Bài viết tìm hiểu sự hình thành các vết nứt dọc theo thân đê có thể do nhiều nguyên nhân cơ học (do sự lún không đều trong thân đê, do trượt và lún từ biến, do động đất v.v ) cũng như các quá trình vật lý bên trong thân đê (nước bốc hơi làm khô đất, tính trương nở của đất), hoặc do sự kết hợp của một số các tác nhân trên. Mời các bạn cùng tham khảo!
NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN S CỐ SỤT LÚN MẶT ĐÊ TỪ KM25+600 ĐẾN K25+750 ĐÊ HỮU C U, BẮC PHÚ, SĨC SƠN, HÀ NỘI TRẦN THẾ VIỆT*, HỒNG VIỆT HÙN BÙI VĂN TR ỜN *** , ĐỖ CHÍNH PH ƠN ** **** Study on critical subsidence incident of Huu Cau dike in Soc Son district, Ha Noi Abstract: In early September 2018, a critical subsidence incident happened to the HuuCau dike surface in the area of Bac Phu commune, Soc Son district, Ha Noi From the top, cracks separated the dike body into two parts along its length, the settlements of the part from the center to the field site were between 0,2 to 1,0 m The concrete structure on the top of the dike was destroyed and broken along the longitudinal dimension, cracks induced were wide and deep They were observed to be presented in the elevation from +5.0m to +9.0m This study applies Geostudio v2019 and Plaxis combining some key dike conditions including the geology, hydrology, soils parameters obtained from laboratory and loads induced by transportation verhiclesto initially analyze and determine the causes of dike failure The result would thereby help managers to find out appropriate solutions to ensure safety life, property, and stability for people living near by the area ĐẶT VẤN ĐỀ * Lịch sử phát triển miền bắc nƣớc ta gắn liền với s hình thành phát triển hệ thống đê [1] Các s cố gây sạt trƣợt, hƣ hỏng đê liên quan đến đê đƣợc phát sâu nghiên cứu vào năm 90 kỷ XX Khu v c nghiên cứu vùng bãi ven sông, thuộc lƣu v c Sông Cầu, đoạn xã Bắc Phú huyện Sóc Sơn đoạn từ K25+500 đến K25+750 (Hình 1) Khu v c có địa hình ph ng, có xu thấp dần từ Tây sang Đơng Xen l n gị bãi ruộng lúa ao h * **,*** **** B môn ị k th h Cô g t Th y lợi D : 0986492582 B môn ị k th h Cô g t Th y lợi h Cô g h i học Th y ợi ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 h i học h i học Tuyến đê Hữu Cầu chạy dọc theo song Cầu, khu v c gặp s cố, chân đê cách mép song từ 20m đến 100m tùy vị trí, ngồi đê bãi xen l n ao h , thùng đấu Hình Vị trí khu v c ê bị c 89 Đầu tháng 9/2018, thân đê đoạn từ K25+500 đến K25+750 dài 250m, nằm phía bờ Hữu song Cầu thuộc xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn diễn sụt lún nghiêm trọng Đỉnh đê bị sụt lún tách làm phần theo chiều dọc đê (Hình 2a), phần từ tim đê phía song cao trình đỉnh đê v n giữ nguyên 10 45m; phần từ tim đê phía đ ng bị sụt lún từ 0,2 đến 1,0m Mặt đê bê tong bị lún sụt từ 10 đến 20cm, tạo thành vết nứt dọc đê rộng 3-5cm với chiều dài khoảng 50m Kết cấu bê tong đỉnh đê bị phá hủy gãy theo chiều dọc đê, khe nứt dọc đê phát triển rộng sâu, theo quan sát chƣa đánh giá hết đƣợc chiều sâu khe nứt (Hình2b) Hình Vế H h Vế 90 ợ ê ỉ h ê ứ mái ê phía g Mái đê phía đ ng xuất vết nứt cắt chạy dọc theo thân đê, phạm vi vết nứt rộng không liên tục, dao động từ cao trình +5,0m đến cao trình +9,0m (Hình 3) Theo đánh giá, trình sụt lún liên tục mở rộng quy mô, phát triển theo chiều dài chiều sâu Ban đầu phát ngày 1/9/2018 đỉnh đê bị lún 0,2m, phạm vi khoảng 50m, đến ngày 10 2018 phạm vi đến 150m, chiều sâu lún đến 1,0m Hiện tại,theo quan sát phạm vi dọc theo chiều dài đê, lún thân đê tiếp tục phát triển, tính đến ngày 10 2018 phạm vi lún 150m từ K25+600 đến K25+750, sang ngày 10 2018 phạm vi lún thành 250m, diễn tiến từ K25+500 đến K25+750m Điều cần lƣu ý c ng vị trí (đoạn k25+750), năm 2016 c ng xuất cung sạt phía sơng dài khoảng 50 m với đỉnh cung trƣợt cao trình + 9,5 m S cố sạt trƣợt đƣợc Chi cục đê điều phòng chống lụt bão Hà Nội xử lý cấp bách vào tháng 3/2017 Nói chung, s hình thành vết nứt dọc theo thân đê nhiều nguyên nhân học (do s lún không thân đê, trƣợt lún từ biến, động đất v v ) c ng nhƣ trình vật lý bên thân đê (nƣớc bốc làm khơ đất, tính trƣơng nở đất), s kết hợp số tác nhân Vào mùa mƣa bão, m c nƣớc sông Cầu lên xuống thất thƣờng Khi xảy mƣa lớn, thƣợng ngu n thủy điện xả l , m c nƣớc sông Cầu lên cao, nguy vỡ đê xảy Ngồi ra, đê Hữu Cầu ngồi nhiệm vụ ngăn l , bảo vệ dân cƣ tuyến đƣờng giao thông liên xã, phục vụ nhu cầu lại phát triển kinh tế cho thị trấn Sóc Sơn vùng lân cận Hiện tƣợng sạt trƣợt xảy lại bị lại, đó,để đảm bảo an tồn cho đê, đảm bảo giao thông lại ngƣời dân, việc khảo sát tìm hiểu nguyên nhân, đầu tƣ xử lý s cố đoạn đê K25+500 đến K25+750 nằm phía bờ Hữu sơng Cầu thuộc xã Việt Long, huyện Sóc Sơn cần thiết cấp bách ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CƠNG TRÌNH 2.1 Cá t số t i t Căn tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9902:2016 [3] Công trình thuỷ lợi – u cầu thiết kế đê sơng cấp cơng trình tiêu thiết kế đê nhƣ sau: + Cơng trình cấp III; + Tần suất m c nƣớc l thiết kế: P = 1,0% + Tần suất m c nƣớc l kiểm tra: P = 0,6% + Hệ số ổn định chống trƣợt cho phép: tải trọng K =1,25; tải trọng đặc biệt [K]=1,15 + Cao trình đỉnh đê thiết kế: +10,50m + Mặt cắt ngang thân đê lớp địa chất đƣợc thể Hình H h M c ị chấ tính tốn c bị ê sau 2.2 Điều iệ địa ất vùng dự án Địa chất thân đê, đê từ xuống dƣới (Hình 4) phân bố nhƣ sau: - Lớp D: Đất đắp đê - Đất sét pha, sét nhẹ ả Lớp đất Đất đắp 1a Hệ số thấm (cm/s) C ỉ tiêu Trọng lƣợng riêng bão hòa (kN/m3) 18,4 18,5 18,3 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 màu nâu đỏ, l n sạn, có màu xám vàng, xám ghi, trạng thái d o cứng - d o mềm - Lớp 1a: Đất lấp - Sét nhẹ, màu xám ghi, xám đen, d o mềm - d o chảy - Lớp 1: Sét pha nhẹ, màu vàng xám, xám xanh, xám nâu, d o mềm - d o cứng - Lớp 2: Sét pha nặng, sét nhẹ, màu xám đen, xám ghi, d o chảy - d o mềm, đôi chỗ l n hữu - Lớp 3: Sét pha nặng, sét nhẹ màu xám vàng, xám ghi, d o cứng - d o mềm - Lớp 4: Sét pha, màu xám vàng, xám ghi, d o - d o chảy - Lớp 4a: Sét nhẹ, màu xám vàng, xám ghi, d o cứng - Lớp 4b: Sét nhẹ, sét pha, nâu vàng, màu xám vàng, d o cứng - nửa cứng - Lớp 5a: Cát mịn, đôi chỗ l n cát pha, màu xám vàng, xám nâu, xám ghi, chặt vừa - Lớp 5b: Cát hạt trung, màu xám xanh, xám ghi, chặt vừa - Lớp 5c: Cát hạt thô, l n sỏi, sạn, màu xám vàng, xám ghi, chặt vừa - chặt - Lớp 6a: Sét pha nặng, sét nhẹ, màu xám đen, xám xanh, d o chảy - d o mềm - Lớp 6b: Sét pha nặng, màu xám ghi, xám xanh, d o mềm - d o cứng - Lớp 7a: Cát hạt nhỏ, đôi chỗ l n hạt trung, màu xám vàng, xám ghi, chặt vừa - Lớp 7b: Cát hạt thô, l n sỏi, cuội, màu xám vàng, xám ghi, chặt - chặt Các tiêu lý đất dung tính tốn đƣợc liệt kê Bảng lý tính tốn đất L c dính C (kN/m2) 19,84 19,17 21,1 Góc Hệ số nén ma sát (cm2/kG) 0,037 0,038 0,038 Giới hạn chảy 42 42 44 Giới hạn d o 25 25 26 SPT 8 91 Lớp đất Trọng lƣợng riêng bão hòa (kN/m3) 17,1 18,4 18,64 18,64 18,6 18,7 18,3 18,3 18,0 18,0 18,0 Hệ số thấm (cm/s) 4a 4b 5a 5b 5c 6a 6b 7a L c dính C (kN/m2) 9,74 21,11 14,6 22,0 17,04 8,60 23,0 29,0 16,7 18,8 21,42 2.3 Điều iệ địa ất t ủ vă Căn vào m c nƣớc lớn th c đo trạm Chã từ năm 1977 đến 2017, xây d ng đƣờng tần suất thiết kế Trên sở truyền độ dốc m c nƣớc vị trí tuyến cơng trình Kết tính toán đƣợc thể Bảng Bảng Mực ớc lớn n cơng trình ứng với tần suất thi t k (cm) Vị trí Trạm Chã Tuyến cơng trình H1,0% 1133 H2,0% 1110 H5% 1070 H10% 1031 986 962 922 883 2.4 H ạt tải tính tốn Hoạt tải tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000 , hoạt tải tính tốn đƣợc tính theo sơ đ nhƣ Hình (5) e /2 b d b e /2 B l H h Mi h họ 92 tính tốn ải ọ g xe Góc Hệ số nén ma sát (cm2/kG) 0,117 0,038 0,03 0,03 0,027 … ' … … ' 0,044 ' 0,043 ' … Giới hạn chảy 52 43 33 42 39 … … … 45 41 … Giới hạn d o 32 26 21 25 23 … … … 27 25 … SPT 10 14 18 29 14 21 10 27 n.G B.l B n.b (n 1)d e q n: Số xe tối đa xếp đƣợc phạm vi bề rộng đƣờng G: Trọng lƣợng xe (T) B: Bề rộng phân bố ngang xe (m) l: Phạm vi phân bố tải trọng xe theo hƣớng dọc (m) Đọan đƣờng có bề rộng đƣờng Bđê =7m Tải trọng tối đa xe G = 24 tấn, b = 1,8 m, l=6,6m Trong mơ mơ hình, tính tốn cho trƣờng hợp bất lợi, xe chạy bên đê, chọn d=1,3m, e=0,5m n=1 Hệ số vƣợt tải tham khảo mục 2 22TCN 211-06 đƣợc l a chọn 1,2 Khi đó, bề rộng tính tốn hoạt tải là: B 1.1,8 (1 1).1,3 0,5 2,3m Hoạt tải tính tốn là: 1.24 q 1,58 (T/m²) 2,3.6, MƠ HÌNH TÍNH VÀ CÁC PHÂN TÍCH LỰ CHỌN Sử dụng phần mềm Plaxis Geostudio để phân tích nguyên nhân s cố đê Trong đó, phần mềm Plaxis đƣợc dung để phân tích biến ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 dạng đê xác định vùng phá hoại tác dụng hoạt tải giao thông Với phần mềm Geostudio, modul SEEP/W [5] đƣợc dung để phân tích thấm module SLOPE/W [6] đƣợc dung để phân tích ổn định mái dốc Hệ số an tồn ổn định đƣợc xác định theo phƣơng pháp Bishop đơn giản module SLOPE W Đây phƣơng Hình L c tác dụ g lên hỏi giác Trong nghiên cứu này, tính tối ƣu hóa mặt trƣợt SLOPE/W c ng đƣợc áp dụng Theo đó, sau xác định đƣợc mặt trƣợt theo phƣơng pháp truyền thống, SLOPE/W cho phép tối ƣu hóa mặt trƣợt vừa xác định để xác hóa lời giải Bƣớc quy trình tối ƣu hóa chia mặt trƣợt vừa tìm đƣợc thành đoạn th ng Về mặt trƣợt sau đƣợc chia tƣơng t nhƣ phân tích dung tính định trƣớc mặt Hình7 M ợ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 yề h pháp tính ổn định mái dốc đƣợc sử dụng phổ biến giới Phƣơng pháp áp dụng lý thuyết phân thỏi, sử dụng điều kiện cân mơ men với trƣờng hợp mặt trƣợt trụ trịn Điểm mấu chốt phƣơng pháp bỏ qua tác dụng l c tƣơng tác theo phƣơng đứng (XL = XR = 0) (Hình 6) Hệ số an toàn ổn định Fs đƣợc xác định theo điều kiện cân mô men quanh tâm O c theo h g há Bi h giả trƣợt Fully Specified Slip Surface (Hình7a) Bƣớc tiếp theo, điểm kết thúc đoạn th ng đƣợc dịch chuyển để xác định khả tìm đƣợc hệ số an tồn thấp Quy trình bắt đầu với điểm giao mặt trƣợt với mặt đất Điểm di chuyển lên xuống cách ng u nhiên dọc theo mặt trƣợt (Hình7b) tìm đƣợc hệ số an tồn nhỏ Quy trình đƣợc áp dụng với tất điểm dọc theo mặt trƣợt g bê trái) b ợ i bê hải [5] 93 TR ỜN HỢP TÍNH TO N VÀ ẾT QUẢ TÍNH TO N Qua khảo sát trƣờng, phân tích tài liệu địa chất điều kiện làm việc th c tế đê thấy ngun nhân gây ổn định đê do: S diện lớp đất yếu với chiều dày có s thay đổi lớn (lớp số 2) dƣới đê lớp đất yếu khác bên dƣới (Hình 4) Do ảnh hƣởng từ xe tải trọng cho phép (biến cấm xe dƣới 12tấn nhiên, vào th c tế sử dụng tuyến đê, có nhiều xe tải trọng lớn thƣờng xuyên hoạt động tuyến đƣờng Do kiến nghị l a chọn tải trọng tối đa xe G = 24 tấn) Do mùa mƣa, m c nƣớc sông dâng cao gây dịng thấm hình thành từ sơng Hình ế q ả tính biế d g thân ề Kết thấy vùng lớp đất yếu chịu s dịch chuyển lớn (khoảng 0,25 m) Đây nguyên nhân gây sụt lún Hình Vùng biế d 94 sang đ ng Dòng thấm nàygây l c thấm làm tăng nguy ổn định đê Các nguyên nhân khác trình đào, cắt phục vụ sản xuất nông nghiệp Nhƣ đề cập, nghiên cứu đánh giá tất nguyên nhân phần mềm Plaxis 2D Geostudio 2019 4.1 Điều iệ ứ suất – i tr t đê d tải trọ ia t Để phân tích điều kiện ứng suất – biến dạng thân đê, phần mềm Plaxis đƣợc dùng Xét trƣờng hợp m c nƣớc phía sơng dâng cao đến cao trình + 9,86 m, Trên đỉnh đê có tải trọng xe H24 chạy phía đ ng Hình thể kết phân tích biến dạng thân đê chịu tải trọng giao thông ê với ổ hợ ải ọ g nguy hi hấ mặt đê Kết phân tích vùng biến dạng d o hình thành đê (Hình 9) c ng cho thấy hầu nhƣ toàn đất lớp bị phá hoại gd sau gia ải ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 4.2 Phân tích ổ đị mái u đê Xét trƣờng hợp 1: M c nƣớc sơng cao trình +5,0m, đỉnh đê có xe tải H24 chạy lệch phía đ ng Kết tính ổn định mái hạ lƣu Hình 10 Hệ ổ ị h FS Xét trƣờng hợp 2, m c nƣớc sơng dâng cao đến cao trình + 9,86 m Trên đỉnh đê có tải trọng xe H24 chạy lệch phía đ ng Kết Hình 11 Hệ ổ ị h Từ hình11 thấy, trƣờng hợp này, hệ số an toànổn định mái hạ lƣu đê giảm xuông thấp, nhỏ giá trị giới hạn [FS] = 1,15 Kết hợp thêm với yếu tố tác động gây trƣợt nhƣ hoạt động đào cắt ngƣời diễn tiến trƣợt lở mà quan sát đƣợc trạng đê phù hợp ẾT LUẬN Qua kết khảo sát th c địa phân tích theo mơ hình số kết luận ngun ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 (Hình 10) cho hệ số an toàn ổn định FS = 1,259 > [FS] = 1.25 Chứng tỏ vào mùa khơ, mái đê phía hạ lƣu ổn định có xe tải chạy mặt đê hi c ớc sông hấ tính hệ số an tồn ổn định mái phía đ ng thể hình 11 c ớc g c trình +9,86m nhân s cố sụt trƣợt tuyến đê nhƣ sau: Đoạn đê s cố nằm đất yếu có cấu trúc địa chất phức tạp Thân đê đƣợc đắp lớp đất yếu dày (lớp 2) lớp đất sét pha, trạng thái d o chảy đôi chỗ l n hữu nhƣng chƣa đƣợc xử lý Đất đắp đoạn đê này, đƣợc đào hai bên chân đê thành thùng ao sâu Q trình cố kết lớp đất yếu có chiều dày biến đổi đê, làm gia tăng trình lún, lún không nứt mái đê, thân đê 95 Các phƣơng tiện giao thông lƣu thông đê làm gia tăng tải trọng, tải trọng xung kích làm kẽ nứt ngày cắt sâu làm chia cắt thân đê thành khối Hoạt tải xe lớn làm cho hệ thống kẽ nứt ngày mở rộng, cắt sâu làm chia cắt mặt đê thành sống đất dọc theo đê dọc theo bề mặt kẽ nứt, áp l c hông khối đất bị suy giảm, khối đất hoàn chỉnh thân đê bị phá vỡ hình thành khối độc lập tác động tr c tiếp vào lớp đất yếu (lớp 2) đê, kết hợp m c nƣớc phía sơng dâng cao tạo thành dòng thấm thân đê Dòng thấm mở rộng vùng bão hòa thân đê làm mềm hóa đất gây l c thấm tác động mái phía đ ng gây ổn định, sụt lún đê nhƣ xảy vừa qua TÀI LIỆU TH M HẢO Phan Khánh, Từ Mạo, Nguyễn Gia Quang (1995) Đê điều Việt Nam Nhà xuất Nông nghiệp Ng 96 Trần Văn Tƣ, Đào Minh Đức, Trần Linh Lan (2011) Đặc điểm địa chất công trình đê song H ng khu v c Hà Nội tai biến địa chất liên quan Tạp chí khoa học trái đất 33 (480 – 492) [3] TCVN 9902: 2016 - Cơng trình thủy lợi Yêu cầu thiết kế đê sông [4] 22 TCN 262-2000: Quy trình khảo sát thiết kế đƣờng tơ đắp đất yếu [5] Geoslope International Ltd (2019) Seep/W user's guide for finite element analyses Calgary, Alberta, Canada [6] Geoslope International Ltd (2019) Slope/W user's guide for finite element analyses Calgary, Alberta, Canada [7] Tran The Viet, Trinh Minh Thu, Giha Lee, Sewook Oh, Nguyen Thi Hai Van (2015) Effect of extreme rainfall on cut slope stability: case study in Yen Bai City, Vietnam Journal of the Korean Geo-Environmental Society Vol 16 (4) Pp 23 - 32 i biệ : PGS, TS PHÙNG VĨNH N ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2021 ... 2a), phần từ tim đê phía song cao trình đỉnh đê v n giữ nguyên 10 45m; phần từ tim đê phía đ ng bị sụt lún từ 0,2 đến 1,0m Mặt đê bê tong bị lún sụt từ 10 đến 20cm, tạo thành vết nứt dọc đê rộng... 9/2018, thân đê đoạn từ K25+500 đến K25+750 dài 250m, nằm phía bờ Hữu song Cầu thuộc xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn diễn sụt lún nghiêm trọng Đỉnh đê bị sụt lún tách làm phần theo chiều dọc đê (Hình 2a),... đỉnh đê bị lún 0,2m, phạm vi khoảng 50m, đến ngày 10 2018 phạm vi đến 150m, chiều sâu lún đến 1,0m Hiện tại,theo quan sát phạm vi dọc theo chiều dài đê, lún thân đê tiếp tục phát triển, tính đến