Bài báo phân tích khả năng chống thấm và chống trƣợt sâu của các giải pháp gia cố đê nhằm đƣa ra phƣơng án tối ƣu ở ĐBSCL... Nhƣợc điểm của biện pháp này không có khả năng chống[r]
(1)PHÂN TÍCH SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐÊ BAO CHỐNG LŨ Ở AN GIANG
MAI ANH PHƢƠNG* TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG**
LÊ KHẮC BẢO***
Analysis and comparation of reinforcement solutions for earth levees against annual floods in An Giang
Abstract:Earth levees in the Mekong Delta have often broken and slided causing losses of local people’s life and property Several solutions such as slope flattening, sand bags, steel mesh, and timber piles have been applied to reinforce earth levees but still remain ineffective These solutions can not cut seepage flows off and improve slope stability The analysis indicates that the FS using timber piles and slope flattening for reinforcement at the lowest water level are 0.97 and 0.96, respectively Earth levees were proposed to reinforce by single or double row soilcrete walls created from cement contents of 250 to 300 kg/m3 The results suggest that soilcrete walls can cut off seepage and improve slope stability effectively The FS using a single row and a double row soilcrete walls at the lowest water level are 1.38 and 1.76, respectively
1. GIỚI THIỆU*
ĐBSCL vựa lúa lớn nƣớc, đóng góp 48% sản lƣợng lƣơng thực 85% sản lƣợng lúa xuất Việt Nam [4] Hệ thống đê bao chống lũ ĐBSCL có vai trị liên kết vùng, bảo vệ diện tích hoa màu, thúc đẩy nơng nghiệp tỉnh phát triển tồn diện bền vững Tuy nhiên, vỡ đê mùa lũ làm thiệt hại hàng ngàn hecta lúa Đê bao thƣờng đƣợc xây dựng đất yếu đất nạo vét từ kênh song song đê nên có sực chịu tải yếu khơng có khả chống trƣợt sâu Thân đê có nhiều lỗ mọt khơng đƣợc lu đầm quy định nên có dịng thấm gây xói
* Học viên cao học trường ĐH Bách Khoa TP HCM, phuongamtut@gmail.com
** Giảng viên khoa KTXD – Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM, tnhhung@hcmut.edu.vn
*** Học viên cao học trường ĐH Bách Khoa TP HCM, khacbaole@gmail.com
mịn tạo thành dịng nƣớc nhỏ trơi hạt đất gây sụp đổ đê Trong mùa năm 2011, 322 m đê bị vỡ làm trắng 5479 lúa 435 hoa màu, tổng thiệt hại nông lâm thủy sản 210,7 tỉ đồng riêng An Giang [9] Các biện pháp gia cố nhƣ cừ tràm, đắp bao tải cát, làm thoải mái dốc, v.v., đƣợc sử dụng nhƣng hiệu không cao gia cố đê tạm thời [9] Giải pháp cọc đất ximăng có khả chống thấm chống trƣợt sâu [13] Tuy nhiên, giải pháp đất trộn ximăng chƣa đƣợc nghiên cứu ứng dụng gia cố đê ĐBSCL Bài báo phân tích khả chống thấm chống trƣợt sâu giải pháp gia cố đê nhằm đƣa phƣơng án tối ƣu ĐBSCL
2. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐÊ BAO CHỐNG LŨ Ở ĐBSCL
2.1.Các giải pháp gia cố đê ĐBSCL
(2)dốc (ii) Giải pháp gia cố mái đất nhƣ đóng cừ tràm dùng lƣới thép B40 [1]
2.1.1.Đắp đê bao tải cát làm thoải mái dốc
Thân đê đƣợc đắp bao tải cát giảm độ dốc mái dốc nhằm giảm lực gây trƣợt tăng sức chống cắt cho thân đê (Hình 1, Hình 3) Biện pháp gia cố có ƣu điểm giá thành rẻ, thi cơng nhanh, không cần thiết bị phức tạp Nhƣợc điểm biện pháp khơng có khả chống thấm, chống trƣợt sâu, tiêu thụ cát - nguồn vật liệu ngày khan hiếm, thu hẹp dòng chảy gây sạt lở khu vực lân cận [2]
2.1.2.Gia cố chân đê cừ tràm
Chân đê đƣợc đóng cừ tràm ổn định trƣợt cục chân đê tăng sức chống cắt cho thân đê (Hình 2) Giải pháp có giá thành rẻ, thi cơng nhanh, không cần thiết bị phức tạp, nhƣng khả chống thấm chống trƣợt
sâu Nguồn vật liệu cừ tràm địa phƣơng ngày khan ảnh hƣởng đến rừng môi trƣờng
2.1.3.Gia cố chân đê lưới thép B40
Mái đê đƣợc gia cố lƣới thép B40 nhằm tăng sức chống cắt thân đê (Hình 4) Giải pháp đạt yêu cầu kinh tế nhƣng khơng có khả chống thấm chống trƣợt sâu
2.1.4.Giải pháp kết hợp nhiều giải pháp gia cố đê khác
Đê bao đƣợc gia cố kết hợp nhiều giải pháp gia cố đê khác nhƣ giải pháp gia cố chân đê cừ tràm kết hợp gia cố mái dốc đê bê tông cốt thép đúc sẵn trồng cỏ, giải pháp gia cố kết hợp lƣới thép B40 bao tải cát, v.v Các giải pháp cần nguồn vật liệu khai thác từ tự nhiên nhƣ cát cừ tràm, khơng có khả chống thấm, chống trƣợt sâu, sử dụng tạm thời điểm sạt lở trƣớc mùa lũ
Hình 1: Đắp thân đê bao tải cát [5] Hình 2: Gia cố chân đê cừ tràm [6]
Hình 3: Làm thoải mái dốc [7] Hình 4: Gia cố đê lưới thép B40 [8]
2.2.Đề xuất giải pháp gia cố đê phù hợp với điều kiện ĐBSCL
(3)Ximăng đƣợc phun trộn với đất theo chiều sâu (SCDM) để tạo nên hàng cọc đất trộn ximăng có cƣờng độ cao, có khả chống thấm, chống trƣợt sâu Giải pháp có nhiều ƣu điểm nhƣ thời gian thi cơng nhanh, tận dụng vật liệu chỗ, phù hợp với loại đất, máy thi công nhỏ gọn tải trọng nhẹ (nhƣ thiết bị NSV), giá thành vừa phải Tuy nhiên, công nghệ cần có hệ thống thiết bị chuyên dụng kiến thức chuyên sâu
Đê bao đƣợc gia cố hai hàng cọc đất ximăng đƣờng kính 0.6 m Hàm lƣợng ximăng sử dụng từ 250-300 kg/m3 cho cƣờng độ đất
ximăng lớp đất lớn 0.35 MPa theo nghiên cứu phịng [1, 3] Cọc đất ximăng có chiều dài 10.5 m đảm bảo gia cố hết lớp đất yếu nên có khả chống trƣợt sâu (Hình 5a) đƣợc bố trí nhƣ tƣờng cọc (Hình 5b) nên có khả chống thấm qua thân đê Ƣu nhƣợc điểm phƣơng án gia cố đƣợc trình bày Bảng
a) Mặt cắt ngang gia cố b) Mặt gia cố hàng cọc
Hình 5: Gia cố đê cọc đất trộn ximăng [1, 3]
Bảng 1: Bảng tóm tắt ƣu nhƣợc điểm phƣơng án gia cố
Giải pháp gia cố Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Đắp bao tải cát làm thoải mái dốc
Dễ thi công, không cần máy móc phức tạp, giá thành rẻ
Vật liệu cát địa phƣơng ngày khan hiếm, khơng có khả chống thấm chống trƣợt sâu, làm thu hẹp dòng chảy gây sạt lở khu vực lân cận
Gia cố đê cừ tràm
Dễ thi cơng, khơng cần máy móc phức tạp, giá thành rẻ
Vật liệu cừ tràm địa phƣơng ngày khan hiếm, khơng có khả chống thấm chống trƣợt sâu
Gia cố đê lƣới thép B40
Dễ thi cơng, máy móc thi cơng đơn giản, giá thành rẻ
Khơng có khả chống thấm chống trƣợt sâu
Giải pháp kết hợp Dễ thi cơng, máy móc thi cơng đơn giản, giá thành rẻ
Vật liệu gia cố địa phƣơng ngày khan hiếm, khơng có khả chống thấm chống trƣợt sâu
Giải pháp tƣờng cọc đất trộn ximăng
Có khả chống thấm chống trƣợt sâu, thiết bị thi công (NSV) nhỏ gọn, sử dụng vật liệu sẵn có địa phƣơng, giá thành vừa phải
Phải có máy móc thi cơng chun dụng kiến thức chuyên sâu
(4)3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SO SÁNH
3.1 Số liệu đầu vào
Địa hình địa chất đƣợc thu tập đoạn đê dọc kênh Mƣời Cai, xã Vĩnh Trạch, huyện
Thoại Sơn, tỉnh An Giang (Hình 6) Đây đoạn đê đặc trƣng cho đê bao ĐBSCL [1] Số liệu địa chất dọc theo hố khoan 25 m đƣợc trình bày Bảng [10]
Hình 6: Ví trí nghiên cứu giải pháp gia cố đê
Bảng 2: Các tiêu lý lớp đất [10]
Lớp đất Hệ số thấm, k (m/s)
Dung trọng tự nhiên, (kN/m3)
Lực dính, c
(kN/m2)
Góc ma sát trong, φ (0)
Chiều dày, H
(m) Lớp 10-6 ÷ 10-4 17,95 20,10 11,87 4,1 Lớp 3,64 x 10-8 15,64 6,20 5,45 6,4 Lớp 1,66 x 10-8 19,07 19,10 14,97 4,8 Lớp 1,37 x 10-8 20,05 29,60 17,48 9,7
3.2.Cơ sở lý thuyết
3.2.1.Lý thuyết dịng thấm đất
Phƣơng trình phân tích dịng thấm phẳng (2D) đƣợc thể phƣơng trình (1) [12]
( x ) ( y )
H H
k k Q
x x y y t
(1) Trong trƣờng hợp dòng thấm ổn định,
0
t
, phƣơng trình (1) đƣợc viết lại:
( x ) ( y )
H H
k k Q
x x y y
(2) đó: H - Cột nƣớc thấm tổng; kx - Hệ số
thấm theo phƣơng ngang; ky - Hệ số thấm theo
phƣơng đứng; Q - Lƣu lƣợng phụ thêm; θ - hàm độ ẩm thể tích; t - thời gian
3.2.2.Hệ số ổn định
Hệ số ổn định (FS – Factor of Safety) đƣợc sử dụng để đánh giá khả chống trƣợt sâu đê bao Theo Duncan & Wright (2005), hệ số ổn định đƣợc định nghĩa tỉ số mơment kháng trƣợt mơment gây trƣợt nhƣ phƣơng trình (3)
FS Moment chong truot
Moment gay truot (3)
Phƣơng pháp Bishop đƣợc sử dụng để phân tích
FS dựa phƣơng pháp phân mảnh cổ điển với giả thiết mặt trƣợt trụ tròn nhƣ phƣơng trình (4) đƣợc mơ tả Hình [11] Theo 22 TCN 262-2000, đê bao đạt điều kiện ổn định có hệ số an tồn FS ≥ 1.4 Hệ số FS đƣợc xác định phƣơng pháp lặp, trƣớc tiên cho FS giá trị ban đầu (thƣờng FSo = 1) sau tính lặp, thử dần
FS đạt tới độ xác yêu cầu
' cos cos tan '
cos sin tan ' / sin
c L W u L
F FS W
(4)
trong đó: c’, φ’ - Lực dính góc ma sát
trong hữu hiệu; Δl – Chiều dài mảnh dọc theo cung trƣợt; α – Góc nghiêng mảnh theo phƣơng ngang; u – Áp lực nƣớc lỗ rỗng; W – Trọng lƣợng mảnh;
(5)Hình 7: Xác định hệ số an toàn theo phương pháp phân mảnh [11]
3.3.Phƣơng pháp luận phân tích so sánh
Khả chống thấm chống trƣợt sâu giải pháp gia cố đê ĐBSCL giải pháp gia cố đê cọc đất trộn ximăng đƣợc phân tích phần mềm SEEP/W SLOPE/W Lƣu lƣợng mƣa ngày đƣợc lấy trạm đo Châu Đốc i = 121 mm/ngày = 0,00504 m/giờ (QCVN 02:2009/BXD) Mực nƣớc sông rút với tốc độ 0,2 m/ngày dựa kết khảo sát thực tế Các trƣờng hợp phân tích đƣợc trình bày Bảng
Bảng Các trƣờng hợp phân tích thấm ổn định
Trƣờng hợp phân tích Mực nƣớc sông (m)
Mực nƣớc ruộng (m)
Phân tích thấm
Phân tích ổn định Mực nƣớc sơng cao +3,10 +1,42 x x Mực nƣớc sông cao
có mƣa
+3,10 +1,42 x x
Mực nƣớc sông rút nhanh +3,10 xuống +0,6 +1,42 x x Mực nƣớc sông thấp +0,6 +1,42 - x x: có xét đến tính tốn
Các giải pháp gia cố cừ tràm lƣới thép B40 có nguyên lý hoạt động tăng sức kháng cắt thân đê nên chọn phƣơng án gia cố cừ tràm để phân tích tính tốn Các loại vật liệu khơng ngăn đƣợc dịng thấm đất nên lấy hệ số thấm hệ số thấm lớp đất Hệ số thấm lớp chọn từ 10-6
đến 10-4 m/s
do thân đê có tƣợng nứt nẻ có nhiều lỗ mọt Bề rộng hai hàng cọc đất ximăng đƣợc quy đổi lần lƣợt 0.5 m 1.0 m Hệ số thấm hỗn hợp đất ximăng 10-9 m/s [13]
Tải trọng tính tốn hoạt tải xe 2,5 theo 22 TCN 210-92 Các tiêu lý hỗn hợp đất ximăng đƣợc trình bày Bảng
Bảng 4: Chỉ tiêu lý hỗn hợp đất trộn ximăng thiết kế [3]
Hệ số thấm, k
(m/s)
Dung trọng tự nhiên, γw
(kN/m3)
Cƣờng độ nén,
qu (kN/m2)
Lực dính, c
(kN/m2)
Góc ma sát trong0
10-9 19,5 350 175
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1.Phân tích thấm
a. Trường hợp mực nước sông cao
Dịng thấm có xu hƣớng chảy từ phía sơng sang phía ruộng (Hình 8) [3] Đƣờng dịng Hình 8a 8b qua thân đê, kết cho
(6)đê có nhiều lỗ mọt Do đo trực tiếp hệ số thấm thân đê có lỗ mọt, hệ số thấm thay đổi từ 10-4 đến 10-6 m/s đƣợc dùng để xét tác
động thấm lỗ mọt nghiên cứu Lƣu lƣợng thấm giải pháp làm thoải mái dốc gia cố cừ tràm tăng lên 90 lần hệ
số thấm lớp tăng từ 10-6 lên 10-4 m/s
thay đổi không đáng kể thân đê đƣợc gia cố cọc đất trộn ximăng Giải pháp đất trộn ximăng hai hàng cọc làm giảm lƣu lƣợng thấm so với giải pháp khác lần lƣợt 10 15 lần (Bảng 5)
a) Đắp bao tải cát làm thoải mái dốc b) Giải pháp gia cố cừ tràm
c) hàng cọc đất trộn ximăng d) hàng cọc đất trộn ximăng Hình 8: Kết phân tích thấm trường hợp mực nước sơng cao
Bảng 5: Lƣu lƣợng thấm qua thân đê trƣờng hợp mực nƣớc sông cao
Các trƣờng hợp phân tích
Lƣu lƣợng thấm qua thân đê (m3/h)
Thoải mái dốc Cừ tràm Gia cố hàng cọc Gia cố hàng cọc
kLop1=10-4 m/s 0.13 0.13 0.14 x 10-3 0.97 x 10-4
kLop1=10-5 m/s 0.13 x 10-1 0.13 x 10-1 0.14 x 10-3 0.96 x 10-4
kLop1=10-6 m/s 0.13 x 10-2 0.14 x 10-2 0.13 x 10-3 0.93 x 10-4
b. Trường hợp mực nước sông cao kết
hợp mưa
Đƣờng bão hòa nƣớc thân đê dâng lên theo thời gian mƣa (Hình 9) Hệ số thấm lớp nhỏ đƣờng bão hịa nƣớc thân đê dâng lên nhanh Với klơp = 10-6 m/s, thân
đê bão hịa hồn tồn sau 12 mƣa Đƣờng bão hịa nƣớc thân đê dâng lên khơng đáng kể klơp = 10-4 m/s sau 24 mƣa,
nguyên nhân hệ số thấm lớp lớn làm tăng khả thoát nƣớc thân đê phía bên ngồi
Comment [HT3]: CHUYEN TOAN BO THONG TIN THANH TIENG VIET !!!
(7)a) Đắp bao tải cát làm thoải mái dốc b) Giải pháp gia cố cừ tràm
c) hàng cọc đất trộn ximăng d) hàng cọc đất trộn ximăng Hình 9: Đường bão hịa nước thân đê có mưa
c. Trường hợp mực nước phía sơng rút nhanh
Đƣờng bão hòa nƣớc thân đê mực nƣớc sông rút với vận tốc 0,2 m/ngày từ mực nƣớc cao xuống mực nƣớc thấp thể Hình 10 Mực nƣớc thân đê giảm
khi mực nƣớc sông giảm giải pháp gia cố (Hình 10a, 10b) Kết Hình 10c 10d cho thấy đƣờng bão hịa nƣớc thân đê khơng thay đổi mực nƣớc phía sơng thay đổi, kết cho thấy hiệu việc ngăn dịng thấm có tƣờng đất ximăng