dốc
Nguyên lý cơ bản của các giải pháp xử lý sụt trượt là hoặc tăng lực chống trượt, hoặc giảm lực gây trượt, hay thực hiện cả hai cùng trong một giải pháp. (Hình 4.1)
Để giảm lực gây trượt cĩ thể được làm giảm bớt bằng cách đào bỏ một phần vật liệu từ vùng đất khơng ổn định và tạo sự thốt nước để làm giảm áp lực thủy tĩnh tác động lên vùng mất ổn định, lực chống trượt cĩ thể được tăng lên chẳng hạn như thốt nước để làm tăng cường độ chống cắt của đất, loại bỏ điạ chất yếu hoặc ở những vùng cĩ nguy cơ trượt, xây dựng những kết cấu chống đỡ, gia cố đất tại chỗ hay xử lý hĩa chất (làm cứng đất) để tăng cường độ kháng cắt của đất.
Những phương pháp này được tổng hợp ở Bảng 4.1 và Hệ thống hĩa các giải pháp gia cố ổn định mái dốc theo Hình 4.2
Bề mặt đất
Bề mặt trượt Lực gây trượt
Lực kháng trượt
Trọng lượng
Bảng 4.1: Bảng tổng hợp những phương pháp sử dụng để xử lý và ngăn chặn sụt trượt (Abramson et al 2002)Phương pháp xử lý và Phương pháp xử lý và ảnh hưởng của nĩ đến sự ổn định trượt Cách thức xử lý Mức độ ứng dụng Vị trí xử lý Phạm vi ứng dụng Đổ sập Trượt Trượtdịng Tránh (khơng hiệu quả)
Thay đổi vị trí 2 2 2 Bên ngồi giới hạn trượt Giải pháp tốt nhất khi khả năng tài chính dồi dào
Xây cầu cạn 3 3 3 Bên ngồi giới hạn trượt Ứng dụng để kéo dài mái dốc sườn đồi
Dịch chuyển đất (giảm ứng suất cắt)
Đào bỏ phần đầu N 1 N Phần trên và đầu Khối lớn vật liệu dính
Làm thoải mái dốc 1 1 1 Mái dốc đào hoặc nền đường Hiệu quả hơn đối với đất đắp bằng vật liệu rời
Đánh cấp mái dốc 1 1 1 Mái dốc đào hoặc nền đường
Thốt nước (giảm ứng suất cắt và tăng sức chống cắt của đất) Thốt nước mặt Mương, rãnh thốt 1 1 1 Trên đỉnh Thích hợp cho tất cả các dạng
nước
Vá những vết nứt 2 2 2 Suốt từ đỉnh đến chân Hữu ích cho tất cả các dạng
Thốt nước ngầm N 2 2
Vị trí để ngăn chặn và làm thay đổi hướng dịng chảy và mực nước ngầm
Khối đất lớn cĩ dịng chảy nước ngầm
Kêt cấu chắn giữ (tăng sức chống trượt)
Kêt cấu chắn giữ (tăng sức chống trượt)
Gia cố ở nền
Đá đổ N 1 1 Nền và chân Tạo lớp đá vững chắc ở độ sâu thích hợp
Đắp đất N 3 N Nền và chân Bệ phản áp ở chân để gia tăng độ ổn định
Cọc N 3 N Nền Làm gia tăng cường độ của mặt phá hoại
Neo trong đá 3 3 N Dốc lên từ đường và
kết cấu đào Đá phân tầng
Neo ngắn trong mái
dốc 3 3 N Dốc lên từ đường hoặckết cấu Bảo vệ mái dốc bởi neo chắc bên dưới nền Những phương pháp
khác (chủ yếu tăng sức chống cắt) Làm cứng đất bằng xi măng hoặc xử lý hĩa chất Ở nền 3 3 3 Nền và chân Đất dính
Suốt cả khối N 3 N Suốt cả khối trượt Đất dính
Chú thích: 1: Thường xuyên 2: Thỉnh thoảng 3: Hiếm gặp
Hình 4.2: Hệ thống các giải pháp chống sụt trượt ổn định mái dốc Giải pháp tăng kháng trượt Giải pháp chống sụt trượt Giải pháp giảm lực gây trượt Đánh cấp mái dốc Bảo vệ bề mặt mái dốc Tấm BT đức sẵn
Đá hộc (đổ rối, xếp khan xây) Thảm rọ đá Thảm cát bọc vải tổng hợp, FS Hướng dịng Hệ thống mỏ hàn Thốt nước Tường chắn Gia cố Thốt nước mặt Thốt nước ngầm Thực vật (các loại cây cỏ hoặc bĩ cành cây) Tạo rãnh, mương thốt nước. Xử lý các vết nứt bề mặt Ống thốt nước ngang. Sử dụng vật liệu đắp cĩ khả năng thốt nước (đá, cát, bao tải cát) Sử dụng kết cấu cĩ khả năng tự thốt nước (tường chắn rọ đá Tường trọng lực chắn Trọng lực Tường bán trọng lực Tường cọc bản
Tường ổn định cơ học (MSE) Sử dụng vật liệu ĐKT
Làm cứng đất Cọc vơi
Cọc XM đất Tường BTCT DUL
Vải điạ kỹ thuật Tường cọc ván thép, nhựa Tường bê tơng
Tường bê tơng Tường rọ đá
cứu
4.2.1. Giải pháp tường chắn
Giải pháp tường chắn được sử dụng nhằm gia tăng khả năng chống trượt của mái dốc, chống lại áp lực ngang của đất, đồng thời giữ cho khối đất sau lưng tường được cân bằng, khơng bị trượt.
Tường chắn thường được sử dụng nhất để làm ổn định một mái dốc đào hoặc đắp. Tường chắn phải đủ sâu để mặt trượt tới hạn vượt qua nĩ với một hệ số an tồn thích hợp. Hơn nữa, khả năng của tường chắn với sự ổn định khối chống lại momen gây lật đổ, lực gây trượt, lực cắt và ứng suất uốn bên trong. Kết cấu tường chắn được xây dựng để tăng cường ổn định của cơng trình chịu các áp lực ngang của đất.
Giải pháp tường chắn gĩp phần tăng cường chống trượt cho mái dốc. Các dạng tường chắn đất bao gồm tường chắn bê tơng, tường chắn bê tơng cốt thép, tường chắn rọ đá, tường cọc đất trộn xi măng và tường cọc bản. Tường cọc bản là kết cấu tường mỏng, đĩng sâu vào trong đất tạo nên thế ổn định, vật liệu làm cù cĩ thể bằng thép, BTCT hoặc hỗn hợp. Ưu điểm của loại kết cấu này là khả năng chịu lực lớn, khơng chiếm dụng dịng sơng, chống được xĩi lở và trượt sâu, đảm bảo mỹ quan cho các cơng trình xây dụng.
Giải pháp tường chắn đề xuất được sử dụng kết cấu tường chắn cọc ván BTCT DUL với chiều dài 28 m, cĩ 1 tầng neo, thanh neo dài 18 m, bố trí cách nhau 2,5m, hệ thống neo dùng kết cấu neo A với 2 cọc neo bằng BTCT M300, tiết diện 40cm x40 cm, dài 25m, vật liệu đắp sau tường sử dụng đá hộc thốt nước (Hình 4.3). Thơng số của các vật liệu gia cường, tăng khả năng kháng trượt được trình bày tại Phụ lục 3.
Kết quả tính tốn cho thấy sử dụng tường cọc ván BTCT DUL gia cố bờ sơng:
+ Hệ số ổn định tính theo Slope/W2005 là: 2,638 + Hệ số ổn định tính theo PLAXIS 2D v85 là: 1,711
(22TCN262 -2000).
Giải pháp tường cọc bản tuy cĩ nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật nhưng giá thành xây dựng cao và là giải pháp tốn kém nhất trong tất cả các giải pháp chống sụt trượt.
Giải pháp này chỉ nên áp dụng chống sụt trượt ở những nơi quan trọng như các trung tâm hành chính, khu đơ thị…và đã thực hiện như kè tại thị xã Long Xuyên (An Giang), kè sơng Tiền tại thành phố Mỹ Tho (Tiền Giang)…
10m 12m 5m Nhà Lớp 1;Z=5.5m Lớp 2;Z=18m Lớp 3; Z=6.5m Cọc neo BTCT 0.4x0.4, L=25m Cừ ván BTCT DUL SW740,L=28m +4.00 MNCN +3.70 MNTN -0.8 Thanh neo D50 1. 5m 7. 0m Đá hộc m=2
4.2.2.1 Gia cố mái dốc bằng vật liệu kỹ thuật.
Gia cố mái đất bằng vật liệu địa kỹ thuật là một kỹ thuật được sử dụng để làm ổn định mái dốc. Vật liệu địa kỹ thuật là những vật liệu được làm từ vật liệu Polymer tổng hợp để tạo ra các sản phẩm sử dụng kết hợp với đất, đá trong các cơng trình xây dựng. Quá trình gia cố mái dốc bằng vật liệu địa kỹ thuật chịu được lực kéo theo các hướng nhất định thơng qua sức neo bám (do ma sát, dính, neo bám) giữa đất với vật liệu. Loại cơng trình đất cĩ cốt được xây dựng đầu tiên là tường chắn bằng đất cĩ cốt. Tường chắn được đắp bằng đất cĩ cốt với mặt tường bao khơng chịu lực.
Vải địa kỹ thuật là một trong những loại vật liệu địa kỹ thuật đã được sử dụng và phát triển từ đầu những năm 1960, với khả năng thấm nước tốt được dùng kết hợp với đất, đá nhằm cải thiện và gia tăng một số đặc tính cơ lý cĩ lợi cho việc xây dựng các cơng trình. Vải điạ kỹ thuật thường được sản xuất từ các sợi, phiến sợi hoặc các bằng tấm nhỏ mỏng bằng vật liệu polyme tổng hợp. Vải địa kỹ thuật được chia làm 2 loại chính đĩ là vải dệt và vải khơng dệt, trong đĩ vải dệt được sản xuất tương tự như vải may mặc thơng thường và ta dễ dàng nhìn thấy các sợi ngang và dọc giao đan với nhau theo một trật tự nhất định, cịn vải khơng dệt lại được sản xuất từ những thiết bị chuyên dùng, trong đĩ các sợi vải (ngắn hoặc dài liên tục) được kết nối, xoắn mĩc hoặc kết dính với nhau một các ngẫu nhiên theo nhiều phương pháp tạo ra một cấu trúc ba chiều, rỗng.
Vải địa kỹ thuật cũng như các sản phẩm địa kỹ thuật khác cĩ rất nhiều chức năng và ứng dụng khác nhau nhưng trong xây dựng cơng trình trên đất yếu chủ yếu dựa vào 4 chức năng cơ bản đĩ là phân cách, lọc, tiêu thốt nước và gia cường.
Vải địa kỹ thuật cĩ chức năng như tầng lọc ngược khi được đặt tiếp xúc với đất, cho phép nước chảy qua nhưng đồng thời phải ngăn cản sự cuốn theo các hạt cát xuyên qua vải. Do đĩ, nĩ địi hỏi đồng thời cả hai đặc tính là thấm nước (yêu cầu phải cĩ cấu trúc rỗng để thấm nước) và ngăn giữ đất (cần phải cĩ kích
thấm lọc nước theo phương thẳng gĩc với vải, nĩ cịn đĩng vai trị tiêu thốt nước theo phương song song mặt phẳng vải đến nơi tiêu thốt, do đĩ cĩ thể tiêu tán nhanh chĩng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của đất trong quá trình thi cơng cũng như sau khi xây dựng dẫn đến sức chống cắt của nền đất sẽ tăng lên và do đĩ tăng khả năng ổn định tổng thể của cơng trình theo thời gian. Với các cơng trình đắp cao như đường đắp cao, đê đập, đường vào cầu, đường cĩ mái dốc lớn hoặc thẳng đứng, khi đĩ dưới tác dụng của tải trọng bản thân (do đắp cao) và tải trọng giao thơng sẽ gây ra biến dạng trượt trong đất và phát triển thành mặt trượt phá hoại gây mất ổn định cơng trình. Thơng thường biến dạng cắt sẽ gây ra những vùng chịu kéo và nén trong đất, do đĩ vải địa kỹ thuật với khả năng chịu kéo tốt được đặt theo phương của biến dạng kéo, giúp gia cường khắc phục nhược điểm chịu kéo kém của đất. Lực kéo trong vải được huy động thơng qua lực ma sát tại mặt tiếp xúc giữa vải với đất khi cĩ chuyển vị trượt tương đối giữa chúng. Khả năng chịu kéo của vải đĩng vai trị gia cường, gĩp phần giảm thành phần lực gây phá hoại, đồng thời làm tăng thành phần chống phá hoại trong đất giúp gia tăng độ ổn định của cơng trình. Đối với đường đắp thấp thì chức năng gia cường của vải khơng đĩng vai trị quan trọng trong việc gia tăng khả năng chịu tải của nền đường dưới tác dụng của tải trọng đứng của bánh xe do chiều dày và trọng lượng bản thân của khối đất nhỏ nên khơng thể gây ra chuyển vị ngang và lực ma sát bề mặt giữa đất và vải đủ lớn để tạo được lực kéo trong vải. (Hình 4.4)
Giải pháp đề xuất gia cố sử dụng vải điạ kỹ thuật cĩ cường độ chịu kéo 40 kN, trải thành từng lớp dày 0,5m kết hợp tường cọc ván BTCT DUL với chiều dài 25 m chống xĩi chân và chống trượt sâu, bề mặt mái dốc được bảo vệ bằng những tấm bê tơng đúc sẵn, vật liệu phía sau tường đắp dùng bao tải cát và đá hộc thốt nước nhằm giảm áp lực ngang (Hình 4.5). Thơng số của các vật liệu gia cường, tăng khả năng kháng trượt được trình bày tại Phụ lục 3.
Kết quả tính tốn cho thấy sử dụng vải điạ kỹ thuật kết hợp tường cừ ván BTCT DUL gia cố bờ sơng:
lớn hơn hệ số an tồn cho phép 1,4 (22TCN262 -2000). + Hệ số ổn định tính theo PLAXIS 2D v85 là: 1,033
Với vải điạ kỹ thuật gia cường nên mái dốc cĩ thể đắp với hệ số mái 1:1, hạn chế chiếm dụng diện tích lịng sơng. Hơn nữa, do cĩ tường cừ ván BTCT DUL bảo vệ ở chân nên cĩ thể chống được xĩi chân và trượt sâu mái dốc.
Phương pháp này nhìn chung cĩ nhiều ưu điểm và là phương pháp phịng chống sụt, trượt hiệu quả.
10m 12m 5m Nhà m=1 Lớp 1;Z=5.5m Lớp 2;Z=18m Lớp 3; Z=6.5m 3. 9m
Vải ĐKT+ bao tải cát, KC 0.5m
Vật liệu đắp bằng đá hộc +4.00 MNCN +3.70 MNTN -0.8 Cừ ván BTCT DUL SW740,L=24m 4. 8m Đá hộc lát khan chít mạch dày 30cm m=2
Hình 4.5: Giải pháp sử dụng VĐKT gia cường mái dốc kết hợp tường cừ ván BTCT DUL chống xĩi chân và trượt sâu
Trong tất cả những kỹ thuật ổn định mái dốc được xem xét để xử lý và ngăn chặn sụt, trượt thì quá trình thốt nước là quan trọng nhất. Thốt nước làm giảm áp lực thủy tĩnh và lực thấm trong mái dốc.
a) Thốt nước mặt:
Thốt nước mặt thật sự cần thiết cho việc xử lý bất kỳ hiện tượng sụt trượt nào và luơn luơn đảm bảo rằng nước phải chảy ra ngồi và khơng thấm vào trong mái dốc. Những giải pháp khắc phục tạm thời thường được xem xét đến sau khi sụt trượt xảy ra bao gồm:
- Sử dụng bao tải cát để làm thay đổi dịng nước ra khỏi vùng phá hoại. - Vá những vết nứt bề mặt bằng shotcrete, nhựa đường để khơng cho nước thấm vào mái dốc.
- Bao phủ mặt đất tạm thời bằng những thảm nhựa hay những vật liệu tương tự để giảm nguy cơ chuyển trong suốt quá trình xây dựng.
Dịng chảy mặt thường thu gom bằng những rãnh thốt nước và nên bố trí ở phía trên mái dốc và dọc theo bệ phản áp. Khi thiết kế hệ thống dẫn nước cần phải xác định những thơng số như diện tích và hình dạng của khu vực dẫn nước, cường độ mưa, độ dốc và chiều dài mái dốc cần thốt nước, điều kiện địa chất và thực vật tự nhiên tại khu vực. Khi dịng chảy nước mặt được xác định là nguyên nhân gây nên sụt trượt phải thay đổi dịng chảy để hạn chế sụt trượt khơng diễn biến xấu hơn. Thay đổi dịng chảy mặt thường là giải pháp đầu tiên khi mưa lớn gây ra phá hoại.
b) Thốt nước ngầm:
Khi hệ thống thốt nước được lắp đặt, mực nước ngầm sẽ giảm xuống, làm giảm gradien thủy lực làm cho dịng thấm dần dần giảm xuống từ giá trị ban đầu cho đến giá trị ở trạng thái ổn định. Hệ thống thốt nước ngầm nên được bố trí
trong quá trình xây dựng hoặc sau khi đã xây dựng xong.
c) Xây dựng kết cấu cĩ khả năng tự thốt nước:
Kết cấu cĩ khả năng tự thốt nước thường hay được sử dụng nhất đĩ là tường rọ đá hộc. Xét về khả năng tiêu thốt nước ngầm phía sau tường cĩ thể xem tường rọ đá như là một vật thốt nước đặc biệt, cĩ khả năng thốt nước dễ nên cột nước phía sau lưng tường chắn rọ đá khơng thể lớn được làm tăng sự ổn định của tường do tường khơng phải chịu lực đẩy của nước lớn như các dạng tường chắn bằng bê tơng hoặc đá xây và vì tính chất cơ lý của đất nền cũng như đất sau tường được cải thiện rất nhiều do ít bị ngập nước. Để tập trung và tiêu thốt nước sau tường chắn được nhanh chĩng, đơi khi người ta cũng đặt ống gom nước ở sau lưng tường. Trong trường hợp cần tiêu nước nhanh hơn, trong phạm vi rộng hơn, người ra làm các chân đanh tường bằng rọ đá cắm sâu vào trong đất. Ngồi tác dụng thốt nước, các chân đanh tường cịn là các tường neo giữ cho tường chắn đất rọ đá thêm ổn định. Mức độ cắm sâu vào đất của các chân đanh phụ thuộc vào yêu cầu thốt nước và thay đổi của mặt trượt đất.
Tường chắn đất bằng rọ đá cũng được thiết kế như các tường trọng lực khác, quy cách của tường phải thỏa mãn được các yêu cầu về ổn định chống lật, chống trượt và ổn định tổng thể trong điều kiện làm việc bất lợi nhất.
Giá thành xây dựng kết cấu rọ đá rẽ hơn các kết cấu cứng hoặc nữa cứng vì ít bảo dưỡng, kết cấu đơn giản, khơng địi hỏi thợ lành nghề, đá được lắp đặt