3.3. Công nghệ xử lý bề mặt đê bằng bê tông tự lèn
3.4.1. Tính toán ổn định mái đê
Tính toán đê Hữu cầu tại vị trí K59+350 có MNTK là +8,20 Theo công thức (3-1a) ta có:
∇đỉnh = 8,2 + 1 = 9,20 m
Qua báo cáo đánh giá hiện trạng đê, kè, cống trước lũ hàng năm hiện nay cao trình đỉnh đê hữu Cầu biến đổi từ +9,0m đến +9,2m (đảm bảo cao trình chống lũ).
Do vậy khi thực hiện phương án mở rộng mặt đê kết hợp phòng lũ và giao thông ta lấy cao trình đỉnh đê là +9,2m.
3.4.1.1. Phương pháp tính toán.
Để đánh giá ổn định của mái dốc, về mặt lý thuyết hiện nay tồn tại nhiều phương pháp tính, tuy nhiên tựu trung lại có hai phương pháp chính: Phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp phân tích giới hạn.
- Phương pháp phân tích giới hạn dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miền của công trình (cả đất đắp và đất nền). Dùng các thuyết bền như: Mohr - Coulomb, Hill - Tresca, Nises - Shleiker… kiểm tra ổn định cục bộ tại mỗi điểm trong toàn miền. Công trình sẽ mất ổn định tổng thể khi tổng hợp các điểm cục bộ bị mất ổn định làm thành một mặt liên tục. Phương pháp này mô phỏng được gần đúng trạng thái ứng suất trong khối đất bị phá hoại, về mặt toán học mang tính logic cao. Tuy nhiên phương pháp này chưa xét được biến dạng thể tích của khối đất, đồng thời việc phân tích ổn định mái dốc theo phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi trong thực tế.
- Phương pháp cân bằng giới hạn dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (coi khối trượt như một cố thể) và phân tích trạng thái cân bằng tới hạn của các phân tố đất trên mặt trượt đã giả định trước. Sự ổn định được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần lực kháng trượt (lực ma sát, lực dính) huy động trên toàn mặt trượt với thành phần lực gây trượt (trọng lượng, áp lực nước, áp lực thấm,...). Phương pháp này xem khối trượt như là một cố thể và được giới hạn bởi mặt trượt và mặt mái dốc, đồng thời xem trạng thái ứng suất giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt mà thôi, thực tế
thì mặt trượt xảy ra rất phức tạp. Tuy vậy phương pháp này có ưu điểm là tính toán đơn giản và thiên về an toàn. Vì vậy, thực tế hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi để tính toán ổn định mái dốc, dạng mặt trượt giả thiết thường là mặt trượt trụ tròn.
Việc tính toán được tiến hành theo sơ đồ bài toán phẳng. Thực tế, mái đất chỉ xảy ra trượt trong một pham vi nhất định. Mỗi khối trượt còn có mô men chống trượt do lực ma sát và lực dính ở hai bên tạo ra. Vì vậy bài toán không gian sẽ cho hệ số an toàn lớn hơn so với bài toán phẳng. Trong tính toán ổn định mái đê không xét tới bài toán không gian.
Phương trình cân bằng giới hạn được xác định dựa trên các giả thiết:
+ Vật liệu đất đắp tuân theo định luật Mohr - Coulomb + Hệ số ổn định như nhau cho tất cả các điểm trên mặt trượt.
+ Trạng thái cân bằng giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt.
Hình 3.14: Sơ đồ tính ổn định mái đê theo phương pháp cân bằng giới hạn Nguyên tắc để đảm bảo ổn định mái đê là thỏa mãn bất đẳng thức sau:
[ ]
c t
K M K
= ∑M ≥
∑
Trong đó:
+ ΣMc là tổng mô men chống trượt đối với tâm O + ΣMt là tổng mô men gây trượt đối với tâm O + [K] là hệ số an toàn chống trượt cho phép.
Từ khi ra đời phương pháp này, các tác giả đã bỏ qua các lực tác dụng ở hai bên của mỗi dải đất. Đối với cả khối trượt thì đó là nội lực nên không xét tới, tuy nhiên với mỗi dải đất thì các lực tác dụng hai bê dải đất lại không bằng nhau, chúng không triệt tiêu nhau. Việc bỏ qua như vậy là cần thiết khi kỹ thuật tính toán còn thô sơ, chưa có các công cụ hỗ trợ tính toán. Ngày nay, với sự phát triển của máy tính điện tử, các lực tương tác giữa các dải đất đã được xét tới, làm tăng tính chính xác của kết quả tính toán. Các phương pháp tính toán đã được lập trình thành các phần mềm chuyên dụng, một trong số các phần mềm tính toán ổn định mái dốc được sử dụng khá phổ biến hiện nay là phần mềm Geo-slope của Canada.
3.4.1.2. Số liệu tính toán.
Địa tầng khu vực theo kết quả khảo sát địa chất gồm 3 lớp:
- Lớp 1: đất sét pha màu xám nâu, nâu gụ trạng thái dẻo cứng.
- Lớp 2: sét pha màu xám ,nâu gụ ,xám vàng trạng thái dẻo cứng.
- Lớp 3: bùn sét pha màu xám ghi, xám đen trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy Bảng 3.4: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền đê
Các chỉ tiêu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3
Dung trọng ướt, γW T/m3 1.836 1.818 1.791
Dung trọng khô, γc T/m3 1.420 1.404 1.380
Độ ẩm tự nhiên, We % 30.18 30.25 30.45
Lực dính kết, C KG/cm3 0.152 0.145 0.109
Góc ma sát trong, ϕ độ 10033 11007 9037
Hệ số thấm, K cm/s 4.24 x10-5 3.03 x10-5 4.57 x10-6
3.4.1.3. Kết quả tính toán.
a. Tính toán cho mặt cắt đê hiện trạng.
Tính toán kiểm tra ổn định hiện trạng đê hữu Cầu trong trường hợp bất lợi nhất:
mực nước max phía sông là +8.4m, mực nước phía đồng min.
MNTL = 8.40m
Lop 1
Lop 2
Lop 3
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Cao do (m)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.15: Sơ đồ tính toán trường hợp mực nước sông +8.4
MNTL = 8.40m
Lop 1
Lop 2
Lop 3
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
C a o do ( m )
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.16: Đường bão hòa và đường đẳng cột nước trong thân đê trường hợp mực nước sông +8.4
MNTL = 8.40m
Lop 1
Lop 2
Lop 3 0.0
5
0.05 0.1
0.1
0.15 0.15
0.15 0.2
0.25 0.3 0.3
0.4 0.5
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Cao do (m)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.17: Gradien thấm trong thân đê (Jmax = 0.74) trường hợp mực nước sông +8.4
1
2
3
1.564
MNTL = 8.40m
Lop 1
Lop 2
Lop 3
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Cao do (m)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hình 3.18: Ổn định mái đê (K = 1,564) trường hợp mực nước sông +8.4
b. Tính toán cho mặt cắt sau khi đắp áp trúc và tôn cao.
9.20 Lop 1
Lop 2
Lop 3 Dat dap MNTL = 8.4
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Cao do (m)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Hình 3.19: Sơ đồ tính toán trường hợp đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4
9.20 Lop 1
Lop 2
Lop 3 Dat dap MNTL = 8.4
5 5.5
6
6.5 7 7.5
8
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Ca o d o ( m )
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Hình 3.20: Đường bão hòa và đường đẳng cột nước trong thân đê trường hợp đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4
9.20 Lop 1
Lop 2
Lop 3 Dat dap MNTL = 8.4
0.0
5 0.05
0.1
0.1
0.1 0.15
0.15 0.2
0.25 0.7
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Ca o d o ( m )
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Hình 3.21: Gradient thấm trong thân đê (Jmax = 0.56) trường hợp đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4
2.218
9.20 Lop 1
Lop 2
Lop 3 Dat dap MNTL = 8.4
Khoang cach (m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Cao do (m)
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Hình 3.22: Ổn định mái đê (Kmin = 2.218) trường hợp đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4