Nghiên cứu ứng dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng_unprotected

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI TÊN LUẬN VĂN 3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG TỔNG QUAN ….6 1.1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG, NÂNG CẤP ĐÊ Ở ĐBSCL 1.1.1 Giới thiệu hệ thống đê ĐBSCL 1.1.2 Phân giá số vấn đề cần giải xây dựng, nâng cấp đê ĐBSCL liên10 quan đến đềtích tài đánh 1.2 THUẬT GIỚI THIỆU CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ TÚI ĐỊA13 KỸ 1.2.1 Giới thiệu công nghệ túi địa kỹ thuật giới 13 1.2.2 Việc ứng dụng vải địa kỹ thuật Việt Nam 16 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 19 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÚI ĐỊA KỸ THUẬT 21 CHƯƠNG 2.1 CHỌN LỰA VẬT LIỆU ĐẮP 22 2.2 CHỌN LỰA VẬT LIỆU MAY TÚI 22 2.2.1 Sơ lược vật liệu địa kỹ thuật 22 2.2.2 Giới thiệu vải địa kỹ thuật 23 2.2.3 Đặc tính, chức ứng dụng vải địa kỹ thuật 25 2.2.4 Chọn vải địa kỹ thuật để may túi 26 2.3 CÁCH THỨC MAY TÚI 28 2.3.1 Kiểu may 29 2.3.2 Mũi may khâu 30 2.3.3 Thí nghiệm chọn mối nối 30 2.3.4 Các mẫu thử 31 2.3.5 Kết thí nghiệm 32 2.4 CHỌN LỰA HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC TÚI 35 2.4.1 Chọn hình dạng kích thước túi/bao địa kỹ thuật 35 2.4.2 Độ bền học bao cát (Thí nghiệm thả rơi) 36 2.4.3 Giải pháp bao cát địa kỹ thuật có neo 39 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 42 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 43 3.1 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỊA KỸ THUẬT 44 3.1.1 Nguyên lý ổn định bờ, mái dốc 44 3.1.2 Nguyên lý ổn định mái đê sử dụng bao cát đkt 49 3.2 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH THỦY LỰC 51 3.2.1 Cơ chế phá hoại lớp áo bao cát tác động thủy lực 51 3.2.2 Một số cơng thức ổn định thủy lực có 52 CHƯƠNG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH 56 4.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁI DỐC BẰNG BAO CÁT 56 4.1.1 Phương pháp tiếp cận thiết kế 56 i 4.1.2 Trình tự tính tốn 58 4.1.3 Tính tốn bố trí cốt neo 60 4.1.4 Áp dụng thiết kế cho mặt cắt đê đại diện 64 4.2 NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA BAO CÁT ĐKT BẢO VỆ MÁI ĐÊ 65 4.2.1 Giới thiệu phần mềm Rocscience Silde v6.0 65 4.2.2 Tính tốn đại diện cho trường hợp A – đắp đất tự nhiên 68 4.2.3 Tính tốn đại diện cho trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái 70 4.2.4 Tổng hợp kết tính tốn 72 4.2.5 Kết luận 72 4.3 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH THỦY LỰC 73 4.3.1 Chọn cơng thức tính tốn ổn định thủy lực 73 4.3.2 Trường hợp tính tốn 73 4.3.3 Kết tính tốn 74 4.3.4 Kết luận 75 KẾT LUẬN 76 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 76 HẠN CHẾ, TỒN TẠI 76 HƯỚNG KHẮC PHỤC, ĐỀ XUẤT 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BẰNG PHẦN MỀM ROCSCIENCE SLIDE V6.0 78 I SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 78 1) CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN CHUNG 78 2) SƠ ĐỒ TÍNH TỐN 80 II KẾT QUẢ TÍNH TỐN 81 1) TRƯỜNG HỢP - HỆ SỐ MÁI M = 1,0 81 2) TRƯỜNG HỢP - HỆ SỐ MÁI M = 1,5 85 3) TRƯỜNG HỢP - HỆ SỐ MÁI M = 2,0 89 4) TRƯỜNG HỢP - HỆ SỐ MÁI M = 2,5 93 5) TRƯỜNG HỢP - HỆ SỐ MÁI M = 3,0 97 ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: So sánh tính chất vật liệu địa kỹ thuật 23 Bảng 2-2: Một số thông số vật liệu polymer 23 Bảng 2-3: Tóm tắt tính chất loại vải địa kỹ thuật 24 Bảng 2-4: Quan hệ chức năng, đặc tính ứng dụng 25 Bảng 2-5: Tiêu chuẩn kỹ thuật vải địa kỹ thuật TS30 28 Bảng 2-6: Một số kiểu may nối thông dụng 29 Bảng 2-7: Kết thí nghiệm kéo mũi may chằng 33 Bảng 2-8: Kết thí nghiệm kéo móc xích kép 33 Bảng 2-9: Bảng tổng hợp cường độ loại mối nối 34 Bảng 2-10: Biểu đồ lực kéo độ dãn dài mối nối B2-3 35 Bảng 2-11: Kết thí nghiệm thả rơi bao cứng 38 Bảng 2-12: Kết thí nghiệm thả rơi bao cát mềm 38 Bảng 2-13: Kết thí nghiệm kéo bao cát 41 Bảng 3-1: Công thức ổn định cho túi địa kỹ thuật có xét đến tác động biến dạng 54 Bảng 4-1: Giá trị mặc định hệ số kéo neo F* α 63 Bảng 4-2: Bảng tổng hợp tính số phần mềm tính tốn mái dốc 67 Bảng 4-3: Tổng hợp đánh giá số phần mềm 67 Bảng 4-4: Các trường hợp tính tốn ổn định địa kỹ thuật 68 Bảng 4-5: Tổng hợp kết tính tốn hệ số ổn định 72 Bảng 4-6: Các trường hợp tính tốn ổn định thủy lực 74 Bảng 4-7: Kết tính tốn ổn định thủy lực lớp phủ bao cát địa kỹ thuật 74 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 0-1: Bản đồ nguy ngập khu vực đồng sông Cửu Long ứng với mực nước biển dâng 1m Hình 1-1: Bản đồ Quy hoạch thủy lợi ĐBSCL bao gồm hệ thống đê Hình 1-2: Mái đê bị nứt sạt trượt 11 Hình 1-3: Đê biển Cà Mau bị sụt lún đất chưa kịp cố kết 12 Hình 1-4: Thảm vải địa kỹ thuật 13 Hình 1-5: Bao cát vải địa kỹ thuật (thi công cạn nước dùng xà lan) 13 Hình 1-6: Ống vải địa kỹ thuật (bên trái: vải dệt, bên phải: vải không dệt) 14 Hình 1-7: Đập mỏ hàn làm bao cát vải địa kỹ thuật Maroochy, Australia 14 Hình 1-8: Cơng trình đập hướng dịng thuộc dự án Naviduct Enkhuizen, Hà Lan 15 Hình 1-9: Cơng trình cầu Incheon, Hàn Quốc sử dụng 14km túi địa kỹ thuật 15 Hình 1-10: Ứng dụng bao địa kỹ thuật sinh thái bảo vệ mái dốc Singapore 16 Hình 1-11: Túi địa kỹ thuật sử dụng bãi biển Hội An, Quảng Nam 16 Hình 1-12: Kè mỏ hàn Cửa Lở, Quảng Nam 16 Hình 1-13: Cơng trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương, Tp Phan Thiết dài 1,7km 17 Hình 1-14: Kè bảo vệ khu resort Làng Tre, tỉnh Bình Thuận 17 Hình 1-15: Đoạn kênh thực dự án trước (hình trái) sau xây dựng cơng trình (hình phải) 18 Hình 1-16: Cơng trình sử dụng kết hợp bao cát thảm cát địa kỹ thuật 19 Hình 1-17: Mặt cắt ngang đê đắp đất truyền thống, mái = 3÷4 20 Hình 1-18: Ứng dụng túi địa kỹ thuật giảm kích thước mái đê, m = 1÷2 20 Hình 2-1: Vải địa kỹ thuật loại dệt 24 Hình 2-2: Các loại kiểu may chọn làm thí nghiệm 30 Hình 2-3: Mũi may chằng (trái), mũi may móc xích (phải) 30 Hình 2-4: Kích thước mẫu thử 31 Hình 2-5: Sơ đồ mẫu thử đường may bao thí nghiệm kéo 31 Hình 2-6: Biểu đồ lực kéo độ dãn dài mối nối A2-1 32 Hình 2-7: Biểu đồ lực kéo độ dãn dài mối nối A2-2 32 Hình 2-8: Thí nghiệm kéo mối nối A2-1(Phá hoại rách vải) 35 Hình 2-9: Thí nghiệm kéo mối nối A2-2 (Phá hoại rách vải) 35 iv Hình 2-10: Thí nghiệm kéo mối nối B2-3 (Phá hoại rách vải) 35 Hình 2-11: Bao cát sau đổ đầy (trái) mái dốc bao thí điểm (phải) 36 Hình 2-12: Thí nghiệm thả rơi bao cứng 37 Hình 2-13: Thí nghiệm thả rơi bao mềm 38 Hình 2-14: Kết thí nghiệm thả rơi bao cứng: Bao bị bóp méo (trái), bao bị thủng (giữa), dây rút buộc miệng bao đứt (phải) 38 Hình 2-15: Các hình thức phá hoại bao thả rơi cát - Bao bị biến dạng tụt dây buộc (trái), dây buộc bị đứt (phải) 39 Hình 2-16: Sơ đồ thí nghiệm kéo bao cát 40 Hình 2-17: Thí nghiệm kéo bao cát 40 Hình 2-18: Thí nghiệm kéo với chiều cao kết cấu khác 40 Hình 2-19: Kết thí nghiệm kéo bao cát 41 Hình 3-1: Mặt trượt tính tốn theo phương pháp Fellenius 46 Hình 3-2: Các lực tác dụng lên mặt trượt thứ i theo Fellenius 46 Hình 3-3: Mặt trượt tính tốn theo phương pháp Bishop 47 Hình 3-4: Các lực tác dụng lên mặt trượt thứ i theo Bishop 48 Hình 3-5: Sơ đồ mái dốc bao cát ĐKT tính mái dốc có cốt 49 Hình 3-6: Các thành phần mái dốc có cốt 50 Hình 3-8: Cơ chế truyền tải trọng đất có cốt 51 Hình 4-2: Phân tích ổn định mái dốc có cốt PP cân giới hạn điều chỉnh 57 Hình 4-3: Các thơng số cần thiết để thiết kế mái dốc có cốt 59 Hình 4-4: Vùng cần gia cố xác định cung quay mặt trượt đạt ổn định thiết kế 59 Hình 4-5: Sơ đồ xác định lực neo thiết kế 60 Hình 4-6: Biểu đồ để xác định lực neo thiết kế (Schmertmann, et.al., 1987) 61 Hình 4-7: Mặt cắt thực tế (phải) mặt cắt thiết kế mái dốc (trái) 64 Hình 4-8: Sơ đồ tính tốn trường hợp A – đắp đất tự nhiên 69 Hình 4-9: Kết tính tốn trường hợp A – đắp đất tự nhiên 69 Hình 4-10: Sơ đồ tính tốn trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái đê 71 Hình 4-11: Kết tính tốn trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái đê 71 Hình 4-12: Biểu đồ phân tích quan hệ hệ số ổn định trường hợp A - B 72 Hình 4-13: Mặt hướng xếp A B 74 Hình 4-14: Biểu đồ kết tính tốn chiều cao sóng cho phép 75 v MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong vài thập niên gần biến đổi khí hậu tồn cầu, thiên tai xảy khốc liệt Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, sạt lở , xuất nhiều hơn, với cường độ lớn hơn, diễn biến phức tạp khó lường Đặc biệt tương lai biến đổi khí hậu tồn cầu kéo theo tình trạng nước biển dâng Theo cảnh báo Liên Hiệp Quốc Việt Nam nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng tượng nước biển dâng Và vùng lãnh thổ Việt Nam, Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) có địa hình thấp (nhiều nơi cao trình cao từ 20 đến 30cm so với mặt nước biển), đường bờ biển dài, hệ thống sông rạch chằng chịt nên đánh giá khu vực chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nghiêm trọng Theo Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam năm 2012 (Bộ Tài nguyên Môi trường, 2012) [1], vào cuối kỷ 21 với kịch phát thải, nước biển dâng cao khu vực Cà Mau đến Kiên Giang từ 54cm đến 105cm Trường hợp nước biển dâng 1m, có khoảng 39% diện tích ĐBSCL có nguy bị ngập, 70% diện tích đất ÐBSCL bị xâm nhập mặn, khoảng hai triệu đất trồng lúa Theo đó, thời gian ngập úng ÐBSCL kéo dài bốn đến năm tháng, khiến 8,5 triệu người bị nhà Đi kèm với biến đổi khí hậu, nước biển dâng tình trạng thay đổi dịng chảy, sạt lở, bồi lắng ven biển, kênh, rạch,…diễn nghiêm trọng gây thiệt hại tài sản, người, hư hỏng hệ thống sở hạ tầng, kiềm hãm phát triển khu vực Không thế, nhiều dự báo khoa học cho thấy, hiểm họa thiên tai, dịch bệnh xảy mức độ nặng nề hơn, khơng có giải pháp chủ động can thiệp, giảm nhẹ từ Đối với ĐBSCL, hệ thống đê, bờ bao từ lâu chắn bảo vệ an toàn hiệu Các tuyến đê biển, đê sông, bờ bao kết hợp với cơng trình khác kè, cống, đai rừng phịng hộ,… có tác dụng kiểm sốt lũ, ngăn mặn, giữ ngọt, phịng chống tình trạng sạt lở diễn ngày thường xuyên nghiêm trọng Tuy nhiên hệ thống đê ĐBSCL thiếu yếu, chưa xây dựng đồng Hiện nhu cầu xây dựng, nâng cấp hệ thống đê ĐBSCL bối cảnh ứng phó biến đổi khí hậu nước biển dâng lớn Theo đề tài “Rà soát quy hoạch hệ thống đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang” tỉnh ĐBSCL năm tới cần nâng cấp, xây dựng 618km đê biển 741km đê cửa sông chưa kể hàng chục ngàn km đê sông bờ bao.[2] Mặc dù vậy, vùng ĐBSCL với đặc điểm địa hình đất yếu, hệ thống sơng rạch chằng chịt, chịu ảnh hưởng thủy triều tác động thường xuyên biến đổi khí hậu, vấn đề xây dựng cơng trình thủy lợi, giao thơng đê, kè, đường giao thông,… ĐBSCL gặp nhiều trở ngại đất yếu, chi phí san lấp mặt bằng, xử lý nền, gia cố mái… để xây dựng cơng trình tốn Ở nước phát triển, phần đê, mái đê đắp vùng đất yếu thường trì cách cải tạo đất, thay đất phương pháp gia cố đất Tuy nhiên, trường hợp kinh phí cịn eo hẹp nước ta đặc biệt vùng ĐBSCL, phương pháp thường khơng áp dụng sử dụng vật liệu có giá thành cao khơng tận dụng nguồn vật liệu địa phương, đặc biệt chưa thích ứng với trình độ lao động thủ cơng nước ta Việc đầu tư hàng ngàn km đê để hoàn thiện hệ thống đê đảm bảo làm việc hiệu với giải pháp thơng dụng chi phí vượt khả đầu tư Trung ương địa phương Thực tế cho thấy, việc nghiên cứu công nghệ, vật liệu ứng dụng vào xây dựng nâng cấp đê ĐBSCL cần thiết để làm sở đề xuất giải pháp xây dựng cơng trình phù hợp hiệu Hình 0-1: Bản đồ nguy ngập khu vực đồng sông Cửu Long ứng với mực nước biển dâng 1m TÊN LUẬN VĂN “Nghiên cứu ứng dụng túi địa kỹ thuật xây dựng, nâng cấp đê đồng sông Cửu Long” 3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU  Đề xuất sở khoa học sử dụng túi địa kỹ thuật xây dựng, nâng cấp đê đồng sông Cửu Long  Đề xuất phạm vi, giải pháp thiết kế túi địa kỹ thuật cho xây dựng nâng cấp đê ĐBSCL NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Thu thập tài liệu, nghiên cứu tổng quan hệ thống đê ĐBSCL đánh giá ưu nhược điểm hạn chế, tồn cần khắc phục  Nghiên cứu tổng quan vải địa kỹ thuật giải pháp ứng dụng xây dựng cơng trình  Nghiên cứu, tính tốn ứng dụng túi địa kỹ thuật vào xây dựng nâng cấp đê điều kiện ĐBSCL CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Cách tiếp cận Trên sở nghiên cứu lý thuyết, chế hoạt động vật liệu, thực tiễn cơng trình nghiên cứu ứng dụng từ trước đến nay, phương pháp phân tích đánh giá ưu nhược điểm giải pháp xây dựng nâng cấp đê ĐBSCL Trên sở thí nghiệm, tính tốn đề xuất giải pháp ứng dụng túi địa kỹ thuật xây dựng nâng cấp đê ĐBSCL Tiếp cận thực tiễn: Tiếp cận thực trạng yêu cầu thực tiễn xây dựng nâng cấp đê ĐBSCL nhằm rút ưu điểm hạn chế giải pháp có Tiếp cận phương pháp khai thác, sử dụng hợp lý vật liệu mới: Tiếp cận với thành tựu khoa học công nghệ, tiến kỹ thuật giới công nghệ, kỹ thuật để ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật Tiếp cận thí nghiệm kết nghiên cứu trước xây dựng nâng cấp đê tổng hợp bổ sung hoàn thiện sở liệu phục vụ đề tài nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu o Phương pháp kế thừa Sử dụng chọn lọc kết nghiên cứu ứng dụng túi địa kỹ thuật có giới nước liên quan đến đề tài o Phương pháp điều tra khảo sát, thí nghiệm Dựa kinh nghiệm thực tế, thu thập điều tra loại tài liệu tổng quan đê, bờ bao ĐBSCL 86 b) Phương án 2B – sử dụng bao cát địa kỹ thuật 87 88 3) Trường hợp - hệ số mái m = 2,0 a) Phương án 3A - đắp đất tự nhiên 89 90 b) Phương án 3B – sử dụng bao cát địa kỹ thuật 91 92 4) Trường hợp - hệ số mái m = 2,5 a) Phương án 4A - đắp đất tự nhiên 93 94 b) Phương án 4B – sử dụng bao cát địa kỹ thuật 95 96 5) Trường hợp - hệ số mái m = 3,0 a) Phương án 5A - đắp đất tự nhiên 97 98 b) Phương án 5B – sử dụng bao cát địa kỹ thuật 99 100 ... lại Sự phát triển kỹ thuật ứng dụng vải địa kỹ thuật kỹ thuật cơng trình thủy lợi ven biển Nhiều ngành địa kỹ thuật kỹ thuật dân dụng phát triển sau Ngày túi địa kỹ thuật ứng dụng cơng trình chống... 1-18: Ứng dụng túi địa kỹ thuật giảm kích thước mái đê, m = 1÷2 20 CHƯƠNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÚI ĐỊA KỸ THUẬT Túi địa kỹ thuật làm từ cát, đất vật liệu khác đổ đầy túi vải địa kỹ thuật Ứng dụng túi. .. Incheon, Hàn Quốc sử dụng 14km túi địa kỹ thuật 15 Hình 1-10: Ứng dụng bao địa kỹ thuật sinh thái bảo vệ mái dốc Singapore 1.2.2 Ứng dụng vải địa kỹ thuật Việt Nam Túi địa kỹ thuật sử dụng cơng trình