Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam thu thập, tổng hợp, phân tích đánh giá các giải pháp truyền thống đã và đang thực hiện

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU THU THẬP, TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THỐNG ĐÃ VÀ ĐANG THỰC HIỆN THUỘC ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨ

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

THU THẬP, TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC

GIẢI PHÁP TRUYỀN THỐNG ĐÃ VÀ ĐANG THỰC HIỆN

THUỘC ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN

NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM”

Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY

DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Quốc Dũng

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-8

22/12/2009

Hà Nội 2009

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

MỤC LỤC

I ĐẮP THEO THỜI GIAN 3

I.1 Giới thiệu chung 3

I.1.1 Chỉ dẫn chung: 3

I.1.2 Điều kiện/Cơ sở lựa chọn phương phỏp: 3

I.1.3 Cơ sở lý thuyết của phương phỏp 3

1.4 Ưu nhược điểm của phương phỏp: 5

I.2 Cỏc yờu cầu khảo sỏt địa chất 5

I.3 Tớnh toỏn đắp bằng phương phỏp từng đợt chờ lỳn 6

I.3.1 Tớnh toỏn cỏc thụng số đắp 6

I.3.2 Tớnh toỏn kiểm tra ổn định: 9

I.3.3 Tớnh toỏn lỳn 10

II NÂNG CAO ỔN ĐỊNH BẰNG PHẢN ÁP 12

II.1 Cỏc quy định chung: 12

II.1.1 Điều kiện địa hỡnh: 12

II.1.2 Vật liệu đắp: 12

II.1.3 Điều kiện thi cụng: 12

II.2 Xỏc định thụng số mặt cắt: 13

II.2.1 Mặt cắt đờ: 13

II.2.2 Mặt cắt bệ phản ỏp: 13

II.3 Phương phỏp xỏc định thụng qua vựng biến dạng dẻo: 13

II.4 Phương phỏp toỏn đồ giải: 14

II.5 Tớnh toỏn ổn định: 15

II.5.1 Xỏc định hệ số ổn định 15

II.5.2 Lỳn 15

III ĐÀO THAY THẾ TOÀN BỘ HOẶC MỘT PHẦN MểNG 16

III.1 Mụ tả và nguyờn lý .16

III.1.1 Mặt cắt và mụ tả 16

III.1.1.2 Cơ chế tăng ổn định 17

III.2 Phạm vi ỏp dụng 17

III.3 Thiết kế lớp đất thay thế 17

III.3.1 Đệm cát 17

III.3.2 Đệm đất 25

III.4 Thi công lớp đất thay thế: 27

III.4.1 Thi công đệm cát: 27

III.4.2 Thi công đệm đất: 27

III.5 Một số giải pháp kết hợp: 27

III.5.1 Lót 1 (hoặc một vài) lớp vài ĐKT ở hố đào và trong thân đê; 27

III.5.2 Khối đất thay thế có thể được bọc trong một túi vải ĐKT 28

IV GIA CỐ NỀN BẰNG XƠ DỪA, CÀNH CÂY 29

IV.1 Mô tả mặt cắt kết cấu, cách bố trí gia cố đất bằng xơ dừa, cành cây 29

IV.2 Phạm vi áp dụng 31

V GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC CÂY 31

V.1 Gia cố nền bằng mảng cừ tràm: 31

V.1.1 Phương pháp 1: Dựa vào tương quan giữa lực gây cắt và lực chống cắt với lực cản trong đất yếu theo điều kiện sau đây: 31

V.1.2 Phương pháp 2: Cung trượt trụ tròn .33

V.2 Cọc cừ tràm 34

V.2.1 Tính toán cọc tràm theo sức chịu tải: 34

V.2.2 Tính toán cọc tràm theo khả năng biến dạng 34

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

I ĐẮP THEO THỜI GIAN

I.1 Giới thiệu chung

I.1.1 Chỉ dẫn chung:

- Thiết kế mặt cắt đờ cần tiến hành cho từng phõn đoạn Cỏc phõn đoạn được chia theo điều kiện nền đờ, vật liệu đắp đờ, điều kiện ngoại lực và yờu cầu sử dụng Mỗi phõn đoạn chọn ra một mặt cắt ngang đại diện làm đối tượng thiết kế thõn đờ, căn

cứ vào đú để cú cơ sở xỏc định cần hay khụng cần cú biện phỏp xử lý nền, thõn đảm bảo độ ổn định của đờ trong quỏ trỡnh làm việc cũng như cú giải phỏp thi cụng hợp lý cho từng phõn đoạn

I.1.2 Điều kiện/Cơ sở lựa chọn phương phỏp:

Tuyến đờ thường chạy dài qua cỏc vựng đất yếu, nếu dựng cỏc phương phỏp xử

lý nền sẽ rất tốn kộm Chỉ ở những đoạn đờ xung yếu, cú chiều cao trờn 5m cần xõy dựng trong thời gian ngắn, hoặc những tuyến đờ kết hợp làm đường giao thụng mới xử dụng cỏc biện phỏp xử lý nền Đối với những tuyến đờ khụng cao và cho phộp kộo dài thời gian thi cụng, thỡ biện phỏp hiệu quả là chia chiều cao đờ thành hai hoặc ba lớp và đắp nõng cao dần trong nhiều năm tạo điều kiện để cho đất nền cố kết tăng khả năng chịu tải

Trước khi tớnh toỏn ổn định tổng thể mỏi dốc đờ trờn nền đất yếu cần phải xỏc định chiều cao giới hạn cho phộp [Hgh] của khối đất đắp theo khả năng chịu tải của nền đất yếu [Hgh] được tớnh theo cụng thức sau:

Hay [Hgh]=

)tg.14,51(xK

xC14,5

w

Nếu chiều cao yờu cầu của đờ (hđờ) thấp hơn chiều cao giới hạn cho phộp,

hđ≤Hgh, ta cú thể đắp đờ trực tiếp trờn nền thiờn nhiờn

Nếu hđ ≥Hgh tức là đất nền khụng đủ khả năng chịu tải trọng của đờ thỡ phải tỡm giải phỏp nõng cao sức chịu tải của nền đất yếu trước khi đắp đờ đỳng chiều cao yờu cầu

I.1.3 Cơ sở lý thuyết của phương phỏp

Tốc độ thi cụng cụng trỡnh về mặt cơ học là tốc độ tăng tải trọng lờn nền đất Sức chống cắt (gúc ma sỏt trong ϕ và lực dớnh C) của đất phụ thuộc vào trạng thỏi độ chặt - độ ẩm của nú Đất yếu cú hệ số rỗng và độ ẩm tự nhiờn lớn thỡ sức chống cắt rất nhỏ Khi tỏc dụng ỏp lực nộn chưa vượt quỏ khả năng chịu tải của đất nền, nước lỗ rỗng của đất thoỏt ra làm giảm độ ẩm (W), giảm hệ số rỗng (e), và tăng dung trọng khụ (γc) của đất Theo lý thuyết cố kết thỡ quỏ trỡnh lốn chặt đất dớnh bóo hũa nước là quỏ trỡnh ứng suất trung hũa (nt) giảm đi và ứng suất hiệu quả (pt) tăng lờn Mặt khỏc, theo

lý thuyết Coulomb thỡ cường độ chống trượt của đất tỷ lệ với pt:

Như vậy, tốc độ tăng tải càng chậm thỡ càng cú thời gian để đạt trị số ứng suất

pt lớn và sức chịu tải của nền tăng

Dựa vào đặc điểm trên, phân đoạn đê theo chiều cao và đắp đất trong nhiều thời đoạn khác nhau nhằm nâng cao dần sức chịu tải của đất nền cho phù hợp với chiều cao khối đất đắp Các bước thực hiện như sau:

Xác định chiều cao giới hạn cho phép [Hgh]=

K

Hgh (1-3) Trong đó:

Hgh - chiều cao đắp giới hạn của khối đất đắp đối với nền đất yếu trạng thái tự nhiên ban đầu theo công thức:

Hgh =

®

C)

2+(γ

π

(1-4)

Với: C - lực dính đơn vị của đất nền;

γđ - Dung trọng tự nhiên của đất nền

K - hệ số an toàn cho phép, chọn K=1,25 thì [Hgh] có giá trị bằng trung bình giữa chiều cao đắp an toàn Hat và chiều cao đắp giới hạn Hgh

Nếu chiều cao yêu cầu của đê (Hđ) nhỏ hơn [Hgh] chỉ cần đắp một lần mà không cần phân đoạn theo chiều cao Nếu Hđ > [Hgh] thì phải phân đoạn đê theo chiều cao để đắp trong nhiều thời đoạn khác nhau

Gọi chiều cao lớp đất đắp lần thứ nhất là h1 Nếu dung trọng đất đắp là γđ, áp lực của lớp đất thứ nhất tác dụng lên nền là P1 = γ1 x h1 Muốn cho nền được cố kết mà không bị phá hoại phải chọn h1 sao cho áp lực P1 lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất nền, nhưng không vượt quá tải trọng an toàn (Pat) của nền đất yếu Sau khi đắp xong lớp h1 phải chờ một thời gian (T1) cần thiết để đất nền đạt được mức độ cố kết yêu cầu mới tiếp tục đắp lớp thứ hai

Chiều dày lớp thứ hai (h2) được xác định thông qua tính toán với yêu cầu: áp lực cột đất sau khi đắp lớp hai là P2 = γđ (h1+h2) không vượt quá khả năng chịu tải của nền đất yếu đã cố kết dưới áp lực lớp h1 sau thời gian T1

Nếu kết quả tính toán có h1+h2<Hđ thì cần thính toán các lớp đắp tiếp theo

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

Hỡnh 2-2: Sơ đồ mặt cắt đờ đắp theo thời gian 1.4 Ưu nhược điểm của phương phỏp:

1.4.1 Ưu điểm:

- Tận dụng được vật liệu tại chỗ dẫn đến giỏ thành sẽ rẻ hơn so với cỏc phương

ỏn thi cụng cú cải tạo nền

- Do thời gian thi cụng kộo dài nờn sau khi thi cụng xong đất nền đó cố kết một phần, thời gian đạt được đến độ lỳn cuối cựng ngắn và độ lỳn cuối cựng nhỏ, do đú đờ

và cỏc cụng trỡnh trờn đờ làm việc ổn định hơn

- Tải trọng được tăng từ từ nờn khụng xảy ra cỏc hiện tượng lỳn trồi

- Giỏ thành cụng trỡnh cú thể tăng khụng kiểm soỏt được do yếu tố trượt giỏ

- Lớp đất được đắp trong thời gian chờ cố kết cú thể bị tỏc động của thiờn nhiờn như giú mưa, thủy triều lờn xuống làm bào mũn hay do con người khụng cú ý thức đào phỏ ảnh hưởng đến năng suất của đợt thi cụng sau do phải đắp bự

- Khụng ỏp dụng được đối với cỏc cụng trỡnh mang tớnh chất sửa chữa cũng như cỏc dự ỏn đũi hỏi tiến độ nhanh

I.2 Cỏc yờu cầu khảo sỏt địa chất

Ngoài cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất được yờu cầu khảo sỏt như trong cỏc tiờu chuẩn thiết kế qui định, đối với trường hợp tớnh toỏn đắp đờ theo thời gian cần thớ nghiệm xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý sau:

chế bị mẫu thí nghiệm có dung trọng khô γc= Kγcmax độ ẩm chế bị Wcb = Won Sau đó mẫu được bão hoà nước và thí nghiệm cắt theo sơ đồ UU

K - là hệ số đầm chặt của đất trong thân đê, phụ thuộc vào loại đất, trạng thái độ

ẩm của đất khi thi công và kỹ thuật thi công

Để phục vụ tính toán lún cho thân đê cần tiến hành thí nghiệm với mẫu đất bão hoà nước như trên nhưng theo sơ đồ CU

- Đối với đất nền:

Để phục vụ tính toán đắp đê đợt một, sức chống cắt của đất nền cần được thí nghiệm theo sơ đồ không cố kết, cắt nhanh không thoát nước (UU) Thí nghiệm trên máy ba trục ta sẽ xác định được Cu Thí nghiệm trên máy cắt phẳng ta sẽ có giá trị C,

ϕ

Để phục vụ tính toán đắp đất các giai đoạn tiếp theo, sức chống cắt của đất nền cần xác định theo sơ đồ nén cố kết cắt nhanh không thoát nước (CU) Nếu thí nghiệm trên máy ba trục có giá trị Cu hoặc thí nghiệm trên máy cắt phẳng có ϕcu và Ccu với áp lực nén cố kết lấy bằng áp lực cột đất Pt = γđh1

Trong quá trình cố kết cần xác định thời gian t để đạt độ cố kết Ut Ứng với mỗi giá trị Ut cần xác định sức chống cắt tương ứng Kết quả thí nghiệm cần thống kê theo bảng số hoặc biểu đồ t = f(Ut); ϕcu = f(Ut); Ccu = f(Ut) để sử dụng trong tính toán

t

U

o

Hình 2-3: Dạng biểu đồ mức độ cố kết theo thời gian

I.3 Tính toán đắp bằng phương pháp từng đợt chờ lún

I.3.1 Tính toán các thông số đắp

I.3.1.1 Xác định chiều cao an toàn Hat của khối đất đắp đối với nền đất yếu tự nhiên:

Đất đắp trải theo mặt bằng trên suốt chiều ngang mặt đê, có thể xem biểu đồ phân bố áp lực cột đất có dạng hình chữ nhật Tải trọng an toàn của nền là:

Chiều cao an toàn Hat của khối đất đắp có dung trọng γđ sẽ là:

Hat=

® u

xC14,3

Cu - là sức chống cắt của đất nền Nếu không có số liệu thí nghiệm xác định Cu trên máy ba trục, có thể sử dụng số liệu ϕ, C của đất nền xác định trên máy cắt phẳng qui đổi tương đương thành Cu theo công thức:

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

Cu=

)tg.14,51(

xC14,3

xC14,5

w

Trong đú: K - hệ số an toàn, chọn K=1,25

I.3.1.3 Chọn chiều dày lớp đất đắp đợt đầu là h1:

Để đảm bảo ổn định nền đất yếu dưới đờ, chiều dày lớp đất đắp thứ nhất (h1) khụng nờn vượt quỏ chiều cao an toàn (Hat) đối với đất nền, tức là:

Trong trường hợp cần thiết cú thể chọn Hat≤h1≤[Hgh]

I.3.1.4 Xỏc định thời đoạn cần ngừng thi cụng T1:

Sau khi đắp xong lớp h1, cần chờ một khoảng thời gian T1 để đất nền đạt được

độ cố kết yờu cầu Ut dưới ỏp lực lớp đất thứ nhất P1=γđh1;

T1=tx 1 n

)h

H

Trong đú: n - chỉ số cố kết; theo GS.TSKH Lờ Bỏ Lương: chỉ số n phụ thuộc vào chỉ số dẻo (Ip) và chỉ số độ sệt IL của đất; đối với đất bựn, đất dớnh ở trạng thỏi nhóo, dẻo nhóo chọn n=2;

t - thời gian nộn mẫu đất cú chiều cao h (h=2cm) dưới ỏp lực P1 = γđh1 đạt đến

độ cố kết yờu cầu U1 ở trong phũng thớ nghiệm

H1 - chiều dày lớp đất nền chịu nộn bởi ỏp lực P1 = γđh1 của lớp đất đắp thứ nhất

Gần đỳng cú thể chọn H1=h1, cụng thức (1-12) cú thể viết:

T1=t 1 n

)h

h

Trong trường hợp khụng cú số liệu thớ nghiệm sức chống cắt theo thời gian và theo mức độ cố kết cú thể tớnh toỏn thời gian cố kết cho mỗi lớp đắp theo cụng thức:

Sau thời gian T1 do tác dụng nén cố kết đặc trưng chống cắt của đất nền sẽ đạt ϕcu, Ccu So với giá trị ϕu, Cu ở trạng thái tự nhiên ban đầu sức chống cắt của đất nền sẽ tăng:

xC14,3

tt cu

®

tt cu

xC14,5

tt cu

®

tt cu

Đắp xong lớp đất thứ hai phải chờ sau một thời đoạn T2 mới đắp tiếp

I.3.1.6 Kiểm tra khả năng chịu tải của nền:

Đối với đê biển đi qua vùng đất yếu, nhiều trường hợp cho thấy rằng, hệ số an toàn chống trượt Kminmin>1 nhưng đê vẫn bị phá hoại Sự phá hoại không xảy ra theo cung trượt tròn hai bên mái dốc đê, mà chính nền đê bị phá hoại kéo theo sự đổ sập ở giữa thân đê Do vậy, đối với đê biển đi qua vùng đất yếu cần phải xét đến vấn đề khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới đê và chiều cao giới hạn của đất đắp trên thân đê Trong chuyên đề này chúng tôi sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn của GS.TS Trần Như Hối dùng đánh giá khả năng chịu tải của nền đất dưới đê đã được Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nhà nước công nhận quyền tác giả năm 1984

Trên hình 2-4 là sơ đồ làm việc và tính toán của khối đất đắp AABB, chịu tác dụng đồng thời bởi lực thẳng đứng (đất đắp) và lực nằm ngang (nước) Nếu cắt theo B-

B, phải tính trạng thái ứng suất của nền, khi mà áp lực đất đắp dạng hình thang AABB

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

là thẳng đứng, giỏ trị lớn nhất P = γh, cũn q coi như phõn bố đều trờn mặt B-B do ỏp lực nước gõy ra

Hỡnh 2-4: Sơ đồ làm việc và tớnh toỏn khả năng chịu tải của nền

Để đảm bảo cho khối đất hoàn toàn ổn định, sức chịu cho phộp [p], [q] phải lớn hơn hoặc bằng p, q của đất đắp và nước

Cỏc giỏ trị [p], [q] được xỏc định như sau:

[p] = γHqhf + γHγb + HcC > P = γđh (1-21)

[q] = n(γHqhf + γHγb + HcC) > q = Q/b (1-22) Trong đú:

[P], [q] - tương ứng là sức chịu tải của nền theo phương đứng và ngang;

P - Tải trọng do khối đắp tỏc dụng lờn nền;

Q - ỏp lực nước tại đỏy khối đắp;

n = q/P h,hf - tương ứng là chiều cao của đờ và độ sõu chụn múng (m);

b - là 1/2 chiều rộng đỏy đờ (m);

γ, ϕ, C - Tương ứng là dung trọng (T/m3), gúc ma sỏt trong (độ), lực dớnh của đất nền (T/m2);

I.3.2.2 Ổn định trượt cục bộ và tổng thể

Ổn định tổng thể:

* Cỏc trường hợp tớnh toỏn:

- Giai đoạn thi công:

Tính toán ổn định đê ở sau từng giai đoạn đắp Sơ đồ mặt cắt như sau:

Hình 2-5: Sơ đồ tính toán ổn định trong quá trình thi công

- Giai đoạn quản lí, khai thác

+ Trường hợp thứ nhất: Đê vừa đắp xong, khối đất đắp gần như bão hoà nước, chưa được cố kết, mực nước bên trong và bên ngoài đều thấp hơn chân đê + Trường hợp thứ hai: Tính toán kiểm tra ổn định trượt mái dốc phía trong đê khi mức nước lũ ngoài đê ở cao trình mực nước lũ thiết kế

Hình 2-6: Sơ đồ tính toán trường hợp thứ nhất

Hình 2-7: Sơ đồ tính toán trường hợp thứ hai

- Nội dung tính toán: Tính toán hệ số ổn định nhỏ nhất Kminmin

Ổn định cục bộ: Xem chi tiết trong phần các giải pháp bảo vệ mái đê biển I.3.3 Tính toán lún

Độ lún của thân đê và nền đê có thể tính theo công thức sau đây:

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

1

i 2 i

(1-23)

ε1i và ε2i: hệ số rỗng của lớp đất thứ i do ứng suất trung bỡnh của trọng lượng bản thõn đất, do ứng suất trung bỡnh phụ thờm của tải trọng cụng trỡnh và trọng lượng khối múng qui ước gõy nờn, được xỏc định trờn biểu đồ đường cong nộn

hi : chiều dày của lớp đất thứ i

n: số lớp đất khảo sỏt nằm trong phạm vi chịu nộn dưới nền

Với phương phỏp đắp theo thời gian việc tớnh lỳn sẽ được tiến hành ứng với từng giai đoạn đắp (tớnh lỳn theo thời gian) Độ lỳn cuối cựng sẽ là tổng cộng độ lỳn của thõn và nền

Để đơn giản trong tớnh toỏn cú thể tớnh lỳn cho nền và thõn độc lập nhau

* Tớnh lỳn cho thõn:

- Khi đắp đờ với chiều cao H1, sau thời gian T1 thõn cố kết với độ cố kết U1, lỳc này hệ số rỗng của đất đắp lớp 1 là 1

i 1

ε lớp đất đắp lỳn cố kết một đoạn là S1 dưới tỏc dụng của tải trọng bản thõn P=γH1/2

S1thõn = 1 1

i 0

1 i 1

1 i

1+ε

ε

−ε

- Đắp tiếp đến chiều cao H2, sau thời gian T2 lớp thứ nhất đạt độ cố kết U2 dưới tỏc dụng của tải trọng P1 = γH2, hệ số rỗng 1

i 2

ε , lớp thứ hai đạt độ cố kết U3 dưới tỏc dụng của tải trọng bản thõn P2=γH2/2, hệ số rỗng 2

i 1

ε Tớnh toỏn tương tự như lớp thứ nhất được:

S2thõn= 1 2

i 0

1 i 2

1 i

1+ε

ε

−ε

i 0

2 i 1

2 i

1+ε

ε

−ε

Tớnh toỏn tương tự cho cỏc lớp tiếp theo nếu cần đắp đờ với số lần đắp lớn hơn

2 Độ lỳn cuối cựng của thõn là:

Sthõn = S1thõn + S2thõn +

* Tớnh lỳn cho nền:

- Chia đất nền thành cỏc lớp cú chiều dày hi

- Đắp đờ đến chiều cao H1, sau thời gian T1 nền cố kết với độ cố kết U1, lỳc này

hệ số rỗng của đất nền là ε1i tớnh toỏn lỳn cho nền với tải trọng P=γH1, được giỏ trị S1

S1nền = n i

1

i 1 i

- Tiếp tục đắp đờ với chiều cao H2 Sau thời gian T2 nền cố kết với độ cố kết U2

hệ số rỗng mới của đất nền là ε2i Dưới tải trọng (H1+H2), độ lỳn S2 của nền là:

S2nền = n i

1

i 2 i

Tớnh toỏn tương tự cho cỏc lớp tiếp theo Cuối cựng ta được độ lỳn của nền là:

Snền = S1nền + S2nền +

II NÂNG CAO ỔN ĐỊNH BẰNG PHẢN ÁP

Khi xét thấy việc đắp theo mặt cắt thiết kế không đảm bảo yêu cầu ổn định thì giải pháp đơn giản nhất là làm phản áp

Bệ phản áp là các khối đất đá (vật liệu địa phương) đắp ở hai bên chân đê để chống trượt do xuất hiện vùng biến dạng dẻo dưới nền đất yếu khi làm khối đắp cao

Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng ổn định và cho phép đắp đê với chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn

Theo quan điểm của các chuyên gia Hà lan, phản áp ở phía biển còn có tác dụng như một thềm giảm sóng Phản áp ở phía đồng có thể kết hợp làm đường giao thông Cũng qua trao đổi với chuyên gia Hà lan, nên hạn chế giao thông đi trên mặt (đỉnh) đê, đặc biệt nếu là giao thông có tải trọng lớn thì nên làm đường riêng

Quy trình thiết kế phản áp gồm các bước sau:

II.1 Các quy định chung:

II.1.1 Điều kiện địa hình:

Giải pháp này chỉ dùng khi đắp đê trên nền đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền Tuy nhiên muốn cho bệ phản áp phát huy được hiệu quả

để có thể xây dựng nền đắp một giai đoạn thì thể tích của nó phải rất lớn Vì vậy phương pháp này chỉ thích hợp nếu phạm vi đắp đất không hạn chế

II.1.2 Vật liệu đắp:

Vật liệu đắp bệ phản áp là các loại đất hoặc cát thông thường; trường hợp khó khăn có thể dùng cả đất lẫn hữu cơ Bệ phản áp thường đuợc đắp cùng một lúc với việc đắp đê Vật liệu đắp bệ phản áp không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét

II.1.3 Điều kiện thi công:

Nếu không cho máy thi công đi lại trên đó thì không cần đầm nén Nếu có dùng cho máy thi công đi lại thì phần dưới của bệ phản áp phải đắp bằng vật liệu thấm nước

Độ chặt đất đắp bệ phản áp nên đạt K ≥ 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn)

II.1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp

II.1.4.1 Ưu điểm:

Tương tự như phương pháp phân đoạn bệ phản áp cũng tận dụng được nguồn vật liệu địa phương So với giải pháp làm thoải mái dốc và đắp bệ phản áp thì làm phản áp tiết kiệm được công tác làm đất và giảm chiều rộng chiếm đất hoặc đồng thời

cả hai Tính ưu việt của phương pháp đắp phản áp là nó đóng vai trò một đối trọng, tăng ổn định và cho phép đắp đê với chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn

Theo quan điểm của các chuyên gia Hà lan, phản áp ở phía biển còn có tác dụng như một thềm giảm sóng Phản áp ở phía đồng có thể kết hợp làm đường giao thông

II.1.4.2 Nhược điểm:

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

Khối lượng đắp đờ và đắp phản ỏp lớn, diện tớch chiếm đất nhiều Chiều cao khối đắp phản ỏp khụng được quỏ cao nếu khụng chớnh khối phản ỏp sẽ mất ổn định

II.2 Xỏc định thụng số mặt cắt:

II.2.1 Mặt cắt đờ:

Việc tớnh toỏn thiết kế cỏc thụng số mặt cắt đờ sơ bộ đó được giới thiệu chi tiết trong chuyờn đề tớnh toỏn thụng số mặt cắt đờ Ở đõy chỉ đưa ra cỏc kết quả là cỏc thụng số mặt cắt và đi vào vấn đề giải quyết bài toỏn ổn định bằng phản ỏp Cỏc thụng

số mặt cắt đờ sơ bộ như sau:

Chiều rộng đỉnh: Bđỉnh

Chiều rộng đỏy: Bđỏy

Hệ số mỏi thượng hạ lưu: mtl, mhl

II.2.2 Mặt cắt bệ phản ỏp:

Kớch thước bệ phản ỏp bao gồm chiều dày (h), chiều rộng (L), mỏi dốc (β) Bề rộng của bệ phản ỏp mỗi bờn nờn vượt quỏ phạm vi cung trượt nguy hiểm ớt nhất từ 1-3m Chiều cao bệ phản ỏp khụng quỏ lớn để cú thể gõy trượt trồi đối với chớnh phần đắp phản ỏp được xỏc định theo hai phương phỏp: Phương phỏp toỏn đồ giải và phương phỏp xỏc định thụng qua vựng biến dạng dẻo Dưới đõy giới thiệu nội dung hai phương phỏp này

II.3 Phương phỏp xỏc định thụng qua vựng biến dạng dẻo:

* Chiều dài bệ phản ỏp cú thể xỏc định theo sự hỡnh thành vựng biến dạng dẻo ở hai phớa bờn cụng trỡnh, theo lý luận cõn bằng giới hạn để xỏc định mặt trượt và trạng thỏi giới hạn của đất nền, theo điều kiện khống chế ứng suất ngang

Hỡnh 2-1: Bệ phản ỏp Phương phỏp tớnh toỏn kớch thước bệ phản ỏp dựa vào sự phỏt triển vựng biến dạng dẻo trong nền đất Với nền đờ tải trọng phõn bố dưới dạng hỡnh thang và vựng biến dạng dẻo ở dưới cụng trỡnh cú dạng hỡnh trỏi xoan lừm giữa (Hỡnh 2-1) Vựng biến dạng dẻo cho phộp phỏt triển bằng nửa khoảng cỏch hai mộp ngoài của bệ phản

ỏp Chiều rộng vựng biến dạng dẻo xỏc định theo lưới đường cong gúc lệch θM cú trị

số bằng nhau

Vùng biến dạng dẻo được vẽ như sau: Chia nền đất thành một hệ lưới ô vuông rồi xác định các ứng suất chính σ1, σ2 hoặc σz, σy và τxy tại các điểm nút của lưới và tính giá trị góc lệch θM tương ứng các điểm ấy Vẽ đường cùng trị số θM Khu vực ứng với đường cong θM = ϕ (ϕ - góc ma sát trong của đất nền) là khu vực biến dạng dẻo Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng bệ phản áp bằng hai lần chiều rộng vùng biến dạng dẻo

Trị số góc lệch θM xác định theo công thức:

sinθM =

) h h z (

2 1

2 1

+ + γ + σ + σ

ytra bảng 15-6, 15-7 phần phụ lục

p - ứng suất gây lún trung bình phân bố ở dưới đáy móng

Hoặc theo σz, σy, τxy theo công thức:

c m y

z

2 xy 2 y z

) h h z ( 2

4 ) (

+ + γ + σ + σ

τ + σ

− σ

ytra bảng 15-8

II.4 Phương pháp toán đồ giải:

Theo phương pháp toán đồ giải thì kích thước bệ phản áp được lấy theo kinh nghiệm sau đó tiến hành kiểm tra hệ số an toàn của đê đắp có bệ phản áp bằng cách sử dụng toán đồ

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

Theo kinh nghiệm của Trung Quốc:

Chiều cao h > 1/3H

Chiều rộng L = (2/3-3/4) chiều dài trồi đất

Theo toỏn đồ của Pilot:

Chiều cao bằng 40ữ50% chiều cao đắp đờ H Chiều rộng bằng 2ữ3 chiều dày lớp đất yếu D Cỏc toỏn đồ trợ giỳp cho việc tra cứu sẽ được giới thiệu trong phần phụ lục Cỏch thức tra cứu sẽ được giới thiệu trong vớ dụ tớnh toỏn cụ thể ở phần dưới

II.5 Tớnh toỏn ổn định:

II.5.1 Xỏc định hệ số ổn định

Trường hợp tớnh toỏn và nội dung tớnh toỏn tương tự như nội dung trỡnh bày trong mục I.3.2.2 Tuy nhiờn sơ đồ tớnh toỏn ở đõy bao gồm tớnh toỏn ổn định tổng thể cho mặt cắt đờ được nõng cao ổn định bằng phản ỏp, và tớnh toỏn ổn định cho chớnh khối đắp làm phản ỏp

Hỡnh 2-2: Sơ đồ tớnh toỏn

ổn định mặt cắt đờ xử lý

bằng phản ỏp

II.5.2 Lỳn

Độ lỳn của đờ được tớnh toỏn theo cụng thức (1-23)

Đờ biển là hỡnh loại cụng trỡnh cú vị trớ vai trũ rất cao trong nền kinh tế, an ninh chớnh trị và xó hội của nước ta.Tuy nhiờn, nhỡn chung cỏc tuyến đờ biển của ta hiện đều được xõy dựng từ thời xa xưa, khi nhõn dõn ta bắt đầu biết đắp đờ để bảo vệ đất đai, tài sản và chớnh con người Vỡ vậy việc đắp đờ gần như chỉ là việc tận dụng đất phự sa bồi đắp và dựa trờn đú để đắp cao thờm Mặt khỏc do đờ được đắp bằng thủ cụng, do việc đắp tụn cao trong nhiều năm, việc đắp đờ cú tớnh chất kờ ba chồng đấu,

độ đầm chặt khụng theo qui chuẩn

Cỏc tuyến đờ chủ yếu được đắp trải dài trờn nền trầm tớch bằng cụng sức và kinh nghiệm, kỹ thuật thụ sơ của nhõn dõn Đặc điểm của loại đất này sức chịu kộo và nộn yếu; dễ bóo hoà và lượng ngậm nước lớn; khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 đến 1,0 daN/cm2), cú tớnh nộn lỳn lớn và kộo dài; dễ bị tỏc động phỏ hoại của súng và dũng ven bờ Vấn đề xử lý nền gần như chưa được đề cập đến Thõn đờ luụn chứa nhiều ẩn hoạ khú lường như khe rónh ngầm, tổ mối, hang động vật, hố múng cũ nền

đờ là khối đất đắp hoặc san lấp Đờ thường được xõy dựng trờn cỏc vựng đất bồi lấp nờn hàm lượng cỏt khỏ cao, tớnh thấm lớn Hoặc trong quỏ trỡnh thi cụng do thiếu kinh nghiệm nờn việc đầm chặt đờ cú thể dọc theo chiều từ thượng lưu về hạ lưu đõy là điều kiện thuận lợi cho dũng thấm di chuyển từ thượng lưu về hạ lưu

Từ những phõn tớch như trờn, cú thể thấy rừ ràng rằng chất lượng đờ biển của nước ta nhỡn chung chưa đảm bảo yờu cầu Hàng năm sau mỗi đợt mưa lũ làm thiệt hại nặng nề về người và tài sản Để khắc phục hậu quả đú nhà nước và cỏc tổ chức cỏ nhõn

đã phải tiêu tốn số tiền hàng trăm nghìn tỉ đồng để khôi phục các tuyến đê cũng như bù đắp thiệt hại về người và tài sản cho nhân dân

Cần phải nói thêm là ẩn hoạ thì vẫn tiềm tàng trong mỗi tuyến đê, trong khi đó lực lượng quản lý mới chủ yếu do các chi cục đê điều đảm nhận, công tác duy tu, bảo dưỡng chưa được làm tốt và thường xuyên Xét thấy, nếu công việc nâng cấp đê vẫn chỉ dựa vào các tuyến sẵn có, dựa vào đó và đắp nâng cấp thêm thì các vấn đề nêu trên vẫn không giải quyết được triệt để Như vậy, hàng năm nhân dân lại phải đối mặt với vấn đề mưa lũ và thiệt hại

Để giải quyết vấn đề này, với các tuyến đê nâng cấp, cách tốt nhất là nên lợi dụng đê cũ làm phản áp, tuyến đê nâng cấp sẽ được khảo sát địa kỹ thuật để từ đó có các biện pháp xử lý nền cũng như quyết định nguồn vật liệu đắp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Quy trình thiết kế thi công được thực hiện tuân thủ các tiêu chuẩn, qui phạm hiện hành Với cách thức như vậy, có thể chi phí ban đầu là rất lớn nhưng về lâu dài sẽ

rẻ hơn rất nhiều so với phương án nâng cấp giữ nguyên tuyến đê cũ

III ĐÀO THAY THẾ TOÀN BỘ HOẶC MỘT PHẦN MÓNG

Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ lớp đất yếu ở phía trên giáp với móng (thường là sét nhão, á sét nhảo, á cát bão hoà nước, bùn, than bùn ) và thay thế bằng đất có cường độ chống cắt lớn hơn, dễ thi công và là vật liệu địa phương Đây được dự đoán (cũng như ý kiến của chuyên gia Hà lan) là giải pháp dễ thực hiện nhất sau giải pháp đắp phản áp Cần chứng minh bằng ví dụ cụ thể

Việc thay thế lớp đất tốt có thể thực hiện cho toàn bộ hoặc một phần chiều sâu lớp đất yếu Sau khi đào móng có thể rải một lớp vải ĐKT gia cố Trong tính toán, cần xét thêm yếu tố tăng ổn định do tăng độ sâu đặt móng

III.1 Mô tả và nguyên lý

III.1.1 Mặt cắt và mô tả

Việc thay đất là đào bỏ đất xấu đi để thay thế bằng đất tốt và đầm chặt Việc thay đất này sẽ khó khăn hơn khi thi công dưới nước (trường hợp gặp với than bùn) và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu đến vài mét Mặt khác, việc thay đất cũng thường ảnh hưởng đến môi trường (phải tìm các chỗ lấy đất và các chỗ đổ đất) Vì vậy phải có biện pháp giải quyết đối với đất này như xử lý hoặc làm khô dùng để đắp tiếp phần kết cấu thân đê phía trên hay tận dụng làm khối phản áp hạ lưu để tăng cường ổn định cho đê

Hình 3-1: Các phương án thay đất a) Thay toàn bộ; b) Thay một phần

Chuyên đề: Các giải pháp truyền thống nâng cao ổn định (tr−ợt, lún) của đê biển

III.1.1.2 Cơ chế tăng ổn định

- Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu cú cường độ cao hơn và ớt biến dạng hơn sẽ khắc phục được toàn bộ hoặc một phần cỏc vấn đề về lỳn

Cú thể ỏp dụng biện phỏp đào thay thế đất trong những trường hợp sau:

- Khi thời hạn đưa cụng trỡnh vào sử dụng là rất ngắn thỡ đõy là một giải phỏp tốt để tăng nhanh quỏ trỡnh cố kết

- Khi cỏc đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà việc cải thiện nú bằng cỏch cố kết sẽ khụng cú hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp

Để tớnh kớch thước hợp lý nhất của phần đất đào bỏ đi cần xột đến cỏc điểm sau:

- Về mặt kinh tế: chỉ đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dày từ 2 m trở xưống Thường thỡ giỏ thành đào thay đất xấp xỉ giỏ thành làm cọc cỏt, tuy nhiờn trỏnh được thời gian chờ đất cố kết

- Về chiều rộng thay đất cần được xỏc định cú xột đến khả năng mất ổn định của phần đất yếu cũn lại trong khi thi cụng

Trong trường hợp lớp đất thay thế là cỏt thỡ khụng ỏp dụng được khi mực nước ngầm cao và nước cú ỏp, vỡ cần phải hạ thấp mực nước ngầm và tầng đệm cỏt khụng

ổn định (xúi ngầm, hoỏ lỏng)

III.3 Thiết kế lớp đất thay thế

III.3.1 Đệm cỏt

III.3.1.1 Yờu cầu vật liệu thay thế:

Để đảm bảo lớp đệm cỏt được ổn định dưới tỏc dụng của tải trọng cụng trỡnh trờn nền đất yếu cú tớnh nộn lớn, cỏc loại cỏt dựng làm lớp đệm yờu cầu phải thoả món một số điều kiện sau đõy

- Đối với cỏt vàng, hàm lượng SiO2 khụng nờn nhỏ hơn 70% và hàm lượng hữu cơ khụng được vượt quỏ 5% Hàm lượng mica nờn nhỏ hơn 1,5% và cỡ hạt cú d>0,25mm chiếm trờn 50% trọng lượng, cấp phối rải đều d = 5-0,25mm

- Đối với cỏt đen, hàm lượng SiO2 khụng nờn nhỏ hơn 50% và hàm lượng hữu

cơ khụng được vượt quỏ 2% Hàm lượng mica và hàm lượng sột nờn nhỏ hơn 2%

Để tiết kiệm vật liệu, cú thể trộn 70% cỏt vàng với 30% cỏt đen hay ba phần sỏi với hai phần cỏt vàng (sỏi nờn chọn cú cỡ hạt 20-30mm)