CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH CỐNG CHỊU ẢNH HƯỞNG VÙNG TRIỀU
1.1. Tổng quan về đặc điểm, điều kiện tự nhiên công trình cống vùng triều
1.1.10 Điều kiện địa hình, địa chất
Dọc theo bờ biển Việt Nam là các thành tạo trầm tích trẻ Haloxen đệ tứ, nguồn gốc trầm tích biển và sông – biển hỗn hợp, thành phần trầm tích hạt vụn với
ưu thế là nhóm sét – cát – bụi, đất có kiến trúc sét – bụi, cát – bụi, cấu tạo phân lớp.
Do ảnh hưởng của hệ bồi tích sông biển tại vùng bờ biển hình thành tầng bồi tích hạt thô tích tụ khá dày dưới dạng cồn cát, đụ cát và bãi cát mỏng ven bờ, kéo dài liên tục.
Hoạt động của sóng và gió biển đã ảnh hưởng trực tiếp vào quá trình trầm tích làm thay đổi thành phần, tính chất, sự phân bố và thế nằm của các lớp đất dẫn đến tính chất, độ bền, trạng thái của các lớp đất chưa ổn định, mức độ nén chặt còn thấp, nhất là những lớp đất vùng cửa sông.
Theo tài liệu thu thập được ở các tỉnh ven biển miền Bắc, thì địa chất vùng cửa sông chủ yếu là cát mịn pha đất thịt hoặc sét, thành phần hạt chủ yếu là cát dễ thoát nước nhưng dễ bị bào xói, hiện tượng cát chảy, hóa lỏng khi gặp nước dâng.
Đó là các dạng lớp phù sa bồi của các cửa sông dâng lên thành bãi. Đường kính hạt thay đổi khoảng (0.01÷0.02)mm, góc nội ma sát φ = (5÷25)P0P, lực dính C = (0.03÷0.5)kg/cmP2P, trọng lượng thể tích γ = (1.1÷1.9)kg/cmP3P. Sức chịu kéo, chịu nén yếu, độ ngậm nước lớn, dễ bị tác động phá hoại của sóng và dòng ven bờ, lún lớn và kéo dài, độ ổn định thấp.
Vùng ven biển miền Nam có địa hình khá phức tạp, là nơi tương tác giữa đất liền với biển, thể hiện tác động qua lại đất, nước, gió bão, thủy triều, cùng sự ảnh hưởng của hệ thống sông ngòi dày đặc, đặc biệt là sông Mê Kông và các cửa sông chính.
Dải đất ven biển là một vùng bồi tích bằng phẳng với nhiều mảnh trũng có cao độ phổ biến (0.5÷1.0)m, có nhiều bãi bồi.
Khu vực này là một dải hẹp gồm các bãi cát, đụn cát, cồn cát chạy liên tục từ cửa sông Sài Gòn dọc theo bờ biển Đông và bờ biển Tây kéo tới tận Hà Tiên, càng về sát biển lớp cát càng dày, càng vào sâu trong đất liền lớp cát càng vạt nhọn. Các hình trụ hố khoan có độ sâu đạt đến 40m cho biết các lớp cát hạt mịn kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc bùn cát khi có các động lực cơ học, thường có độ dày (8÷10)m, dưới là tầng sét mùn dày khoảng (15÷160)m, dưới cùng là tầng sét dẻo cứng. Tầng bồi tích trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m. Móng công trình thường nằm trên các lớp cát mịn - bùn sét kém chặt có chứa nhiều muối hoà tan, lớp này có
chiều dày thay đổi và nằm trên tầng sét bùn không ổn định. Để công trình ổn định cần phải xử lý nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải xuống nền đất sét cứng nằm sâu bên dưới.
Kết quả nghiên cứu của Tổng cục địa chất cho rằng cấu trúc ĐBSCL có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc – Tây Nam mà trung tâm bồn trũng có thể là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu, khu vực này móng đá sâu tới 900m (tài liệu hố khoan CL1 của Tổng cục Dầu Khí). Phủ trên móng đá là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ tứ, trên cùng là tầng trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, loại đập đang nghiên cứu cũng được đặt trên tầng đất yếu này.
1.1.10..1 Tầng bồi tích trẻ (hay gọi là trầm tích Holoxen QRIVR)
Bậc Holoxen dưới QRIV1-2Rgồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cũng kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lổ pleixtoxen, chiều dày đạt tới 12m.
Bậc Holoxen giữa QIV2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10m đến70m.
Bậc Holoxen trên QIV3 gồm tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành, thành phần vật chất, tuổi và điều kiện phân bố:
+ Tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật mQRIV3R, mabQRIV3Rgồm cát hạt mịn, bùn sét hữu cơ.
+ Trầm tích sinh vật, đầm lầy ven biển bamQRIV3Rgồm bùn sét hữu cơ, than bùn.
+ Tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp và sinh vật ambQRIV3Rgồm bùn sét hữu cơ.
+ Tầng bồi tích aQRIV3Rgồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ.
1.1.10.2 Tầng bồi tích cổ hay gọi là trầm tích Pleixtoxen
Tại khu vực ĐBSCL, tầng trầm tích này gồm (3 ÷ 5) tập hạt mịn xen kẹp với (3 ÷ 5) tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với pleixtoxen trên, giữa và dưới. Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ (1 ÷ 2) m đến (40 ÷ 50) m, các tập hạt thô được đặc trưng bằng bề dày thay đổi từ (4 ÷ 85) m.
- Phân bố đất yếu theo mặt bằng
Theo đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau. Chiều dày của thành tạo trầm tích Holoxen trên biến đổi từ 9 đến 20m, trung bình 15m. Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen đạt tới 100m.
Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng (ký hiệu I)
+ bmQRIV4R: Đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu gối lên lớp trầm tích nén chặt QRI-IIRchiều dày không quá 5m.
+ Đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng đất lầy nội địa, cao độ từ (1 ÷ 3) m.
+ Nước dưới đất gặp ở độ sâu (1 ÷ 5) m.
Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á cát (ký hiệu II) Phân khu IIa
+ amQRIVR: Bùn sét, bùn á sét, phân bổ không đều hoặc xen kẹp gối trên nền sét chặt QRI-IIIR chiều dày không quá 20m phân bổ ở khu vực có độ cao từ (1 ÷ 1.5)m.
Mực nước ngầm cách mặt đất (0.5 ÷ 1) m.
Phân khu IIb
+ a, amQRIVR: Bùn sét, bùn á sét, phân bổ không đều hoặc xen kẹp chiều dày không quá 80m. Các đặc tính khác giống phân khu Iia.
Phân khu IIc
+ Dạng đất bùn như IIa, IIb nhưng có chiều dày không quá 25m.
Phân khu IId
+ Dạng đất bùn như IIa, IIb, IIIc nhưng có chiều dày không quá 30m.
Khu vực III: Khu vực cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn a cát(ký hiệu III) Phân khu IIIa
m, am, abmQRIVR: Chủ yếu là á cát, cát bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn á cát Holoxen gối lên trên trầm tích nén chặt QRI-IIIR chiều dày không quá 60m. Diện tích tập trung ở đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với cao độ (1 ÷ 2)m. Nước ngầm cách mặt đất (0.5 ÷ 2)m.
Phân khu IIIb
Các đặc tính giống phân khu IIIa nhưng chiều dày tầng đất Holoxen không quá 100m.
Phân khu IIIc
Các đặc tính giống phân khu IIIRaR, IIIRbR nhưng chiều dày tầng đất Holoxen không quá 25m.
Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, cát bụi, á cát Phân khu IVa
mbQRIVR: Đất than, bùn, sét, bùn á sét, thuộc tầng đất yếu Holoxen chiều dày không quá 25m, gối lên nền chặt QRI-IIIR. Phân bố ở diện tích đồng bằng tích tụ biển sinh vật với cao độ từ (1 ÷ 1.5) m. Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất.
Phân khu IVb
abmQRIVR: Đất yếu gồm than bùn, bùn sét, bùn á sét thuộc tầng Holoxen chiều dày không quá 50m, gối lên đất nén chặt QRII-IIIR và NR2R.
Phân khu này phân bố ở các đầm trũng, cửa sông bị luồng lạch phân cách mãnh liệt. Nước ngầm xuất hiện ở trên mặt đất.
Khu vực V: Khu vực bùn á sét và bùn cát ngập nước (ký hiệu V)
Đất yếu gồm bùn, than bùn Holoxen dày từ (5 ÷ 10) m đến (40 ÷ 50) m, gối lên nền đất chặt QRII-IIIR. Phân bổ ở các lung trũng, cửa vịnh, cửa sông. Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, chịu ảnh hưởng theo thủy triều.
Đặc tính cơ lý của đất nền
Căn cứ kết quả thí nghiệm các hố khoan trong phạm vi độ sâu 30m của những công trình thủy lợi trong khu vực có thể phân chia các lớp đất nền như sau:
- Lớp đất trên mặt
Dày khoảng (0.5 ÷ 1.5) m, gồm những loại đất sét hạt bụi đến sét cát có màu xám nhạt đến xám vàng. Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen.
- Lớp sét hữu cơ
Nằm ngay bên dưới lớp đất trên mặt, có chiều dày thay đổi từ (3 ÷ 20) m tùy từng khu vực và tăng dần ra phía biển.
Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt. Hàm lượng sét chiếm từ (40 ÷ 70)%. Hàm lượng các chất hữu cơ đã phân giải hết chiếm (2 ÷8)%. Đất rất ẩm thường quá bão hòa nước.
Nói chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy.
Đất không được nén chặt, hệ số rỗng lớn, dung trọng tự nhiên nhỏ. Sức chống cắt thấp, góc ma sát trong φ < 10P0P, lực dính C < 0.12 kG/cmP2P, thực tế thường gọi là lớp
“sét bùn hữu cơ”.
- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn Laterit và vỏ sò hoặc lớp cát
Lớp này dày khoảng (3 ÷ 5)m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và lớp đất sét không hữu cơ (dọc tuyến kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp).
Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang), lớp cát lại nằm giữa lớp sét. Lớp này thường nằm không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL.
Một số hố khoan địa chất ở Hậu Giang và sông Sài Gòn cho thấy: lớp cát có độ ẩm thiên nhiên w = (32 ÷ 35)%, dung trọng tự nhiên γ = (1.69 ÷ 1.75) g/cmP3P, góc ma sát trong φ = (29P0P ÷ 30P0P).
- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ
Lớp này khá dày phân bổ ở những độ sâu khác nhau. Một số hố khoan ở Long An cho thấy: lớp đất sét tương đối chặt nằm cách mặt đất (3 ÷ 4)m.
Ở những nơi khác, lớp đất sét tương tự nằm cách mặt đất khoảng (9 ÷ 10)m (Thạch Anh, Hậu Giang), (15 ÷ 16)m (Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu Giang), (25 ÷ 26)m (ở Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển lớp đất sét càng thấp dần.
Lớp đất sét không lẫn hữu cơ có màu xám vàng hoặc vàng nhạt, hoàn toàn bão hòa nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối chặt, khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu cơ, có đặc trưng chống cắt φ = 17P0P, C = 0.28 kG/cmP2P.
Chúng ta đều biết cửa sông, ven biển là nơi diễn ra cuộc đấu tranh giành giật giữa đất liền và biển cả hàng ngày, hàng giờ với sự giao tranh quyết liệt giữa các yếu tố của sông, của biển và của khí quyển cả ở tầm vĩ mô và vi mô.
Xây dựng các công trình trong vùng cửa sông ven biển thường phải giải quyết vấn đề khép kín và chặn dòng trong điều kiện có tác động của dao động thủy triều và sóng, có khi không thể dẫn dòng thi công, và hầu hết là không thể xử lý nền móng. Do bản chất của các hiện tượng và quá trình vật lý phức tạp và mạnh mẽ hơn nhiều, vấn đề khép kín và và chặn dòng vùng cửa sông ven biển có những đặc thù riêng, không thể ứng dụng công nghệ, phương pháp thống kê, tính toán,… đã trở
thành quy trình, quy phạm ở các công trình trên các đoạn sông không có thủy triều và các yếu tố biển.
Trong vùng ảnh hương thủy triều, các quá trình thủy văn, hải văn, khí hậu, khí tượng thường có chu kỳ ngắn, cường độ lớn và rất khó dự báo. Điều kiện thi công, lựa chọn vật liệu cũng hạn chế. Nhưng đồng thời, do sự lên xuống của thủy triều tạo ra các trạng thái thủy lực khác nhau trong một thời gian ngắn, lại tạo ra một khả năng để con người có thể lợi dụng sao cho thời điểm hạp long là thuận lợi nhất. Do đó con người cần phải khôn ngoan hơn, nắm vững quy luật để hành động có hiệu quả hơn.
1.2. Các biện pháp thi công công trình vùng triều