Nghiên cứu giải pháp xử lý ổn định mái đê sông áp dụng

LỜI CẢM ƠN Với tất cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ quý thầy cô, đồng nghiệp bạn bè, tác giả hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: " Nghiên cứu giải pháp xử lý ổn định mái đê sông áp dụng cho đê tả sông Chu" Có thành nhờ truyền thụ kiến thức thầy giáo, cô giáo trực tiếp giảng dạy công tác Trường Đại học Thủy lợi suốt thời gian tác giả học tập trường Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi thời gian học tập đây, quan tâm giúp đỡ ban lãnh đạo quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp cơng tác học tập để hồn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp tài liệu cần thiết cho luận văn Đồng thời tác giả xin gửi thành đến người bạn đời tác giả cổ vũ, kích lệ tạo điều điều kiện để tác giả hồn thành luận văn sau tất khó khăn tưởng chừng tác giả gục ngã từ bỏ Do thời gian nghiên cứu có hạn lực thân nhiều hạn chế nên luận văn tác giả khơng tránh khỏi cịn có thiếu sót Kính mong thầy bảo cho ý kiến để tác giả hồn thiện đề tài nghiên cứu Xin chân thành cám ơn! Hà nội, ngày 17 tháng năm2015 Triệu Thị Bình LỜI CAM ĐOAN Học viên Triệu Thị Bình xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trích dẫn trung thực Các kết nghiên cứu luận văn chưa người cơng bố cơng trình nghiên cứu khác./ Học viên thưc luận văn Triệu Thị Bình MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐÊ SÔNG VIỆT NAM , CÁC SỰ CỐ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH CHO NỀN VÀ MÁI DỐC ĐÊ SÔNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ SÔNG VIỆT NAM VÀ NHỮNG ĐẶC THÙ ĐÊ SƠNG THANH HĨA 1.1.1 Tổng quan tình hình xây dựng đê Sông Việt Nam 1.1.2 Những đặc thù đê Sơng Thanh Hóa 1.2 CÁC SỰ CỐ VÀ GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH NỀN VÀ MÁI DỐC ĐÊ SÔNG 17 1.2.1 Các cố gây ổn định mái dốc đê 17 1.2.2 Các giải pháp gia cường ổn định mái dốc đê sông 24 Kết luận chương .38 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ VÀ TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH CHO ĐÊ SÔNG 39 2.1 NGUYÊN TẮC TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO NỀN VÀ MÁI DỐC 39 2.1.1 Lựa chọn mặt cắt tính tốn 39 2.1.2 Trường hợp tính tốn ổn định .39 2.2 CƠ CHẾ PHÁ HOẠI KHỐI ĐẤT MÁI DỐC KHI CÓ GIA CƯỜNG 40 2.2.1 Cơ chế phá hoại khối đất mái dốc đê sông 40 2.2.2 Cơ chế phá hoại khối đất có gia cường 40 2.2.2.1 Các chế tương tác đất cốt 40 2.2.2.2 Cơ chế gia cường đất tường chắn mái dốc 44 2.2.3 Cơ chế gia cường đất đắp đất yếu .45 2.3 BÀI TOÁN THẤM 46 2.3.1 Ngun tắc tính tốn 46 2.3.2 Phương pháp giải toán thấm 47 2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH KHỐI ĐẤT MÁI DỐC VÀ NỀN ĐÊ 52 2.4.1 Phương pháp tính tốn trượt cung trịn .52 2.4.2 Phương pháp mặt trượt phức hợp .54 2.4.3 Các hệ số an tồn tường phịng lũ 55 2.4.4 Cơ sở lý thuyết Slope/W 56 2.4.5 Cơ sở lý luận Slope/W 56 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TỐN 58 Kết Luận chương .50 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHO ĐÊ TẢ SÔNG CHU ÁP DỤNG CHO ĐOẠN TỪ K18+994M ĐẾN K25+100M 59 3.1 MƠ TẢ VÀ PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG HIỆN NAY 59 3.1.1 Giải pháp gia cường mặt cắt ngang 59 3.1.2 Giải pháp gia cố đống đá hộ chân, kè lát mái trồng chắn sóng chân đê 60 3.1.3 Vấn đề ứng dụng kỹ thuật công nghệ để gia cường ổn định mái dốc đê 61 3.2 CÁC GIẢI PHÁP NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ỔN ĐỊNH CHO ĐÊ TẢ SÔNG CHU ÁP DỤNG CHO ĐOẠN TỪ K18+994M ĐẾN K25+100M 65 3.2.1 Giới thiệu chung cơng trình 65 3.2.2 Hiện trạng đê thuộc khu vực nghiên cứu 72 3.2.3 Đánh giá nguyên nhân gây cố sạt trượt đoạn đê nghiên cứu .77 3.2.4 Các giải pháp xử lý ổn định 78 3.3 Phân tích giải pháp, ưu nhược điểm phương án : 82 3.3.1 Giải pháp 1: Đống đá hộ chân đê 82 3.3.2 Giải pháp : Phương án cọc xi măng đất 83 3.3.3 Giải pháp : Phương án cọc bê tông cốt thép 84 3.3.4 Giải pháp : Phương án cừ BTCT dự ứng lực 85 3.3.5 Giải pháp : Giải pháp hỗn hợp : .86 3.4 PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN VÀ HÌNH THỨC KẾT CẤU 87 3.4.1 Phương án lựa chọn 87 3.4.2 Hình thức kết cấu hạng mục phương án chọn 91 3.4.3 Tính tốn ổn định kè Căng Hạ, Cẩm Vân sau có giải pháp xử lý 93 3.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHO PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN .95 3.5.1 Công tác đất 95 3.5.2 Công tác đào phá dỡ kết cấu cũ .96 3.5.3 Thi công mái kè .96 3.5.4 Trình tự thi công 97 3.5.5 Bãi đúc, bãi chứa đất đá thải đường thi công 97 3.5.6 u cầu q trình thi cơng 98 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC .102 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.- 1: Sự cố đê vùng sông cổ 19 Hình 1- 2: Sự đâm xuyên thủy lực qua tầng đất cứng 19 Hình 1- 3: Sự cố trượt mái đê hạ lưu 20 Hình - 4: Sự cố thẩm lậu, lỗ rò .20 Hình - 5: Sự cố nứt gãy thân đê 21 Hình - 6: Sự cố sóng tác động lên mái đê 22 Hình - 7: Sự cố sóng tác động lên mái đê 22 Hình - 8: Sự cố vùng tiếp giáp tôn cao, áp trúc đê .23 Hình - 9: Sự cố ổn định đê vùng có cơng trình qua đê 24 Hình - 10: Phương pháp đắp giữ khối đất trượt 25 Hình - 11: Hình ảnh đắp thực tế đê tả sông Chu .25 Hình - 12: PP rải lớp đệm để tăng nhanh cố kết thoát nước đất .26 Hình - 13: Giải pháp sân phủ chống thấm .26 Hình - 14: Giải pháp khoan 27 Hình - 15: Hình ảnh thực tế khoan vữa gia cố đê sơng Chu 28 Hình - 16: Giải pháp tường chống thấm 28 Hình - 17: Giải pháp tường hào bentonit .29 Hình - 18: Giải pháp làm giếng đào giảm áp 29 Hình - 19: Hình ảnh thực tế giếng giảm áp 30 Hình - 20: Giải pháp làm giếng bơm giảm áp 30 Hình - 21: Các dạng thi công thường gặp phương pháp nước mặt .31 Hình - 22: Phương pháp cân chỉnh mái dốc 31 Hình - 23: Phương pháp cọc Hình - 24: Hình ảnh đóng cọc 32 32 Hình - 25: Giải pháp gia cường mái dốc hàng cọc 32 Hình - 26: Giải pháp neo đất 33 Hình - 27: Hình ảnh thi cơng neo cọc mái đất 33 Hình - 28: Giải pháp ô trồng cỏ giữ mái 34 Hình - 29: Giải pháp trồng cỏ chắn sóng .34 Hình - 30: Giải pháp sử dụng tường chắn 35 Hình - 31: Hình ảnh hành lang chân đê gia cố tường BT 35 Hình - 32: Giải pháp vải địa kỹ thuật với lớp vải .35 Hình - 33: Hình ảnh trải vải địa kỹ thuật mái đê 36 Hình - 34: Hình ảnh kè đá, lát mái CKĐS mỏ hàn .37 Hình - 1: Mặt trượt mái đất 40 Hình - 2: Tác dụng cốt đất 43 Hình - 3: Cơ chế gia cường tường mái dốc cốt .45 Hình - 4: Mái đắp có cốt đất yếu .46 Hình - 5: Tính tốn theo phương pháp trượt cung trịn 52 Hình - 6: Tính tốn theo phương pháp mặt trượt phức hợp 54 Hình - 1: Hình ảnh gia cố mặt bê tông đắp đê phía đồng đê tả sơng Chu 60 Hình - 2: Hình ảnh cố đống đá hộ chân, kè lát mái .60 Hình - 3: Hình ảnh trồng chắn sóng chân đê 61 Hình - 4: Công nghệ đơn pha 62 Hình - 5: Cơng nghệ hai pha 62 Hình - 6: Cơng nghệ ba pha 63 Hình - 7: Sơ đồ cơng nghệ Jet - Grouting .63 Hình - 8: Sơ đồ bố trí neo mái đất .64 Hình - 9: Bản đồ vị trí cơng trình nghiên cứu .66 Hình - 10: Một số hình ảnh trạng đê nghiên cứu 67 Hình - 11: Một số hình ảnh kè Căng Hạ .73 Hình - 12: Một số hình ảnh kè Cẩm Vân sạt lở tháng 8/2012 75 Hình - 13: Một số hình ảnh cung sạt tháng 9/2013 .75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Các PP thí nghiệm tiêu cường độ chống cắt đất 54 Bảng - 1: Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn Kè Căng Hạ .67 Bảng - 2: Bảng tổng tiêu lý phục vụ tính tốn Kè Cẩm Vân .68 Bảng - 3: Cao trình mực nước tính tốn vị trí: 72 Bảng - 4: Các tổ hợp tải trọng tính tốn ổn định với hệ số mái 80 Bảng - 5: Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 81 Bảng - : Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 82 Bảng - : Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 85 Bảng - : Hệ số ổn định Kminmin ứng với trường hợp tính tốn 86 Bảng - : Hệ số ổn định Kminmin ứng với mực nước thời điểm quan trắc .94 Bảng - 10 : Hệ số ổn định Kminmin ứng với mực nước thời điểm quan trắc .94 Bảng - 11 : Hệ số ổn định Kminmin ứng với mực nước thời điểm quan trắc .95 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Mái dốc cơng trình đất thường mái đê, mái đập, mái ta luy đường giao thông, mái tràn xả lũ, mái mở móng cơng trình thuỷ điện, v.v Mỗi cơng trình có đặc điểm làm việc riêng mục đích chung cho tất mái dốc đảm bảo ổn định tổng thể, đảm bảo tính kinh tế thân thiện với môi trường Trên thực tế có nhiều cơng trình đất điều kiện thực tế vật liệu đắp thân đê không đủ trữ lượng, có mái dốc lớn mái dốc tự nhiên, đê chịu tác động mạnh dòng chảy dịng chảy uốn khúc, dịng chảy có độ chênh cao lớn, đê đắp đất thiếu ổn định, đắp thủ công lâu đời, đắp thành nhiều đợt dùng nhiều loại đất có hệ số thấm khác không đầm nén tiêu chuẩn nên tiềm ẩn nhiều yếu tố gây ổn định tượng sụt, lún, trượt mái, vỡ đê lũ về, mạch đùn, mạch sủi, thẩm lậu Tuy nhiên chưa có giải pháp kỹ thuật thỏa đáng để gia cường ổn định, vật liệu lựa chọn gia cố mái kè chưa phù hợp mái kè bị sạt lở, trơi chí bị vỡ tồn thân đê mùa mưa bão, gây hậu lớn kinh tế, xã hội, chí nguy hiểm đến tính mạng người Việc nghiên cứu giải pháp gia cường cho mái kè, đê cho vùng có tuyến đê cong, địa hình dốc, lưu lượng lớn đem lại nhiều lợi ích Về kỹ thuật, làm tăng cường độ cho khối đất dẫn đến đảm bảo mái kè, đê ổn định điều kiện tính tốn Về thành phần đắp thân đê tận dụng vật liệu có sẵn địa phương tiết kiệm kinh phí mua đất đồi vận chuyện từ nơi khác đến làm tăng giá thành đầu tư Phương pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, mang lại ổn định lâu dài bền vững cho hệ thống đê Do kinh phí đầu tư thực nhiều hạng mục hơn, mang lại lợi ích lâu dài cho nhà nước Vấn đề nghiên cứu xử lý sạt trượt gia cường ổn định cho mái dốc cho hệ thống đê điều nói chung hệ thống đê điều vùng Thanh hóa nói riêng vấn đề khoa học lớn, mang nhiều ý nghĩa ứng dụng thực tiễn cấp thiết Sông Chu hệ thống sông lớn tỉnh Thanh Hóa có lưu lượng lớn, mực nước sơng cao, địa hình nơi có dịng chảy qua dốc, dòng chảy chủ lưu cong cua nhiều có xu hướng ngày xốy sâu vào chân đê Đê hình thành thơng qua q trình đắp nhiều năm, nhiều thời kỳ, có nhiều đoạn khơng có thiết kế dẫn đến số khu vực khơng đầm nén chặt, đất đắp có tính phân lớp cố kết kém, mái đê không Nền đất nơi có tuyến đê qua yếu, tượng thẩm lậu, mạch đùn, mạch sủi diễn biến phức tạp ngày gia tăng Đặc biệt đê tả sông chu đoạn từ K18+994m đến K25+100m, hai bên nội đê dân cư tập trung đông đúc, xe tải trọng tải lớn lại thường xuyên bề mặt đê gây tượng nứt nẻ, lồi lõm, mưa xuống mặt đê bị đọng nước Do có lũ đê bị sạt, trượt mái, vỡ đê gây an tồn đến tính mạng tài sản nhân dân nhà nước Vậy nên em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý ổn định mái đê sông áp dụng cho đê tả sông Chu” làm đề tài luận văn thạc sỹ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Phân tích tổng quan dạng mái đất - Nghiên cứu chế phá huỷ khối đất mái nghiêng khối đất có mái dốc thân đê không đồng chất - Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định mái dốc đê sông - Nghiên cứu đề xuất dạng, kết cấu định hình ổn định cho mái dốc đê sơng - Tính tốn ổn định mái dốc đê sông trường hợp sử dụng vật liệu kết cấu bảo vệ khác CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Cách tiếp cận - Thống kê tài liệu: Thống kê cố công trình liên quan đến mái đê sơng tuyến đê điều nước ta nói chung, tuyến đê điều miền nam bắc Trung nói riêng, đặc biệt tuyến đê điều tỉnh Thanh hóa Các tài liệu lý thuyết tính tốn ổn định khối đất - Thu thập tài liệu liên quan đến tính tốn gia cường ổn định nền, thiết kế mái đất, mái đất gia cường mái đất có cốt - Thu tập tài liệu trình xây dựng, hình thành ổn định tuyến đê tả sông Chu 103 Trường hợp 3: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ rút nhanh từ mực nước lũ thiết đến mực nước thường xuyên( thời điểm đo) Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.034 Lop Lop Lop Lop Lop Nen khong tham Trường hợp 4: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.470 Lop Lop Lop Lop Lop Nen khong tham Trường hợp 5: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Có mưa nên mái đê bão hoà hoàn toàn Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 104 1.307 Lop Lop Lop Lop Lop Nen khong tham Qua kiểm tra ta thấy đê ổn định vào mùa kiệt đặc biệt nguy hiểm vào mùa mưa lũ có lũ nước rút đột ngột sau lũ Kiểm tra ổn định trạng kè cẩm vân đoạn từ K23+500-K24+500): Kết tính toán ổn định mặt cắt C19 với trường hợp tính tốn Trường hợp 1: Phía đồng khơng có nước, phía sơng mực nước kiệt 95% Trên đỉnh đê có phương tiện lại hoạt động 0.748 105 Trường hợp 2: Phía đồng khơng có nước, phía sơng mực nước lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.379 Trường hợp 3: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ rút nhanh từ mực nước lũ thiết đến mực nước thường xuyên( thời điểm đo) Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 0.920 106 Trường hợp 4: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.379 Trường hợp 5: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Có mưa nên mái đê bão hồ hồn tồn Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.192 107 Qua kiểm tra ta thấy đê ổn định vào mùa kiệt đặc biệt nguy hiểm vào mùa mưa lũ có lũ nước rút đột ngột sau lũ Kiểm tra ổn định trạng kè cẩm vân đoạn từ K24+620-K24+740): Kết tính tốn ổn định mặt cắt T24 với trường hợp tính tốn Trường hợp 1: Phía đồng khơng có nước, phía sơng mực nước kiệt 95% Trên đỉnh đê có phương tiện lại hoạt động 1.051 Lop Lop 3A Lop 2B Lop 2A Lop bun Lop 3B Lop 2B Lop 2A Lop 4A Lop 4B Lop 2B Lop Lop 4C Lop khong tham Trường hợp 2: Phía đồng khơng có nước, phía sơng mực nước lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.462 Lop Lop 3A Lop 2B Lop 2A Lop 3B Lop 2A Lop 4A Lop 4B Lop 2B Lop 2B Lop 4C Lop Lop khong tham Lop bun 108 Trường hợp 3: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ rút nhanh từ mực nước lũ thiết đến mực nước thường xuyên( thời điểm đo) Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 0.924 Lop Lop 3A Lop 2B Lop 2A Lop bun Lop 3B Lop 2B Lop 2A Lop 4A Lop 4B Lop 2B Lop Lop 4C Lop khong tham Trường hợp 4: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.455 Lop Lop 3A Lop 2B Lop 2A Lop 3B Lop 2A Lop 4A Lop 4B Lop 2B Lop 2B Lop 4C Lop Lop khong tham Lop bun 109 Trường hợp 5: Phía đồng mực nước lấy mực nước ao, phía sơng nước lũ thiết kế Có mưa nên mái đê bão hồ hồn tồn Trên đỉnh đê khơng có phương tiện lại 1.369 Lop Lop 3A Lop 2B Lop 2A Lop bun Lop 3B Lop 2A Lop 4A Lop 4B Lop 2B Lop 2B Lop Lop 4C Lop khong tham Qua kiểm tra ta thấy đê ổn định vào mùa kiệt đặc biệt nguy hiểm vào mùa mưa lũ có lũ nước rút đột ngột sau lũ Kiểm tra ổn định Giải pháp 1: Kết tính tốn ổn định mặt cắt C5với giải pháp 1: Đống đá hộ chân đê 1.112 Lop Lop Lop da hoc Lop Lop Nen khong tham Lop 110 Với phương án hệ số ổn định cọc C5 so với mái tự nhiên có tăng lên K = 1.034