Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG - ĐÊ KẾT HỢP
2.4. Thống kê các hình thái mất ổn định và đề xuất mặt cắt ngang tính toán
2.4.1. Thống kê các hình thái mất ổn định
Theo tài liệu khảo sát cho thấy, tuyến đường kết hợp đê đi qua địa bàn huyện Châu Thành và huyện Cầu Ngang chủ yếu được đắp bằng đất, bề mặt một số đoạn được phủ một lớp đá cấp phối để đảm bảo giao thông cho người dân đi lại và một đọan tuyến bề mặt đê là cấp phối sỏi đỏ. Qua nhiều năm sử dụng, do tác động xâm thực của sóng, gió, mưa bão, dòng chảy và quá trình sử dụng của con người, đến nay, hầu hết tuyến đường kết hợp đê đã bị hư hỏng xuống cấp; mặt đường gồ ghề, đọng nước khi có mưa, cao trình trung bình ≤+3.5m, bề rộng B = 4.0÷4.5m.
a. Sạt lỡ mái phía biển và phía đồng
Hình 2.8. Hiện tượng xói lỡ mái đê
Hình 2.9. Tuyến đê bị sạt lở do dòng nước chảy mạnh của cống đập Thâu Râu
Hình 2.10. Hư hỏng mái đê phía biển và phía đồng
Do hiện tượng biến đổi khí hậu, mực nước biển tăng theo hàng năm cùng với tác động mạnh của sóng biển làm sạt lở bờ biển gây mất ổn định cho mái đê phía biển, và dưới sự tác động của thủy triều và sóng biển khi có bão gây mất ổn định ở mái đê phía đồng.
Cống đập Thâu Râu, xã Mỹ Long Nam, huyện Cầu Ngang được xây dựng năm 1999. Đây là công trình nằm trong dự án Ngọt hóa Nam Mang Thít do Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn làm chủ đầu tư xây dựng. Công trình nhằm mục đích ngăn mặn trữ ngọt phục vụ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản của các xã Mỹ Long Nam và Hiệp Mỹ Đông, Hiệp Mỹ Tây. Tuy nhiên do quá trình thi công không
đánh giá đúng mức tác động mạnh của dòng chảy nên nhiều năm qua tình trạng sạt lở luôn diễn biến phức tạp, làm cho 2 bên bờ sông và khu vực dân cư sinh sống ven cống đập bị ảnh hưởng nghiêm trọng, tuyến đường giao thông - tuyến đê quốc phòng huyết mạch liên xã từ xã Mỹ Long Nam đi xã Hiệp Mỹ Đông bị sạt lở trong tình trạng nguy hiểm không lưu thông đi lại trên tuyến đê này. Ngành Nông nghiệp tỉnh có công văn gửi Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn báo cáo tình hình sạt lở để Bộ có biện pháp hỗ trợ tỉnh kịp thời duy tu, nâng cấp, gia cố, sửa chữa kịp thời trong thời gian sớm nhất.
Ngoài ra, do tác dụng của dòng thấm ngược ra khi triều rút, các hạt đất cát nhỏ sẽ bị trôi dần ra qua các kẽ hở dẫn đến phần dưới mái đê bị rỗng không đều nhau làm cho mái đê bị biến dạng theo và hư hỏng.
b. Xói lỡ bề mặt đê
Hàng năm tuyến đê được gia cố lớp đá mạt 0x4 dày 15-20cm để phục vụ di dân, cứu hộ, cứu nạn khi có lụt bão xảy ra, đảm bảo an ninh quốc phòng vùng ven biển.
Tuy nhiên do lưu lượng giao thông trong khu vực người dân sinh sống ngày càng tăng lên hàng năm làm cho kết cấu mặt đường gây ra hư hỏng cục bộ tại một số đoạn tuyến trên đê, mặt đê bị sình lún vào mùa mưa, bóc bụi vào mùa khô, nguyên nhân chính dẫn đê hư mặt đê là do nước mưa ứ đọng trên mặt đê, các phương tiện tham gia lưu thông nhiều dẫn đến mặt đê nhanh bị hư hỏng.
Hình 2.11. Đường đê hàng năm đều bị hư hỏng c. Lún nền đường – đê
Trước tình hình biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra ngày càng gay gắt phức tạp với tốc độ nhanh và cực đoan, mực nước biển sẽ dâng cao thêm 9cm; chế độ động lực dòng chảy ven biển sẽ bị thay đổi và sóng biển cao sẽ làm tình hình sạt lở thân đê càng nghiêm trọng. Nền đường đê hiện trạng không còn đủ an toàn để ứng phó với những hậu quả nghiêm trọng của biến đổi khí hậu. Sản xuất sẽ bị thiệt hại nặng, an toàn tính mạng tài sản của người dân bị đe dọa; tạo ra nhiều trở lực khó khăn rất lớn, nguyên nhân gây lún nền đường - đê do lưu lượng, các phương tiện tham gia lưu thông tải trọng nặng tăng nhiều dẫn đến nền đường đê nhanh bị lún, mặt khác công tác duy tu sửa chữa chưa được cơ quan quản lý quan tâm đúng mức.
tính toán 3 mặt cắt ngang điển hình.
Hình 2.12 Mặt cắt hiện trạng 1
Ở mặt cắt hiện trạng 1, cao trình đường hiện hữu là +3,3m, chiều rộng mặt đường lả 4,3m, kết cấu mặt đường là lớp đất sỏi đỏ.
Hình 2.13 Mặt cắt hiện trạng 2
Ở mặt cắt hiện trạng 2, cao trình đường hiện hữu là +3,3m, chiều rộng mặt đường là 4,6m, kết cấu mặt đường là lớp đất sỏi đỏ. Mái đê phía biển sau khoảng thời gian khai thác được bồi đắp lên cao, cao trình trung bình khoảng +1,9m.
Hình 2.14 Mặt cắt hiện trạng 3
Ở mặt cắt hiện trạng 3, cao trình đường hiện hữu là +3,3m, chiều rộng mặt đường lả 4,3m, kết cấu mặt đường là lớp đất sỏi đỏ. Mái đê phía đồng và phía biển sau khoảng thời gian khai thác được bồi đắp lên cao, cao trình trung bình khoảng +1,7m.
* Thông số các lớp vật liệu
Căn cứ báo cáo khảo sát địa chất công trình trình bày ở mục 2.3, các chỉ tiêu cơ lý cơ bản lớp đất mô phỏng trên Plaxis được trình bày ở bảng 2.4.
Bảng 2.4. Bảng chỉ tiêu cơ lý cơ bản lớp đất nền
Thông số Ký
hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4
Mô hình vật liệu Model [-] SS SS MC MC
Loại ứng xử vật liệu Type [-] UDr. UDr. Dr. Dr.
Dung trọng khô γdry kN/m3 14.300 16.500 17.000 17.500 Dung trọng ướt γwet kN/m3 16.500 18.700 19.000 19.700 Hệ số thấm K m/day 4.000E-04 3.600E-04 5.000E-05 5.000E-05
Môđun đàn hồi Eref kN/m2 - - 6000 6500
Hệ số Poisson Ν [-] 0.15 0.15 0.30 0.30
Lực dính cref kN/m2 5.300 25.600 28.700 6.400
Góc nội ma sát Φ o 5.300 13.3 16.5 27.0
Góc trương nở Ψ o 6 6 6 5
Chỉ số nén điều chỉnh λ* [-] 0.073 0.120 - -
Chỉ số trương nở điều
chỉnh κ* [-] 0.018 0.018 - -
Dung trọng ướt γwet kN/m3 19.000 -
Hệ số thấm k m/day 1.000E-04 -
Môđun đàn hồi Eref kN/m2 1.000E-04 3.500E+04
Hệ số Poisson ν [-] 0.350 0.200
Lực dính cref kN/m2 17.000 -
Góc nội ma sát φ o 25.000 -
Góc trương nở Ψ o 0 -
* Thông số mực nước tính toán
Dựa trên số liệu của Trung tâm KTTV Trà Vinh với chuỗi mực nước 1993 đến 2014 [17]:
- Cao trình mực nước triều max: 2.14m.
- Cao trình mực nước triều min: -1.95m
* Các trường hợp tính toán
- Trường hợp 1: Kiểm tra ổn định mái đê phía đồng: ứng với thời kỳ thấm ổn định. Khi ngoài biển xuất hiện mực nước triều thiết kế, hạ lưu ứng với mực nước thực tế xuất hiện trong thời kỳ này;
- Trường hợp 2: Kiểm tra ổn định mái đê phía biển: ứng với thời kỳ mực nước triều thiết kế rút đột ngột.
- Trường hợp 3: Kiểm tra theo điều kiện bất thường: xét ảnh hưởng của bão trong thời kỳ khai thác tuyến đường - đê
Xói chân kè được đề cập ở đây là xói ở bãi sát chân kè về phía biển trong bão.
Mức độ xói trong bão chủ yếu phụ thuộc vào tính chất sóng trước chân kè (chiều cao, chu kỳ, mức độ sóng vỡ, sóng phản xạ,..) và tính chất bùn cát của bãi. Chiều sâu bảo vệ chân yêu cầu đối với chân công trình cần đạt ít nhất bằng chiều sâu hố xói lớn nhất tại vị trí đó.
Độ sâu xói tới hạn của chân kè phụ thuộc vào năng lượng sóng (Hs, Tm) và điều kiện địa chất công trình nơi làm kè, được xác định theo công thức sau:
max
22, 72
. h 0, 25 0.88 ( )
S H m
= L + =
Trong đó:
Smax : là chiều sâu hố xói cân bằng, m H: là chiều cao sóng, H = 1.28m L: là chiều dài sóng, L = 178.5m
h: là chiều sâu nước trước chân công trình, h = 2.14 - 0.4 = 1.74 m.
* Hệ số ổn định cho phép
Theo tiêu chuẩn TCVN 9901: 2014 thì hệ số ổn định mái cho phép được xác định như trong bảng 2.6 [8].
Bảng 2.6. Hệ số an toàn ổn định mái đê (kè) Cấp công trình
Tổ hợp tải trọng I II III IV V
Cơ bản 1.35 1.30 1.25 1.20 1.10
Đặc biệt 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05
* Điều kiện biên mô hình
Điều kiện để xác định vùng tác dụng của nền đường – đê, tức vùng gây lún được biểu thị bằng biểu thức [18]: σ =z 0,15.σvz
Trong đó: σvz = γihi
( )
z Itr Iph q
σ = +
, với I tra toán đồ OSTERBERG
Bảng 2.7. Kết quả tính phân bố độ lún theo chiều sâu (22 TCN 262-2000)
Chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp: 6m. Do vậy, mô hình bài toán sẽ chỉ xét lớp đất nền là lớp 1 (dày 19m) vẫn đảm bảo điều kiện biên của bài toán.
Hình 2.15. Biến dạng tổng của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 1 theo truờng hợp 1
Hình 2.16. Hệ số ổn định của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 1 theo truờng hợp 1
Hình 2.15 và hình 2.16 cho thấy sự hình thành mặt trượt nguy hiểm khá rõ ràng, xuất phát từ vai đường bên trái, cắt qua nền đường, nền đất tạo thành cung trượt trồi. Hệ số ổn định rất thấp Kmin = 0,933 < [K] = 1,2. Do vậy cần đưa ra biện pháp xử lý ổn định cho mặt cắt hiện trạng 1.
Hình 2.17. Biến dạng tổng của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 2 theo truờng hợp 1
Hình 2.18. Hệ số ổn định của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 2 theo truờng hợp 1
Hình 2.17 và hình 2.18 cho thấy sự hình thành mặt trượt nguy hiểm khá rõ ràng, xuất phát từ vai đường bên trái, cắt qua nền đường, nền đất tạo thành cung trượt trồi. Hệ số ổn định cũng tương đối nhỏ Kmin = 1,013 < [K] = 1,2; cần đưa ra biện pháp xử lý ổn định cho mặt cắt hiện trạng 2.
Hình 2.19. Biến dạng tổng của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 3 theo truờng hợp 1
Hình 2.20. Hệ số ổn định của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 3 theo truờng hợp 1
Hình 2.19 và hình 2.20 cho thấy sự hình thành mặt trượt nguy hiểm khá rõ ràng, xuất phát từ vai đường bên trái, cắt qua nền đường, nền đất tạo thành cung trượt trồi. Tuy nhiên, hệ số ổn định cao Kmin = 1,749 > [K] = 1,2.
Các kết quả tính cho các truờng hợp khác đuợc trình bày ở bảng 2.8.
Bảng 2.8 Hệ số ổn định SF theo hiện trạng tuyến đường – đê kết hợp Hệ số ổn định SF
Mặt cắt ngang
TH1 TH2 TH3 [K]
1 0,933 0,960 0,777 1,20 (1,10)
2 1,013 1,487 1,326 1,20 (1,10)
3 1,749 1,973 1,386 1,20 (1,10)
Ghi chú: [K] là hệ số an toàn ổn định chống trượt mái cho phép (giá trị ngoài ngoặc đơn là hệ số cho phép đối với tổ hợp cơ bản, giá trị trong ngoặc đơn là hệ số cho phép đối với tổ hợp đặc biệt).
Nhận xét:
- Đối với mặt cắt ngang 1, hệ số ổn định trong các trường hợp tính toán đều nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép. Do vậy, cần có biện pháp đảm bảo ổn định trượt mái đê phía đồng và mái đê phía biển.
- Đối với mặt cắt ngang 2, hệ số ổn định ở trường hợp 1 nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép. Do vậy, cần có biện pháp đảm bảo ổn định trượt mái đê phía đồng.
- Đối với mặt cắt ngang 3, hệ số ổn định trong các trường hợp tính toán đều lớn hơn hệ số ổn định cho phép.
* Kết quả tính lún nền đường
Hình 2.21. Độ lún của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 1 theo truờng hợp 1 (S = 31,03 cm)
Hình 2.22. Độ lún của nền đuờng - đê cho mặt cắt hiện trạng 2 theo truờng hợp 1 (S = 21,22 cm)