Nghiên cứu đánh giá quá trình lún cố kết của nền đất dính bão hoà nước dưới tác dụng của khối đắp, ứng dụng nghiên cứu cho đê biển bạc liêu

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu đánh giá quá trình lún cố kết của nền đất dính bão hoà nước dưới tác dụng của khối đắp, ứng dụng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu đánh giá quá trình lún cố kết của nền đất dính bão hoà nước dưới tác dụng của khối đắp, ứng dụng nghiên cứu cho đê biển Bạc Liêu” được hoàn thành với

sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Công trình, các thầy cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi đã tạo mọi điều kiện và động viên giúp

đỡ về mọi mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói

trên

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn

TS Hoàng Việt Hùng và PGS.TS Trịnh Minh Thụ đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận văn

Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2014

Bùi Thị Mịn

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Bùi Thị Mịn, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác giả

Bùi Thị Mịn

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

I.Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục đích của đề tài 2

III Phương pháp nghiên cứu 2

IV Nội dung luận văn 3

V.Kết luận và kiến nghị. 3

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Hiện trạng đê biển Việt Nam 4

1.1.1 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Bắc 4

1.1.2 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Trung 12

1.1.3 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Nam 20

1.1.4 Địa chất nền và đất đắp đê biển Bạc Liêu 23

1.1.5 Địa chất nền và đất đắp đê biển Cà Mau 24

1.2.Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính toán thiết kế đê biển 26

1.2.1 Tổng quan 26

1.2.2 Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước 28

1.2.3 Đặc trưng Cơ học đất cơ bản trong thiết kế công trình đất 31

1.3.Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG II 37

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 37

2.1 Lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi 37

2.2 Phân tích quá trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền 41

2.3.Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình cố kết nền đất .48

2.4 Các giải pháp khi xây dựng công trình trên nền đất dính yếu bão hòa nước 49 2.4.1 Các biện pháp về kết cấu công trình 49

2.4.2 Các biện pháp về móng 51

2.4.3 Các biện pháp xử lý nền 53

2.4.4 Các biện pháp thi công để xử lý nền 60

2.5.Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG III 63

MÔ HÌNH HÓA CÁC TRƯỜNG HỢP ỨNG DỤNG 63

3.1.Giới thiệu phần mềm tính toán Plaxics 8.2 63

3.2.Phân tích lựa chọn trường hợp tính toán 64

3.3 Tính toán thiết kế mô phỏng bài toán trên mô hình toán 67

3.3.1 Bài toán: 67

3.3.2 Nội dung tính toán: 68

3.3.3 Kết quả tính toán: 68

3.4 Tổng hợp và phân tích kết quả bài toán 89

CHƯƠNG IV 90

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI ĐÊ BIỂN BẠC LIÊU 90

4.1 Đặt vấn đề 90

4.2 Giới thiệu công trình đê biển Bạc Liêu 90

4.2.1.Ví trí địa lý 90

4.2.2 Địa hình, địa mạo: 91

4.2.3 Địa chất công trình 92

4.2.4 Khí tượng, thủy văn 93

4.2.5.Tình hình dân sinh - kinh tế - xã hội: 95

4.2.6 Tình hình đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật của vùng dự án: 97

4.2.7 Quy mô tuyến đê biển Đông Nàng Rền dự kiến xây dựng: 101

4.3 Đề xuất phương án thi công tuyến đê Đông Nàng Rền 101

4.3.1 Xác định chiều cao đắp giới hạn cho phép theo lý thuyết: 102

4.3.2 Xác định chiều cao đắp giới hạn theo kết quả nghiên cứu của luận văn: .102

4.3.3 Kiểm chứng kết quả nghiên cứu khi mô phỏng lại đê biển Đông Nàng Rền bằng phần mềm PLAXIS 103

4.4 Kết luận chương 4 107

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

I Những kết quả đạt được của luận văn 108

II Tồn tại 108

II Kiến nghị 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mặt cắt điển hình tuyến đê ngăn mặn khu vực Quảng Ninh 6

Hình 1.2:Mặt cắt điển hình tuyến đê ven biển Hải Phòng 9

Hình 1.3:Mặt cắt điển hình đê biển Nam Định 10

Hình 1.5:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Thanh Hóa 14

Hình 1.6:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Nghệ An 16

Hình 1.7:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Hà Tĩnh 17

Hình 1.8:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Quảng Trị 19

Hình 1.9:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Thừa Thiên Huế 20

Hình1.10: Ứng suất đẳng hướng. 31

Hình 1.11:Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt35 Hình 2.1: Mô hình Terzaghi 38

Hình 2.2 Kết quả thí nghiệm xác định hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu của đất bùn sét 46

Hình 3.1 Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 1 69

Hình 3.2 Véc tơ chuyển vị khi kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 1 69

Hình 3.3 Kết quả phổ chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 1 70

Hình 3.4 Kết quả đẳng chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 1 70

Hình 3.5 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời đoạn đắp 71

Hình 3.6: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.34 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ nhất 71

Hình 3.7: Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 2 72

Hình 3.8: Kết quả phổ chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 2 73

Hình 3.9: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời đoạn đắp 73

Hình 3.10: Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp- kết quả đắp 8 lớp, trường hợp 2 74 Hình 3.11: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.26 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ 8 74 Hình 3.12: Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắpkết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 3 75 Hình 3.13: Kết quả phổ chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 3 76 Hình 3.14 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời đoạn đắpkết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 3 76 Hình 3.15 Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 3 77 Hình 3.16 Kết quả phổ chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 3 77 Hình 3.17: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.46 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ 6 78 Hình 3.18 Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 8 lớp-Trường hợp 4 79 Hình 3.19:Biểu đồ biểu diễn quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư với thời gian 79 Hình 3.20: Lưới biến dạng tổng thể trường hợp 5 đắp 8 lớp 80 Hình 3.21: Kết quả phổ chuyển vị đứng trong khối đắp trường hợp 6 đắp 8 lớp 81 Hình 3.22: Biểu đồ biểu diễn quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư với thời gian 81 Hình 3.23: Lưới biến dạng khi kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 8 lớp-Trường hợp 5 82 Hình 3.24: Kết quả phổ chuyển vị- kiểm tra ổn định khối đắp kết quả đắp 8 lớp-Trường hợp 5 82 Hình 3.25: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.26 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ 8 83 Hình 3.26:Lưới biến dạng tổng thể trường hợp 6 đắp 4 lớp, mỗi lớp dày 1m, thời gian chờ giữa các lớp cách nhau 70 ngày. 84

Hình 3.27:Kết quả đường đẳng chuyển vị đứng trong khối đắp trường hợp 6 đắp 4

lớp, mỗi lớp dày 1m, thời gian chờ giữa các lớp cách nhau 70 ngày. 84

Hình 3.28:Kết quả phổ chuyển vị đứng trong khối đắp trường hợp 6 đắp 4 lớp, mỗi lớp dày 1m, thời gian chờ giữa các lớp cách nhau 70 ngày. 85

Hình 3.29:Kết quả phổ chuyển vị ngang trong khối đắp trường hợp 6 đắp 4 lớp, giá trị chuyển vị ngang lớn nhất 0,12m 85

Hình 3.30:Biểu đồ biểu diễn quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư với thời gian 86

Hình 3.31:Lưới biến dạng tổng thể trường hợp 6 đắp 6 lớp, mỗi lớp dày 0.65m, thời gian chờ giữa các lớp cách nhau 70 ngày. 86

Hình 3.32:Kết quả phổ chuyển vị đứng trong khối đắp trường hợp 6 đắp 6 lớp, mỗi lớp dày 0.65m, thời gian chờ giữa các lớp cách nhau 70 ngày. 87

Hình 3.33:Biểu đồ biểu diễn quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư với thời gian 87

Hình 3.34 Véc tơ chuyển vị khi kiểm tra ổn định khối đắp-kết quả đắp 6 lớp-Trường hợp 6 88

Hình 3.35: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.36 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ 6 88

Hình 4 1: Vị trí dự án thuộc huyện Vĩnh Lợi và một phần TP Bạc Liêu 91

Hình 4 2: Hình ảnh vị trí dự án trên ảnh vệ tinh 92

Hình 4 3: Lưới biến dạng của công trình sau lớp đắp thứ 8 104

Hình 4.4: Trị số áp lực nước lỗ rỗng sau mỗi giai đoạn đắp 104

Hình 4.5: Trị số áp lực nước lỗ rỗng dư sau mỗi giai đoạn đắp 105

Hình 4.6: Véc tơ chuyển vị tổng của công trình đắp 105

Hình 4.7: Phổ chuyển vị tổng của công trình đắp 106

Hình 4.8: Hệ số an toàn ΣMsf = 1.26 , sau khi kết thúc lớp đắp thứ nhất 106

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Báng 1.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất 2 7

Bảng 1.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất ven biển Hải Phòng .8

Bảng 1.3:Chỉ tiêu cơ lý trung bình lớp 1 khu vực Nam Định 9

Bảng 1.4:Chỉ tiêu cơ lý trung bình lớp 2 khu vực Ninh Bình 11

Bảng 1.5:Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 2 khu vực Thanh Hóa 14

Bảng 1.6:Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Nghệ An 15

Bảng 1.7:Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Hà Tĩnh 17

Bảng 1.8: Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Quảng Trị 18

Bảng 1.9: Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Thừa Thiên Huế 19

Bảng 1.10: Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 2 khu vực Bạc Liêu 24

Bảng 1.11: Bảng tóm tắt các chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất 26

Bảng1.12 Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật 30

Bảng 3.1: Tổng hợp thông số đất yếu nền đê biển ở các địa phương 64

Bảng 3.2 Tổng hợp các trường hợp tính toán 65

Bảng 3.3:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 1 68

Bảng 3.4:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 2 72

Bảng 3.5:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 3 75

Bảng 3.6:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 4 78

Bảng 3.7:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 5 80

Bảng 3.8:Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 6 83

Bảng 3.9: Tổng hợp kết quả tính toán cho các trường hợp 89

Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền 93

Bảng 4.2: Tình hình phân bố dân số trong vùng dự án 96

Bảng 4.3: Hiện trạng sử dụng đất 97

Bảng 4.4: Kết quả tính toán kiểm tra lại ứng dụng bảng 3.9 103

1

PHẦN MỞ ĐẦU I.Tính cấp thiết của đề tài

Tiến trình đô thị hóa đang diễn ra hết sức sôi động theo quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Hàng loạt các công trình, hạ tầng kỹ thuật; hệ thống giao thông, metro, cầu, cống, cảng nước sâu, sân bay, đập thủy điện,công trình thủy lợi, các công trình công nghiệp nặng, những cao ốc vươn cao trong các

dự án dân sinh,… đang được xây dựng trên những vùng đất trầm tích sét yếu bão hòa nước ở thành phố Hồ Chí Minh và vùng đồng bằng sông Cửu Long Để đạt được tính hữu dụng – kỹ thuật – kinh tế hợp lý, chúng ta cần có một góc nhìn cận cảnh về các đặc trưng cơ bản nhất về các thông số vật lý, cơ học, hóa học, sinh học, địa nhiệt, …của đất yếu để từ đó rút ra những kết luận cơ bản nhất về những đặc điểm địa kỹ thuật của nền đất yếu ở thành phố Hồ Chí Minh và vùng châu thổ đồng bằng sông Cửu Long, phục vụ cho việc nghiên cứu tính toán ổn định, biến dạng, thiết kế giải pháp móng hợp lý; chọn lựa công nghệ thi công cũng như tính toán dự báo độ lún của công trình theo thời gian hoặc tìm ra giải pháp khắc phục sự cố các công trình xây dựng trên các loại nền đất yếu ở các khu vực nói trên

Hơn nữa, Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng, đặc biệt là nhiều tuyến đê trọng điểm được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để

tế để giải quyết , giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

2

Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện để phục vụ các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm nước thấp Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách

từ 0,5 đến 2,5m Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn Đối với một vài loại đất, do lún thứ cấp chiếm từ 10-25% độ lún tổng cộng Trong một số khu vực của các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao Vì vậy việc phân tích quá trình cố kết của đất dính bão hòa nước dưới tác dụng của khối đắp từ

đó khống chế tốc độ tăng tải và đề xuất biện pháp xử lý nên là hết sức cấp thiết cho các nhà quản lý và cán bộ kỹ thuật thuỷ lợi

Vì vậy trong luận văn này lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá quá trình lún cố kết của nền đất dính bão hoà nước dưới tác dụng của khối đắp, ứng dụng nghiên cứu cho đê biển Bạc Liêu” nhằm mục đích giải quyết các vấn đề đã nêu ở

trên

II Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu quá trình cố kết của nền đất dính bão hòa nước, từ đó đề xuất giải pháp thi công công trình đắp trên nền đất yếu để xử lý cải thiện đất nền

- Nghiên cứu ứng dụng cụ thể cho trường hợp nền đất yếu bão hòa nước vùng đê biển Bạc Liêu

III Phương pháp nghiên cứu

- Thống kê số liệu: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có, thống kê số liệu nền đất yếu ven biển

- Phân tích lý thuyết: Phân tích quá trình lún cố kết của đất dính bão hoà nước dưới tác dụng của khối đắp, từ đó khống chế tốc độ tăng tải khối đắp để xử lý nền

- Mô hình toán: Phân tích quá trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền

do đắp đê biển gây ra trên cơ sở mô phỏng mô hình toán, từ đó khống chế tốc độ khối đắp hoặc đề xuất giải pháp gia cường lâu dài

Chương I: Tổng quan về đê biển và đất đắp trên nền đất yếu

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Chương III: Mô hình hóa các trường hợp ứng dụng

Chương IV: Ứng dụng kết quả nghiên cứu đối với đê biển Bạc Liêu

V.Kết luận và kiến nghị.

4

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Hiện trạng đê biển Việt Nam

Nước ta có khoảng 3260 km đê biển, phần lớn được xây dựng từ những năm

30 của thế kỷ trước, có nhiều đoạn đã xuống cấp nghiêm trọng Theo dự đoán của các nhà chuyên môn, hiện nay đê biển của Việt Nam chỉ chịu được gió bão mạnh cấp 9 và triều trung bình, nếu bão mạnh hơn và kết hợp với triều cường thì nguy cơ

vỡ đê ở nhiều tuyến xung yếu là điều khó tránh khỏi

Thống kê mới nhất cho thấy, trong số 1450km đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có khoảng 600km chưa được cải tạo, nâng cấp hoặc chưa được đảm bảo cao trình theo thiết kế Trong số này, hàng loạt điểm đen dễ vỡ, xuống cấp đã xuất hiện Hệ thống đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang cũng đang bị xuống cấp rất nghiêm trọng nhưng chưa được gia cố, tu sửa bên cạnh đó lại thường xuyên phải chống chịu với sóng lớn và triều cường Dải ven biển Đông từ Bà Rịa - Vũng Tàu đến mũi Cà Mau cũng có một số đoạn bị sạt lở làm cho thảm rừng ngập mặn nhiều nơi bị thu hẹp dần, thậm chí có đoạn không còn rừng phòng hộ Vì thế cứ mỗi mùa mưa bão đến, người dân vùng ven biển lại sống trong cảnh nơm nớp lo sợ trước nguy cơ vỡ đê, chạy lũ Qua đánh giá, phân tích các nguyên nhân gây hư hỏng đê gần đây thì nguyên nhân chính là do đê nằm trên địa chất nền mềm yếu

Hiện trạng địa chất nền và vật liệu đắp của hệ thống đê biển Việt Nam có thể tóm tắt chung như sau:

1.1.1 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Bắc

Dọc theo dải bờ biển miền Bắc Việt Nam là các thành tạo trầm tích trẻ thuộc thống Haloxen hệ 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 các dạng cồn cát, đụn cát và bãi cát mỏng ven bờ, kéo dài như liên tục.[10]

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

5

thấp, nhất là đối với các lớp đất phân bố ở ngoài đê

Theo tài liệu thu thập được ở các tỉnh ven biển miền Bắc, đê biển nằm trên lớp đất nền chủ yếu là cát hạt mịn pha đất thịt hoặc sét, thành phần hạt chủ yếu là cát,

dễ thoát nước nhưng cũng dễ bị bào xói, hiện tượng cát chảy, hoá lỏng khi gặp nước dâng Đó là dạng lớp phù sa bồi của các cửa sông và được nâng lên thành bãi Đường kính hạt thay đổi trong khoảng (0,01÷0,02)mm, góc nội ma sát ϕ = (5 ÷25)0, lực dính C = (0,03÷0,5)kg/cm2, trọng lượng thể tích γ = (1,1÷1,9)kg/cm3

Sức chịu kéo và 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 Thân đê do được đắp bằng vật liệu địa phương nên thành phần chủ yếu của đất đắp cũng là cát pha nhẹ, cát pha nặng và một số vùng là á sét và á sét hạt trung

Qua các số liệu thu thập tài liệu địa chất của các tuyến đê biển miền Bắc như sau:

1.1.1.1 Khu vực Quảng Ninh:

Lớp 1: Lớp đất đắp đê là loại đất á cát hoặc á sét, có mầu xám nhạt, xám đen, đôi chỗ có lẫn ít hưu cơ, trạng thái từ dẻo cứng đến dẻo vừa Hầu hết các tuyến đê biển ở Quảng Ninh đều được đắp bằng loại vât liệu này.[10]

Lớp 2a: Đất á cát (pha cát) có mầu xám nhạt, trạng thái dẻo vừa đến dẻo mềm, cá biệt có chỗ dẻo chảy, phần trên có lẫn ít rễ cây, là loại bồi tích trẻ, phân bố hầu như toàn bộ mặt đất tự nhiên thuộc các huyện Quảng Hà, Tiên Yên và một phần huyện Hoành Bồ, chiều dày của lớp này rất mỏng, chiều dày không đồng đều nhau,

có nhiều chỗ đá gốc lộ ra, chỗ dày nhất khoảng 1.2m, trung bình khoảng 1m, khu vực Quảng Hà có chiều dày lớn nhất (trên dưới 3m)nhiều đoạn có lẫn nhiều cục đá tảng xen lẫn

Lớp 2 là đất á sét có mầu xám đen, xám sáng, có chứa chất hữu cơ là rễ và thân cây trạng thái từ dẻo vừa đến dẻo mềm, đôi chỗ là dẻo chảy, chiều dày của lớp này ở từng vị trí của mặt đất có khác nhau, chiều dày trung bình là 1,2m Phân bố trên bề mặt tự nhiên các huyện Hải Ninh, Cẩm Phả, Yên Hưng và một phần huyện Hoành Bồ

6

Lớp 3 là lớp đất sét nằm sát dưới lớp 2a Đất có màu vàng loang lổ, đỏ thẫm, trắng sáng, trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm.Theo tài liệu thu thập lớp đất này chỉ xuất hiện cục bộ tại huyện Hải Ninh

Lớp 4: Đá gốc, loại cát kết, bột kết, sét kết nằm xen kẹp nhau, nằm ngay dưới lớp 2a Đá có màu đỏ thẫm, bị phong hoá nứt nẻ vỡ vụn mạnh Nhiều điểm đá

lộ ngay trên mặt đất, đá tươi có cường độ lớn, ghè búa khó vỡ

0 2 4 6

-2

-4

0 2 4 6

p=0,5 0,055 0,065 0,058 0,044 0,06 p=1,0 0,044 0,05 0,044 0,0333 0,04 p=2,0 0,034 0,037 0,035 0,027 0,03

Hệ số nén lún a

(cm2/kG)

p=3,0 0,027 0,029 0,028 0,022 0,03 Sức chịu tải quy ước R (kG/cm2)

Hệ số thấm K20(cm/s) 9,88.10-6 5,94.10-6 6,38.10-6 4,12.10-6 6,58.10-6

- 8

1.1.1.2 Khu vực Hải Phòng

Lớp Đ: Đất đắp đê: Á sét trung đến á sét nặng đôi chỗ á sét nhẹ Màu nâu, nâu nhạt xen kẹp xám đen kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng Đây là lớp đất tương đối tốt nhưng độ chặt kém, không đồng nhất, mức độ nén lún không đều.[10]

Lớp 1: Cát bồi màu xám nâu, nâu sẫm, xám vàng ít đá hộc Bề dày trung bình 4.7m, Đáy lớp kết thúc ở độ sâu 2.5 đến 7.5m Đây là lớp đất không ổn định dễ

bị tác động bởi sóng biển

Lớp 2 Lớp này nằm dưới lớp 1 với bề dày trung bình khoảng 3.6m Đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 6.2 đến 11.0m Đất thuộc loại sét pha màu nâu xám, nâu xẫm lẫn hữu cơ, vỏ sò, vỏ hến trạng thái dẻo mềm

Lớp 3 Lớp này nằm dưới lớp 2 với bề dày trung bình khoảng 3.6m Đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 9.7 đến 12.7m Đất thuộc loại bùn sét pha màu nâu xám, xám đen lẫn tạp chất Đây là lớp đất có sức chịu tải yếu, biến dạng rất mạnh

Lớp 4 Lớp này nằm dưới lớp 3 với bề dày trung bình khoảng 3.3m Đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 12.0 đến 20.0m Đất thuộc loại sét pha màu xám tro, xám vàng, xám ghi trạng thái dẻo mềm Đây là lớp đất có sức chịu tải trung bình, biến dạng trung bình

Bảng 1.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất ven biển Hải Phòng

Các chỉ tiêu cơ lý Tên lớp

γtn (g/cm3) C (kg/cm2) φ (độ) a1-2

(cm2/kg) K (cm/s) Lớp Đ

7,5 8,9

- Lớp 2 Lớp cát bụi, cát hạt nhỏ màu xám vàng, xám nhạt đến xám đen chứa

vỏ ốc, hến Kết cấu kém chặt, bão hoà nước trạng thái chặt vừa đến rời

- Lớp 3 Á sét nặng màu nâu, xám nâu thành phần đồng nhất trung bình, kết cấu kém

Bảng 1.3:Chỉ tiêu cơ lý trung bình lớp 1 khu vực Nam Định

- 10

Hình 1.3:Mặt cắt điển hình đê biển Nam Định 1.1.1.4 Khu vực Ninh Bình

- Lớp Đ: Đất đắp sét pha màu xám vàng trạng thái dẻo mềm

- Lớp 1 Lớp đất sét nhẹ đến bụi nặng màu nâu gụ đến xám hồng, trạng thái dẻo chảy Phân bố trên toàn bộ bề mặt địa hình khu vực chiều dày trung bình lớp 2.4m

- Lớp 2 Đất sét màu xám nâu, xám xanh, trạng thái chảy, lớp nay nằm trực tiếp dưới lớp 1 bề dày trung bình lớp 1.8m

- Lớp 3: Đất bụi màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Do các lỗ khoan chưa khoan hết chiều sâu lớp nên chưa xác định được bề dày lớp

Bảng 1.4: Mặt cắt địa chất điển hình khu vực Ninh Bình

- 12

1.1.2 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Trung

Nền đê biển miền Trung thay đổi theo nhiều tuyến, tại các vùng đầm phá nền gần như nền đê biển miền Bắc, thành phần mùn và cát mịn nhiều, các vùng còn lại thành phần cát nhiều hơn.[10]

Qua nghiên cứu các cột địa tầng tại khu vực này cho thấy vật liệu trầm tích của dải cồn cát là các lớp trầm tích đại Tân sinh(Kz) đã lấp đầy nền móng cổ có tuổi

Cổ sinh (Pz) Do ảnh hưởng của vận động Tân kiến tạo, dãy Trường Sơn được nâng lên đã thúc đẩy quá trình bào mòn và bồi tụ nhanh chóng phủ lấp vùng sụt võng ở phía Đông để tạo nên dải đồng bằng ven biển, trong đó có khu vực cồn cát Vì vậy, vật liệu của dải cồn cát ven biển có nguồn gốc từ dãy Trường Sơn, đó chính là các thành tạo trầm tích hệ Đệ tứ, chủ yếu là hệ thống Hôlôxen Các quá trình địa mạo sông, biển, gió đã tạo nên bộ mặt của địa hình hiện tại

Đặc điểm trầm tích Hôlôxen ở khu vực cồn cát ven biển n ày có thành phần thạch học chủ yếu là cát thô, cát nhỏ và cát mịn màu trắng, xám, vàng nhạt, có sự thay đổi về độ hạt, thành phần, màu sắc từ biển vào đất liền và có chứa quặng sa khoáng (cát thuỷ tinh với h àm lượng SO2 tới 98 - 99%), than bùn và sét Tầng cát Hôlôxen cũng như các tầng cát khác ven biển đều có khả năng chứa nước tốt và thuần là nước ngọt Đây thực sự là một thuận lợi lớn để sử dụng và cải tạo thiên nhiên vốn đã khắc nghiệt ở đây

Trên bề mặt địa hình hiện đại có các dải đồi, cồn cát ở các vị trí và địa thế khác nhau là dấu vết các đợt biển tiến, biển thoái; của các hoạt động nâng và lún sụt cục bộ Đây là những vấn đề lý thú cần được quan tâm và tiếp tục nghiên cứu Bề mặt địa hình ở đây còn luôn biến động do ảnh hưởng của các quá trình ngoại lực.Trong các ngoại lực thì hiện tượng cát bay, cát chảy thường xuyên chi phối sự biến động của bề mặt địa hình dải cồn cát Cát luôn di động theo mùa và hằng năm

là một hiện tượng khá đặc biệt làm thay đổi bề mặt địa hình, gây nhiều thiệt hại và khó khăn đối với người dân địa phương Cát di động đã xâm lấn đồng ruộng làm giảm diện tích canh tác, ảnh hưởng tới công trình thuỷ lợi, giao thông, trồng rừng và ảnh hưởng tới sinh hoạt của nhân dân

- 13

Về đất đắp, phần lớn các tuyến đê có đất đắp là đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyến nằm sâu so với cửa sông và ven đầm phá thì đất thân đê được đắp là đất sét pha cát hoặc đất thịt nặng, cũng có tuyến đê thân đê là đất cát như ở các huyện Quảng Xương - tỉnh Thanh Hoá, Diễn Châu - tỉnh Nghệ An, Kỳ Anh - tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Trạch - tỉnh Quảng Bình, Vĩnh Linh, Triệu Phong - tỉnh Quảng Trị,…

Qua các số liệu thu thập tài liệu địa chất của các tuyến đê biển miền Trung như sau:

1.1.2.1 Khu vực Thanh Hóa

- Lớp Đ: Đất đắp dạng sét pha, cát - cát pha màu xám nâu, xám vàng, xám đen kết cấu không đồng đều chặt vừa đến kém chặt Trạng thái dẻo đến dẻo mềm

Bề dày thay đổi từ 0.00m đến 1.00m, trung bình 0.4m

- Lớp 1: Cát bồi tích hiện đại: cát hạt bụi - nhỏ mịn màu xám vàng, kém chặt bão hoà nước phân bố cục bộ, bề dày thay đổi từ 0.4m đến 0.5m

- Lớp 2 Đất á sét nhẹ đến nặng chứa bụi màu nâu gụ, xám nâu, xám đen, đôi chỗ xen kẹp ít cát mỏng kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo chảy đến chảy phân bố trên bề mặt khu vực với chiều dày thay đổi từ 0.5 đến 1.2m

- Lớp 3: Cát hạt mịn - nhỏ màu xám vàng, xám xanh, xám sáng hoặc xám đen chứa mùn hữu cơ, vỏ sò, ốc hến Thỉnh thoảng xen kẹp những lớp mỏng sét pha Kết cấu ít chặt, trạng thái bão hoà nước Chiều dày lớp thay đổi từ 4.0m đến 10.0m

- Lớp 4: Sét - sét pha nặng màu xám nâu gụ, nâu hồng kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm Nằm dưới lớp 3 chiều dày chưa xác định

Hình 1.5:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Thanh Hóa

- Lớp 3: Sét pha màu vàng nhạt, trạng thái dẻo chảy.Lớp này nằm trực tiếp dưới lớp 2, diện phân bố rộng Chiều dày trung bình 3.0m

- Lớp 4: Sét pha màu vàng loang lổ, trạng thái dẻo mềm

Bảng 1.6:Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Nghệ An

- 16

Hình 1.6:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Nghệ An 1.1.2.3 Khu vực Hà Tĩnh

Dạng phân bố địa chất kiểu 1

- Lớp Đ: Đất đắp hỗn hợp thành phần là cát pha, sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám ghi trạng thái nửa cứng đến cứng

- Lớp 1 Đất á sét nặng màu xám xanh nhạt, nâu đen chứa hữu cơ trạng thái dẻo mềm Diện phân bố xuất hiện trên hầu hết bề mặt khu vực nghiên cứu Chiều dày tầng thay đổi lớn từ 2m đến hơn 10m (do có phạm vi hố khoan không khoan hết được chiều dày tầng) Bề dày trung bình 6m

- Lớp 2 Đất á sét nhẹ - cát pha màu xám sáng kết cấu kém chặt, bão hoà nước.Tầng này có diện phân bố rộng, nằm dưới lớp 1 chiều dày trung bình tầng 6.5m

- Lớp 3 Cát hạt mịn màu xám sáng, kết cấu kém chặt, đất ẩm ướt, bão hoà nước.Chiều dày lớp chưa xác định

Dạng phân bố địa chất kiểu 2

- Lớp đất đắp: Hỗn hợp thành phần là cát pha, sét pha màu xám vàng, xám ghi, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng chứa sạn

- Lớp 1: Cát pha màu xám đen, xám trắng, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy, chứa hữu cơ Bề dày trung bình khoảng 2.5m

- 17

- Lớp 2: Cát hạt nhỏ đến vừa màu xám trắng, xám vàng, bão hoà nước chứa

vỏ sò, ốc hến Bề dày trung bình khoảng 6.5m

- Lớp 3: Sét màu xám vàng trạng thái dẻo mềm

Bảng 1.7:Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Hà Tĩnh

Dung trọng tự nhiên γω (g/cm3) 1,82 Dung trọng khô γc (g/cm3) 1,53

Hệ số thấm K(cm/s) 2,3.10-4

Hình 1.7:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Hà Tĩnh

và có diện phân bố rộng rãi trong khu vực

Bảng 1.8: Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp 1 khu vực Quảng Trị

- 20

Hình 1.9:Mặt cắt địa chất điển hình tuyến đê khu vực Thừa Thiên Huế

1.1.3 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Nam

Vùng bờ biển và vùng ven biển ven bờ Nam Bộ có tổng chiều dài khoảng (852÷875)km Địa hình ở đây khá phức tạp, là nơi tương tác giữa đất liền với biển, thể hiện tác động qua lại đất, nước, gió bão, thuỷ triều, cùng sự ảnh hưởng của hệ thống sông ngòi, đặc biệt là sông Mêkông với các cửa chính.[10]

Dải đất ven biển là một vùng bồi tích bằng phẳng với nhiều mảnh trũng thấp

có cao độ phổ biến (0,5÷1,0)m, có nhiều bãi bồi

Khu vực này là một dải hẹp gồm các dạng bãi cát, đụn cát, cồn cát chạy liên tục từ cửa sông Sài Gòn dọc theo bờ biển Đông và bờ biển Tây kéo dài tới tận Hà Tiên, càng về sát biển lớp cát càng dày, càng vào sâu trong đất liền lớp cát vàng càng vạt nhọn Các hình trụ các hố khoan có độ sâu đạt đến 40m, cho biết lớp cát hạt mịn kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc bùn cát khi có tác động lực cơ học, thường có độ dày (8÷10)m, dưới là tầng sét mùn dày khoảng (15÷16)m, dưới cùng là tầng sét dẻo cứng Tầng bồi tích trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m Móng công trình thường năm trên lớp cát hạt 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 phải xử lý nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải xuống tầng sét cứng nằm sâu bên dưới Nói chung, tuyến đê nằm cách bờ biển hơn

- 21

(300÷1000)m, trừ một số đoạn bất cập như Gành Hào, Nhà Mát, Mỹ Long đi quá sát biển, chịu tác động trực tiếp của sóng và dòng chảy ven bờ nên cần phải có biện pháp gia cố bảo vệ bờ

1.1.3.1.Địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh thuộc châu thổ sông Sài Gòn Đường sông phát triển mạnh, mạng lưới rạch sông chằng chịt đan xen nhau, độ cao mặt đất tự nhiên trong

khoảng 0,56 – 1,85m Sông nước bị ảnh hưởng chế độ nhật triều, thủy triều lên

xuống sáng, chiều trong 1 ngày Lúc triều lên, một phần đất tự nhiên chìm dưới mực thủy triều

Căn cứ vào địa chất, địa tầng lộ ra ở các hố khoan cho thấy, cấu tạo địa tầng của khu vực này thuộc kỷ Đệ Tứ thời đại Tân Sinh và thời kỳ Tân Cận địa chất bồi đắp mà thành, tổng cộng phân thành 6 lớp đất tự nhiên Lớp 1 và lớp 2 gồm bùn lẫn đất dày ước độ sâu 20-30m, có hàm lượng chất hữu cơ cao, chứa lượng nước cao đạt khoảng 85-104%, tỉ lệ rỗng xốp 2.283 ∼ 2.864, thuộc loại đất nền quá yếu có tính nén lún rất cao, chỉ số tính lỏng IL cao, đạt 1.85, đã cho thấy rõ cấu tạo đất tự nhiên

ở vào trạng thái bồi đắp từ các dòng chảy mạnh Do đó cần phải tiến hành gia cố với nền đất yếu, mới có thể đáp ứng nhu cầu chịu tải khi xây dựng các công trình

Các lớp đất yếu phân bố rộng rãi ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh bao gồm các quận huyện ven và cả nội thành như: Quận Bình Thạnh, quận 2, quận 6, quận 7, quận 8, quận 4, huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ và các trầm tích thuộc loại sét yếu bão hòa nước cũng có mặt hầu hết ở các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long Tùy từng nơi, các lớp đất yếu có chiều dày khác nhau Ở các vùng rìa đồng bằng thường

có chiều dày từ 5 ÷ 10m, ở trung tâm đồng bằng và gần ven biển có chiều dày 10 ÷30m, có nơi có chiều dày từ 20 ÷ 50m

Các lớp đất yếu thường gặp là: á cát, á sét, sét, bùn á sét, bùn sét, đất than bùn, đất dạng than bùn có chứa tạp chất hữu cơ Đặc biệt các loại đất nói trên thường bị nhiễm phèn (vùng Đồng Tháp Mười), nhiễm mặn vùng ven biển Các loại đất này chứa một loại dung dịch acid sulfat (có nồng độ pH = 2.06 ÷ 2.54) ở trạng thái tự nhiên, chúng có sức chống cắt bé, hệ số nén lún lớn, hệ số thấm nước bé

- 22

Các vùng đất yếu ở thành phố Hồ Chí Minh thấy tập trung ở: một phần quận Bình Thạnh, quận 6, quận 2, quận 8, quận 7, quận 4, cảng Hiệp Phước - Nhà Bè, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ

Các lớp đất yếu thường gặp là bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, có nơi là đất than bùn, cát mịn (thấy có ở rải rác khu vực Bến Than, quận Bình Thạnh, khu vực Nhà Bè và Cần Giờ) Các lớp đất yếu có chiều dày khác nhau: ở các vùng ven miền Đông thường có chiều dày 5 - 10m, ở trung tâm và vùng ven biển có chiều dày 10 – 30m,

ở huyện Cần Giờ, Nhà Bè có chỗ lớp đất yếu dày tới 30 - 50m Các lớp đất yếu thường có màu xám, xám đen, xám nâu, nâu đỏ và xám đậm

1.1.3.2.Địa chất khu vực vùng đồng bằng sông Cửu Long

Vùng châu thổ rộng lớn ở cực Nam đất nước ta hầu hết đều thuộc loại đất yếu (trầm tích loại sét yếu bão hòa nước)

- Đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long thực chất thuộc vào loại đất sét yếu vì

hàm lượng hạt sét trong đất yếu này ở phần lớn lãnh thổ, đều có hàm lượng hạt sét

đủ để kết luận là đất sét yếu

- Đất sét yếu ở ĐBSCL có khoáng chất thứ sinh chiếm hàm lượng lớn là Montmorillonite (Al2O3 4SiO2 H2O) Loại khoáng chất Montmorillonite có hoạt tính mạnh vì có điện tích âm mặt ngoài với năng lượng hút tĩnh điện rất lớn, hàng trăm kN/m2

- Đất sét yếu này ở nhiều nơi có độ pH thấp: pHf ≤ 2,5 ÷ 5,0 độ pH này chống đông tụ dung dịch bentonite khi thi công cọc khoan nhồi tốt nhưng rất xấu cho bê tông đổ dưới nước vì độ pH này gây trương nở mạnh khi bê tông còn ướt, từ

đó gây ra hiện tượng nứt cục bộ hay nứt liên tục cho bê tông

- Đất sét yếu này có ít cation AL+++ và H+ nên gây ra hiện tượng đông tụ nhiều cho dung dịch bentonite, đồng thời lại có nhiều Na2CO3 và CaCl2 nên đất sét này có khả năng điện giải và phân tán mạnh cũng như gây ra hiện tượng đông tụ cho dung dịch bentonite nhiều

- Đất sét yếu này có các đặc trưng cơ lý cơ bản nhất như sau:

+ Dung trọng tự nhiên của đất: ϒ ≈ 14.5 ÷ 15.5 kN/m3

+ Các đặc trưng biến dạng của đất: Eo ≈ 500 ÷ 600 KN/m2 hoặc modun biến dạng

tỷ đối của Maslov MN: eM = 50 ÷ 100 mm/m

- Chiều dày đất sét yếu ở ĐBSCL có H ≈ 10m ÷ 40m

- Đất yếu thuộc loại than bùn xuất hiện ở vùng rừng U Minh Thượng, U Minh Hạ - tỉnh Cà Mau, vùng ven biển tỉnh Rạch Giá và một phần ở tỉnh Đồng Tháp

1.1.4 Địa chất nền và đất đắp đê biển Bạc Liêu

Đặc điểm địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại tuyến đê bao Nàng Rền được mô tả như sau:[11]

- Lớp 1a: Đất đắp nền đường mầu xám nâu, đôi chỗ lẫn ít dăm sạn, trạng thái dẻo cứng Lớp này nằm ngay trên mặt, với bề dày (0,6 – 1,0) m

- Lớp 1b: Đất ruộng sét mầu xám nâu, trạng thái dẻo cứng Lớp này nằm ngay trên mặt, với bề dày 0,6m

- Lớp 1: sét mầu xám nâu, trạng thái dẻo mềm Lớp này nằm ngay trên mặt, với bề dày 0,6-1,0mm

- Lớp 2: Bùn sét mầu xám nâu, xám đen Lớp này phân bố rộng, gặp ở tất cả các hố, chiều sâu hố khoan chưa qua lớp này

1.1.5 Địa chất nền và đất đắp đê biển Cà Mau

Việc khảo sát và đánh giá điều kiện địa chất tuyến đê biển Tây tỉnh Cà Mau

đã được Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện và hoàn thành tháng 5/2010

trong giai đoạn lập dự án Kết quả phân tích thí nghiệm cho thấy:

17 Mô đun biến dạng E1-2 (kG/cm2) 6,2 51,2

kỹ thuật và thiết kế địa kỹ thuật (thiết kế các vấn đề liên quan đến nền móng và công trình đất) Thiết kế nền móng hoặc công trình đất là thuần túy về địa kỹ thuật nhưng người thiết kế không những cần am hiểu về địa kỹ thuật mà còn phải có sự

- 27

hiểu biết về một số ngành liên quan, tùy thuộc lĩnh vực đang xem xét, là những biên địa kỹ thuật Trong phần này, ta sẽ giới hạn nói về những vấn đề địa kỹ thuật và các điều kiện biên địa kỹ thuật trong phạm vi khi tính toán thiết kế cho đê biển.[13]

Tùy thuộc vào chức năng mà những công trình ven bờ phải chịu những tổ hợp tác động bao gồm sóng, dòng chảy, sự chênh lệch mực nước, địa chấn và một

số tải trọng đặc biệt khác (như lực va chạm tàu thuyền hoặc băng) Những tác động này, bao gồm cả trọng lượng bản thân của công trình, sẽ được truyền vào lớp đất bên dưới công trình, và phải đảm bảo được hai điều:

- Biến dạng của kết cấu là chấp nhận được

- Khả năng mất ổn định là nhỏ

Các tác động được truyền vào kết cấu và những lớp đất bên dưới sẽ gây ra

sự thay đổi về ứng suất trong kết cấu đó và cả những lớp đất bên dưới (thay đổi cả theo thời gian) Điều này dẫn đến hậu quả là những kết cấu bờ và ven biển sẽ bị dịch chuyển đứng hoặc ngang, hoặc thậm chí là mất ổn định Sự biến dạng của nền

và của kết cấu không chỉ phụ thuộc vào những tác động bên ngoài, mà còn phụ thuộc vào các đặc trưng hình học (hệ số mái đê), trọng lượng của kết cấu, tính thấm,

độ cứng cũng như khả năng chống cắt của kết cấu và lớp đất nền bên dưới

Thực tế, hiệu quả của một công trình ven bờ, ven biển nói riêng, hoặc công trình nói chung, phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác giữa kết cấu bên trên và đất nền bên dưới Sự tương tác này bao gồm cả vấn đề truyền tải, sức chịu tải của nền,

độ biến dạng (lún và dịch chuyển của nền và khả năng chịu lún của kết cấu bên trên

Do đó, cần có một sự hiểu biết thấu đáo về những đặc tính địa kỹ thuật và vật liệu xây dựng của đất nền và thậm chí cả những đặc tính của kết cấu

Trong phần này sẽ nêu ra những khía cạnh địa kỹ thuật cơ bản có liên quan đến chức năng chắn giữ nước của công trình Tiếp sau đó là một vài tính chất cơ học đất cơ bản cũng về địa kỹ thuật được trình bày để nêu lên những khía cạnh quan trọng của địa kỹ thuật mà cần được quan tâm trong thiết kế

- 28

1.2.2 Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước

Chức năng chủ yếu của kết cấu chắn giữ nước, ví dụ như đê, là để bảo vệ vùng nội địa khỏi những trận lũ Chi tiết hơn chức năng chủ yếu của nó có thể được thể hiện như theo hai yêu cầu của kết cấu đê.Yêu cầu thứ nhất là đê, kè phải đủ cao

và thứ hai là phải ổn định Cao trình đỉnh đê phải lớn hơn đỉnh cao nhất của mực nước, có kể đến ảnh hưởng do gió và sóng Sự ổn định tổng thể có nghĩa là con đê bao gồm cả lớp đá bảo vệ và đất bên dưới phải chịu được cả những điều kiện khắc nghiệt hàng ngày ở bên trong và bên ngoài khối đê.[14]

Thêm vào đó, thường trong thực tế yêu cầu đê không thấm nước là điều quan trọng thứ ba Yêu cầu này đặc biệt quan trọng trong trường hợp đất nền đê có sự dò

rỉ thấm nước

Các yêu cầu về chiều cao và sự ổn định của đê là rất quan trọng Phải luôn đảm bảo rằng chiều cao yêu cầu luôn được giữ cao hơn chiều cao tối thiểu cho phép Điều này yêu cầu sự chính xác của phép tính độ lún, cũng như lún theo thời gian để việc thiết kế chiều cao có thể chọn được cao trình đỉnh để đê không bao giờ

bị thấp dưới cao trình không cho phép Đặc biệt trong trường hợp đất nền tồn tại lớp đất yếu như là sét hoặc bùn phải rất chú ý đến đánh giá chiều cao phụ thêm của đê Người quản lý đê cũng cần có sự hiểu biết về việc giám sát và quản lý trong khi vận hành đê

Với yêu cầu ổn định đê, để sự ổn định được đảm bảo trong quá trình làm việc, cần phải xem xét tất cả các cơ chế phá hoại Do đó, trong nhiều trường hợp, cần có nhiều thông số địa kỹ thuật phải được xác định hoặc đánh giá cho cả đất nền

tự nhiên và đất làm vật liệu xây dựng với mà đê sẽ được làm mới hoặc đắp bù lên Thông thường, những vật liệu xây dựng là đất khai thác từ hồ, đầm lầy trong những vùng gần kề nơi đê được xây dựng Ngoài việc chú ý những thông số cần đánh giá, cũng cần chú ý rằng tính chất của vật liệu đất tự nhiên trên một phạm vi rộng là thay đổi, nhiều khi là rất khác biệt Do đó việc xác định những thông số ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm cần cần phải bao phủ toàn bộ những vùng không chắc chắn

do sự biến đổi nền đất tự nhiên Điều này nghĩa là những vị trí khảo sát hiện trường

về mặt nguyên tắc thì sẽ có tầm quan trọng tương tự Và để cho kết cấu hoạt động tốt trong suốt nhiều năm cũng như quản lý thì những yếu tố này luôn được giữ ổn định ở mức độ đủ cao

Những điều kiện đất nền tự nhiên biểu thị một phần của các điều kiện địa kỹ thuật Cùng với đó là việc khảo sát những tính chất vật liệu xây dựng có thể được sử dụng như vải địa, cát cho lõi đê, sét là vật liệu bao quanh, đá và đá cuội lớn là vật liệu bảo vệ chân, vv sẽ phụ thuộc vào việc đánh giá các điều kiện địa kỹ thuật

Rõ ràng rằng đó là không thực tế cho những kỹ sư địa kỹ thuật chỉ hoạt động đơn độc trong chuyên môn chuyên ngành của họ Nhiều nghề nghiệp và chuyên mon khác ảnh hưởng đến nhiệm vụ của họ Không chỉ sau khi họ bắt đầu phân tích nền móng, nhưng sẽ thường tiếp tục trong suốt những việc của họ, Điều đó nghía là mọt thiếp kế phhải được thỏa mãn và trong nhiều trường hợp lựa chọn thay thế khác nhau phải được xem xét

Từ tất cả những phân tích trên, những điều kiện địa kỹ thuật và điều kiện biên địa kỹ thuật được nêu ở bảng 1.12

Những yêu cầu cơ bản

Khí hậu Nhiệt độ, nắng, gió và hướng gió,

bão và nước mưa

Những điều kiện thời tiết

Thủy lực Thủy triều, mực nước, dòng chảy,

thành lập bão, sóng (bão), vùng cửa

ra của sông

Điều kiện biên tải trọng

Thủy văn Chế độ nước ngầm, lượng mưa Điều kiện biên

Những điều kiện xây dựng

Vận hành và

bảo trì

Những điều kiện vận hành

ngân sách

Giới hạn về ngân sách

và thời gian Địa chất Lịch sử của đất, sự phân tầng, gia tải

trước

Những điều kiện của đất (trước khi xây dựng) Những điều

kiện địa kỹ

thuật

Những lớp đất, thu thập những tài liệu đất, điều kiện đất nền và những thông số của đất

Những điều kiện đất hiện tại

- 31

Rõ ràng là những kỹ sư địa kỹ thuật không thể thực hiện hoặc chỉ có hiểu biết riêng trong lĩnh vực của mình Nhiều chuyên ngành và lĩnh vực khác ảnh hưởng lên công việc của họ Không chỉ khi họ bắt đầu phân tích móng công trình,

mà còn thường tiếp tục trong suốt công việc sau này Điều đó có nghĩa là một bản thiết kế phải được phù hợp và trong mọi trường hợp khác nhau phải được đánh giá Với tất cả những cấu trúc, thiết kế phát triển trong một quá trình nhất định từ tạm thời thiết kế thô cho một vài phương án với một vài lựa chọn cho vị trí cho đến thiết

kế chi tiết cuối cùng cho kết cấu được chọn ở vị trí được chọn

1.2.3 Đặc trưng Cơ học đất cơ bản trong thiết kế công trình đất

1.2.3.1 Ứng suất hiệu quả

Lý thuyết khởi đầu cho ngành cơ học đất là thuyết ứng suất hiệu quả của Terzaghi Lý thuyết này dựa trên thực tế là một hạt vật liệu với những lỗ rỗng giữa các hạt Nếu có nước trong lỗ rỗng thì nó sẽ gây ra một áp lực nhất định lên hạt

Xét trường hợp đơn giản khi ứng suất pháp đẳng hướng quanh một phân tố đất, như hình 1.14 Giả sử rằng cường độ của ứng suất ở mọi hướng là σ Bên trong phân tố tại mặt cắt ngang qua tâm, ứng suất này được lan truyền bởi áp lực lỗ rỗng u trong nước, và bởi các ứng suất trong các hạt Các ứng suất trong các hạt được tạo

ra một phần bởi các lực tập trung tại các điểm tiếp xúc giữa các hạt hay còn gọi chính là ứng suất hiệu quả σ’ , và một phần bởi áp lực nước bao quanh các hạt đó

Có thể cho rằng sự biến dạng của khung cốt đất hoàn do các lực tập trung tại các điểm tiếp xúc này, do kết cấu chỉ có thể bị biến dạng do sự trượt hoặc lăn trên các điểm tiếp xúc

Hình1.10: Ứng suất đẳng hướng