lại hiệu quả rất cao

CH ƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TÚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

TRONG XÂY D ỰNG CÔNG TRÌNH 2.1 N ền đất yếu

Đất yếu có sức chống chắt nhỏ và tính biến dạng ép lún lớn, do vậy công trình đắp trên nền đất yếu, nếu không có biện pháp xử lý thích hợp dễ mất ổn định toàn khối hoặc lún nhiều lún kéo dài ảnh hưởng đến công trình

Theo tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000 đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ

Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường là sét hoặc á sét trần tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh đầm hồ; loại này có thể lẫn hưu cơ trong quá trình trầm tích( hàm lượng hữu cơ có thể đạt tới 10 – 20%) nên có thể có màu mâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn ( sét e ≥ 1,5 á sét e ≥ 1), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát φ

từ 0 – 100hoặc lực dính từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu≤ 0,35daN/cm2

Loại có nguồn gốc hưu cơ: thường hình thành từ đầm lầy, nơi có nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đay các loại thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi

là đất đầm lầy than bùn hàm lượng hữu cơ chiếm 20 – 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật)

Công trình đắp trên nền đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị lún trồi và trượt sâu trong quá trình thi công và trong quá trình vận hành sau này Nói cách khác là phải tránh được sự phá hoại của nền đất yếu

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết

kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như:

2.1.1 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng các biện pháp sau:

Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức

là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều

Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

2.1.2 Các biện pháp xử lý về móng

Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng thời tăng

độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và

kỹ thuật

Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp

Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn

2.1.3 Các biện pháp xử lý nền

Phương pháp thay nền Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp

Các phương pháp cơ học Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học

Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng

Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm

Phương pháp nhiệt học Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

Các phương pháp hóa học Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như

xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ

Phương pháp sinh học Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế

Các phương pháp thủy lực Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể Một số biện pháp xử lý nền thường dùng hiện nay như:

Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới

Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất

do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được

Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng,

vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt

Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định

2.1.3.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết Phương pháp này thường dùng để xử

lý công trình đắp trên nền đất yếu Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm

độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao công trình thêm nền so với chiều dày thiết

kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà công trình đạt

được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:

Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo

Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước

Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm) Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong

lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài

2.1.3.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đã đầm chặt được

sử dụng Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN Hệ số an toàn bằng 1,5 Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre ) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá

trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép tạo

lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

Từ năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu Đặc biệt từ những năm 1990 trở lại đây, các nước ASEAN đã áp dụng phổ biến vải địa kỹ thuật với 6 chức năng cơ bản, là: ngăn cách, lọc nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước

2.2 Các đặc tính của vải địa kỹ thuật

Với mục tiêu tận dụng tối đa các ưu điểm nổi bật của đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá đổ, nâng cao khả năng tận dụng vật liệu tại chỗ, cùng với sự ra đời của vải địa

kỹ thuật sử dụng sợi Polypropylene có khả năng chịu chọc thủng đạt 2,67kN, tuổi thọ đạt trên 50 năm, loại đê chắn sóng với khối đá lõi được thay thế bằng các ống vải địa

kỹ thuật chứa đầy cát (Geotube) đã được nghiên cứu thiết kế và ứng dụng thành công

ở một số dự án như Refuge - Shallow Welder Bay, Texas, USA; Amwaj Islands, Bahrain

Giải pháp cơ bản của loại đê này là thay khối đá lõi gồm các hạt rời, thi công kiểu đổ tự do và san ủi nên khó định hình bằng các Geotube với lõi cát được bơm lấp đầy trực tiếp, cho phép sử dụng cát đáy biển tại chỗ Phần lớp phủ vẫn có kết cấu tương tự như các loại đê mái nghiêng đá đổ khác

Về mặt kỹ thuật, yêu cầu tính toán thiết kế đê chắn sóng Geotube cơ bản tương tự như tính đê mái nghiêng đá đổ thông thường Ngoài ra, tốc độ thi công nhanh, khối vật liệu được bao bọc tạo một khối lớn, đồng nhất nên khả năng chịu đựng các yếu tố thiên nhiên bất lợi cao, đặc biệt là khả năng tận dụng được vật liệu tại chỗ thay thế cho khối

đá lõi có thể tích rất lớn Các đặc tính cơ bản của vải địa kỹ thuật như sau:

2.2.1 Độ bền kéo của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật có độ bền chịu kéo, đất là vật liệu chịu nén do đó khi kết hợp sự làm việc giữa hai vật liệu với nhau tạo thành vật liệu mới có khả năng chịu lực rất tốt

Độ bền chịu kéo của vải địa kỹ thuật được xác định từ thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn 14TCN 95-1996 Mẫu vải địa kỹ thuật cho thí nghiệm kéo có hình chữ nhật, kích thước thường là 100x200mm, có khi 100x500mm, tốc độ kéo từ 10mm/phút đến 100mm/phút tuỳ theo quy trình mỗi nước

Lực kéo được tính cho 1 đơn vị chiều rộng B của mẫu kéo:

2.2.2 Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật

Để đảm bảo chức năng làm lọc, ngăn cách, bảo vệ, gia cố, vải địa kỹ thuật luôn

có xu thế giữ, bọc các hạt đất, từ mịn đến các hạt thô, đá hộc, theo yêu cầu Như vậy, vải địa kỹ thuật dễ bị thủng rách do phải tiếp xúc với các hạt sạn, dăm, đá hộc có cạnh sắc nhọn Đây là điều thường xảy ra trong quá trình thi công hoặc quá trình làm việc chịu lực chấn động Nên cần phải xác định độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật để

có thiết kế và quy trình thi công phù hợp

Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật được xác định nhờ thí nghiệm chọc thủng tĩnh trên máy vạn năng , và chọc thủng động bằng thí nghiệm rơi côn (vật hình chóp chuẩn góc mũi 45o, đường kính 50mm, khối lượng 1kg, chiều cao rơi 250mm đến 1000mm) theo tiêu chuẩn 14TCN 96-1996

2.2.3 Độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật được dùng trong công trình vĩnh cửu cần có độ bền lâu dài hàng chục năm và hơn Độ bền của vải ngoài do nguyên liệu chế tạo quyết định còn phụ thuộc vào quá trình vận chuyển, lưu kho và thi công lắp đặt, Các ảnh hưởng của quá

trình này dẫn đến độ bền của vải địa kỹ thuật có thể phân thành 3 cơ chế (theo tiêu chuẩn của Pháp):

a) Làm hỏng cấu trúc của vải địa kỹ thuật

Trong quá trình thi công, vải địa kỹ thuật bị giãn thưa, thủng rách do lôi kéo quá mức hoặc đụng mạnh với các vật sắc nhọn, thường là các hạt dăm, sạn, đá hộc có cạnh sắc Điều này rất nguy hiểm khi dùng vải địa kỹ thuật gia cố đất (mất ổn định cục bộ), làm "túi địa kỹ thuật", hay làm lọc ngăn chặn hiện tượng xói ngầm của đất,

b) Làm hao tốn vật liệu của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật mất dần vật liệu do bào mòn Điều này xảy ra khi vải địa kỹ thuật tiếp xúc với những hạt thô nhám như cát vàng, sạn sỏi, đá dăm, đá hộc thường xuyên bị dịch động do xe cộ đi lại hoặc tác dụng của đầm Trong trường hợp này cần dùng loại vải địa kỹ thuật làm bằng chất liệu chống bào mòn tốt vải địa kỹ thuật cũng

dễ bị các loại gậm nhấm và các sinh vật khác làm thủng Điều này cần đặc biệt chú ý khi dùng vải địa kỹ thuật cho đê đập

c) Làm thay đối tính chất của vải địa kỹ thuật

Những polyme dùng làm vải địa kỹ thuật (polyester, polypropylene ) có tính bền hoá học khá tốt Tuy nhiên, trong một số trường hợp đất bị nhiễm bẩn nhiều cần nghiên cứu cẩn thận Cần chú ý vải địa kỹ thuật rất dễ hư hại do tác dụng của tia cực tím của ánh sáng mặt trời Nếu do điều kiện thi công, vải địa kỹ thuật phải để lộ thiên đến 3 tuần thì cần phải dùng loại vải địa kỹ thuật chịu được tia cực tím Theo thí nghiệm, loại polyester có tính ổn định về tia cực tím lớn hơn cả

Trong phạm vi của luận văn là sử dụng vải địa kỹ thuật làm các túi chứa cát, do vậy chỉ cần quan tâm đến các đặc tính sau:

- Khả năng chịu kéo của vải địa kỹ thuật

- Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật

- Độ bền theo thời gian của vải địa kỹ thuật

2.3 Những nguyên tắc tính toán và thiết kế công trình trên nền đất mềm yếu

Để công trình làm việc bình thường trên nền đất yếu thì cần phải gia cố, xử lý Giải pháp dùng các túi vải địa kỹ thuật áp sát mặt nền phân bố đều áp lực lên mặt nền

là một trong những biện pháp xử lý nền mềm yếu khá hiệu quả Góp phần hạn chế lún

và tăng khả năng chống trượt

Có thể nêu lên một số nguyên tắc tính toán thiết kế công trình trên nền đất mềm yếu Khi gặp nền đất xấu, việc đặt túi vải địa kỹ thuật ở thân khối đắp không thể tách rời, áp sát mặt nền với nhiều chức năng trong đó có chức năng làm cốt vải chịu kéo Nếu công trình đất đắp có chiều rộng không lớn, lớp túi vải địa kỹ thuật đặt sát mặt nền có thể trải dài khắp mặt nền Như vậy chỉ cần kiểm tra khả năng chịu tải và kiểm tra đứt vải tại điểm trung tâm, điểm có độ căng lớn nhất của túi vải Nếu công trình có

bề rộng lớn thì xếp nhiều túi vải liên tiếp nhau, khi đó cần xem xét bố trí túi vải ở vị trí hợp lý với chiều dài nhất định và chú ý đến an toàn túi vải

Khi tính toán kiểm tra ổn định của công trình trên nền đất yếu cần dùng các phương pháp phân tích ổn định chính xác về mô hình vật lý Các mô hình vật lý thường dùng hiện nay bao gồm:

- Mô hình đàn - dẻo

- Mô hình trạng thái tới hạn

Với mô hình vật lý đã chọn, có thể dùng các phương pháp tính sau:

- Phương pháp cắt lát (phương pháp phần tử đứng)

- Phương pháp phần tử hữu hạn

2.4 Phân tích ổn định tổng thể của đê biển

Trong quá trình thi công các túi vải địa kỹ thuật được xếp chồng tạo thành lõi của thân đê, do đê được đắp trên nền đất yếu nên phải có thời gian để đất nền cố kết thì mới thi công lớp bảo vệ mặt ngoài Vì vậy việc tính toán ổn định của các túi vải địa kỹ thuật trong thời gian thi công chịu ảnh hưởng của áp lực sóng và các áp lực thủy tĩnh khác là rất quan trọng

Phân tích ổn định nhằm xác định hệ số an toàn và kiểm tra sự phù hợp của mặt cắt thiết kế, điều chỉnh kích thước mặt cắt và đề ra biện pháp xử lý khi cần thiết

Ổn định của các bao cát được xem xét với 2 trường hợp: trường hợp trượt mái ngoài khi sóng rút mà mực nước triều thấp nhất và trường hợp trượt mái trong khi mực nước triều cao, áp lực sóng lớn nhất

Túi vải địa kỹ thuật thường bố trí vuông góc với hướng sóng đến, chiều cao sóng

về lý thuyết tương đương với đường kính túi vải địa kỹ thuật và gần như không phụ thuộc vào yếu tố ngoại cảnh Sự suy giảm của giai đoạn sóng có ảnh hưởng lớn đến sự

ổn định của khối xếp túi vải địa kỹ thuật

Trong phạm vi nghiên cứu nền đê biển thì chủ yếu nói đến sức chịu tải của nền, bão hoà nước trong điều kiện tăng tải không thoát nước

2.5 Phân lún tổng thể của đê biển

Trong xây dựng và đăc biệt là xây dựng thủy lợi, việc sử dụng vật liệu địa phương để đắp đê, đê quai được áp dụng rộng rãi Với các công trình đắp bằng vật liệu địa phương như đê trong quá trình thi công công trình luôn được chất tải cho đến khi công trình được xây dựng hoàn thành Bản thân các công trình vật liệu địa phương sẽ

bị lún theo thời gian, với các công trình đang trong quá trình xây dựng luôn được gia tải nên quá trình lún sẽ phát triển nhanh hơn Một phần lún do bản thân phần đất đắp

và một phần lún do nền lún khi bị chất tải do công trình Quá trình lún của công trình

sẽ là tổ hợp tác động lún của nền và công trình Mức độ lún của công trình chịu tác động của nhiều yếu tố, đánh giá được quá trình lún của đê có thể đề ra được các biện pháp đề phòng, xử lý các trường hợp bất lợi do lún gây ra

Trạng thái của đất đắp đê trước, trong và sau khi xây dựng có khuynh hướng biến đổi là khá lớn Việc dự đoán các thay đổi là nhiệm vụ của người thiết kế và thi công,

từ đó đưa ra các giải pháp phòng ngừa những tác hại có thể xảy ra Đối với các công trình đê biển ngoài sự thay đổi trạng thái của đất nền còn có sự thay đổi trạng thái của đất thân đê trong quá trình thi công và vận hành sau khi xây dựng xong dẫn đến các ảnh hưởng về lún

Từ các cơ chế chuyển vị của đất dẫn đến các nguyên nhân tiềm năng gây ra lún của các công trình đất Trong các nguyên nhân đó có các nguyên nhân từ đặc tính cơ lý của đất như dung trọng đất, góc ma sát trong, lực dính đơn vị, mô đun đàn hồi Độ ẩm trong đất, mức thoát nước thấm, thoát không khí trong đất thay đổi cũng là nhân tố quan trọng tác động đến lún Trong quá trình thi công xây dựng, lực nén tại các vị trí trong thân đê và nền luôn thay đổi do quá trình đắp lên đê, đất trong thân đê luôn được

chất tải do trọng lượng bản thân và các tác động trong quá trình thi công Sau khi hoàn thành xây dựng công trình, quá trình cố kết vẫn diễn ra do đó quá trình lún tiếp tục phát triển Do ảnh hưởng của độ lún, trong quá trình thi công có thể việc dự phòng vật liệu không đủ dẫn đến thiếu vật liệu do mặt cắt đê chưa đạt mặt cắt thiết kế Mặt khác khi công trình hoàn thành đạt yêu cầu mặt cắt thiết kế, song do ảnh hưởng của quá trình lún, sau một thời gian mặt cắt đê không đạt theo yêu cầu thiết kế có thể dẫn tới hiện tượng nước tràn qua gây vỡ đê trong trường hợp có bão kết hợp triều cường dân cao Để có thể dự đoán được mức độ lún của các công trình trong quá trình thi công và sau khi đưa vào vận hành từ đó đề ra được các giải pháp khắc phục khi lún xảy ra cần phải xác định được ảnh hưởng của các nhân tố tới quá trình lún Trong luân văn này đưa ra kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của chiều sâu nền đê và chiều cao đê đến quá trình lún của đê biển

Theo giáo trình “Cơ học đất”- Đại học Thủy Lợi: độ lún của nền móng có dùng

sơ đồ tính toán móng băng xác định bằng phương pháp cộng lún từng lớp trong phạm

vi chiều dày chịu nén của nền

Theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho chương trình củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển” tính lún gồm 2 bước:

2.5.1 Tính toá n lún ban đầu

Trị số tính lún ban đầu Siđược tính toán theo công thức:

2.5.2 Tính toán lún cố kết theo cộng lún từng lớp theo Môduyn biến dạng

Giá trị lún cố kết Sccủa thân và nền đê tính toán theo công thức:

zi i

E

h S

1 0

.

Trong đó:

β: hệ số phụ thuộc hệ số nở hông µ0 của đất Theo TCXD 45-70 cho phép lấy

β= 0,8 cho mọi loại đất

E0i ,hi: mô đuyn biến dạng và chiều dày của lớp đất thứ i

σzi : ứng suất gây lún của lớp đất thứ I, lấy giá trị giữa lớp hi

Trong đó: γi hi: là trọng lượng riêng và chiều dày lớp đất thứ i

Bước 2: Tính và vẽ biểu đồ ứng suất gây lún( ứng suất tăng thêm) cùng trục với ứng suất bản thân

Ngay tại đáy móng áp lực gây lún có trị số là :

Trong đó:

Ptb: áp suất trung bình( tổng cộng tại đáy móng)

γ H: là trọng lượng riêng lớp đất phía trên đáy móng và chiều sâu đào hố móng Theo độ sâu z ( kể từ đáy móng) ứng suất gây lún giảm dần và tính theo công thức:

Dưới độ sâu này nền đất coi như không lún nữa

Bước 3: chia nền đất trong phạm vi vùng đất chịu lún ra thành những lớp mỏng.Độ lún của mỗi lớp mỏng tính theo biểu thức sau:

i

zi i i E

h S

Bước 4: độ lún tổng cộng của nền bằng tổng độ lún của các lớp mỏng trong phạm vi chịu lún:

2.5.3 Tính toán lún cố kết theo cộng lún từng lớp theo hệ số rỗng

Giá trị lún cố kết Sccủa thân và nền đê tính toán theo công thức:

i n

i i n

i i

e

e e S

1

2 1

e1i: hệ số rỗng ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở giữa lớp thứ I của nền

e2i: hệ số rỗng ứng với tổng ứng suất do tác dụng tổng hợp của trọng lượng bản thân trung bình và trọng lượng gia tải trung bình ở giữa lớp thứ i của nền

Bước 2: Tính tổng ứng suất do tác dụng tổng hợp của trọng lượng bản thân

trung bình và trọng lượng gia tải trung bình ở giữa lớp thứ i của nền

Bước 3: Tra biểu đồ quan hệ (ε ~p) với tổng ứng suất tính được, được hệ số rỗng tương ứng Thay số liệu vào công thức tính được độ lún tổng cộng của nền

i n

i i n

i i

e

e e S

1

2 1

2.5.5 Tính toán lún theo thời gian

Độ cố kết (Qt) là tỷ số giữa độ lún ở thời điểm t nào đó trong quá trình đang lún (St) và độ lún ở thời điểm quá trình lún đã kết thúc (S) (Qt) biểu thị mức độ hoàn thành quá trình chuyển hóa áp lực nước lỗ rỗng (ứng suất trung hòa) thành ứng suất hiệu quả trong quá trình cố kết

Xác định độ cố kết của đất nền theo các bước :

2.5.5.2 Tính hệ số cố kết

a) Cách 1: Tính hệ số cố kết C v

n v

a

k C

γ

ε

) 1 ( + 0

Trong đó:

Cv: hệ số cố kết (cm2/ năm)

K : hệ số thấm (cm/ năm), đã xác định qua thí nghiệm

a : hệ số ép co (cm2/ N), nội suy theo bảng kết quả thí nghiệm, dựa vào ứng suất tổng tác dụng lên từng lớp đất

ε0 : hệ số rỗng tự nhiên, đã xác định qua thí nghiệm

gn : trọng lượng riêng của nước (0,01 N/ cm3

)

b) Cách 2 :Tính hệ số cố kết bình quân của các lớp đất C vm

n m

m m vm a

k C

γ

ε

) 1 ( +

s

i i m h

h

2

ε

s

i i m h

k h k

2

∑

am = aom (1+ εm) (2.16)

2

2

.

s

i i oi om

h

z h a

γn: trọng lượng riêng của nước (0,01 N/ cm3)

2.5.5.3 Xác định nhân tố thời gian

t H

C

4

t : thời gian cố kết (năm)

2.5.5.4 Tính độ cố kết theo thời gian của đất nền

St: Độ lún cố kết tại thời điểm t(năm).(m)

S : Độ lún toàn phần khi đã kết thúc quá trình lún(m)

N: nhân tố thời gian

2.6 Tính toán túi vải địa kỹ thuật

Nguyên tắc tính túi vải địa kỹ thuật dựa trên nguyên lý cân bằng của vỏ túi từ

đó xác định được sức căng tại vỏ túi Phương pháp tính dựa trên các giả thiết sau:

Túi vải địa kỹ thuật là thẳng tại mọi vị trí trên túi mặt cắt ngang luôn vuông góc với trục dọc túi Thành phần lực gây lên ứng suất trong túi chủ yếu là do áp lực bơm vật liệu trong quá trình làm đầy túi

Vỏ túi rất mỏng mềm và có trọng lượng không đáng kể

Vật liệu bơm vào túi là vật liệu lỏng, có tính sệt không gây ứng suất cục bộ trong túi

Không có ứng suất kéo giữa vật liệu trong túi và vỏ túi

Sơ đồ tính toán được trình bày trong hình như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán vỏ túi vải địa kỹ thuật

Trong đó:

h: chiều cao túi

b: Chiều rộng túi vải địa kỹ thuật tiếp xúc với nền

W: chiều rộng tối đa của túi vải địa kỹ thuật

P0: áp lực bơm trong túi

γ: Khối lượng riêng của vật liệu bơm vào túi

L: chu vi của túi

R: bán kính cong của túi

Với một điểm nằm trong túi có cột nước tĩnh là x ta có tổng áp lực tại điểm đó:

Px =P0+γx (2.21) Đường cong của túi được mô tả bởi phương trình toán học y=f(x) Giả sử tại một điểm trên bề mặt túi S(x,y) có bán kính cong là r, tâm của đường cong là C(xc ,yc)

Xét một đoạn đường cong nhỏ dS, có S là trung điểm, giả định rằng không xuất hiện ứng suất cục bộ giữ vật liệu và vải làm vỏ túi, theo đó tại điểm S xuất hiện lực kéo T dọc theo vỏ của túi ta có phương trình cân bằng:

x x P

d y y

P= ∫ p +γ x y x dx (2.33) Xét theo chiều z (theo chiều dài túi) lực Taxialchính là lực trên mỗi đơn vị chiều dài túi, do đó ta có Taxialđược tính theo công thức:

Đã có rất nhiều thí nghiệm để kiểm chứng kết quả trên và kết quả những thí nghiệm đó đã chỉ ra rằng, những lý thuyết nghiên cứu trên là hoàn toàn đúng đắn phù hợp với thực tế Một trong những thí nghiệm đó là của Lui thực hiện năn 1981

Năm 1996 Leshchinsky đã dùng máy tính để giải quyết các vấn đề trên, thông qua phần mềm GeoCoPS Đây là bộ phần mềm rất tiện dụng, nó cho phép ta mô phỏng nhiều bài toán, trường hợp tính toán, từ đó ta sẽ chọn được các thông số tính toán, thiết

kế phù hợp

2.7 Kết Luận chương II

Trong chương này tác giả đã nêu được nguồn gốc tính chất và sự hình thành của nền đất yếu, các biện pháp xử lý nền đất yếu gồm: biện pháp xử lý về kết cấu công trình, biện pháp sử lý móng công trình trước khi xây dựng công trình và biện pháp xử

Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm làm tăng nhanh quá trình thoát nước trong các

lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền

Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát làm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát làm nhiệm vụ thoát nước lỗ rỗng nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún

ổn định diễn ra nhanh hơn

Từ năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu với các đặc tính của vải địa kỹ thuật như sau: Độ bền kéo của vải địa kỹ thuật, độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật, độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật Từ đó đưa ra các nguyên tắt tính toán thiết kế công trình trên nền đất yếu Và tính toán túi vải địa kỹ thuật

CH ƯƠNG III TÍNH TOÁN TÚI V ẢI ĐỊA KỸ THUẬT, ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ, TÍNH LÚN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH ĐÊ QUAI LẤN BIỂN TIÊN LÃNG- HẢI PHÒNG 3.1 Vị trí vùng dự án

Hải Phòng có địa giới hành chính giới hạn bởi 20030’ vĩ bắc, 1060

23’-107008’ kinh đông Phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ninh; Phía Tây giáp tỉnh Hải Dương; Phía Tây-Nam giáp tỉnh Thái Bình, phía Đông giáp biển Đông Khoảng cách theo chiều Đông-Tây rộng 80km, theo chiều Bắc-Nam rộng 60km Diện tích chủ yếu là đất đồng bằng ven biển, đồi núi chiếm 10% ngoài ra còn có 2 huyện đảo nằm ở vịnh Bắc Bộ

Bờ biển dài trên 100km theo hướng Đông Bắc - Tây Nam từ cửa sông Lạch Huyện đến cửa sông Thái Bình Có 5 cửa sông của hệ thống sông Thái Bình: cửa Nam Triệu Sông Cấm, sông Lạch Tray, sông Văn úc, sông Thái Bình

Dự án dự kiến được xây dựng ở vùng bãi bồi ven biển, giữa hai cửa sông Văn

Úc và Thái Bình Hằng năm hai cửa sông mang hàng triệu m3phù sa bồi đắp cho vùng

dự án, tốc độ hình thành bãi hàng năm khoảng 180m-200m theo hướng tiến ra biển

Lịch sử quai đê lấn biển Tiên Lãng, lần lấn biển gần đây nhất được thực hiện vào năm 1968 tạo thành tuyến đê biển III Nguyên liệu để đắp đê lấn biển chủ yếu bằng đất, thi công bằng thủ công, tạo quỹ đất khoảng 2.000 ha, với cao độ mặt đê từ +5,2m ÷ +5,3m Bảo vệ đất canh tác nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản cho 4 xã: Vinh Quang, Tiên Hưng, Đông Hưng, Tây Hưng của huyện Tiên Lãng

Sau khi hoàn thành tuyến đê biển biển III, vùng bãi bồi ngoài đê vẫn tiếp tục được phù sa từ hai cửa sông Văn Úc và Thái Bình bồi đắp Hiện nay phần diện tích có cao độ từ 0,0m đến +1,5m khoảng 1.800 ha, cây sú, cây vẹt được trồng trước tuyến đê tạo rừng phòng hộ ven biển Bên cạnh đó ngoài khơi cách đê biển hiện tại 4÷6Km các cồn cát được hình thành và ngày càng được nâng cao dần lên khỏi mực nước biển

Với điều kiện địa hình lý tưởng của một vùng bãi bồi ven biển, huyện Tiên Lãng và thành phố Hải Phòng đã đề xuất vấn đề quai đê lấn biển, san lấp vùng bãi bồi

để xây dựng một sân bay Thủ tướng, Phó Thủ tướng Chính Phủ đã ba lần đi thực địa

thị sát vùng bãi bồi, và đã nhất trí với đề nghị của thành phố Hải phòng, quyết định xây dựng sân bay Quốc tế trên vùng bãi bồi Tiên Lãng

3.2 Đặc điểm Khí hậu, thủy hải văn

Hải Phòng nằm ở ven biển vùng nhiệt đới gió mùa Mùa hè nóng ấm trùng vào mùa gió Tây Nam với các hướng thịnh hành Đông và Đông Nam, thường có bão và áp thấp nhiệt đới với tốc độ gió đạt 35m-50m/s Mùa đông trùng vào mùa gió Đông Bắc với các hướng thịnh hành là Bắc, Đông Bắc Trong năm, gió Đông ưu thế trong các tháng 12-4, tốc độ trung bình 5,4m÷5,9m/s; gió Đông Nam và Nam ưu thế vào các tháng 5-8, trung bình 5,5m÷6m/s và gió Bắc và Đông Bắc ưu thế vào tháng 9-11, trung bình 5,6m÷6,3m/s

3.2.1 Mây & Nắng

Thời kì mùa đông từ tháng 10-12, lượng mây ít, trung bình chiếm 6/10 bầu trời Khi lưỡi áp cao cực đới lấn xuống phía Nam và hoàn toàn khống chế thì bầu trời thường ít hoặc quang mây với các dạng mây mỏng ở độ cao trên 1000m Từ cuối tháng 1-3, lượng mây tăng, trung bình các tháng chiếm 8-9/10 bầu trời với các dạng mây thấp ở dưới 1000m tạo thành các lớp mây dày cộng với thời tiết mưa phùn, gió bắc làm bầu trời thường âm u Vào thời kỳ hoạt động của gió mùa hạ, lượng mây nhiều, trung bình chiếm 7-8/10 không gian Thời kỳ này thường xuất hiện các khối mây tích (Cumulus) hoặc mây giông (Cumulonimbus) phát triển mạnh theo chiều thẳng đứng, chân mây có thể ở độ cao 600m nhưng đỉnh của chúng phát triển tới 4000÷5000m Mây giông còn được gọi là mây vũ tích thường đem đến các trận mưa rào mạnh, kèm theo gió giật, có khi có mưa đá và gió lốc

Số giờ nắng trung bình vào khoảng 1.600 giờ Tháng 10 số giờ nắng đạt nhiều nhất, đây là thời kỳ khô hanh Từ tháng 5 đến tháng 7 (nửa đầu mùa hạ) cũng là thời

nhỏ Mùa mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10 đạt từ 80 ÷ 90% tổng lượng Mùa mưa ít

từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Theo không gian càng cách xa đất liền, lượng mưa

có xu thế giảm dần (ở Bạch Long Vĩ chỉ bằng 70% lượng mưa trong đất liền) Lượng mưa ngày lớn nhất có thể đạt tới 400mm Những trận mưa lớn thường là hậu quả của thời tiết bão hoặc áp thấp

3.2.3 Độ ẩm

Nhìn chung Hải Phòng thuộc khu vực khá ẩm Độ ẩm tương đối trung bình năm 85%, độ ẩm tuyệt đối trung bình nhiều năm tại Phù Liễn là 24,7mb Độ ẩm có xu hướng tăng dần từ bắc xuống nam, từ ngoài khơi vào đất liền, thấp (73÷77%) vào tháng 10 đến tháng1, cao nhất (90÷91%) khi có mưa phùn vào tháng 3 và tháng 4 Trong năm chỉ có các tháng 10, 11 và 12 là tương đối khô còn lại độ ẩm tương đối đều đạt vượt mức 85% Phân bố độ ẩm giữa các vùng không đều nhau Xu thế chung càng lên cao, càng ra ngoài biển thì tần suất ẩm ướt càng tăng Lượng bốc hơi tiềm năng hàng năm đạt 700 ÷750mm, xấp xỉ 50% tổng lượng mưa năm

3.2.4 Khí áp, gió và bão

Khí áp

Trung bình năm của khí áp quy về mực nước biển là 1011mb, xấp xỉ trị số trung bình của các tỉnh vùng đồng bằng Bắc Bộ Sự chênh áp giữa các vùng thường nhỏ hơn nhiều so chênh áp độ cao Biến trình năm của khí áp trung bình có 1 cực đại vào tháng

1 và 1 cực tiểu vào tháng 7 Trị cực đại xảy ra khi gió mùa cực đới khống chế, trị cực tiểu xảy ra khi có hoạt động của áp thấp Trị số khí áp thấp nhất xảy ra là 960,6mb (ngày 21/1/1977 sau khi cơn bão Narab đổ bộ vào)

Gió

Chế độ gió trong đất liền tương đối đồng nhất, tuy nhiên giữa đất liền và hải đảo lại chênh lệch rõ rệt Hướng gió biến đổi theo mùa của hoàn lưu, vào các tháng mùa Đông từ tháng 11 đến tháng 1 gió Bắc và Đông Bắc tăng dần và đến tháng 1 thì gió Đông Bắc chiếm ưu thế tuyệt đối, mỗi tháng có 3-4 đợt, có tháng 5-6 đợt gió mùa Đông Bắc, mỗi đợt kéo dài 3-5 ngày Gió Đông Bắc thổi dọc bờ biển, sức gió rất mạnh, nhiều khi đạt đến cấp 7, 8, ngang áp thấp nhiệt đới Gió mùa Đông Bắc kèm