Bước đầu phân tích hiện tượng nứt đê khi kết hợp giao thông và hướng xử lý

Bài viết phân tích hiện tượng lún, nứt mặt đê của những đoạn đê có kết hợp giao thông thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng. Có thể kết luận rằng, đó là tổ hợp của nhiều nguyên nhân bất lợi cùng tác dụng đồng thời.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ BƯỚC ĐẦU PHÂN TÍCH HI ỆN TƯỢNG NỨT ĐÊ KHI KẾT HỢP GIAO THÔNG VÀ HƯỚNG XỬ LÝ Phùng Vĩnh An Viện Thuỷ Cơng Tóm tắt: Bài báo phân tích tượng lún, nứt mặt đê đoạn đê có kết hợp giao thơng thuộc vùng Đồng sơng Hồng Có thể kết luận rằng, tổ hợp nhiều nguyên nhân bất lợi tác dụng đồng thời Các nguyên nhân thường bề rộng lề đường nhỏ khơng có, hàm lượng sét bụi đất đắp thân đê cao, đất yếu không xử lý triệt để, tải trọng vượt giới hạn cho phép, độ chặt đường không đạt yêu cầu theo TCVN 4054:2005 Từ đề xuất hướng xử lý Từ khóa:mặt đê; lún nứt; đất yếu; đất yếu; tải trọng giao thông Abstract:The article analyzes the causes of subsidence, surface cracking of traffic-combined dykes in the Red River Delta It can be concluded that they are concurrent influences of disadvantage factors The causes are due to the width of the curb is small or without a curb, the content of clay and dust of the embankment is high, the weak ground was not thoroughly treated, the load exceeds the allowed limit, the compaction of the foundation was conforming to Vietnam Standard TCVN 4054: 2005 These analyses form bases for treatment methods Keyword:dyke surfaces; settlement; cracking; soft soil; traffic loads MỞ ĐẦU* Lịch sử phát triển kinh tế - xã hội vùng châu thổ sông thường gắn liền với hình thành phát triển hệ thống đê Có thể nói, khu vực Bắc lịch sử tiến hóa đồng ranh giới q trình biển tiến, tồn nhiều lớp đất yếu sản phẩm q trình trầm tích vũng, vịnh, hồ đầm lầy ven biển Trên thực tế, từ bắt đầu hình thành đê, ngồi chức ngăn lũ, đê kết hợp với giao thơng Tuy nhiên, ban đầu mặt đê nhỏ yêu cầu phát triển kinh tế xã hội chưa cao, nên giao thông chủ yếu cho người phương tiện nhỏ, nhẹ lưu thông Trong giai đoạn này, cố chủ yếu là: (1) Thẩm lậu, đùn sủi đê cống đê; (2) Xói lở chân thân đê dòng chảy; (3) Sạt trượt mái đê thượng, hạ lưu; (4) Nứt thân đê bãi sông hoạt động kiến tạo Ngày nhận bài: 11/5/2018 Ngày thông qua phản biện: 30/6/2018 Ngày duyệt đăng: 11/7/2018 Sau thống đất nước, yêu cầu cứu nạn, cứu hộ phát triển kinh tế liên vùng yêu cầu hạn chế tối đa việc xói mặt đê cấp quản lý đặt Ngay sau đó, chương trình cứng hóa mặt đê bê tông hàng năm thực cho nhiều đoạn đê vùng Đồng sơng Hồng Có thể nhận thấy, đoạn đê lưu thông với lưu lượng xe mức độ đường giao thông nông thôn với tải trọng H13 trở xuống, mặt đê bê tơng cứng hóa đảm bảo độ bền, khơng bị lún, nứt mặt đê Trong khoảng gần 10 năm trở lại đây, nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội tăng lên, hệ thống đường giao thông trở nên q tải với sách cho phép nhà đầu tư BOT đoạn đường quốc lội cũ để thu phí Kết hợp yếu tố trên, với đồng thời sách thu phí đoạn đường quốc lộ không hợp lý, dẫn đến việc xe cọ tìm cách tránh đoạn đường quốc lộ có thu phí, đoạn đê cứng hóa mặt trở thành nơi tập trung xe cọ lưu thơng với mật độ lớn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Ngồi ra, khu vực phát triển kinh tế, nhu cầu kết hợp đê với đường thành tuyến đường giao thông huyết mạch cấp quyền đặt Chính vậy, nhiều tuyến đê nâng cấp thành đường ô tô đồng cấp IV, có lưu lượng tải trọng xe lưu thơng khơng so với đường quốc lộ Hình Nứt vỡ mặt đê Tiền giang, huyện Yên Dũng – Bắc Giang Hình Nứt vỡ mặt đê Hữu đuống km21+600÷km59+600 – Bắc Ninh Do kết hợp thêm chức đường giao thơng, thân đê loại cơng trình có yếu tố lịch sử [1], thêm vào tiêu chuẩn hành chưa đề cập đến vấn đề đê kết hợp giao thơng Vì vậy, tượng lún nứt mặt đê có kết hợp đường giao thông diễn phổ biến Theo kết nghiên cứu [2], năm gần đâytrên địa bàn 19 tỉnh thành có đê cứng hóa theo chương trình cứng hóa mặt đê, tượng lún nứt mặt đê diễn phổ biến, ước tính có khoảng 18,6 % đê cứng hóa có tượng lún nứt mặt đê Trong đó, tỉnh thuộc đồng sơng Hồng có tượng đê lún, nứt mặt tăng đột biến Cụ thể như:Đê Hữu Đuống tỉnh Bắc Ninh đê nứt vỡ mặt chiếm 54% tổng 38 km đê cứng hóa; Đê Tả Đuống tỉnh Bắc Ninh đê nứt vỡ mặt chiếm 21,8% tổng 31,7 km đê cứng hóa; Đê Hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh đê nứt vỡ mặt chiếm đến 18,9% tổng 53,5% đê cứng hóa; Đê Hữu Hồng – Hà Nam đoạn km 129,5 (đầu cống Tắc Giang) ÷km 136 tồn mặt bê tơng nứt vỡ hồn tồn, mặt đê trở thành hố lồi lõm, phương tiện khó lại Ngồi ra, nhiều đoạn đê đầu tư hàng nghìn tỷ đồng, kết hợp thành tuyến đường đồng cấp IV bị cố lún nứt mặt đê, đê Tả Hồng-Hưng Yên đoạn km 81÷km100 Hình Đê Hữu Hồng - Hà Nam đoạn km 129,5 ÷km 136, khảo sát 4/2018 Hình Đê Tả Hồng - Hưng Yên đoạn km 81÷km 100 Quan sát tượng lún nứt mặt đê từ cơng trình có cố, nhìn nhận dạng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC hư hỏng mặt đê sau: - Nứt dọc đê: Vết nứt dọc kéo dài mặt đường, chí đến hàng trăm mét M ột số cơng trình ghi nhận vết nứt nằm phạm vi nâng cấp, mở rộng - Nứt nối tiếp: Thường xuất với vết nứt dọc đê - Nứt ngang nứt chéo: Tuy tần suất xuất không nhiều, số cố bắt gặp - Nứt hình chữ nhật: Thường xuất cơng trình có kết cấu mặt đê bê tông, nhiều đoạn đê ghi nhận kết cấu mặt đê bê tông bị vỡ nát sau hình thành vết nứt dạng Hiện tại, chưa có nghiên cứu bản, đủ sức thuyết phục nguyên nhân gây tượng lún, nứt mặt đê nêu Tuy nhiên, qua nghiên cứu tổng kết từ số cơng trình bị cố lún nứt mặt đê, có số nhận định nguyên nhân gây lún, nứt nội dung Phân tích tượng, đánh giá sơ nguyên nhân lún nứt mặt đê Qua phân tích số cơng trình có tượng lún nứt mặt đê, thấy cơng trình nhiều có số đặc điểm sau: - Tải trọng giao thông vượt cao so với thiết kế; CÔNG NGHỆ - Đê nâng cấp, mở rộng mặt đê sở mở rộng đê cũ; - Hàm lượng hạt sét, bụi cao thường nằm phạm vi giới hạn nguy hiểm; - Nền đất có tồn lớp địa chất bùn, sét yếu cát mịn nhạy cảm với biến dạng thấm nằm tầng phủ mỏng có nhiều ao, hồ thủy sản nằm sát chân đê hạ lưu; - Cấu tạo đường không đáp ứng TCVN 4054:2005 thành phần, cấu tạo, độ chặt yêu cầu Lần lượt phân tích ngun nhân để từ phán đoán nguyên nhân lún nứt mặt đê sau: - Nguyên nhân tải trọng giao thông vượt thiết kế: Các kết tính tốn trượt sâu từ nhiều cơng trình có cố lún nứt khảo sát kỹ lưỡng trạng, địa hình, địa chất [3,4], cho thấy hệ số ổn định không đạt yêu cầu, hình dạng mặt trượt đặc biệt vị trí cung trượt khơng giống thực tế Thay đổi phương pháp tính tốn trượt nơng [5], kết giống mặt hình dạng, vị trí mặt trượt, hệ số ổn định lớn Điều dẫn đến nhận định, nguyên nhân lún nứt mặt đê phải tổ hợp số nguyên nhân bất lợi tác dụng đồng thời, có nguyên nhân chưa xác định định lượng - Bề rộng lề đường nhỏ khơng có lề; Hình Kết tính tốn phương pháp mặt trượt nơng đê Tả Hồng - Hưng Yên đoạn km 81+km 83, cho hình dạng vị trí tương tự thực tế hệ số ổn định lớn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - Nguyên nhân bề rộng lề đường nhỏ khơng có lề: Khi bề rộng lề đường nhỏ khơng có, áp lực chủ động tải trọng giải phóng phía ngồi mà khơng có áp lực bị động để chống đỡ, nguyên nhân gây tượng nứt dọc mặt đê Trên thực tế, tuyến đường giao thông có lề rộng đường đắp cao Còn thấp, mặt đường có khơng gian rộng chắn giữ Hầu hết tuyến đê bao gồm đê cứng hóa bê tơng nâng cấp theo tiêu chuẩn đường đồng cấp IV có cố lún nứt mặt đê có bề rộng lề đường nhỏ khơng có lề - Ngun nhân đê nâng cấp mở rộng mặt đê không đạt yêu cầu theo TCVN 4054:2005: Sự cố lún nứt mặt đê ghi nhận đoạn đê nâng cấp, mở rộng theo tiêu chuẩn đường đồng cấp IV Kết đánh giá từ hồ sơ TKTC hồ sơ hồn cơng cho thấy, hình thức lăng thể áp trúc mở rộng, xử lý tiếp giáp hai khối đắp, kết cấu móng mặt đường khơng đạt TCVN 4054:2005 chất lượng thi công chưa tốt thiết bị thi công không hợp lý, chất lượng thi công không đảm bảo - Nguyên nhân vật liệu đắp đê không đạt yêu cầu: Theo số liệu kiểm tra đoạn có cố, đất thân đê chủ yếu đắp vật liệu khai thác chỗ dọc hai bên đê nên hàm lượng hạt bụi hạt sét đất thân đê lớn Ví dụ: đê Tả Hồng – Hưng Yênđoạn Km 77+242 ÷ Km 88 có phạm vi thành phần hạt nhạy cảm nứt đầm (xem hình 6), đất sử dụng để đắp thân đê nằm giới hạn nguy hiểm việc thi cơng đầm rung Ở khía cạnh khác, lượng hạt bụi lớn đất đắp dễ bị nứt chịu tải trọng động Trong trường hợp tải trọng xe cộ Ngoài ra, đất đắp thân đê có hàm lượng hạt sét lớn, nên thân đê dễ bị trương nở mùa mưa co ngót mùa khơ có xu hướng gây nứt dọc đê Lý tương tự giải thích nội dung trên, theo phương mặt cắt ngang, có mái đê nên nội ứng suất trương nở co ngót khơng bị chặn áp lực hơng (do áp lực địa tầng) phương dọc Hình Phạm vi thành phần hạt nguy hiểm nứt đầm [6] - Nguyên nhân địa chất đê yếu ao hồ sát chân đê: Khu vực Bắc lịch sử tiến hóa đồng ranh giới trình biển tiến, vậy, tồn nhiều lớp đất yếu sản phẩm trình trầm tích vũng, vịnh, hồ đầm lầy ven biển Trong Đệ tứ, tác động mạnh mẽ tự nhiên nhân tạo, quy luật chuyển dòng, bồi tích ven sơng sơng nhánh có đặc thù riêng Hệ thống đê xây dựng từ lâu với khơng hiểu biết nhiều tính chất đê mà khơng xử lý trước xây dựng Rất nhiều đoạn đê xây dựng đất yếu Ngoài ra, ao hồ thủy sản phía hạ lưu đê gây ảnh hưởng xấu đến ổn định đê thẩm lậu, sạt trượt mái Đây nguyên nhân gây ảnh hưởng đến lún nứt mặt đê, nguyên nhân chủ yếu - Nguyên nhân đường không đủ độ chặt: Nền đường theo tiêu chuẩn TCVN 4054:2005, đường đồng cấp IV yêu cầu phía lớp áo mềm 62 cm, phạm vi 30 cm phải có độ chặt k  0,98 80 cm tiếp theo, yêu cầu k  0,93 Tuy nhiên, kết qủa khảo sát qua số cơng trình có cố lún nứt cho thấy: (1) Từ mặt đường độ sâu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC 100 cm ÷110 cm, tương đương đáy áo đường khoảng 40 cm ÷ 50 cm khơng đảm bảo yêu cầu vật liệu độ chặt yêu cầu; (2) Trong phạm vi chiều sâu 80 tiếp theo, độ chặt lớp đấtcũng không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn Đối với đê cứng hóa Bê tơng đường khơng xử lý xử lý chưa đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Thiết kế chủ yếu bóc bỏ lớp đất mặt, sau đổ lớp BTCT (hoặc BT) để làm mặt đường Việc xử lý tiếp giáp khối đắp theo TCVN 4054:2005 yêu cầu giật cấp, đáy nghiêng vào trong, hầu hết hồ sơ thiết kế không đáp ứng yêu cầu Thực tế cho thấy, đê có chức ngăn nước, có lịch sử hình thành từ xa xưa, nên khó đáp ứng u cầu theo TCVN 4054:2005 khơng có giải pháp phù hợp ĐỀ XUẤT HƯỚNG XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT MẶT ĐÊ Từ việc phân tích, nhận định nguyên nhân gây lún nứt mặt đê thấy rằng, đê bị lún nứt tổ hợp nguyên nhân khác đồng thời tác dụng Do đó, chưa đủ số liệu để chứng minh thật xác nguyên nhân chủ yếu, song qua cố lún nứt xảy CƠNG NGHỆ nhận định bề rộng lề đường nhỏ khơng có lề có ảnh hưởng lớn đến tượng lún nứt mặt đê Do vậy, hướng cần để xử lý là: (1) Đắp mở rộng mặt đê tạo bề rộng lề đáp ứng TCVN 4050:2005; (2) Tăng độ cứng chống kéo theo phương ngang - Đắp mở rộng mặt đê để tạo bề rộng cho lề đường (có thể mở rộng thêm đê, để tăng cường ổn định): Đây phương án truyền thống áp dụng từ lâu, nhằm tăng cường ổn định cho mái đê tăng áp lực bị động để chống đỡ giải phóng ứng suất ngang hoạt động tải trọng động đê gây Vì vậy, điều kiện kỹ thuật cho phép đắp mở rộng đê phía thượng lưu hạ lưu đê Phương án có ưu điểm tận dụng vật liệu địa phương, thi công đơn giản Nhược điểm chiếm nhiều diện tích đất, kinh phí đền bù giải phóng mặt lớn Hơn nữa, thực theo giải pháp suốt theo chiều dài đê phải thực giải pháp, không mặt cắt ngang đê lồi, lõm khó xử lý tính thẩm mỹ Ngồi ra, việc đắp đến vừa phải cần phải có nghiên cứu sâu để giải vấn đề Hình Thi cơng mở rộng đê phía thượng lưu, tạo lề đường để xử lý cố lún nứt mặt đoạn km 81 ÷km 100 đê Tả Hồng – Hưng Yên - Tăng độ cứng chống kéo theo phương ngang: Trong trường hợp điều kiện kỹ thuật không cho phép, khơng thể mở rộng phía t hượng hạ lưu đê kinh phí lớn vư ợt khỏi khả cho phép sử dụng phương án t ăng cường độ cứng chống kéo theo phương ngang Bản chất kỹ thuật giải pháp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ tăng độ cứng mặt đường sửa chữ a cách sử dụng loại vật liệu có khả tăng cư ờng độ cứng khả chống kéo theo phư ơng ngang, qua t tiêu giải phóng ứng s uất ngang tải trọng xe cọ hoặt động đê gây N goài ra, kết hợp thay lớp vật liệu móng đường đá dăm khơng có lợi cho cơng trình đê điều vật liệu đất t ại chỗ trộn với xi măng 20% Dưới lớp này, thay đào tồn lớp đáy lên, đầm chặt lại đạt k =0,93 y cầu TCVN 4050:2005, thay cách đào rãnh đào có chiều rộng 0,5m sâu m loại máy đào thông dụng có Hình minh họa phư ơng án t heo đề xuất Hình Sơ họa dự kiến mặt cắt ngang cơng trình thử nghiệm Phương pháp thi cơng dự kiến thi cơng ½ bề rộng mặt đường, để tránh ảnh hưởng giao thông Thi công xong nử a chuyển s ang thi cơng nữ a kia, theo bước: (1) P há dỡ ½ mặt đư ờng bị lún, nứt; (2) Đ rãnh rộng 0,5 m s âu m máy đào; (3) Trộn xi măng 20% với đất chỗ máy lê V=0,5 m3 ; (4) Đổ hỗn hợp Đ-XM vào rãnh đầm chặt k= 0,95 đầm cóc; (5) Thi cơng lớp Subbas e dày 20 cm + XM 20% đầm chặt máy đầm tĩnh k= 0,98; (6) Thi công mặt đường BTXM +sợi Fiber KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đê điều loại cơng trình đặc biệt nhiều khía cạnh có chiều dài lớn, chịu nhiều tác động tự nhiên xã hội, tính chất dễ bị tổn thương trước yếu tố bất lợi đặc biệt gây hậu nặng kinh tế-xã hội có cố Trong năm trước đây, cố thường gặp thẩm lậu, xói lở, s ạt trượt mái,vvv….Gần nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội nước xu hướng chung nhiều nước giới sử dụng đê kết hợp đường để phát triển kinh tế- xã hội, an ninh, quốc phòng, đặc biệt cứu nạn, cứu hộ nên nư ớc t a chương trình cứng hóa mặt đê việc kết hợp đường giao thông theo tiêu chuẩn đường đồng cấp IV Do bắt đầu phát sinh cố lún nứt mặt đê M ặc dù cố xuất hiện, chiếm tỷ trọng lớn cố đê điều thời gian gần Dự báo rằng, khơng có biện pháp khắc phục sau thời gian nữ a, cố nhiều đê điều Hiện tại, chưa có nghiên cứu bao quát hết vấn đề này, hiểu biết chế phá hoại giải pháp xử lý dừng lại việc nhận định nguyên nhân đề xuất hướng xử lý sở xem xét, đánh giá số đoạn đê có tượng lún nứt mặt Tuy nhiên, nhu cầu phát triển kết hợp giao thơng ngày cao Vì vậy, việc xác định xác nguyên nhân gây lún nứt đề xuất giải pháp xử lý hiệu quả, đồng thời để ngăn ngừa, hạn chế hư hỏng tương tự cần thiết Những vấn đề này, cần phải tiếp tục có đầu tư nghiên cứu, bổ sung tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm mục tiêu đảm bảo an tồn đê điều trước mắt lâu dài TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Tư nnk, Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất cơng trình dự báo khả xuất cố dọc tuyến đê sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội, Báo cáo đề tài cấp Nhà nước Hà Nội [2] Phùng Vĩnh An nnk, Báo cáo nghiên cứu đánh giá cố đê, cống đê đề xuất giải pháp xử lý, Đề tài NCTX Viện Thủy công năm 2016, 2016, Viện Thủy công, Hà Nội [3] Nguyễn Quốc Dũng nnk, Báo cáo khảo sát trạng, đánh giá sơ nguyên nhân cố lún nứt đề xuất giải pháp xử lý đê Tả Hồng đoạn km 81+700 đến km 82+050 huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên, 2016, Hà Nội [4] Nguyễn Quốc Dũng nnk, Báo cáo đánh giá nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý lún nứt đê Hữu sông Thương, tỉnh Bắc Giang, 2017, Hà Nội [5] Research report of Kentucky Transportation Center,Bearing capacity analysis and desingn of highway base materials reinforced with geofabrics, 2005, USA [6] J.H Sherard,Influence os soil properties and construction methods on performance of homogenuos Earth Dam, 1955, US Bereau of Reclamation TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 ... 4054:2005 khơng có giải pháp phù hợp ĐỀ XUẤT HƯỚNG XỬ LÝ HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT MẶT ĐÊ Từ việc phân tích, nhận định nguyên nhân gây lún nứt mặt đê thấy rằng, đê bị lún nứt tổ hợp nguyên nhân khác đồng thời... yếu tố lịch sử [1], thêm vào tiêu chuẩn hành chưa đề cập đến vấn đề đê kết hợp giao thơng Vì vậy, tượng lún nứt mặt đê có kết hợp đường giao thơng diễn phổ biến Theo kết nghiên cứu [2], năm gần... đê cứng hóa theo chương trình cứng hóa mặt đê, tượng lún nứt mặt đê diễn phổ biến, ước tính có khoảng 18,6 % đê cứng hóa có tượng lún nứt mặt đê Trong đó, tỉnh thuộc đồng sơng Hồng có tượng đê