Dự báo sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước của sét mềm theo độ sâu và thời gian tuyến đường dọc kè sông Bảo Định thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang

Việc xây dựng tuyến đường và kè dọc sông Bảo Định là rất cần thiết, tại vị trí xây dựng là vùng trũng thấp, đất sét bão hòa rất yếu, ngập lũ thường xuyên. Cần nghiên cứu, giải quyết các vấn đề về lún và ổn định nền.

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 32-05/2019 65 DỰ BÁO SỰ GIA TĂNG SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC CỦA SÉT MỀM THEO ĐỘ SÂU VÀ THỜI GIAN TUYẾN ĐƯỜNG DỌC KÈ SÔNG BẢO ĐỊNH THÀNH PHỐ MỸ THO, TỈNH TIỀN GIANG PREDICTING THE INCREASE IN UNDRAINED SHEAR STRENGTH OF SOFT CLAY ACCORDING TO THE DEPTH AND TIME OF THE BAO DINH RIVER EMBANKMENT ROAD MY TO CITY, TIEN GIANG PROVINCE Trương Văn Tính, 2Phan Sỹ Liêm, 3Nguyễn Thành Đạt Công ty CP Tư vấn Đầu tư GT-TL- Tiền Giang, Công ty CP Tư vấn Đầu tư GTVT – Sài Gòn, 3Trường ĐG GTVT TP.Hồ Chí Minh vantinhtkgt@gmail.com, 2syliem91@gmail.com, 3dathoai6771@gmail.com Tóm tắt: Trong năm gần đây, biến đổi khí hậu, cộng với tác động trực tiếp triều cường, gió chướng phức tạp, kết hợp với tác động trực tiếp phương tiện giao thông thuỷ gây sạt lở nghiêm trọng hai bên bờ sông, đặc biệt đoạn từ cống Bảo Định đến cầu Quay thuộc thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang Do tình trạng sạt lở bờ sơng, lấn chiếm xây dựng nhà cửa trái phép trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản nhân dân, ảnh hưởng lớn đến an toàn ổn định cơng trình hạ tầng hai bên bờ Việc xây dựng tuyến đường kè dọc sông Bảo Định cần thiết, vị trí xây dựng vùng trũng thấp, đất sét bão hòa yếu, ngập lũ thường xuyên Cần nghiên cứu, giải vấn đề lún ổn định Từ đưa giải pháp dự báo gia tăng sức chống cắt khơng nước sét mềm theo thời gian độ sâu tuyến đường dọc kè sông Bảo Định hợp lý xác Rút ngắn thời gian thi cơng, tiết kiệm chi phí, an tồn cho cơng trình Từ khóa: Sức chống cắt khơng nước, lún, ổn định Chỉ số phân loại: 2.4 Abstract: In recent years, due to climate change, coupled with the direct impacts of high tides, northeast wind is complex, combined with the direct impact of waterway vehicles that have caused serious landslides in both sides on the riverbank, especially the section from Bao Dinh sewer to Quay bridge in My Tho city, Tien Giang province Therefore, the situation of river bank erosion and encroachment on illegal construction of houses has become a serious threat to people's lives and properties, greatly affecting the safety and stability of infrastructure works in both sides on the riverbank The construction of roads and embankments along Bao Dinh river is essential, in the construction site is low-lying, very weak saturated clay, frequent flooding We need to study, solve subsidence and ground stabilization issues Then give the proposed solutions to predict the increase in undrained shear strength of soft clay over time and the depth of the Bao Dinh river embankment road is reasonable and accurate Shorten construction time, save the cost, safety for construction Keywords: Undrained shear strength, subsidence, stability Classification number: 2.4 Giới thiệu Thành phố Mỹ Tho năm gần đây, biến đổi khí hậu, cộng với tác động trực tiếp triều cường, gió chướng phức tạp, kết hợp với tác động trực tiếp phương tiện giao thông thuỷ gây sạt lở nghiêm trọng hai bên bờ sông, đặc biệt đoạn từ cống Bảo Định đến cầu Quay Do tình trạng sạt lở bờ sơng, lấn chiếm xây dựng nhà cửa trái phép trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản nhân dân, ảnh hưởng lớn đến an toàn ổn định cơng trình hạ tầng hai bên bờ Do việc xây dựng tuyến đường kè dọc sông Bảo Định cần thiết, vị trí xây dựng vùng trũng thấp, đất sét bão hòa yếu, ngập lũ thường xuyên nên xây dựng tuyến đường dọc kè sông Bảo Định cần phải đắp cao, biến dạng theo thời gian lớn Bài viết tham khảo tài liệu cơng trình: Kè 66 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 32, May 2019 chống sạt lở sông Bảo Định thành phố Mỹ Tho Công ty Cổ phần Tư vấn đầu tư giao thông - thủy lợi Tiền Giang lập năm 2015 Hình Hiện trạng lấn chiếm lịng sơng Cơ sở lý thuyết 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức chống cắt khơng nước Có nhiều kết nghiên cứu phương pháp xác định tương quan sức chống cắt khơng nước đặc trưng lý khác Ở thấy tương quan Su Ip hay IL phụ thuộc vào khu vực có địa chất đặc thù Ngồi ra, độ sâu, ứng suất có trọng lượng thân xấp xỉ giá trị Su khác biệt đáng kể theo loại đất Tuy nhiên, giá trị độ chặt lớp đất xem thay đổi không đáng kể giá trị Su theo độ sâu ứng suất tác dụng khác biệt vài lần Từ thấy yếu tố ảnh hưởng đến sức chống cắt không nước: Tính chất lý đất; độ sâu; độ chặt; ứng suất tác dụng; thời gian Các phương pháp thí nghiệm để xác định sức chống cắt khơng nước phịng thí nghiệm thử nghiệm trường như: Thí nghiệm nén ba trục khơng cố kết - khơng nước (UU); thí nghiệm nén ba trục cố kết - khơng nước (CU); thí nghiệm ba trục cố kết - nước (CD) 2.2 Tính tương quan phương pháp xác định Su Nhiều kết nghiên cứu cho thấy sức chống cắt không nước Su đất sét bão hịa nước khác theo phương pháp thí nghiệm khác phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố điều kiện thí nghiệm, lịch sử ứng suất (thơng qua giá trị OCR), chế phá hoại (thông qua giá trị Af), tính bất đẳng hướng (điều kiện trầm tích) Thơng số địa chất cơng trình Các thơng số quy mơ cơng trình: Tường kè đan bê tông cốt thép (BTCT) ghép thẳng đứng liên kết với dầm cột, cọc kè sử dụng cọc vng 30 x 30 cm BTCT Nền lịng kè đắp cát sơng theo lớp Mặt đường lịng kè rộng 3,00 mét kết cấu đan BTCT Hình Mặt cắt ngang cơng trình Tính chất lý lớp sét yếu khu vực nghiên cứu tổng hợp tóm tắt bảng 1, vị trí kè chống sạt lở sơng Bảo Định Hình Mặt cắt ngang lớp địa chất TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 32-05/2019 67 Bảng Đặc trưng lý đất Chỉ tiêu Đơn vị % % % (g/cm3) Hàm lượng % hạt cát Hàm lượng % bột sét Độ ẩm W Khối lượng thể tích tự nhiên  Khối lượng riêng hạt s Hệ số rỗng e0 Giới hạn chảy WL Giới hạn dẻo Wp Chỉ số dẻo Ip Độ sệt B Góc ma sát φ Lực dính c (cắt phẳng) Lực dính khơng nước cuu Cường độ kháng nén nỡ hỏng qu độ kG/cm2 kG/ cm2 kG/cm2 Giá trị 2.5 97,5 75,7 1.52 2,69 2,104 83,0 30,0 53,0 0.86 5° 15’ 0,104 0,190 0,330 Cường độ chống cắt Su thí nghiệm cắt cánh VST kG/cm2 0,100- 0,405 Hệ số cố kết theo phương đứng Cv Hệ số cố kết theo phương ngang Ch Hệ số cố kết nén thứ cấp Cα Hệ số nén thể tích mv Chỉ số nén Cc Chỉ số nở Cs Hộ số thấm K Mô đun nén ngang Ep Giá trị N SPT Dự báo gia tăng sức chống cắt thoát nước 4.1 Tương quan SU theo z-t theo nghiên cứu có 4.1.1 Theo tài liệu Verruijt Ở đây, giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư độ sâu thời điểm xác định theo toán cố kết thấm chiều % % % -3 x 10 cm /s x 10-3cm2/s cm2/kG 106 cm/s kG/cm2 búa 0,276 0,332 0,0034 0,103 1,020 0,167 3,81 3,83 -19,36 0-4 tự phương pháp nêu Cả hai phương pháp cho thấy giá trị Su tỷ lệ thuận với giá trị σ' (hay p') Tuy nhiên, giá trị sức chống cắt hữu hiệu, phương pháp tài liệu Das có xét đến hệ số áp lực nước lỗ rỗng Af Theo kết thí nghiệm CU, giá trị Af dao động phạm vi 0,1 ÷ 0,2 Chọn giá trị Af = 0,15 sử dụng lý thuyết cố kết thấm để dự báo giá trị Su theo độ sâu theo thời gian Hình Dự tính Su theo Verruijt 4.1.2 Theo tài liệu Das Phương pháp xác định giá trị Su trình bày tài liệu cua Das [8] gần tương Hình Dự tính Su theo Das 68 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 32, May 2019 4.1.3 Nhận xét Ta thấy xu hướng phân bố giá trị Su theo độ sâu hai phương pháp tương tự nhau, tức tăng tuyến tính theo độ sâu dất cố kết thường Tuy nhiên theo phương pháp Verruijt, giá trị Su lớn gần bề mặt đáy lớp so với phương pháp Das Ngồi ra, kết dự tính hai phương pháp cho giá trị Su độ sâu (Z) lớn khác biệt so với kết thí nghiệm cắt cánh trường 4.2 Tương quan Su theo z Đặc điểm nén ép sét mềm tổng hợp từ hàng loạt mẫu đất thí nghiệm từ khu vực khảo sát Tương quan e σ' * sau: e  2,1503  e 0 , 0017 v' suất tác dụng (  v' ) độ chặt tương ứng (e) sét mềm sức chống cắt khơng nước (Su) chặt chẽ quan hệ mật thiết lẫn (quan hệ  v' -e - Su) Hình Tương quan Su/σ'vo theo độ sâu e* hệ số rỗng Hình Biểu đồ hệ số rỗng theo cấp ạp lực nén cố kết Nguồn PGS.TS Bùi Trường Sơn – ĐHBK TP.HCM Các kết nghiên cứu tương quan sức chống cắt khơng nước Su phụ thuộc vào nhiều yếu tố: (1) Điều kiện phương pháp thí nghiệm; (2) giá trị OCR; (3) tính giãn nở (Af); (4) tính bất đẳng hướng Việc xét yếu tố nhằm dự tính Su gặp nhiều khó khăn khơng thể dự báo giá trị Af, OCR q trình xây dựng Ngồi ra, tương quan Su độ chặt đất (e) chưa cho phép xác định Su tính tốn cơng trình đất yếu Do dó, để dự báo gia tăng Su sét mềm qúa trình xây dựng, thiết phải xét đến thay đổi ứng suất tác dụng gây trình cố kết cho sét mềm (làm tăng độ chặt đất) Từ rút tương quan ứng Hình Tương quan Su/e độ sâu Rõ ràng tương quan Su/e theo độ sâu hay theo ứng suất hữu hiệu mang đặc điểm phi tuyến rõ rệt với giá trị hệ số tương quan cao R2 = 0,9602 4.3 Theo tương quan đề nghị mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 4.3.1 Trên sở toàn cố kết thấm chiều Sử dụng lý thuyết cố kết thấm cho phép xác định giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo độ sâu thời điểm định dó Từ đó, ứng suất hữu hiệu (σ' = σv-u) xác định biết ứng suất tổng tác dụng Từ tương quan (  v' -e) với e = 2,1503.exp(0,0017σ'v), hệ số tương quan R2 = 0,9975 tương quan (Su/e - σ'v) xác định sức chống cắt khơng nước đánh giá trạng thái ứng suất  v' cho sét mềm TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 32-05/2019 69 Hình Su theo tương quan thí nghiệm đề nghị khơng xét tính nén ép nước lỗ rỗng Hình Su theo tương quan thí nghiệm đề nghị xét tính nén ép nước lỗ rỗng Hình Su theo tương độ sâu sau 50 năm - khơng xét tính nén ép nước lỗ rỗng Hình Su theo độ sâu sau 50 năm - có xét tính nén ép nước lỗ rỗng 4.3.2 Nhận xét Để phân tích sâu hơn, chúng tơi chọn thời điểm 50 năm cho việc phân tích dự báo giá trị Su theo độ sâu Kết tính tốn thể hình Trong trường hợp này, kết tính tốn theo tài liệu [6], [8] khác biệt đáng kể so với giá trị Su trung bình từ thí nghiệm Đặc biệt từ độ sâu 2,0 m trở xuống, giá trị Su theo đề nghị [6], [8] lớn so với kết thí nghiệm thực tế Kết dự tính theo tương quan thí nghiệm đề nghị có tương đồng hợp lý so với kết thí nghiệm thực tế Tuy nhiên, từ độ sâu 2,0 m trở lên có khác biệt Ở đây, kết thí nghiệm thực tế có giá trị lớn so với kết dự tính Thật ra, điều lý giải sau: Ở cơng trình san lấp, lẫn lộn hạt vật liệu san lấp lớp sét mềm làm cho giá trị Su tăng lên dung trọng lớp tăng độ ẩm giảm tương ứng 4.3.3 Trên sở toán cố kết thấm hai chiều Để dự tính giá trị Su, tốn này, bước tính tương tự toán xét trên, nhiên cần lưu ý việc xác định áp lực nước lỗ rỗng thặng dư u (x,z,t) cách sử dụng lý thuyết cố kết thấm hai chiều có xét đến tính nén ép nước lỗ rỗng Kết tính tốn giá trị sức chống cắt khơng nước Su theo độ sâu tâm diện gia tải thời điểm khác cở sở toán cố kết thấm hai chiều với điều kiện hệ số thấm đứng lớp bùn sét hệ số thấm ngang 70 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 32, May 2019 Hình 10 Sơ đồ phân bố ứng suất nén đẳng hướng tải trọng ngồi Hình 11 Dự báo Su tâm diện gia tải Hình 12 Su theo sơ đồ toán cố kết thấm chiều hai chiều Hình 13 Su tâm taluy trường hợp hệ số thấm đứng hệ số thấm ngang Hình 14 Su tâm taluy trường hợp xét không đồng hệ số thấm TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 32-05/2019 71 Hình 15 Su tâm diện gia tải trường hợp nước phía Kết luận khuyến nghị 5.1 Kết luận Từ kết phân tích, tổng hợp số liệu thí nghiệm xác định sức chống cắt khơng nước kè dọc bờ sơng Bảo Định thí nghiệm cắt cánh trường xây dựng tương quan σ'v - e Su/e - σ'v kết hợp với lý thuyết cố kết thấm, tác giả đề nghị phương pháp dự báo giá trị sức chống cắt khơng nước Su theo thời gian theo độ sâu Kết nghiên cứu tác giả cho phép rút kết luận sau: - Khi chưa có tải trọng tác dụng, phạm vi từ độ sâu 12,0 m trở lại, đất trạng thái cố kết nhẹ, tương quan Su trạng thái ứng suất theo độ sâu có dạng phi tuyến theo độ sâu, theo biểu thức: z = 2,8289.(Su/σ'v0)exp(1,3669) ; - Từ độ sâu 12m trở đi, đất trạng thái cố kết thường, quan hệ Su/σ'v0 theo độ sâu có dạng gần tuyến tính, tỷ số Su/σ'v0 dao động phạm vi (0,35 ÷ 0,37) ; - Khi chưa có tác dụng tải trọng san lấp, tương quan Su/e - σ'v xây dựng sở kết thí nghiệm với hệ số tương quan lớn 0,96 nên có độ tin cậy cao phù hợp với thực tế ; - Ở khu vực tồn cơng trình đắp, kết dự tính Su theo tương quan thí nghiệm đề nghị có xét đến tính nén ép nước lỗ rỗng phù hợp với kết thí nghiệm cắt cánh thực tế Ở đây, sức chống cắt khu vực gần bề mặt giảm dần đến độ sâu đó, từ độ sâu trở Su tăng tuyến tính theo độ sâu ; - Tương quan sức chống cắt khơng nước đất sét mềm khu vực khảo sát với độ chặt trạng thái ứng suất biểu diễn dạng: ' 1,386 vo  8,081 Su   ' e 2,1503 exp(0,0017. vo ) (Nguồn : PGS.TS Bùi Trường Sơn –ĐHBK TP.HCM); - Dưới tác dụng tải trọng ngoài, kết dự báo thay đổi Su theo độ sâu theo thời gian tâm diện gia tải với sơ đồ toán cố kết thấm hai chiều tương tự sơ đồ toán chiều phù hợp với xu hướng gia tăng sức chống cắt nơi tồn cơng trình san lấp ; - Giá trị sức chống cắt khơng nước mái taluy tăng so với tâm khu vực gần bề mặt ; - Ở độ sâu lớn, sức chống cắt khơng nước taluy tăng nhanh vùng trung tâm tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư nhanh 5.2 Khuyến nghị - Cần thiết phân tích xác định giá trị sức chống cắt khơng nước Su theo sơ đồ CK0U để so sánh với kết từ thí nghiệm 72 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 32, May 2019 theo sơ đồ CU Thực tế, mẫu đất cố kết trạng thái ứng suất theo phương đứng phương ngang khác ; - Sử dụng kết nghiên cứu cho phép đánh giá khả ổn định đất yếu theo thời gian gia tăng khả chịu tải đất khu vực gần bề mặt ; - Có thể sử dụng phương pháp theo tương quan thí nghiệm đề nghị để áp dụng cho khu vực có cấu tạo địa chất khác, phụ thuộc vào thành phần cấp phối, thành phần khoáng vật điều kiện lịch sử hình thành khu vực Đồng Sơng Cửu Long ; - Các yếu tố gia tăng Su trộn lẫn cỡ hạt lớn hơn, trình thổ nhưỡng hóa hay bốc nước tải trọng chưa dược đề cập, xem xét ;- Nghiên cứu ổn định đất yếu công trình đắp độ lún theo thời gian đất yếu Tài liệu tham khảo [1] Bùi Trường Sơn, “Địa chất cơng trình”, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2011 [2] Nguyễn Ngọc Kiểng, “Thống kê nghiên cứu khoa học”, Nhà xuất Giáo dục, 1996 [3] 22 TCN 262 - 2000, Tiêu chuẩn thiết kế, “Quy trình khảo sát thiết kế đường ôtô đắp đất yêu”, Bộ Giao thông Vận tải, 2000 [4] Lữ Thi Tồn, “Sức kháng cắt khơng nước sét yếu bão hồ nước từ kết thí nghiệm phịng trường Phân tích chọn lựa phương pháp thí nghiệm hợp lý”, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Thành phố Hồ Chí Minh, 2009 [5] Anne Bartetzko, Achim J Kopf “The relationship of undrained shear strength and porosity with depth in shallow (< 50m) marine sediments”, Sedimentary Geology, Vol 196, pp 235 - 249, 2007 [6] Braja M Das, “Advanced Soil Mechanics”, Yaylor & Francis Group, Third edition, 2008 [7] Cơng trình: Kè chống sạt lở sơng Bảo Định thành phố Mỹ Tho công ty cổ phần tư vấn đầu tư giao thông - thủy lợi Tiền Giang lập năm 2015 Ngày nhận bài: 11/3/2019 Ngày chuyển phản biện: 14/3/2019 Ngày hoàn thành sửa bài: 4/4/2019 Ngày chấp nhận đăng: 11/4/2019 ... biệt vài lần Từ thấy yếu tố ảnh hưởng đến sức chống cắt khơng nước: Tính chất lý đất; độ sâu; độ chặt; ứng suất tác dụng; thời gian Các phương pháp thí nghiệm để xác định sức chống cắt khơng nước. .. để dự báo giá trị Su theo độ sâu theo thời gian Hình Dự tính Su theo Verruijt 4.1.2 Theo tài liệu Das Phương pháp xác định giá trị Su trình bày tài liệu cua Das [8] gần tương Hình Dự tính Su theo. .. trọng ngoài, kết dự báo thay đổi Su theo độ sâu theo thời gian tâm diện gia tải với sơ đồ toán cố kết thấm hai chiều tương tự sơ đồ toán chiều phù hợp với xu hướng gia tăng sức chống cắt nơi tồn cơng