but not used in Vietnam.Based on theoretical analysis, preliminary numerical simulation for 03 section of rock slope with different characteristics of rock, the resea[r]
(1)HỆ THỐNG RÀO CHẮN LINH HOẠT GIẢM THIỂU RỦI RO ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN TRÊN
CÁC TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VÙNG NÚI VIỆT NAM NGUYỄN ĐỨC MẠNH*
LÊ ANH ĐỨC*
Flexible facing systems for rockfall protection on the roads of mountain area in Vietnam
Abstract: In mountainous areas of Vietnam often rock slope on the roads has bluff, high height, and less attention is paid to preventing instability of slope Therefore, the rockfall often appears not only in the rainy season, even in the dry season on many national highways, provincial roads and railways Flexible facing systems for rockfall protection from high-tensile steel wire up to 1770 MPa is applied to prevent rockfall, rolling stone has long been good results in many European countries, America or Japan, China National, Taiwan, South Korea, Australia, India but not used in Vietnam.Based on theoretical analysis, preliminary numerical simulation for 03 section of rock slope with different characteristics of rock, the research results show many positive prospects of applying this rockfall protection barriers to prevent rock falling, rolling on the mountain roads of our country in the near future
Keywords: Flexible facing systems, rockfall protection, slope, rockfall
1 ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN TRÊN CÁC TUYẾN
GIAO THÔNG VÙNG NỨI *
Hiện tượng tảng hay cục đá kích thước khác nhau, tách rời khỏi sườn rơi hay lăn xuống chân dốc đột ngột thường gọi đá rơi, đá lở Xảy phổ biến sườn dốc cấu tạo từ đá cứng nứt nẻ mạnh, thuộc phần ta luy dương tuyến giao thông vùng núi nước ta
Các sườn dốc đá cứng thuộc ta luy dương đường đào vùng núi thường dốc đứng (góc dốc 60o÷90o), chiều cao lớn (thường từ 30-50m đến 70-90m), cấu tạo từ loại đá thành phần, tính chất, mức độ phong hóa nứt nẻ khác Nhiều tuyến đường quan trọng
*
Khoa Cơng trình, Trường ĐH GTVT DĐ: 098 5376810
Email: ndmanhgeot@gmail.com
(2)vẫn lựa chọn chủ yếu với ta luy dương tuyến đường giao thông hay sường dốc đá gần khu dân cư vùng núi nước ta Cùng với phát triển kinh tế đất nước, thời gian tới việc quan tâm việc phòng chống ổn định sườn dốc đá nói chung quan tâm coi trọng
đúng mức Và đó, việc áp dụng giải pháp kỹ thuật mới, có sử dụng hệ kết cấu “ mềm” kết hợp neo giữ đinh đá với lưới thép cường độ cao chống ăn mòn (hệ lưới - neo) để ngăn giữ đá lở, đá rơi sườn dốc đá nói chung có nhiều triển vọng áp dụng
Hình Đá rơi QL12 Điện Biên ngày 3/6/2018 (Nguồn Internet, [13])
Hình Đá lở QL3B Bắc Kạn ngày 29/7/2018 (Nguồn Internet, [14])
2 ĐẶC ĐIỂM, CƠ CHẾ VÀ LOẠI HÌNH MẤT ỔN ĐỊNH SƯỜN DỐC ĐÁ PHỔ BIẾN
Trong thân khối hay tảng đá sườn dốc tồn lực liên kết phân tử, lực dính bám, liên kết khối tầng đất đá, lực ma sát… lực gọi chung lực giữ Chúng giữ cho đất đá tạo thành thể thống chịu tác nhân khác trọng lực, lực đẩy ngang, lực cắt… [1,2] Sườn dốc ổn định tổng tác nhân nhỏ tổng lực giữ, cịn chúng vượt tổng lực giữ liên kết đất đá bị phá vỡ, sườn dốc bị cân lực gây nên tượng ổn định trượt, sụt lở sườn dốc, đá đổ… [1,2,3,10,11] Mất ổn định sườn dốc đá có nét đặc thù riêng, q trình phát triển lâu dài, xảy đột ngột có mức độ nguy hiểm cao Khi sườn dốc đạt đến trạng thái giới hạn (chênh cao địa hình), kết hợp thêm tác nhân tức thời mưa lớn, nước ngầm, tải trọng lớn tác dụng… [1,2,10,11] gây
ổn định dạng trượt, lở, đá đổ đá lăn Tùy theo đặc điểm cấu trúc đá (tính phân lớp, đặc điểm nứt nẻ phong hóa), sườn dốc đá trượt theo mặt phẳng, dạng nêm, cong hay đá đổ sập [1,10,11]
(3)3 HỆ THỐNG RÀO CHẮN LINH HOẠT NGĂN GIỮ ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN
Lưới thép cường độ cao chống ăn mòn sử dụng làm hệ thống hàng rào ngăn giữ hay chặn khối, tảng đá lăn, đá rơi rơi địa hình dốc xuống cơng trình cần bảo vệ Hệ thống ngăn chặn tác động tảng đá với động tối đa theo điều kiện thiết kế cụ thể Hệ thống bao gồm cấu trúc cố định chặt (cột thép, đế móng, neo ghim giữ), cấu trúc hỗ trợ cấu trúc linh hoạt tự điều chỉnh (bánh xe chạy - puli, cóc hãm chữ U, hệ thống dây cáp phụ trợ, phanh hấp thụ lực) nhằm tiêu đá rơi vào lưới cấu trúc kết nối, nên gọi hệ thống kết cấu linh hoạt Hệ thống gọi “linh hoạt” chúng làm việc theo nguyên tắc hấp thụ lượng tảng lăn thông
qua phân tán lượng nhờ dịch chuyển hệ thống dây cáp lưới qua hệ puli, cóc hãm, phanh hấp thụ lực tảng đá rơi hay lăn xuống lưới thép hàng rào [6,8,9] (hình 3)
Lưới thép hệ thống tạo nên từ sợi thép hay cáp dạng xoắn cường độ chịu kéo cao từ 1770 MPa đến 2550MPa, chịu tác động từ yếu tố môi trường thơng thường chống ăn mịn lớp mạ đặc biệt [4,5] Phần lưới phận chịu nhận tác dụng trực tiếp ngoại lực – đón nhận tảng khai khối đá rơi, có tính chất đàn hồi dẻo, truyền tải trọng lên phận liên kết, kết cấu hỗ trợ đất đá Với tính này, hệ thống rào chắn lưới thép cường độ cao sử dụng cho lượng tác động từ 100 kJ lên đến 10000 kJ [6,8,9]
Cột thép
Neo cáp
Neo móng cột Móng bê
tơng
Bản đế Cáp hãm
Puli
Hình Sơ đồ hệ thống rào chắn linh hoạt ngăn giữ đá rơi, đá lăn [8]
Hình Hệ thống rào chắn linh hoạt ngăn giữ đá rơi, đá lăn (Nguồn Geobrugg) Hệ thống rào chắn linh hoạt ngăn giữ đá lở,
đá lăn gồm: cột thép gắn hệ đế móng đóng vai trị định hình hàng rào truyền tải trọng, đỉnh cột thiết kế lỗ tròn để liên kết với chi tiết dây cáp, bánh xe chạy (puli) ; hệ đế móng thiết kế đặt vào loại đất đá ổn định, gồm đinh neo, lề thép, bu lông bảo vệ bệ bê tông hay bê tông cốt thép; bánh xe chạy (puli) có chức ròng rọc cho dây cáp thép
(4)hàng ràng; phần hệ thống dây cáp phụ trợ trên, dưới, giữa, bên, biên hay dây cáp dọc cột thép hệ thống, đóng vai trị truyền tải lực đầu cột vào phận neo dây cáp thép; cuối phận phanh hấp thụ lực (U Break), lắp đặt kết hợp dây cáp trợ lực vị trí xung yếu nhằm phân tán lượng hệ thống vượt sức chịu tải vật nặng tác động trực tiếp vào hệ thống lưới thép [6,7,8,9]
4 TÍNH TỐN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG HÀNG RÀO CHẮN LINH HOẠT BẰNG LƯỚI THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO CHỐNG ĂN MÒN NGĂN GIỮ ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN
Thông số cần thiết sử dụng phân tích phục vụ thiết kế hệ thống rào chắn linh hoạt lưới thép cường độ cao chống ăn mịn cần có gồm chiều cao, độ dốc, chiều dài chiều rộng bờ dốc; đặc điểm địa chất cần có thơng tin dự báo tảng đá lớn có khả ổn định; vị trí dự kiến lắp đặt
Ổn định hàng rào ngăn đá lăn phụ thuộc vào bố trí cột cáp neo giữ theo động định danh, tính tốn theo mơ hình đá lăn cụ thể Để xác định chiều cao tối ưu hàng rào thực theo mơ hình đá lăn sử dụng phần mềm mô phỏng, xác định chiều cao nảy lên tảng đá quỹ đạo lăn (văng) Cịn với kích thước định danh hàng rào ngăn đá lăn, đá rơi xác định phụ thuộc vào lượng tảng lăn lớn xác định theo công thức (1) Vị trí bố trí hàng rào theo kết tính toán tảng lăn định danh Wt nhỏ xác định theo (3), vị trí mặt thuận tiện thi cơng, khơng ảnh hưởng đến cơng trình lân cận, nơi cần bảo vệ [6,8,9]
Động tảng lăn chuyển động tịnh tiến xác định theo công thức sau:
Wđ = (m.V2)/2 (1)
trong đó: m - khối lượng tảng lăn định danh; V - vận tốc tảng lăn định danh
Khi xét đến động tảng đá rơi có chuyển động quay lăn, động tảng xác định théo (2):
W = Wđ + Wω (2)
trong đó: Wđ – động tịnh tiến theo
chiều rơi;
Wω - Động quay tảng lăn, Wω
= (I x ω2)/2 Với I, mơ men qn tính tảng lăn; ω, vận tốc góc tảng lăn
Thế tảng lăn định danh nhỏ tính đến chiều cao nảy lên tảng đá rơi hay lăn xác định công thức sau:
Wt = m.g.H (3)
trong đó: m - khối lượng tảng lăn định danh;
H - chiều cao nảy tảng lăn định danh; g - Gia tốc rơi tự
(5)Bảng 1.Kết phân tích độ nảy, lượng va chạm xác định chiều cao cột lưới thép hệ thống rào chắn linh hoạt phần mềm Ruvolum/Rockfall 6.1
Lý trình
Chiều cao bờ dốc, H
(m)
Các thông số chung
Năng lượng va chạm lưới thép
(kJ)
Chiều cao đá nảy lớn
nhất (m)
Chiều cao hàng rào tối
thiểu (m)
Ghi
Km96+400 55 493 1,78m 3,0 01 mặt
hẹp
Km96+500 40 525 2,70m 3,0 01 mặt
rộng Km105+050 48
D= 0,75m m= 4948 kg
=60o-70o
752 1,62m 3,0 02 mặt hẹp
a) Km96+400 b) Km96+500 c) Km105+050
Hình Kết phân tích quĩ đạo lăn, độ nảy tảng đá rơi lượng va chạm hệ thống hàng rào lưới thép cường độ cao phần mềm Ruvolum/Rockfall 6.1 Kết phân tích thơng số thiết kế rào
chắn linh hoạt lưới thép cường độ cao chống ăn mòn ngăn giữ đá rơi, đá lăn tiến hành phần mềm mở Ruvolum dễ dàngvà thuận tiện Việc chưa có cơng trình thực tế kiểm chứng nước ta, kiểm chứng nhiều nước giới [6,8,9],
nên công cụ giải pháp hỗ trợ tốt thiết kế thời gian tới nước ta
(6)Nhật Bản, Hồng Kông, Ấn Độ, Trung Quốc … cho thấy nhiều ưu điểm bật như: giữ nguyên trạng bờ dốc thi công; vừa thi công vừa khai thác tuyến đường; không ảnh hưởng nhiều tới thầm thực vật có, thân thiện với mơi trường; thiết bị gọn nhẹ, vật liệu; thi cơng địa hình cao dốc đứng; thi công nhanh đảm bảo ổn định lâu dài [8,9]… mạnh công nghệ
5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Hầu hết bờ dốc đá tuyến giao thông vùng núi nước ta chưa bảo vệ mức nên thường xuyên xảy tượng đá lở, đá rơi đá lăn
Hệ thống hàng rào chắn linh hoạt lưới thép cường độ cao chống ăn mòn để ngăn giữ đá rơi, đá lăn tuyến giao thông vùng núi nhằm giảm thiểu rủi ro người tài sản, giải pháp có độ tin cậy, phù hợp cần nghiên cứu áp dụng Việt Nam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Sỹ Ngọc (2014) Cơ học đá NXB Giao thông Vận tải Hà Nội
2 Nghiêm Hữu Hạnh (2005), Cơ học đá NXB Xây dựng Hà Nội
3 Nguyen Duc Manh (2016) Features, generation mechanism and urgent treatment solution to the large landslide at Chi Luong resettlement area, Muong Lay Town, Dien Bien
Province The 3rd Internatioal Conference
VIETGEO 2016, ISBN: 978-604-62-6726-3, pp 244-251
4 EOTA EAD 230025-00-0106 (2016) European Assessment Document (No EAD 230025-00-0106 - 6/2016)
5 EOTA ETA 17/0711 - 17/0720 (2016) European Technical Approval (No ETA 17/0711 - ETA 17/0720)
6 EOTA (2010) European Technical Approval, Rockfall protection barrier GBE (No ETA – 09/0262)
7 EUROCODE Geotechnical design, Part 1: General rules 2004
8 Geobrugg (2014) Maintenance manual GBE/RXE-series 100kJ – 8000kJ Switzerland
9 Geobrugg (2008) GBE rockfall protection barriers: The most economic barrier from high-tensile steel wire Switzerland
10 Hungr, O, Leroueil, S and Picarelli, L (2014) The Varnes classification of landslide types, an update, Landslides, Volume 11, Issue 2, pp 167–194
11 Varnes, DJ (1978) Slope movement types and processes In Special report 176:
Landslides: Analysis and Control, Transportation
Research Board, Washington, D.C
12 https://news.zing.vn/da-roi-de-bep-xe-khach-16-cho-post865876.html
13 https://www.nguoiduatin.vn/da-lan-de- nat-o-to-4-cho-1-nguoi-tu-vong-o-lai-chau-a372625.html
14 https://phunutoday.vn/anh-nong-da-lo-de-bep-oto-6-nguoi-chet-d13304.html
15 http://www.baobackan.org.vn/channel/2 262/201807/lo-da-gay-tac-duong-tai-dia-phan-deo-ang-toong-5593102/