Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết giới thiệu sơ lược các nội dung chính trong tiêu chuẩn quy hoạch và thiết kế đập chắn bùn đá. Các Tiêu chuẩn này sẽ là một tài liệu rất quan trọng phục vụ cho công tác phòng chống giảm thiểu các thiên tai lũ bùn đá đang đe dọa mạng sống và tài sản của cư dân sống tại các khu vực miền núi, đặc biệt là miền núi phía Bắc nơi hàng năm xảy ra hàng chục trận lũ bùn đá, sạt lở đất nghiêm trọng.
DỰ ĐỐN LƯN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT NGÔ THỊ THANH HƢƠNG* Setlement prediction of the embankments at bridge ends on soft soil reinforced by sand compaction pile Abstract: The method of sand compaction pile (SCP) in soft soil treatment technique is classified as a method of increasing soil compaction In Vietnam, SCP is applied to improve soft ground for embankments and embankments at Bridge ends Currently, there are no technical standards of this technology on survey, design, construction and acceptance This paper provides the results of comparison of predicting settlement of embankments at Bridge ends on soft soil which is reinforced with SCP of an actual work embankments at Bridge ends according to two methods The first method is followed the bearing principle, and the second method is followed the bearing and vertical drainage principle (called Japanese method) The results of the settlement prediction by Japanese method is closed to the monitoring in the field with a difference of about + 4% Kye word: Sand compaction pile method, soft soil embankments at Bridge ends HAI PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN NỀN ĐẤT YẾU XỬ LÝ BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT * Hiện có hai phƣơng pháp tính thƣờng đƣợc dùng tính tốn thiết kế Việt Nam phƣơng pháp theo nguyên tắc chịu lực phƣơng pháp theo nguyên tắc chịu lực thoát nƣớc thẳng đứng hay đƣợc gọi phƣơng pháp theo Nhật Bản Hai phƣơng pháp đƣợc giới thiệu chi tiết dƣới 1.1 Phƣơng pháp tính theo nguyên tắc chịu lực Phƣơng pháp theo nguyên tắc chịu lực đƣợc tính tốn dựa ngun tắc đất sau đƣợc gia cố cọc cát đầm chặt có hệ số rỗng, độ ẩm đất giảm đi, khối lƣợng thể tích tự nhiên, mơđun biến dạng, lực dính đơn vị, góc nội ma sát tăng lên, vậy, tăng khả chịu lực ổn định Hệ số rỗng đất sau bị nén chặt cọc cát: * Khoa cơng trình, Trường đại học cơng nghệ GTVT Số 54 Phố Triều Khúc, Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội 78 e' =e0 -a s (1+e0 ) (1) Trong đó: e0 : Hệ số rỗng đất thiên nhiên trƣớc gia cố; as: Tỷ lệ gia cố, đƣợc tính tỷ lệ diện tích cọc cát diện tích gia cố Bảng Bảng tra ƣớc lƣợng giá trị thông số cƣờng độ chống cắt theo độ sệt hệ số rỗng đất theo TCVN 9362:2012 Kiểm toán ổn định: Ổn định đắp đƣợc xác định thơng qua tốn phân tích ổn định trƣợt cung tròn với tiêu học tiêu trung bình trọng số cọc cát ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 đất yếu đƣợc nén chặt Thông số cƣờng độ chống cắt đất sau bị nén chặt đƣợc xác định cách ƣớc lƣợng cách tra bảng theo tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 dựa vào độ sệt hệ số rỗng sau nén chặt đất e‘(Bảng 1) Dự đoán độ lún: Độ lún đất đƣợc xác định theo phƣơng pháp phân tầng công lún, độ lún phân tố đất đƣợc tính theo công thức sau: σ.h (2) S E' Mô đun trung bình đất sau xử lý cọc cát đƣợc tính theo nguyên tắc quy đổi tƣơng đƣơng nhƣ sau: (3) E' =a s Ec +(1-a s )E nc Trong đó: Ec: Mơ đun biến dạng cát; as: Tỷ lệ gia cố, đƣợc tính tỷ lệ diện tích cọc cát diện tích gia cố Enc: Mô đun biến dạng đất sau bị nén chặt Mô đun biến dạng đất sau bị nén chặt đƣợc xác định cách ƣớc lƣợng cách tra bảng theo tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 dựa vào độ sệt hệ số rỗng sau nén chặt e‘ đất theo Bảng Bảng 2: Bảng tra ƣớc lƣợng giá trị mô đun biến dạng theo độ sệt hệ số rỗng đất theo TCVN 9362:2012 Diễn biến lún: Cọc cát đầm chặt tác dụng làm chặt đất yếu thƣờng đƣợc coi có vai trị hỗ trợ khả nƣớc để đẩy nhanh tốc độ cố kết nền, tức tƣơng tự nhƣ giếng cát Đối với phân tố đất nằm ngồi phạm vi xử lý đƣợc tính tốn cố kết nhƣ thơng thƣờng, cịn phân tố đất nằm phạm vi xử lý đƣợc tính tốn theo lý thuyết cố kết hai phƣơng (nƣớc thoát theo phƣơng đứng phƣơng ngang) Trong trƣờng hợp cố kết hai phƣơng độ lún cố kết theo thời gian đất đƣợc tính theo cơng thức: (4) St =Sc U Với độ cố kết tổng thể đất U đƣợc tính tốn nhƣ sau: (5) U=1-(1-Uv )(1-UH ) Trong đó: UV - độ cố kết theo phƣơng thẳng đứng, UH - độ cố kết theo phƣơng thẳng ngang 1.2 Phƣơng pháp tính theo Nhật Bản Cường độ chống cắt tổ hợp: Theo Nakayama cƣờng độ chống cắt đất sét yếu sau cải tạo phƣơng pháp SCP đƣợc xác định theo công thức sau: a s z s s z tan s cos (1 a s ) (6) c U tan c c0 Trong đó: + τ: Cƣờng độ kháng cắt đất tổ hợp; + z: Ứng suất trung bình theo phƣơng đứng; + U: Độ cố kết đất xung quanh SCP; + z: Độ sâu; + γs: Trọng lƣơng thể tích đơn vị cát; + υs; υc: Góc nội ma sát cọc cát đất sét; + σ: Ứng suất theo phƣơng đứng lên tổ hợp; + σs; σc: Ứng suất theo phƣơng đứng lên cọc cát, đất sét + co: Lực dính đơn vị đất sét; + θ: Góc tiếp tuyến mặt trƣợt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 79 β= 1+ n-1 a s (8) Khi as > 0,5 thì: β=1-a s Hình 1: Sơ đồ tính tốn cường độ chống cắt tổ hợp Kiểm toán ổn định: Ổn định đất sét yếu sau cải tạo theo phƣơng pháp SCP thơng thƣờng đƣợc đánh giá thơng qua tốn phân tích ổn định trƣợt cung trịn, cƣờng độ chống cắt tổ hợp đƣợc xác định theo cơng thức (6) Dự đốn độ lún: Theo quan điểm tính tốn Nhật Bản tổng độ lún tổ hợp đƣợc tính tốn dự đốn sở mức độ giảm lún đất đƣợc tăng cƣờng hệ thống SCP độ lún đƣợc coi đồng Mơ hình lún tổ hợp đƣợc minh họa nhƣ Hình Hình 2: Mơ hình tính lún cải tạo Nền đất sau xử lý giảm độ lún so với tự nhiên Tổng độ lún sau cải tạo đƣợc xác định qua biểu thức tổng quát nhƣ sau: (7) S =β.Sc Trong đó: + S: Tổng độ lún tổ hợp; + Sc: Độ lún tự nhiên không gia cố + β: Hệ số giảm lún đƣợc xác định phụ thuộc tỷ lệ gia cố as nhƣ sau: Khi as < 0,5 thì: 80 (9) Theo tác giả Ichimato Suematsu, hệ số tập trung ứng suất n ƣớc tính dựa vào tỉ lệ gia cố góc ma sát cọc cát đầm chặt, n=1, NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LÖN CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT 2.1 Giới thiệu sơ lƣợc đoạn tuyến nghiên cứu Gói thầu EX-6 thuộc Dự án Đƣờng ô tô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng Đây dự án đƣờng ôtô cao tốc loại A với tốc độ thiết kế xe chạy 120km/h Mặt cắt ngang đƣờng rộng 33m gồm 06 xe bố trí dừng khẩn cấp Gói thầu thuộc địa phận tỉnh Hải Dƣơng với điểm đầu Lý trình Km63+300 xã Tây Kỳ, huyện Tứ Kỳ điểm kết thúc Lý trình Km72+000 xã Vĩnh Lập, huyện Thanh Hà Địa hình, địa mạo: Tuyến đƣờng xây dựng chủ yếu chạy qua cánh đồng thuộc địa phận huyện Thanh Hà huyện Tứ Kỳ tỉnh Hải Dƣơng, nhìn chung địa hình tƣơng đối phẳng Cao độ mặt địa hình thay đổi khơng nhiều Bề mặt địa hình bị chia cắt ao hồ, mƣơng nhánh sơng Thành tạo nên bề mặt địa hình trầm tích: sét, sét pha cát, cát pha sét cát Cao độ mặt địa hình thay đổi khoảng +0,5m đến +2,0m Đặc điểm địa chất: Trong khu vực cầu Thái Bình (mã B05) tiến hành khoan hố với tổng chiều sâu 337m Căn kết khoan khảo sát ngồi trƣờng, kết thí nghiệm mẫu phòng tham khảo tài liệu địa chất cơng trình khu vực, tài liệu khảo sát giai đoạn TKKT, theo thứ tự từ xuống dƣới địa tầng khu vực Cầu Thái Bình gồm lớp đất sau: Lớp 1: Đất đắp đất trồng trọt sét, sét pha, chiều dày trung bình 1,9m; Lớp 2: Sét béo, sét gầy lẫn cát, sét gầy chứa cát, bụi, bụi dẻo đôi chỗ lẫn hữu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 vỏ sò màu xám xanh xám đen, trạng thái chảy đến dẻo (CL, CH, ML, MH), chiều dày trung bình 33,5m Lớp 4: Sét gầy, sét gầy đôi chỗ chứa bụi, bụi dẻo, màu xám xanh xám đen xám nâu trạng thái dẻo mềm (CL, MH), chiều dày trung bình 5,4m; Lớp 5: Cát sét, cát cấp phối xấu lẫn bụi, màu xám nâu, xám vàng kết cấu chặt vừa (SC, SP), chiều dày trung bình 22,4m; Lớp 6: Cát cấp phối lẫn sạn sỏi, kết cấu chặt vừa đến chặt (SP), chiều dày trung bình 12,5m, giá trị SPT trung bình N30 = 61 Lớp 7: Sét lẫn cát hạt mịn hữu màu nâu xám trạng thái dẻo mềm (CL, CH), chiều dày trung bình 7,4m; Thấu kính (TK3): Sét gầy màu xám xanh, xám vàng trạng thái cứng (CL), chiều dày trung bình 2,7m Lớp thấu kính nằm lớp lớp sạn sỏi cấp phối tốt, giá trị SPT trung bình N30 = 60; Lớp 8: Cát sạn sỏi mầu nâu xám, xám sáng cấp phối trung bình đến tốt, kết cấu chặt (GW, SP, SP-SM), chiều dày chƣa xác định, giá trị SPT trung bình N30 = 83 Giải pháp xử lý nền: Đoạn tuyến nghiên cứu đƣợc xử lý cọc cát đầm chặt đƣờng kính 0,7m, cọc bố trí dạng lƣới vng, khoảng cách tim cọc 2,1m, chiều dài cọc dao động từ 3032m Riêng mặt cắt quan trắc Km65+450 chiều sâu xử lý 32m Quá trình thi cơng: Q trình thi cơng diễn 811 ngày, q trình đắp đƣợc đơn giản hóa thành giai đoạn với giả thiết giai đoạn thi cơng đắp chiều cao khối đắp tăng tuyến tính nhƣ biểu diễn Hình Hình 3: Biểu đồ tiến trình đắp ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Công tác quan trắc: Hệ thống quan trắc đoạn tuyến đƣợc giới thiệu Hình Tại mặt cắt quan trắc bố trí thiết bị quan trắc gồm: Ba bàn quan trắc lún, đặt tim đƣờng hai vai đƣờng; Ba thiết bị đo áp lực nƣớc lỗ rỗng lắp đặt khu vực tim đƣờng ba độ sâu khác nhau; Hai thiết bị đo nghiêng Inclinometer khu vực hai chân taluy; Các cọc mốc đo chuyển vị ngang, bên taluy cọc, bố trí cách 4m, cọc cách chân taluy 2m Hình 4: Sơ đồ bố trí hệ thống quan trắc 2.2 Tính toán lún cố kết Ứng suất tải trọng khối đắp: Cơng thức chung để tính gia tăng ứng suất thẳng đứng tải trọng khối đắp: Δσ z =I q γ f h (10) Trong đó: z: Gia tăng ứng suất thẳng đứng độ sâu z gây tải trọng đắp (kN/m2); h: Chiều cao đất đắp, có tính phần đắp bù lún (m); f: Dung trọng vật liệu đất đắp đƣờng (kN/m3); Iq: Hệ số gia tăng ứng suất tra theo toán đồ Osterberg Do công tác đắp đƣợc tiến hành theo nhiều giai đoạn, thông thƣờng đất chƣa cố kết hoàn toàn trƣớc tiến hành đắp giai đoạn tiếp theo, gia tăng ứng suất cho giai đoạn đƣợc tính nhƣ sau: - Đối với giai đoạn 1: Δσ z1 =I q1.γ f h1 (11) Trong đó: z1: Gia tăng ứng suất thẳng đứng độ sâu z gây tải trọng đắp giai đoạn (kN/m2); 81 h1: Chiều cao đất đắp giai đoạn 1(m); Iq1: Hệ số gia tăng ứng suất tƣơng ứng với chiều cao đắp h1 - Ứng suất có hiệu cuối giai đoạn 1: σ' z1 =σ' z0 +U1σz1 =σ'z0 U1 Iq1.γf h1 (12) Tính toán theo phương pháp nguyên tắc chịu lực Áp dụng phƣơng pháp tính này, kết độ lún cố kết theo thời gian 62,5cm Tính tốn theo phương pháp Nhật Bản Áp dụng phƣơng pháp tính này, kết độ Trong đó: ‘z0: Ứng suất có hiệu độ sâu z trạng thái ban đầu (ứng suất trọng lƣợng lún cố kết theo thời gian 181 cm Độ lún chênh lệch nhiều so với phƣơng pháp tính thân (kN/m2) U1: Độ cố kết phân tố đất cuối giai theo nguyên tắc chịu lực nêu (lớn gần đoạn 1, phân tố đất nằm phạm vi xử lần) Diễn biến lún cố kết lý cọc cát độ cố kết đƣợc tính theo cố kết hai Quá trình đắp kết hợp với quan trắc kéo phƣơng, phân tố đất nằm phạm vi xử lý cọc cát độ cố kết đƣợc tính theo cố kết dài tới 811 ngày, đặc biệt giai đoạn phƣơng (đắp từ cao độ +1.00m đến cao độ +5.64m) - Đối với giai đoạn 2: gia tăng ứng suất đƣợc tiến hành 144 ngày Khi trình gồm phần gia tăng ứng suất giai đoạn chƣa đắp diễn kéo dài tính lún giai đoạn cố kết hết gia tăng ứng suất gia tăng chiều với tải trọng giá trị cố định dẫn đến cao đắp kết sai lệch so với thực tế Do cần thiết Δσz2 = 1-U1 Δσz1 + Iq2 h2 -Iq1.h1 γf phải chia thành nhiều giai đoạn nhỏ để tính Δσz2 = 1-U1 Iq1.γf h1 + Iq2 h -Iq1.h1 .γ f (13) Toàn trình đắp đƣợc chia thành 34 giai đoạn với giai đoạn thƣờng kéo dài Trong đó: khoảng 30 ngày z2: Gia tăng ứng suất thẳng đứng độ sâu Do có nhiều giai đoạn tính tốn nên dƣới z gây tải trọng đắp giai đoạn tác giả giới thiệu đại diện kết tính tốn (kN/m2) lún giai đoạn 30, 60 68 ngày h2: Chiều cao đất đắp giai đoạn (68 ngày thời gian kết thúc trình đắp giai Iq2: Hệ số gia tăng ứng suất tƣơng ứng với đoạn 1) Giai đoạn (0-30 ngày): độ lún tính chiều cao đắp h2 theo phƣơng pháp Nhật Bản 8,7cm; theo - Ứng suất có hiệu cuối giai đoạn 2: phƣơng pháp nguyên tắc chịu lực 2,8cm; Giai σ' z2 =σ' z1 +U2 Δσz2 =σ'z1 +U2 1-U1 Δσz1 + Iq2 h2 -Iq1.h1 γf đoạn (30-60 ngày): độ lún tính theo phƣơng (14) ' Δσz2 =σ z1 +U2 1-U1 Δσz1 + Iq2 h2 -Iq1.h1 γf pháp Nhật Bản 9,2cm; theo phƣơng pháp Trong đó: U2: Độ cố kết phân tố đất nguyên tắc chịu lực 2,8cm; Giai đoạn (6068 ngày): độ lún tính theo phƣơng pháp Nhật cuối giai đoạn Thực tính tốn gia tăng ứng suất ứng Bản 2,8cm; theo phƣơng pháp nguyên tắc suất cuối giai đoạn tƣơng tự nhƣ chịu lực 2.3 So sánh với kết quan trắc giai đoạn Để so sánh kết tính toán hai phƣơng Độ lớn lún cố kết theo thời gian pháp, đồng thời đối chiếu với số liệu quan trắc t = 811 ngày Áp dụng công thức (2), (4), (7) tính tốn trƣờng, diễn biến lún tính tốn hai độ lún cố kết sơ cấp, độ lún theo thời theo phƣơng pháp diễn biến lún thực tế đƣợc biểu hai phƣơng pháp chịu lực phƣơng pháp diễn đồng thời lên đồ thị độ lún theo thời gian Hình Nhật Bản 82 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Hình 5: So sánh kết tính tốn với số liệu quan trắc Trên Hình 5, ta nhận thấy rõ ràng phƣơng pháp tính theo Nhật Bản cho giá trị sát với thực tế so với tính theo phƣơng pháp theo nguyên tắc chịu lực Về độ lớn lún cố kết , phƣơng pháp tính theo quy trình Nhật Bản cho độ lún 181cm, sai số +4.0% Trong tính theo phƣơng pháp nguyên tắc chịu lực cho giá trị độ lún 62,5cm, sai số lên tới -64.1% Về khía cạnh diễn biến lún, nhận thấy tốc độ lún tính tốn cao so với thực tế Điều lý giải tính tốn khả thoát nƣớc gia cố cọc cát đầm chặt đƣợc coi giống với đƣợc xử lý giếng cát Điều chƣa hợp lý với cọc cát đầm chặt tỷ lệ diện tích thay cao so với giếng cát, đất yếu bị xáo động nhiều khả nƣớc giảm Ngồi cát cọc cát đầm chặt rõ ràng khả thoát nƣớc so với giếng cát hệ sỗ rỗng nhỏ KẾT LUẬN Trong nghiên cứu tiến hành tính tốn lún cố kết theo hai phƣơng pháp phổ biến nay, so sánh kết cho thấy mặt cắt nghiên cứu, độ lún dự đốn theo phƣơng pháp tính Nhật Bản lớn nhiều (khoảng lần) so với độ lún dự đoán theo phƣơng pháp theo nguyên tắc chịu lực Đối chiếu với kết quan trắc độ lún dự đốn theo phƣơng pháp tính Nhật Bản sát với độ lún thực tế ghi nhận trƣờng với sai lệch +4% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quang Khoát (2018), Nghiên cứu so sánh kết dự báo lún đường đất yếu gia cố cọc cát đầm theo phương pháp khác nhau, luận văn cao học, ĐH Cơng nghệ GTVT [2] Hồ sơ cơng trình Cầu Thái Bình thuộc Gói thầu EX-6 thuộc Dự án Đƣờng ô tô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng [3] Technical standards and commentaries for port and harbour facilities in Japan, 2009 [4] J Atkinson(1993) The Mechanics of Soils and Foundations McGraw, Hill Cook Company Người phản biện: PGS,TS ĐỖ NHƢ TRÁNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 83 GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN CHUYỂN ĐỔI TỪ TIÊU CHUẨN NHẬT BẢN: QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH PHÕNG CHỐNG LŨ BÙN ĐÁ VŨ BÁ THAO* Introduction of the Japan standards - Planning and Designing Disaster Prevention and Mitigation Facilities for Debris Flow Abstract: Vietnam is particularly vulnerable to natural disasters due to its harsh climate and mountainous topography with a high amount of precipitation It has suffered from countless sediment disasters including landslides, slopefailure, and debris flow The damage causing flash flood/debris flow in mountainous areas is increasing in frequency and intensity In light of recent disasters, it is urgent to against respond and prevent such disasters by applying possible solutions towards social safety and sustainable development, especially construction solutions However, the application of construction solutions faces obstacles such as lack of standards for investigation, survey, design, construction, and acceptance This paper introduces the main contents of the standards of Planning and Designing Disaster Prevention and Mitigation Facilities for Debris Flow, which was adaptated from a relevant standard of Japan The Ministry of Agriculture and Rural Development has authorized these standards to be piloted and eventually established into the Vietnam Standard Key words: Sediment disaster; Construction countermeasures; Debris flow; SABO dam ĐẶT VẤN ĐỀ * Việt Nam đƣợc xem nƣớc chịu ảnh hƣởng lớn thiên tai tƣợng khí hậu cực đoan hai thập kỷ gần (IPCC, 2014) Hàng năm thiên tai cƣớp mạng sống khoảng gần 500 ngƣời, gây thiệt hại khoảng 1.5 tỷ USD tƣơng đƣơng 1.5 % GDP (United Nation, 2016) Theo số liệu thống kê Tổng cục Phòng, Chống thiên tai, từ năm 2000 đến năm 2015 xảy 250 trận thiên tai liên quan đến lũ bùn đá làm chết tích 779 ngƣời, bị thƣơng 426 ngƣời, 9,700 nhà bị đổ trôi, 100,000 nhà bị ngập, hƣ hại nặng, * Phòng Nghiên cứu Địa k thuật, Viện Thủy Công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Số - Ngõ 95 Chùa Bộc - Đống Đa - Hà Nội Email: vubathao@gmail.com 84 75.000 lúa hoa màu bị ngập, hàng trăm đất canh tác bị vùi lấp Nhiều cơng trình giao thông, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hƣ hỏng nặng nề thiệt hại kinh tế ƣớc tính hàng nghìn tỷ đồng Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thiên tai liên quan đến lũ bùn đá có xu hƣớng gia tăng cực đoan, không theo quy luật khó lƣờng Cùng với đó, phát triển nhanh chóng thiếu bền vững dân sinh, kinh tế sở hạ tầng làm suy thối mơi trƣờng lớp thảm phủ thực vật, làm tăng thêm rủi ro thiên tai Trƣớc tình hình đó, phủ Việt Nam liệt việc triển khai giải pháp phòng, chống giảm thiểu loại hình thiên tai Cụ thể Chính phủ sửa đổi bổ sung Luật Phòng chống thiên tai năm 2013; ban hành văn cơng tác phịng chống lũ quét, ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 lũ bùn đá nhƣ: Nghị 76/NQ-CP Chính phủ ngày 18/6/2018 Chỉ thị số 19/CT-TTg ngày 13/7/2018 cơng tác phịng tránh lũ ống, lũ qt, sạt lở đất; Trong đề nghị quan trung ƣơng địa phƣơng lên phƣơng án cơng trình, phi cơng trình nhằm phịng tránh, giảm nhẹ tác động rủi ro lũ quét, sạt lở đất gây ra, đảm bảo phát triển bền vững khu vực miền núi trung du Để thực đƣợc dự án trên, việc xây dựng tài liệu hƣớng dẫn, tiêu chuẩn điều tra, khảo sát, thiết kế, thi cơng nghiệm thu cơng trình phịng chống lũ bùn đá cấp thiết Năm 2019, Tiêu chuẩn quy hoạch Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình phịng chống lũ bùn đá Nhật Bản (NLIM, 2016) đƣợc Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam chuyển dịch đƣợc Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn ban hành Quyết định áp dụng thử nghiệm từ năm 2019 đến năm 2024 (QĐ 1261/QĐ-BNN-PCTT 18/4/2019) Bài báo giới thiệu nội dung tiêu chuẩn quy hoạch thiết kế giải pháp công trình phịng chống lũ bùn đá CÁC NỘI DUNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC THƠNG SỐ CHÍNH DÕNG LŨ BÙN ĐÁ VÀ ĐẬP CHẮN BÙN ĐÁ Tiêu chuẩn quy hoạch cơng trình phịng chống bùn đá quy định số nguyên tắc ứng phó với lũ bùn đá, gỗ trôi điều kiện mà kế hoạch xây dựng phải đáp ứng đƣợc Tiêu chuẩn đƣợc xây dựng nhằm đảm bảo việc thực nguyên tắc xây dựng quy hoạch nhƣ bố trí cơng trình đập ngăn bùn đá, gỗ trơi nhƣ nạo vét q trình vận hành cơng trình 2.1 Phƣơng thức dịch chuyển trầm tích Hình cho thấy phân vùng hình thái vận động dịng lũ bùn đá thay đổi theo độ dốc lƣu vực Quy hoạch kiểm sốt xói mịn bồi lắng trầm tích phải dựa phƣơng thức vận chuyển trầm tích Tồn dịng chảy lũ bùn đá chia thành phân ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 vùng khu vực lũ bùn đá khu vực nón phóng vật Ranh giới hai phần phải điểm mà độ dốc dọc lịng suối không lớn độ Khu vực lũ bùn đá lại đƣợc chia nhỏ thành tiểu khu vực là: khu vực phát sinh, khu vực vận chuyển khu vực lắng đọng (khu vực trầm tích); khu vực phân chia dựa vào độ dốc lòng dẫn tiểu khu vực có chồng lấn định, nhƣ thể Hình Việc phân chia đƣợc nhà nghiên cứu quản lý thiên tai trầm tích Nhật Bản nghiên cứu, tổng kết đƣa vào quy định Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình phịng chống lũ bùn đá Hình Hình thái vận chuyển trầm tích theo độ dốc lưu vực 2.2 Thiết kế sở kiểm soát lũ bùn đá gỗ trôi Các thông số thiết kế sở hạ tầng phòng, chống thiên tai lũ bùn đá/gỗ trơi đƣợc tính tốn theo cơng thức (1): V -W -(X +Y +Z) = (1) đó: V: Tổng lƣợng bùn đá, gỗ trôi dự kiến chảy lƣu vực, (m3 ); W: Tổng lƣợng bùn đá, gỗ trôi cho phép chảy dự kiến (thƣờng không), (m3 ); X: Tổng lƣợng bùn đá, gỗ trôi thu dự kiến, (m3 ); Y: Tổng lƣợng bùn đá, gỗ trôi lắng dự kiến, (m3 ); Z: Tổng lƣợng bùn đá, gỗ trơi phịng ngừa phát sinh dự kiến (nếu có), (m3 ) V, W, X, Y Z, thứ tự đại diện 85 cho tổng lƣợng dòng chảy bùn đá gỗ trôi, đƣợc thể biểu thức (2) (6) sau: V = Vd +VW (2) W = Wd +WW (3) X = Xd +XW (4) Y = Yd +YW (5) Z = Zd +ZW (6) đó: Vd: Lƣợng bùn đá dự kiến chảy lƣu vực, (m3); Vw: Lƣợng gỗ trôi dự kiến, (m3 ); Wd: Lƣợng bùn đá cho phép dự kiến, (m3 ); Ww: Lƣợng gỗ trôi cho phép dự kiến, (m3 ); Xd: Lƣợng bùn đá thu dự kiến, (m3); Xw: Lƣợng gỗ trôi thu dự kiến, (m3); Yd: Lƣợng bùn đá lắng dự kiến, (m3); Yw: Lƣợng gỗ trôi lắng dự kiến, (m3 ); Zd: Lƣợng bùn đá ngăn ngừa phát sinh dự kiến (nếu có; m3); Zw: Lƣợng gỗ trơi ngăn ngừa phát sinh dự kiến (nếu có; m3 ) Để xác định đƣợc lƣợng thu lắng dự kiến, giá trị X, Y Z cần đƣợc ƣớc tính theo cơng thức (4), (5) (6) Hình 2, Hình Hình phác họa dung tích X, Y Z Độ dốc mặt phân cách dung tích thu lắng dự kiến lấy ½ độ dốc lòng dẫn tự nhiên Độ dốc thu dự kiến lấy 2/3 độ dốc lòng dẫn tự nhiên Những giá trí đƣợc đánh giá dựa kết khảo sát thực địa ghi chép từ thảm họa khứ Ngoài ra, kế hoạch thực thải bùn đá/gỗ trôi cần đƣợc hoạch định chi tiết Hình Tính tốn thiết kế lượng trầm tích cho đập hở 86 Hình Tính tốn thiết kế lượng trầm tích cho đập kín Hình Tính tốn thiết kế lượng trầm tích cho đập nửa hở 2.3 Lƣu lƣợng lớn độ sâu dòng lũ bùn đá Lƣu lƣợng lũ lớn (lƣu lƣợng đỉnh lũ) đƣợc tính tốn theo cơng thức (7) dựa lƣợng bùn đá chảy từ thƣợng nguồn (7) đó: Qsp lƣu lƣợng đỉnh dịng bùn đá (m ); Vdqp lƣợng trầm tích bao gồm lỗ rỗng đợt lũ (m3); Cd hệ số mật độ dòng bùn đá; C* hệ số mật độ thể tích cho dịng trầm tích vùng núi, lấy 0.6 Hình Phác họa lưu vực có lũ bùn đá ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Hình Mặt cắt ngang lịng dẫn Hình phác họa mặt cắt ngang lịng dẫn vị trí tính toán đỉnh lũ Tiết diện mặt cắt đƣợc xác định thơng qua khảo sát trƣờng Vận tốc trung bình (U) độ sâu dòng bùn đá (Dd) tƣơng ứng với lƣu lƣợng đỉnh (Qsp) đƣợc tính theo cơng thức (8) – (10) đó: Dr chu vi ƣớc dòng bùn đá, giá trị lấy giá trị Dd (m); θ gradient lòng dẫn; Kn hệ số nhám lòng dẫn; Ad tiết diện ngang dòng bùn đá (m2); Bda bề rộng mặt thống dịng bùn đá (m) Vdpq đƣợc tính dựa mặt cắt ƣớt nơi lũ qua Công thức (7) đƣợc thành lập dựa kết ghi chép lại trận lũ khứ Trƣớc tiên cần xác định Vdqp, tại, giá trị khó để xác định hai nhiều đợt lũ xẩy lúc Vì tính tốn này, giả định có đợt lũ xẩy ảnh hƣởng đến đỉnh lũ Hình phác họa sơ đồ lƣu vực lũ từ xa lƣu vực sƣờn núi (lƣu vực số 0) tới điểm cửa (điểm trịn), nơi Qsp đƣợc tính tốn Bƣớc tiếp theo, lƣợng trầm tích bị xói trơi lƣợng trầm tích vận chuyển điểm giao nhánh suối đƣợc xác định Giá trị nhỏ hai giá trị ―lƣợng trầm tích chảy ƣớc tính‖ cho điểm tính tốn Cuối cùng, giá trị lớn giá trị ―lƣợng trầm tích chảy ƣớc tính‖ Vdqp CÁC NỘI DUNG CHÍNH TRONG THIẾT KẾ ĐẬP CHẮN BÙN ĐÁ Tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật đập chắn bùn đá quy định u cầu kỹ thuật thiết kế cơng trình kiểm sốt lũ bùn đá gỗ trơi (đập ngăn bùn đá, gỗ trơi) nhằm đảm bảo tính an toàn cần thiết dựa kế hoạch tổng thể cơng trình phịng chống lũ bùn đá gỗ trôi 3.1 Độ mở đập hở đập nửa hở Hình Bảng thể thơng số ảnh hƣởng lựa chọn kích thƣớc tối ƣu cho dạng đập hở [9] Về nguyên tác, độ mở cửa nên rộng lịng độ rộng thung lũng/ suối Vì chức đập dạng hở đƣợc khai thác triệt để khơng lƣu nƣớc lại phía sau đập trƣớc trận lũ bùn đá xẩy Bảng Độ mở đập Chức Độ rộng lƣới Độ cao lƣới Chiều cao phần hở mắt lƣới thấp Thu giữ bùn đá D95 x 1.0*1 D95 x 1.0*1 Thấp cao trình dịng lũ bùn đá *2 *1 *2 Bề rộng mắt lưới lấy 1.5 lần D95 (đường kính hạt lớn 95 % bùn đá) Chiều cao mắt lưới thấp lấy 1.5 lần D95 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 87 Hình Cửa xả đập dạng hở Bảng Tổ hợp ngoại lực chƣa bao gồm trọng lƣợng thân cho dạng đập hở Bình thƣờng Đập thấp 15 m Đập cao 15 m Dòng bùn đá Lũ Áp lực trầm tích Lực dịng bùn đá Áp lực trầm tích Lực dịng bùn đá 3.2 Mặt cắt ngang phần hở đập hở nửa hở Đập chắn bùn đá làm việc hiệu tỉ lệ chiều cao chiều rộng cửa xả kích thƣớc viên đá lớn dịng lũ nhỏ hai [9] Thực tế, việc xác định kích thƣớc viên đá lớn gặp nhiều khó khăn Vì thế, kích thƣớc độ mở mắt lƣới đƣợc xác định nửa đƣờng kính D95 nêu Bảng Về nguyên tắc, độ mở mắt lƣới nhƣ trình bày Bảng đảm bảo thu giữ bùn đá ngăn chặn chảy xuống hạ du, độ mở thay đổi số điều kiện đặc biệt nhằm đáp ứng với nhu cầu thực tế lƣu vực 3.3 Thiết kế mặt cắt tràn cho đập hở nửa hở Độ mở đập đƣợc thiết kế đảm bảo ổn định ngoại lực trọng lƣợng thân 88 tác dụng lên đập nhƣ đƣợc thể Bảng Hình đập dạng hở Bảng Hình9 đối đập dạng nửa hở Tuy nhiên, đỉnh đập đƣờng tràn cần thiết kế đảm bảo ổn định trƣớc lực tác dụng viên đá to hai lần kích thƣớc viên đá lớn D95 Các kết cấu phận hở cần đƣợc thiết kế đảm bảo ổn định trƣớc ngoại lực liệt kê Bảng Ngoài ra, chí mắt lƣới bị phá hoai, ổn định tổng thể cơng trình đảm bảo Ngồi chịu lực, cần bố trí thêm cấu tạo sử dụng vật liệu nhƣa Các giúp tăng khả thu giữ bùn đá Hình Vị trí tác dụng ngoại lực cho đập hở Hình Vị trí tác dụng ngoại lực cho đập dạng nửa hở thấp 15 m Hình trường hợp có dịng bùn đá hình trường hợp có lũ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Bảng Tổ hợp ngoại lực không bao gồm trọng lƣợng thân dạng đập hở Bình thƣờng Đập thấp 15 m Dòng bùn đá Lũ Áp lực thủy tĩnh Áp lực thủy tĩnh Áp lực trầm tích Áp lực dịng bùn đá Đập cao 15 Áp lực thủy tĩnh m Áp lực trầm tích Áp lực thủy tĩnh Áp lực thủy tĩnh Áp lực trầm tích Áp lực trầm tích Lực đẩy Lực đẩy Lực đẩy Lực quán tính động đất Áp lực nƣớc động Áp lực nƣớc động Bảng Tổ hợp ngoại lực cho tính tốn kết cấu Trƣờng hợp Dịng bùn đá Đầy trầm tích Thay đổi nhiệt độ Trong lƣợng thân O O O Lực dòng bùn đá O Áp lực trầm tích O O O Ứng suất nhiệt Hệ số ứng suất mở rộng O 1.5 1.0 1.15 Bảng Tổ hợp ngoại lực không bao gồm trọng lƣợng thân cho dạng đập hở Bình thƣờng Đập thấp 15 m Dịng bùn đá Lũ Áp lực thủy tĩnh Áp lực trầm tích Lực dòng bùn đá Đập cao 15 m Áp lực trầm tích Áp lực dịng bùn đá 3.4 Thiết kế mặt cắt vai đập dạng kín, hở nửa hở Phần khơng cho chảy qua (non-overflow) kín nửa hở ngoại lực lấy giống ngoại lực tính tốn cho phần tràn đập kín Hình 10 ví dụ hƣớng dẫn xác định ngoại lực cho đập đƣợc thiết kế đảm bảo ổn định trƣớc tác dụng trọng lƣợng thân ngoại lực nhƣ liệt kê Bảng đập hở; đập thấp 15 m Phần cánh đƣợc thiết kế đảm bảo ổn định có lực tác dụng trọng lƣợng thân, lực dòng bùn đá, giá trị lớn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 89 lực ảnh hƣởng đá gỗ trôi Các thông số thiết kế nhƣ sau: 1) Cánh đập đƣợc thiết kế thẳng đứng phía thƣợng lƣu KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu sơ lƣợc nội dung tiêu chuẩn quy hoạch thiết kế đập chắn bùn đá Các Tiêu chuẩn tài 2) Cánh đập phía hạ lƣu nên đƣợc thiết kế thẳng góc có góc nghiên tƣơng xứng góc nghiên mái thân đập hạ lƣu 3) Nếu góc nghiên cánh đập phía hạ lƣu liệu quan trọng phục vụ cho cơng tác phịng chống giảm thiểu thiên tai lũ bùn đá đe dọa mạng sống tài sản cƣ dân sống khu vực miền núi, đặc biệt miền núi phía tƣơng xứng góc nghiên thân đập bề rộng đỉnh đập cao trình cánh có độ rộng tối thiểu 1.5 m 4) Hệ số an toàn chống cắt khơng bé bốn để đảm bảo an tồn trƣớc ngoại lực vị trí tiếp Bắc nơi hàng năm xảy hàng chục trận lũ bùn đá, sạt lở đất nghiêm trọng Để áp dụng Tiêu chuẩn quy hoạch thiết kế đập chắn bùn đá Nhật Bản phù hợp có hiệu Việt Nam, cần thiết có giáp cánh thân đập nghiên cứu chuyên sâu điều tra, khảo sát Sau đó, ứng suất thân đập đƣợc tính tốn tƣơng ứng với ngoại lực tác dụng đƣợc liệt kê Nếu ứng suất tính tốn lớn phân loại lũ bùn đá nƣớc ta so sánh với đặc trƣng lũ bùn đá Nhật Bản Từng bƣớc hồn thiện việc xác định, tính tốn thơng số ứng suất cho phép vật liệu làm đập, cốt thép thép đƣợc bố trí thêm mặt cắt tiếp giáp cánh thân đập thân dịng lũ bùn đá tính toán thiết kế đập chắn bùn đá, tiến tới xây dựng thành Tiêu chuẩn Việt Nam khảo sát, quy hoạch, thiết kế đập chắn lũ bùn đá LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu đƣợc hỗ trợ từ đề tài cấp Bộ NN & PTNT: ―Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng giải pháp khoa học công nghệ phù hợp phòng, chống giảm thiểu rủi ro lũ quét khu vực miền núi phía Bắc‖, 2019-2021 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IPCC, Climate Change 2014: Synthesis Report Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Hình 10 Vị trí tác dụng ngoại lực cho đập thấp 15 m Hình trường hợp có dịng bùn đá hình trường hợp có lũ 90 Climate Change 2014 [2] United Nations, World Risk Rep., 2016 ―WorldRiskReport,‖ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 [3] Thủ tƣớng phủ Việt Nam, Luật 33/2013/QH13 Phịng, chống thiên tai 2013, pp 1–5 [4] Thủ tƣớng phủ Việt Nam, Nghị Tokyo, Japan: National Institute for Land and Infrastructure Management, 2016 [8] National Institute for Land and Infrastructure Management, Manual of số 76/NQ-CP Chính phủ: Về cơng tác phòng, chống thiên tai 2018, pp 1–10 [5] Thủ tƣớng phủ Việt Nam, Chỉ thị số 19/CT-TTg ngày 13/7/2018 Thủ tướng Technical Standards for Establishing Sabo Master Plans for Debris Flows and Driftwood Tokyo, Japan: National Institute for Land and Infrastructure Management, 2016 Chính phủ cơng tác phòng tránh lũ ống, lũ quét, sạt lở đất 2018 [6] Bộ Nông nghiệp Phát triển nông, Tiêu chuẩn quy hoạch thiết kế cơng trình phịng chống lũ bùn đá/gỗ trôi., Hà Nội, 2019 [9] T Mizuyama and H Mizuno, ―Prediction of debris flow hydrograph passing through grid type control structure,‖ in ASCE, Proceedings of first international conference on debris-flow hazard mitigation, [7] National Institute for Land and 1997, pp 74–82 Infrastructure Management, Manual of Technical Standards for Designing Sabo Facilities for Debris Flows and driftwood ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 91 ... gia cố cọc cát đầm chặt đƣợc coi giống với đƣợc xử lý giếng cát Điều chƣa hợp lý với cọc cát đầm chặt tỷ lệ diện tích thay cao so với giếng cát, đất yếu bị xáo động nhiều khả nƣớc giảm Ngồi cát. .. CỨU DIỄN BIẾN LÖN CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT 2.1 Giới thiệu sơ lƣợc đoạn tuyến nghiên cứu Gói thầu EX-6 thuộc Dự án Đƣờng ô tô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng Đây dự án đƣờng ôtô cao... e‘(Bảng 1) Dự đoán độ lún: Độ lún đất đƣợc xác định theo phƣơng pháp phân tầng công lún, độ lún phân tố đất đƣợc tính theo công thức sau: σ.h (2) S E' Mô đun trung bình đất sau xử lý cọc cát đƣợc