hiện tượng sụt và giải pháp tường chắn tại vn

nội dung bảo gồm :CHƯ¬ƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN T¬ƯỢNG ĐẤT SỤT VÀ GIẢI PHÁP T¬ƯỜNG CHẮN TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TƯỜNG CHẮN CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG ĐẤT SỤT

VÀ GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN TẠI VIỆT NAM

ấn đề sụt trượt đất trên đường giao thông luôn là một trong các vấn đềthời sự của ngành GTVT và là một trong các mối hiểm họa thiên nhiên gây raphổ biến nhất vào các mùa mưa lũ hàng năm ở nước ta Để phòng chống sụt trượtđất, ngành GTVT đã có nhiều kinh nghiệm và thành công trong công tác đảm bảogiao thông, tuy nhiên tại các Dự án kiên cố hóa nhằm chủ động ngăn chặn hiệntượng sụt trượt đất và đảm bảo ổn định mái dốc bền vững trên mạng lưới đườnggiao thông thì các công nghệ được lựa chọn và áp dụng thời gian qua còn cầnphải xem xét và đánh giá về hiệu quả

1.1 Tổng quan về tình hình sụt trượt đất đá trên đường giao thông tại Việt Nam

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên Việt Nam.

Việt Nam nằm trên bán đảo Đông Dương, thuộc vùng Đông Nam châu

Á Lãnh thổ Việt Nam chạy dọc bờ biển phía đông của bán đảo này Việt Nam cóbiên giới đất liền với Trung Quốc (1.281 km), Lào (2.130 km) và Campuchia(1.228 km) và bờ biển dài 3.444 km tiếp giáp với vịnh Bắc Bộ, biển Đông vàvịnh Thái Lan Việt Nam có diện tích 331.212 km², bao gồm khoảng 327.480km² đất liền, cộng với 4.200 km² thềm lục địa và hơn 2.800 hòn đảo, bãi đángầm lớn nhỏ, gần bờ và xa bờ

Địa hình Việt Nam rất đa dạng theo các vùng tự nhiên như vùng TâyBắc, Đông Bắc, Tây Nguyên có những đồi và những núi đầy rừng, trong khi đấtphẳng che phủ khoảng ít hơn 20% Núi rừng chiếm độ 40%, đồi 40%, và độ chephủ khoảng 75% Các vùng đồng bằng như đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sôngCửu Long và các vùng duyên hải ven biển như Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ.Nhìn tổng thể Việt Nam gồm ba miền với miền Bắc có cao nguyên và vùng châuthổ sông Hồng, miền Trung là phần đất thấp ven biển, những cao nguyên theo dãyTrường Sơn, và miền Nam là vùng châu thổ Cửu Long Điểm cao nhất Việt Nam là3.143 mét, tại đỉnh Phan Xi Păng, thuộc dãy núi Hoàng Liên Sơn Diện tích đất canh

tác chiếm 17% tổng diện tích đất Việt Nam Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa ởmiền Nam với hai mùa (mùa mưa, từ giữa tháng 5 đến giữa tháng 9, và mùa khô, từgiữa tháng 10 đến giữa tháng 4) và khí hậu gió mùa ở miền Bắc với bốn mùa rõ rệt(mùa xuân, mùa hè, mùa thu và mùa đông) Do nằm dọc theo bờ biển, khí hậu ViệtNam được điều hòa một phần bởi các dòng biển và mang nhiều yếu tố khí hậu biển.

Độ ẩm tương đối trung bình là 84% suốt năm Hàng năm, lượng mưa trung bình cảnước từ 1.200 đến 3.000 mm, cá biệt có địa phương đạt tới 4.000-4.500 mm/ năm Sốgiờ nắng khoảng 1.500 đến 3.000 giờ/năm và biên độ dao động nhiệt độ từ 5°C đến37°C Cá biệt có từng thời điểm nhiệt độ xuống tới 0oC (tại Sa Pa) và cao tới 40-45oC(tại Hà Nội, Hà Tĩnh, Quảng Bình) Hàng năm, Việt Nam luôn phải đối phó để phòngchống bão và lụt lội với 5 đến 10 cơn bão/năm Chính vì vậy, hiện tượng sụt trượt đất

là một trong những hiện tượng thiên nhiên phổ biến nhất thường gặp trên các tuyếnđường giao thông và các khu dân cư vùng núi về mùa mưa bão ở Việt Nam khi cáctuyến đường vùng núi và các khu dân cư chạy dọc theo các tuyến đường nằm trongcác khu vực khí hậu khắc nghiệt, chịu ảnh hưởng mưa nhiều, địa hình cao, phân cắtmạnh và có cấu trúc địa chất phức tạp

1.1.2 Tình hình sụt trượt trên các tuyến đường giao thông Việt Nam.

Sụt trượt là một trong những vấn đề thường gặp trong thiết kế, thi công, khaithác công trình giao thông Đặc biệt thường gặp trong mùa mưa bão trên các tuyếnđường, qua vùng khí hậu khắc nghiệt, những vùng địa hình có độ dốc lớn, tính phâncắt cao, thành phần và cấu trúc địa chất phức tạp, nền đất yếu Những tai biến nàykhông chỉ ảnh hưởng nặng nề đến việc xây dựng các dự án kết cấu hạ tầng giaothông mà còn đe dọa đến an toàn của người dân trên toàn thế giới cũng như tại ViệtNam

Sạt lở đất xảy ra khiến giao thông tắc nghẽn, một số công trình trên tuyếnnhư cống thoát nước, rãng dọc, tường chắn bị hư hỏng không thể sử dụng được.Một số điểm sụt, sạt lở với quy mô lớn khối lượng đất sạt lên tới hàng ngàn métkhối khiến cho công tác xử lý gặp rất nhiều khó khăn và tốn rất nhiều thời gian Ởnhiều địa điểm, các đơn vị thi công phải xử lý bằng cách làm cầu tạm dùng dầmBailey để đảm bảo ATGT trên tuyến

Hiện tượng sạt lở không chỉ ở những đoạn tuyến có taluy dương mà do tácđộng dòng chảy tạm thời trên mặt nên ở một số vị trí lại bị sạt, xói taluy âm gây ratắc nghẽn dòng chảy tự nhiên gây ô nhiễm môi trường ở sông, suối đặc biệt là ởvùng núi cao, người dân vẫn còn thói quen dùng nguồn nước sông suối để sinh hoạt.

Nhiều giải pháp thiết kế về phòng chống sụt trượt đã được các Chủ đầu tư và

Tư vấn thiết kế công trình giao thông áp dụng như việc thiết kế cơ, tường chắn, rọ

đá và mới đây là công nghệ neo đất (công nghệ VOM); cỏ chống xói, thiết kế hệthống rãnh thoát nước từ trên đỉnh taluy

Ở một số điểm sụt trượt, các giải pháp phòng chống đất sụt (thiết kế cơ,tường chắn, rọ đá, công nghệ neo đất v v) đạt được những hiệu quả nhất định Tuynhiên ở nhiều đoạn tuyến, những giải pháp trên hầu như không có hiệu quả vì khimặt nước ngầm hoạt động và điều kiện địa chất xảy ra quá phức tạp thì các biệnpháp xử lý cục bộ hầu như không giải quyết được tình trạng trên

Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê sơ bộ, số người bị thiệt mạng trung bìnhhàng năm do sụt trượt đất gây ra khoảng 25-30 người/năm Hiện tượng sụt trượtđất luôn là một trong những dạng tai biến thiên nhiên nguy hiểm và gây nhiều sự

cố nhất, sụt trượt đất luôn là mối hiểm họa thiên nhiên gây xáo trộn đời sốngnhân dân, ảnh hưởng không nhỏ đến tình hình phát triển kinh tế - xã hội của cácđịa phương về mùa mưa bão ở Việt Nam

Theo số liệu thống kê của Bộ GTVT trên toàn lãnh thổ Việt Nam có 90quốc lộ với tổng chiều dài khoảng 15 360 Km Hiện tượng sạt lở đất xảy rathường xuyên trên các tuyến đường QL1A, QL12, 4D, 4C, 4D, 4E, QL6, đường HồChí Minh, đường sắt Trong đó, có tới 3/4 chiều dài các tuyến quốc lộ này đitrên địa hình vùng núi Theo tổng kết của Viện KH&CN GTVT, các vùng thườngxảy ra hiện tượng sụt trượt đất ở Việt Nam tập trung chủ yếu ở các tuyến đườnggiao thông vùng núi Tây Bắc và các tuyến đường nằm dọc hoặc cắt ngang dãyTrường Sơn từ Nghệ An vào đến Kon Tum, với tổng chiều dài các đoạn đườngthường xảy ra sụt trượt đất trên 3000 Km Khối lượng đất sụt trung bình hàng năm

do mưa bão gây ra trên các tuyến đường giao thông, tùy theo số trận bão đổ bộvào đất liền và cường độ mưa bão gây ra tại các địa phương, thường dao động từ500.000 m3 đến 600.000 m3/năm Cá biệt có năm khối lượng đất sụt trên các

tuyến đường vượt tới trên 1 triệu m3/năm (xảy ra vào mùa mưa bão cuối năm1999-2000).

Liên quan đến trượt đất, dưới góc độ địa chất, một số tác giả Việt Nam đãcông bố kết quả nghiên cứu cho thấy trên vùng Tây Bắc hiện nay còn có 14 đứtgãy kiến tạo lớn vẫn đang trong giai đoạn hoạt động, trực tiếp ảnh hưởng đến sự ổnđịnh chung của mái dốc nền đường đi trong khu vực và tạo ra tiềm năng lớn chocác hiện tượng sụt trượt đất phát triển trên nền các đới phá hủy kiến tạo này Cònđối với các tuyến đường vùng núi qua khu vực miền Trung, do phải cắt qua cácđứt gãy trái A Lưới, đứt gãy trái Huế và hàng chục đứt gãy lớn nhò khác cho nêntình hình sụt trượt đất diễn ra trên Đường HCM diễn ra rất mạnh mẽ, điển hìnhtrên các đoạn Hương Khê -Tân Ấp, Ngã ba Pheo - bắc cầu Bùng, Khe Gat - đèo

U Bò, Đăkrông Tà Rụt Peke, A Đơt A tep Hiên Thạnh Mỹ, cầu Xơi

-Khâm Đức - Đăk Zôn - Đăk Pet - Đăk Glei với tổng số trên 800 điểm sụt lở có

quy mô lớn nhỏ khác nhau Riêng trong đợt mưa bão do cơn bão số 9 (Ketsana,10/2009) gây ra, chỉ tính từ Đăk Krông (Quảng Trị) trở vào đến đèo Lò Xo(Quảng Ngãi), theo thống kê sơ bộ của Viện KH&CN GTVT, đã xuất hiện thêmgần 400 điểm sụt trượt lớn nhỏ Trong khi đó, theo báo cáo tổng hợp của BanQLDA Đường HCM, tính đến năm 2007, toàn tuyến đường HCM đã xây dựngtrên 150 000 m dài tường chắn để phòng chống đất sụt nhưng cho đến nay tìnhhình chung cho thấy vẫn chưa thể khắc phục được hiện tượng đất sụt này trên toàntuyến này

Hiện tượng sụt trượt, sạt lở đất tại các khu dân cư vùng núi cũng là mộtdạng tai biến thiên nhiên luôn đe dọa an toàn và gây ra những thiệt hại vềngười và của cho người dân sống tại các bản, làng ở vùng núi Tây Bắc và khu vựcmiền Trung của Việt Nam Ví dụ, sạt lở núi ở thôn Sùng Hoàng, xã Phìn Ngan,huyện Bát Xát (Lao Cai) vào hồi 21h ngày 13/9/2004, với trên một vạn mét khốiđất đá từ trên cao đổ ập xuống tạo ra chiều rộng vết trượt 100m, dài 400m, đã vùilấp hoàn toàn 4 ngôi nhà của đồng bào dân tộc Dao, 23 người chết và mất tíchcùng với trâu, bò, lợn gà, thóc lúa, đồ đạc, Trước đó, trong tháng 7/2004, tại Km119+100, Quốc lộ 4D (từ Sa Pa đi Lào Cai), sau cả tuần mưa lớn, đất sụt lở từsườn núi đã đổ ập xuống một dãy nhà lán trại tại công trường của Công ty Xâydựng cầu đường Nam Tiến, làm chết 2 người và hất xuống suối Móng Sến làm

cuốn trôi một xe Ôtô tải và vùi lấp, làm hư hại một số xe khác Cũng trên tuyếnđường QL4D này nhưng tại Km 119+300, vào tháng 7/1998, vào khoảng 10hsáng, đất sạt lở ở dạng dòng bùn đá từ trên sườn núi cao 120m đã bất thần đổ ậpxuống làm chết 4 người đang sinh sống trong 2 căn nhà dưới chân núi và vùilấp làm chết 8 người khác đi qua đường Vào giữa tháng 7/1995, tại khu vực

Km 125-Km 126, Quốc lộ 37 cắt qua thị xã Yên Bái, khối đất sườn đồi từ độ cao60-70m từ đồi Minh Tân, đã trượt xuống phá huỷ 24 ngôi nhà xây dựng kiên cốdưới chân đồi, làm thiệt mạng 1 người Khối trượt này đã tạo nên một vách trượtphía đỉnh đồi cao 8m và làm trồi mặt đường nhựa lên cao 1,50m như một con

đê Còn tại tỉnh Sơn La, sau đợt lũ quét lịch sử xảy ra vào tháng 9/1991, trênđoạn Km 324, Quốc lộ 6, mặt đường đã bị trượt xuống 0,50m về phía taluy âm.Khối đất trượt đã phá huỷ toàn bộ 20 dãy nhà xây vừa mới hoàn thành của khutập thể Ngân hàng Sơn La nằm phía dưới taluy âm Rất may, do thời điểm đó chưa

có gia đình nào dọn đến ở, cho nên đã không xảy ra thiệt mạng về người Cũngvào thời điểm đó, trên đường Tô Hiệu - một trong những tuyến phố chính thuộctrung tâm thị xã Sơn La, đã xuất hiện một khối đất mất ổn định trên sườn đồi Khau

Cả từ độ cao 70m, trên chiều dài 120m, trượt xuống làm phá huỷ 12 ngôi nhàdưới chân đồi, làm đổ vỡ 2 tường chắn và một trạm bán xăng Khối đất trượt đãgây nên nhiều vách trượt và vết nứt chạy ngang trên sườn đồi, làm trồi đất nền lêncao 0,50m và cắt đứt tất cả các móng nhà xây dưới chân đồi Ngoài ra, hiện tượngsạt đất làm vùi lấp nhà dân sống ở chân đồi, gây thiệt hại về người và của chodân, vẫn thường xuyên xảy ra về mùa mưa hàng năm tại các tỉnh vùng núi nhưYên Bái, Lao Cai, Nghĩa Lộ, Lai Châu, Hà Giang, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Gần đây nhất, trong tháng 8/2010, là các vụ sạt lở đất làm chết 7 người ở MùCang Chải (Yên Bái), làm chết 3 người ở TP Hạ Long (Quảng Ninh)

Sau đây là một số hình ảnh về sự cố sụt trượt tại các tuyến đường:

- Sụt trượt trên tuyến đường sắt Hà Nội - Lào Cai

Hình 1.1: Sụt trượt đường sắt Hà Nội-Lào Cai ngày 6/9/2010 tại Yên Bái.

- Sụt trượt kéo dài nhiều năm ở km 29 quốc lộ 4D:

đường nơi đây bị lún sụt tới 1,2 mét và bị dịch chuyển sang ta luy âm từ 0,30 – 0,50 mét.

- Lở đất lớn trên QL12:

Hình 1.3: Khắc phục sụt trượt trên Quốc lộ 12 tại Km83+979 đến Km83+00 lý trình

Km83+831 đến Km84+234 (tháng 11/2011) chiều dài lên đến 400 m, chiều cao khối sụt lên đến 100 m, Vmax 500 nghìn m3 mét khối đất đá

- Trên Quốc lộ 1A qua tỉnh Phú Yên:

Hình 1.4: Vị trí sụt lún tại km 1294+820 trên quốc lộ 1A, đoạn qua địa phận thôn Cần

Lương, xã An Dân, huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên (11/2010) mặt đường bị lún sụt gần 4m với chiều sâu hơn 3m, chiều dài đoạn đường dài 80 m trên quốc lộ 1A bị lún sụt rất nặng.

- Tuyến đường Hồ Chí Minh qua tỉnh Quảng Nam

Hình 1.5: Sạt lở ta-luy âm đoạn Km476 đoạn đường Hồ Chí Minh

qua huyện Đông Giang, tỉnh Quảng Nam.

Hình 1.6: Một đoạn đường qua huyện Phước Sơn (Quảng Nam) trên tuyến Đường

HồChí Minh bị sạt lở nghiêm trọng đang được xử lý khắc phục.

Hình 1.7: Cầu Đăk Trát (Kontum) bị lũ cắt đứt Tuyến đường Hồ Chí Minh

đoạn qua Kontum có nhiều đoạn lơ lửng bên mép sông Pô Kô như thế này

- Sụt trượt trên tuyến đường nối Cảng biển Vũng Áng (HàTĩnh) với Cửa

khẩu Cha Lo (Quảng Bình).

Hình 1.8: Hiện trạng hậu quả sau khi sụt lở xảy ra Tại km 68+00 thuộc địa phận xã

Thuận Hóa.Vết nứt chạy dọc thân đường; đổ vỡ kết cấu trên mái ta luy (tháng 11/2011)

1.1.3 Phân loại sụt trượt đất đá trên đường giao thông

Theo kết quả nghiên cứu của Viện KH&CN GTVT, cơ sở khoa học đểphân loại các hiện tượng sụt trượt đất xảy ra trên đường giao thông ở Việt Nam làphải dựa một phần vào các kết quả nghiên cứu phân loại trượt đất đã được nhiềunước công bố trên thế giới, đồng thời phải dựa vào kết quả nghiên cứu tại chỗ vàchi tiết về:

- Bản chất của hiện tượng, cơ chế phát sinh, phát triển của hiện tượng

- Xem xét các điều kiện và nguyên nhân chính phát sinh ra hiện tượng

- Các đặc điểm về biến dạng, sự dịch chuyển và các vết lộ tại hiện trường

Hình 1.9.a: Trượt đất (Slide, Landslides)

Hình 1.9.b: Sụt lở đất (Topples, Earthflows, Debris Avalanche)

Hình 1.9.c: Xói đất (Soil Erosion, Debris Flows)

Hình 1.9.d: Đá lở, đá lăn (Rockfall) Hình 1.9 Các dạng cơ bản của hiện tượng sụt trượt đất trên đường giao thông ở Việt

Nam (Theo kiến nghị phân loại của Viện KH&CN GTVT, 12/2009)

Từ kết quả theo dõi, thống kê trên 1000 vị trí sụt đất, kết hợp nghiên cứu vàkiểm chứng về phân loại sụt trượt đất tại Việt Nam trong suốt 35 năm qua, ứng vớiđiều kiện địa hình và địa chất của Việt Nam, cho đến nay Viện KH&CN GTVT đã

trình Bộ GTVT xem xét và chấp thuận phân chia ra 4 dạng sụt trượt cơ bản, đó là:Trượt đất; Sụt lở đất; Xói sụt đất; và Đá lở, đá lăn Các dạng sụt trượt đất cơ bản,theo cách phân loại của Việt Nam, được minh họa và thể hiện trên Hình 1.9(a,b,c,d).

1.1.3.1 Trượt đất:

Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 12% tổng số các điểm sụt, Trượt đất là hiệntượng cả nguyên khối đất đá nằm trên sườn đồi hay mái dốc bị dịch chuyển nhưmột cố thể theo nguyên lý trọng lực, hướng di chuyển tịnh tiến xuống phía dướitrên một mặt liên tục, gẫy khúc hoặc có dạng cung tṛòn trong ḷòng đất gọi là mặttrượt Đất đá và cây cối nằm bên trên khối trượt, trong quá tŕnh bị dịch chuyển,không bị xáo trộn Cây cối mọc trên thân khối trượt vẫn c còn nguyên nhưng sẽ bịnghiêng đều theo một hướng (c còn gọi là hiện tượng cây say, rừng say) Trong đó,đất đá trên thân khối trượt và phía dưới bề mặt trượt vẫn có độ ẩm bbình thường,nhưng đất tại mặt trượt thbì có độ ẩm cao, tăng vọt, và trạng thái đất đá tại đó bị cànát, ṿò nhàu, vỡ vụn

1.1.3.2 Sụt lở đất đá:

Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 60% tổng số các điểm sụt trên tuyến, thực tế rấtkhó phát hiện các dấu hiệu như vách trượt, mặt trượt, trụ trượt một cách rõ ràng.Khối đất sụt có xu hướng dịch chuyển xuống cuối dốc Đất đá trong khối trượt bịxáo trộn cùng với cây cối Tốc độ sụt lở thường diễn ra khá nhanh ảnh hưởng đến

độ ổn định của các khối đất kề bên Lượng đất sụt có thể chiếm một thể tích khálớn, có thể tràn lấp hẳn một đoạn đường Đây là loại sụt trượt phổ biến trên cáctuyến đường miền núi nước ta

Hình vẽ 1.10 : Sơ đồ đất Sụt lở Đất đá tại 1 điểm thuộc tỉnh Đắc Rông

1.1.3.3 Xói sụt đất đá:

Do tác động bào xói của nước mặt và áp lực thủy động của nước ngầm gây

ra, chiếm tỷ lệ khoảng 15% các điểm sụt, trượt Đây là hiện tượng biến dạng cục bộcủa sườn đồi hoặc mái dốc dưới tác động trực tiếp của ḍng chảy từ lưu vực phíatrên đổ về hoặc kết hợp với tác động của ḍng chảy ngầm Đối với nền đường đào,lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bóc từng mảng ở phía trên đỉnh ta luysau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo ḍòng chảy và tỷ lệ với lưutốc ḍòng chảy

Hình vẽ 1.11: Sơ đồ xói sụt đất đá Hình Xói sụt đất đá tại Đắc Rông

Mức độ hoạt động gây xói thường chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày,hàng tuần mới hoàn thành một quá tŕnh xói sụt Khối lượng xói sụt không lớn vàtuỳ thuộc vào mức độ phong hoá của đất đá, độ dốc của sườn mái dốc, lượng nướcngầm, nước mặt Hậu quả cuối cùng của hiện tượng này thường để lại trên mặt địahình những rãnh xói, hoặc những hang hốc Sản phẩm của xói sụt đất là nhữngđống đất đá ở chân dốc, lấp mặt đường hoặc lấp suối

1.1.3.4 Đá đổ, đá lăn:

Là hiện tượng các tảng, các khối đá từ trên cao sườn đồi hoặc mái dốc bị lở

và rơi tự do, đổ thẳng xuống mặt đường tạo thành từng đống vụn, từng tảng hoặcthành từng khối lớn có kích thước từ vài cm đến hàng chục mét, gây mất ổn địnhcho mái dốc và cản trở giao thông, đặc biệt đe dọa đến an toàn giao thông chongười và các phương tiện tham gia giao thông trên đường

Hình vẽ 1.12: Sơ đồ đá lở, đá lăn Đá lở tại Km251T gần đầu cầu Đắk Rông

Theo số liệu thống kê sơ bộ của Viện Khoa học & Công nghệ GTVT, tỷ lệcác dạng đất sụt xuất hiện và phân bố trên đường HCM được sơ bộ đánh giá nhưsau :

- Hình loại sụt lở đất : là dạng phổ biến nhất, chiếm tới 60% tổng số cácđiểm sụt đã xử lý

- Hình loại xói sụt đất : chiếm khoảng 20-25%

- Hình loại trượt đất : chiếm khoảng 10-15%

- Hình loại đá lở, đá lăn : chiếm dưới 5%

1.1.4 Tổng kết các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng lún, sụt đất và các

giải pháp áp dụng xử lý trong công trình giao thông ở Việt Nam

1.1.4.1 Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng lún, sụt đất tại các công

trình

• Nguyên nhân khách quan (yếu tố tự nhiên):

- Địa hình: Với điều kiện địa hình của nước ta có góc nghiêng và chiều cao

bờ dốc (ta luy nền đường) lớn; tính chất của đất đá (các chỉ tiêu cơ lý: góc ma sáttrong, cường độ lực dính của đất đá quá thấp Hơn nữa, những bất thường về lượngmưa thường gây ra hiện tượng trượt Khi lượng mưa vượt quá 150 - 200 mm/h vàcường độ vượt quá 20 -30 mm/h, số lượng vụ trượt tăng lên trông thấy

- Khí hậu: ảnh hưởng trực tiếp là lượng mưa hàng năm Thêm vào đó, nhiệt

độ và gió cũng góp phần tăng thêm làm mất ổn định bờ dốc

- Nước mưa làm giảm độ bền của đất đá (nước làm giảm góc ma sát trong,cường độ lực dính), làm tăng mực nước ngầm, áp lực thủy động, trọng lượng khốitrượt

- Sự dao động nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm theo nhiều chu kỳ liên tiếplàm dần dần xuất hiện các khe nứt trong đất đá Nước thấm vào chúng làm các khenứt phát triển rộng thêm, sâu thêm dẫn đến việc làm giảm độ bền của đất đá và đất

đá sẽ dễ bị trượt hơn

- Sự phong hóa: Phong hóa là những quá trình vật lý và sinh hóa làm thayđổi thành phần, trạng thái và tính chất của đất đá, quá trình Phong hóa làm giảm độbền của đất đá Mức độ giảm phụ thuộc vào sự tác động của các tác nhân phonghóa Độ bền nén, cường độ lực dính, góc ma sát trong của đất đá đều bị giảm đi khimức độ phong hóa tăng lên, đồng thời tính chất nứt nẻ của đã cũng tăng lên Đốivới khí hậu ẩm, nóng lên, quá trình phong hóa xảy ra mạnh

- Động đất: Nước ta nằm trong vùng hoạt động kiến tạo mạnh, với cấp độtương đối cao, nằm trong dải từ cấp VI - VIII M.C.S

- Nước mặt và nước ngầm: Nước ta có mật độ sông ngòi thay đổi từ 0.45 (ở

vùng núi) tới 1.5 km/km2 (ở đồng bằng), lượng mưa lại nhiều nên khi nước mặt vànước ngầm cũng góp phần đáng kể trong việc làm giảm các chỉ tiêu cơ lý của đất(áp lực thủy động và thủy tĩnh)

- Thời gian: ảnh hưởng tới sự ổn định của bờ dốc vì làm thay đổi tất cả cácyếu tố kể trên theo thời gian

• Nguyên nhân do tác động của con người

- Làm đọng nước trên bờ dốc: dẫn đến nước càng ngày càng thấm sâu vào bờdốc sẽ làm độ ổn định của bờ dốc giảm dần

- Làm mất lớp phủ thực vật trên bờ dốc: khi bị mất lớp phủ dẫn đến động tháicủa nước mặt và nước ngầm làm ảnh hưởng xấu tới mức độ ổn định

- Thay đổi địa hình bờ dốc do các hoạt động sản xuất, khai thác của conngười như: khai thác mỏ, thi công các công trình giao thông, thủy lợi Việc đào bớtđất ở chân bờ dốc hay đắp thêm đất trên đỉnh bờ dốc trong quá trình thi công làmthay đổi địa hình, thay đổi ứng suất trên bờ dốc và khi bị mất cân bằng trong tươngquan giữa lực gây trượt và lực giữ, hiện tượng trượt rất dễ xảy ra

- Làm thay đổi trạng thái ứng suất trên bờ dốc: khi chất tải lớn trên mặt haytrên mặt nghiêng bờ dốc, làm mất chân bờ dốc làm bờ dốc có xu hướng dịchchuyển.

- Làm xuất hiện các chấn động lớn do hoạt động quân sự, thi công xây dựng,sản xuất (ví dụ như nổ mìn)

- Làm thay đổi điều kiện địa chất thủy văn do xây dựng đập, hồ chứa lớnv v

Như vậy, với cả nguyên nhân khách quan và chủ quan trình bầy ở trên đã dẫnđến hiện tượng sụt, trượt mái taluy trên các tuyến đường đã và đang diễn ra hết sứcphức tạp và mãnh liệt Do đó, việc nghiên cứu và phân loại các dạng sụt trượt mái taluy của là điều cần thiết Qua nghiên cứu và phân loại, xác định rõnguyên nhân hbình thành, điều kiện hỗ trợ phát sinh, đặc điểm, cấu trúc, kiến trúc,quy mô và cơ chế phát triển sụt trượt của mái taluy Từ những kết quả nghiên cứu

và phân loại này đánh giá được độ ổn định của mái taluy và đưa ra giải pháp phòngchống hiệu quả đối với mỗi dạng sụt trượt

1.1.4.2 Các giải pháp áp dụng xử lý sụt trượt đất trong công trình giao thông ở Việt Nam

a Gia cố bảo vệ bề mặt ta luy chống xói lở:

- Bảo vệ xói lở ta luy bằng biện pháp trồng cỏ: cỏ bản địa (cỏ lau, lan rừng),

cỏ Vetiver

- Bảo vệ xói lở ta luy bằng đá hộc: đá hộc lát khan, đá hộc xây, thảm rọ đá

- Bảo vệ xói lở ta luy bằng bê tông: lát tấm bê tông kín, lát tấm bê tông hở,

bê tông phun (phun thường, phun có lưới thép) che phủ bề mặt mái ta luy

- Bảo vệ bằng khung bê tông cốt thép kết hợp với các biện pháp trồng cỏ, ốp

I đá hộc, phun bê tông bên trong khung

b Thu và thoát nước (hệ thống công trình thoát nước):

- Thu và thoát nước mặt: hệ thống rãnh đỉnh, rãnh thu nước trên cơ, rãnh dẫnnước, bậc nước, dốc nước, rãnh dọc

- Thu và thoát nước ngầm: rãnh ngầm thu nước dưới chân ta luy, ống thunước ngầm trên mái dốc.

c Thiết lập mặt cắt hình học hợp lý:

- Đào ta luy thay đổi độ dốc theo địa chất mái đào

- Cắt cơ, giảm tải mái dốc

- Đắp bệ phản áp dưới chân ta luy

d Sử dụng các kết cấu chịu lực gia cường:

- Tường chắn bằng đá xếp: Tường rọ đá lưới thép mạ kẽm, tường rọ đá lướithép mạ kẽm và bọc nhựa PVC (loại Gabion), tường rọ đá có lưới thép neo phíatrong mái ta luy hoặc nền đường (loại Terramessh)

- Tường chắn trọng lực bằng đá hộc xây vữa xi măng, tường chắn trọng lực

bê tông thường mác M150

- Tường chắn bằng bê tông cốt thép móng đặt trên nền thiên nhiên, tườngchắn bằng bê tông cốt thép móng cọc (móng cọc khoan nhồi, cọc đóng BTCT, cọcray)

- Khung bê tông cốt thép kết hợp với neo cứng, khung bê tông cốt thép kếthợp với neo dự ứng lực

- Neo đá, neo dự ứng lực trong đất của hãng OVM - Trung Quốc

e Các giải pháp kỹ thuật khác

- Cải tuyến để tránh ra khỏi vùng xảy ra sụt trượt

- Xây dựng cầu cạn (một trường hợp dặc biệt của biện pháp cải tuyến) đểvượt hoặc tránh khỏi khu vực xảy ra sụt trượt

- Xây dựng hầm để tránh đào phá

Việc xem xét đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý sụt trượt đất được xem làhợp lý chỉ trên cơ sở khảo sát cụ thể, phân tích và giải thích một cách logic vềcác điều kiện bất lợi và các nguyên nhân trực tiếp gây nên hiện tượng Từ đó,trên cơ sở nắm vững bản chất của hiện tượng sụt trượt đó, tư vấn thiết kế mới cơ

sở để đề xuất và lựa chọn công nghệ và biện pháp thiết kế để xử lý cho phù hợp

Để lựa chọn công nghệ xử lý đất sụt thích hợp, cần phải thỏa mãn được 02 yêucầu sau đây:

- Yêu cầu 1: Công nghệ được lựa chọn phải góp phần đảm bảo hoặc làtạm thời hoặc là bền vững, lâu dài đối với sự ổn định mái dốc và an toàn chongười và phương tiện qua lại

- Yêu cầu 2: Công nghệ được lựa chọn phải phù hợp với chủ trương đầu tư vàkhả năng cấp kinh phí của cấp có thẩm quyền Theo đó, tùy theo chủ trương đầu

tư, mà có thể lựa chọn các công nghệ đơn giản, rẻ tiền hoặc các công nghệ hiện đại

đủ khả năng kiên cố hóa, đòi hỏi kinh phí lớn hơn nhưng công trình lại có thể đạtđược độ bền vững và ổn định cao hơn

Trong số 4 dạng đất sụt chủ yếu nêu trên, tại Việt Nam theo thống kê chothấy, dạng sụt lở xuất hiện cao nhất và là dạng chủ yếu trên các tuyến đường,với tỷ lệ chiếm khoảng 60% Trong khi đó, dạng trượt đất, tuy chỉ chiếm cókhoảng 10-15% nhưng lại là dạng khó xử lý nhất và đòi hỏi kinh phí xử lý caonhất Các dạng sụt đất nói trên chỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định,thường là xảy vào mùa mưa và phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện địa hình, địamạo, địa chất cấu tạo, ĐCCT, ĐCTV và thuỷ văn Các công nghệ chủ yếu được sửdụng trong công cuộc đấu tranh chủ động phòng chống sụt lở được thể hiện rõnét trong các Dự án kiên cố hoá hạ tầng cơ sở giao thông đường bộ

Mỗi một loại hình sụt trượt đều có đặc điểm và nguyên nhân phát sinh riêng,

do đó cần phải lựa chọn công nghệ thích hợp để xử lý nó Để có thể lựa chọn vàquyết định sử dụng công nghệ hợp lý nhằm phát huy hiệu quả kinh tế - kỹ thuậttrong cuộc đấu tranh phòng chống sụt trượt và kiên cố hóa công trình giao thôngđoạn qua khu vực có sụt trượt hoạt động mạnh, cần tuân thủ theo trình tự như sau:

- Khảo sát địa hình, ĐCCT, ĐCTV và tổ chức đo vẽ ĐCCT để phát hiện cácvết lộ ĐCCT động lực nhằm xác định hình loại sụt trượt theo bảng phân loại

- Sau khi xác định được chính xác loại hình sụt trượt, căn cứ vào chủtrương đầu tư, để lựa chọn công nghệ đơn giản hay hiện đại tương ứng với các giảipháp đảm bảo giao thông mang tính tình thế, tạm thời hay kiên cố hóa mang tính

ổn định bền vững lâu dài

- So sánh phương án để lựa chọn công nghệ thích hợp nhất phù hợp vớiloại hình sụt, khả năng kinh phí, yêu cầu về tiến độ, năng lực của tư vấn và nhàthầu, và các yêu cầu khác về bảo vệ môi trường, cảnh quan.

1.2 Về Giải pháp tường chắn trong xử lý sụt trượt tại các tuyến đường giao thông :

Tường chắn là kết cấu công trình dùng để giữ khối đất đắp hoặc vai hố đàosau tường khỏi bị sạt trượt Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngànhxây dựng, thủy lợi, giao thông Khi làm việc lưng tường chắn tiếp xúc với khối đấtsau tường và chịu tác dụng của áp lực đất

Theo số liệu thống kê về các biện pháp xử lý kiên cố hóa ta luy, mái dốc trêncác công trình miền núi có khả năng sụt, trượt đất cao; mà điển hình là tuyếnđường Hồ Chí Minh, trên toàn tuyến đường (Giai đoạn I) dài khoảng 1000 (tổngchiều dài đường Hồ Chí Minh là 3167 km), đã tổ chức thực hiện bền vững hóa tại

468 vị trí sụt lở có quy mô lớn và vừa, với tổng chiều dài công trình tường chắn đãxây dựng khoảng 150 Km (chiếm khoảng 15% tổng chiều dài toàn tuyến) Tuynhiên, chỉ sau mùa mưa năm 2007, theo thống kê của Viện Khoa học & Công nghệGTVT trên đoạn Đăk Krông – Đăk Glei (dài khoảng 400 Km) đã phát sinh thêm

187 điểm sụt đất lớn nhỏ, chủ yếu tập trung vào đoạn A Đơt – A tep – Prao –Thạnh Mỹ và đoạn Khâm Đức – Đăk Glei

Về các biện pháp bền vững hóa, theo thống kê của Viện Khoa học và Côngnghệ GTVT, tính đến ngày 31/ 12/ 2006, tổng số các điểm sụt lở trên toàn tuyếnđường Hồ Chí Minh từ Thạch Quảng vào đến Ngọc Hồi (chưa kể nhánh phía Tây)

là 752 điểm, nhưng chủ yếu tập trung trên các đoạn qua đèo Đá Đẽo (Quảng Bình),đoạn Đăk Krông - Tà Rụt, đoạn qua đèo Pê ke, đoạn  Đơt - A tep, A Tep - Prao,Prao - Thạnh Mỹ và Đăk Zôn - Đăk Glei qua đèo Lò Xo Trong đó, các điểm đãđược thiết kế và xây dựng bền vững hóa là 468 điểm, chiếm tỷ lệ 62% Còn lại cácđiểm sụt lở khác chưa có điều kiện bền vững hóa ngay, mà chủ yếu mới chỉ đượcthực hiện bằng giải pháp hót sụt hoặc xếp tạm rọ đá là 284 điểm, chiếm 38%

Theo tổng hợp số liệu của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, các biệnpháp bền vững hóa cơ bản đã được các đơn vị tư vấn thiết kế trong và ngoài ngànhGTVT áp dụng phổ biến trên toàn tuyến đường HCM trong thời gian qua bao gồm:

- Tường chắn móng cọc;

- Tường chắn trọng lực;

- Tường xếp rọ đá;

- Gia cố chống xói bề mặt mái dốc;

- Cắt cơ kết hợp thoát nước;

Qua theo dõi của Viện Khoa học & Công nghệ GTVT (cuối năm 2006),trong số 468 điểm đã được bền vững hóa, nhận thấy:

- Có tới 70 % các điểm sụt đất đã được xử lý sử dụng biện pháp tường chắn;

- Khoảng 30% các điểm không sử dụng tường chắn;

- Có khoảng 10% các điểm có kết hợp sử dụng gia cố bề mặt mái dốc bằng

cỏ Vetiver

- Khoảng 5% các điểm có kết hợp sử dụng gia cố bề mặt mái dốc bằng.Như phân tích ở phần trên thấy rõ, biện pháp áp dụng phổ biến và chủ yếutrong tại Việt Nam để đảm bảo ổn định cho bờ dốc, kiên cố hóa trong công trìnhgiao thông đó là xây dựng các công trình tường chắn đất

Sở dĩ, Công nghệ tường chắn đất được áp dụng phổ biến bởi vì nó có khảnăng chịu áp lực đất lớn, thi công không đòi hỏi quá phức tạp, tận dụng được vậtliệu địa phương và tường chắn đất có tuổi thọ công trình khá cao

Tuy nhiên, theo số liệu thống kê, thực tế cũng cho thấy có khoảng từ 5-10 %các công trình tường chắn gặp sự cố trong quá trình khai thác chống sụt trượt dướidạng bị nứt vỡ, đẩy nghiêng, hoặc đổ vỡ phá hủy

Theo các kết quả nghiên cứu trong nước đã được công bố về nguyên nhân sự

cố, ngoài những trường hợp thi công không đảm bảo chất lượng, còn một nguyênnhân hết sức quan trọng nằm ở khâu khảo sát - thiết kế, tính toán và lựa chọn giảipháp xử lý chưa hợp lý

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT

2.1 Khái niệm chung về tính toán tường chắn đất

Tường chắn là kết cấu công trình dùng để giữ khối đất đắp hoặc vai hố đào sautường khỏi bị sạt trượt Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xâydựng, thủy lợi, giao thông Khi làm việc lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sautường và chịu tác dụng của áp lực đất

Khái niệm về tường chắn còn được mở rộng ra cho tất cả những bộ phận củacông trình có tác dụng tương hỗ giữa đất tiếp xúc với chúng

Hình 2.1 Mặt cắt một số loại tường chắn

a) Đường đắp; b) Đường đào; c,d) Mố cầu;

g) Tường bên cống nước; h) tường tầng hầm.

Áp lực đất là một trong những tải trọng chủ yếu tác dụng lên tường Thiết kế

và xây dựng các tường chắn, cần xác định được trị số, điểm đặt, phương và chiềutác dụng của áp lực đất, đó là tài liệu quan trọng trong thiết kế tường chắn

Cấu tạo tường chắn: gồm 4 bộ phận chính:

(1) Thân tường chắn: là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với khối đất đắp sau lưngtường Tiếp nhận áp lực đất và tải trọng sau khối đất đắp

Khi cấu tạo thân tường chắn phải căn cứ vào yêu cầu bảo đảm cường độ và độ

ổn định, dựa vào nguyên tắc hợp lý về kết cấu, mặt cắt kinh tế và thi công thuận lợi

đế xác định

Thân tường chắn có thể thiết kế thẳng đứng, dốc về phía mái đất (dốc âm),hay ngả ra ngoài (dốc dương)

Hình 2.2: vẽ cấu tạo của Tường chắn

(2) Móng tường chắn:

Móng tường chắn có tác dụng tăng khả năng ổn định cho tường chắn trước áplực chủ động và các áp lực tác dụng lên tường chắn thông qua khối đất Móngtường chắn có tác dụng phân bố ứng suất của áp lực tường chắn xuống đất nền.Móng các tường chắn xây dựng phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất,bảo đảm chiều sâu chôn móng đủ sâu để bảo đảm ổn định của tường chắn

(3) Thiết bị thoát nước:

Tường chắn đất phải có biện pháp thoát nước thích đáng đề phòng nước mưathấm xuống và xói rỗng đất sau tường, làm giảm năng lực chịu tải của nền móng,tăng lực đẩy sau tường và tăng nhanh tốc độ gỉ của cốt chịu kéo

Phải làm tốt việc thoát nước mặt dốc sau lưng tường và mặt đỉnh khối đất cócốt như bố trí rãnh đỉnh (thoát nước), đầm chặt đất xốp bề mặt và làm lớp cách ly

để giảm nhỏ lượng nước thấm và nước chảy trên bề mặt Rãnh biên ở chân tườngchắn nền đào phải gia cố bằng lát đá xây vữa không cho nước trong rãnh thấmxuống nền móng

(4) Khe nối tiếp:

Nhằm tránh việc nền móng lún không đều ảnh hưởng bất lợi đến tình hìnhchịu lực của thân tường cần phải bố trí các khe phòng lún ở các chỗ tính chất nền

móng thay đổi hoặc chiều cao thay đổi

Thường bố" trí khe phòng lún và khe co dãn kết hợp với nhau

Nên căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất để phân đoạn thiết kế và thi côngtưòng chắn Với các nền móng không phải là đá cứ cách 10 - 15 m (với tường chắnđất có cốt là 30m) nên bố trí một khe phòng lún và co dãn, với nền móng đá khoảngcách giữa các khe co dãn có thể tăng lên thích đáng Chiều rộng khe phòng lún và

co dãn thường từ 2 - 3cm, làm suốt từ đỉnh tưòng đến móng tưòng và dùng nhựamatit để chèn kín ỏ mặt trong, mặt ngoài và đỉnh tường với chiều sâu không dưới15cm

2.1.1 Phân loại tường chắn đất.

Người ta có thể phân loại tường chắn dựa trên các cơ sở mục đích sau đây:

2.1.1.1 Phân loại theo độ cứng.

- Tường cứng: Là loại tường không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà

chỉ có chuyển vị tịnh tiến và xoay Độ ổn định của loại tường này thường đượcquyết định do trọng lượng bản thân tường

- Tường mềm: Là loại tường sinh ra biến dạng uốn khi chịu tác dụng của áplực đất Sự ổn định của loại tường này được quyết định bằng cách chôn chân tườngvào trong nền đất, để tăng cường sự ổn định và độ cứng của tường người ta thườngdùng neo tường vào khối đất

2.1.1.2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc:

- Tường trọng lực (Hình 2.2.a): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọnglượng bản thân tường

- Tường nửa trọng lực (Hình 2.2.b): Độ ổn định được đảm bảo không chỉ dotrọng lượng bản thân tường và bản mỏng mà còn do trọng lượng của khối đất đắpnằm trên bản mỏng

- Tường bản góc (Hình 2.2.c): đổ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọnglượng khối đất đắp đè lên bản móng

- Tường mỏng (Hình 2.2.d): sự ổn định của loại tường này được đảm bảo bằngcách chôn tường vào trong nền

a) b) c) d).

Hình 2.4: Các dạng tường chắn đất

2.1.1.3 Phân loại theo chiều cao

- Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn 10m

- Tường trung bình: chiều cao H=10-20m

- Tường cao: có chiều cao H>20m

2.1.1.4 Phân loại theo góc nghiêng của lưng tường.

- Tường dốc (Hình 2.3.a,b): lại được phân thành 2 loại dốc thuận và dốcnghịch

- Tường thoải (Hình 2.3.c): góc nghiêng α của lưng tường lớn

Hình 2.5: Các dạng tường chắn đất phân loại theo góc nghiêng

2.1.1.5 Phân loại theo kết cấu.

- Tường liền khối: làm bằng BT, xây đá, gạch xây,

- Tường lắp ghép

- Tường rọ đá

- Tường đất có cốt

Hình 2.6: Một số dạng tường liền khối

a) Hình chữ nhật, b) Hình thang có ngực tirờng nghiêng, c) Hình thang có lưng tường nghiêng, d) Hình thang có ngực và lưng nghiêng, e) Hình thang nghiêng về phía đất đắp, g) Có móng nhồ ra phía trước, h) Có lưng găy khúc, i) Có lưng bậc cấp, k) Có

2.1.2 Áp lực đất và điều kiện sản sinh ra áp lực đất.

Do trọng lượng của khối đất sau tường và tải trọng ở trên bề mặt khối đất đó(nếu có), cho nên sẽ sinh ra một áp lực đất tác dụng lên lưng tường, tùy theo hìnhthức chuyển vị của tường mà trạng thái ứng suất của khối đất sau tường sẽ khácnhau, do đó trị số của áp lực đất lên tường cũng khác nhau Vì vậy, trước khi xétđến vấn đề tính toán áp lực đất, cần phải biết điều kiện sản sinh ra chúng

Hình vẽ 2.9 Sơ đồ hướng trượt và chuyển vị của tường

Dưới ảnh hưởng của trọng lực, khối đất sau lưng tường luôn luôn có xuhướng chuyển dịch và khi gặp sức phản kháng của tường thì sẽ tạo ra áp lực tácdụng lên tường Áp lực này phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất, kích thước hìnhhọc của tường và nó phụ thuộc rất nhiều vào độ chuyển vị của tường

Nếu tường tuyệt đối cứng, và hoàn toàn không chuyển vị đất sau tường ổnđịnh, thì khối đất sau tường ở trạng thái cân bằng tĩnh, áp lực đất tác dụng lên lưngtường lúc này gọi là áp lực tĩnh và ký hiệu bằng Et

Khi tường chuyển dịch về phía trước hoặc quay với một góc rất nhỏ quanhmép trước của chân tường (hình 2-4.a), thì khối đất sau lưng tường sẽ dãn ra, áp lựcđất lên tường sẽ giảm dần khi độ chuyển dịch của tường tăng Khi chuyển dịch đạtđến giá trị nhất định (∆ =0,1÷0,5%H, với H: chiều cao của tường) thì xuất hiện cácvết nứt trong đất, khối đất sau tường sẽ bị trượt xuống theo các vết nứt, người ta gọi

là mặt trượt chủ động Áp lực đất tương ứng khi xuất hiện mặt trượt gọi là áp lực

chủ động và ký hiệu là Ec

Ngược lại nếu do tác dụng của lực ngoài tường chuyển dịch ngang hoặc ngã

về phía sau (hình 2-4.b) thì khối đất sau tường sẽ bị ép lại, do đó mà áp lực lêntường sẽ tăng dần lên khi độ chuyển dịch của tường tăng Khi chuyển dịch đủ lớn(khoảng ∆ =1÷5%H ) trong đất xuất hiện vết nứt và khối đất sau tường bị đẩy trượtlên trên người ta gọi là mặt trượt bị động Áp lực đất tác dụng lên tường tương ứng

khi xuất hiện mặt trượt gọi là áp lực bị động và ký hiệu là Eb

Hình 2.10: Quan hệ giữa áp lực đất chủ động và chuyển vị

Nhìn chung, tất cả các loại tường chắn đều làm việc ở điều kiện hết sức phứctạp, do đó việc xác định giá trị áp lực hông thực tế tác dụng lên công trình chắn đất

là một vấn đề rất khó khăn, nên các giá trị áp lực hông tính toán được theo cácphương pháp hiện có, kể cả phương pháp được gọi là chính xác nhất hiện nay cũngchưa cho được lời giải phản ánh đúng thực tế

2.1.3 Phương pháp xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn

Khi đó áp lực của đất tác dụng lên mặt phẳng lưng tường chính là áp lực hôngtrên mặt phẳng đó trong nền khi không có tường (giả thiết sự có mặt của tườngkhông làm thay đổi điều kiện làm việc của đất) Khối đất ở trạng thái cân bằng tĩnh.Cường độ áp lực đất tĩnh được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

- γ: Dung trọng của đất

- z: Độ sâu của điểm M cần tính

- Ko: Hệ số áp lực hông của đất Hoặc có thể lấy theo bảngsau:

Ko= µo/(1- µo); Ko= 1-sinϕ; Ko= (1-sinϕ)/cosϕ ;

2.1.4 Các lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn.

Lý thuyết áp lực đất là một trong những vấn đề quan trọng và phức tạp của

Cơ học đất Để giải quyết vấn đề này, đến nay đã có khá nhiều thuyết về áp lực đấttheo những quan điểm khác nhau Tuy nhiên, có thể thấy rằng tất cả các lý thuyết ấythuộc về hai loại cơ bản khác nhau

- Loại có xét đến độ cứng của tường

- Loại không xét đến độ cứng của tường giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉxét đến các trị số áp lực đất ở trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực đất bịđộng Thuộc loại này có thể phân thành hai nhóm

2.1.4.1 Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn.

Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giớihạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước, như một khối rắn ở trạng thái cân bằnggiới hạn Đại diện cho xu hướng lý thuyết này là lý thuyết C.A.Coulomb (1773) vàsau đó được I.V.Pôngxele, K.Culman, phát triển thêm

Lý luận áp lực đất của C.A.Coulomb chỉ được coi là lý luận gần đúng donhững hạn chế của các giả thiết cơ bản Song hiện nay lý luận này vẫn được dùngphổ biến để tính áp lực đất chủ động lên tường chắn, vì tính toán tương đối đơngiản, có khả năng giải được nhiều bài toán thực tế phức tạp và cho kết quả đủ chínhxác trong trường hợp tính áp lực đất chủ động, còn khi xác định áp lực bị động củađất thì sai số lại quá lớn so với thực tế.

2.1.4.2 Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm):

Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các trị số áp lực đất chủ động và áplực đất bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp đạt trạng thái cânbằng giới hạn cùng một lúc Lý thuyết này đã được giáo sư V.L.M - Rankine đề ranăm 1857 sau đó được nhiều tác giả phát triển thêm và đặc biệt đến nay lý thuyếtcân bằng giới hạn phân tố được phát triển rất mạnh mẽ, trước hết phải kể đến cáccông trình nghiên cứu lý thuyết của viện sĩ V.V.Xôcôlovski Ngoài ra còn cóX.X.Geluskêvits đã thành công trong việc giải các bài toán về lý thuyết cân bằnggiới hạn bằng phương pháp đồ giải, bằng hệ vòng tròn đặc trưng

Đến nay, lý thuyết tính toán áp lực đất có xét đến độ cứng của tường (tườngmềm) chưa được nghiên cứu đầy đủ bằng lý thuyết tính toán áp lực đất lên tườngcứng loại này được phát triển theo hai hướng

Xu hướng tính gần đúng theo các biểu thức tính toán áp lực đất chủ động và

áp lực đất bị động đối với tường cứng

Xu hướng tính tường mềm như dầm tựa lên nền đàn hồi và dùng các loại môhình cơ học về nền để giải Các phương pháp theo xu hướng này không những chophép xác định áp lực đất lên tường mềm (tức là phản lực nền) mà còn xác định được

cả chuyển vị của tường mềm nữa

Theo lý thuyết của phương pháp này trạng thái cân bằng giới hạn sẽ xảy rakhông phải chỉ tại các điểm trên mặt trượt, mà ở tất cả mọi điểm trong vùng đất mất

ổn định Lúc này, đất ở khắp các nơi trong vùng đều có xu thế trượt theo nhữngđường trượt bao gồm hai họ khác nhau và tạo thành một mạng lưới kín khắp trongphạm vi vùng đất bị phá hoại

Dựa vào trạng thái ứng suất trong vật thể bán không gian vô hạn và điều kiệncân bằng giới hạn tại một điểm trong bán không gian đó W.J.W.Rankine đã đề ra

phương pháp tính toán áp lực đất chủ động và bị động của đất lên tường bỏ qua masát giữa đất và tường, nghĩa là ứng suất phân bố trên mặt tiếp xúc giữa đất và tườngtrong trường hợp có tường và không có tường như nhau.

Theo lý thuyết V.V.Xôclovski cho rằng sự có mặt của tường chắn trong đất

sẽ làm thay đổi điều kiện làm việc của nền đất sau lưng tường rất nhiều Chính vìvậy cần đưa vào tính toán không những điều kiện biên ở trên mặt đất mà còn cảđiều kiện biên ở mặt tiếp xúc giữa đất và tường, đó chính là yếu tố ma sát giữa đất

và tường Khi xuất hiện áp lực đất chủ động (hoặc bị động), trong nền đất đắp sautường đồng thời xuất hiện khối trượt giới hạn bởi hai mặt trượt và mặt đất tự nhiên.Mặt trượt thứ nhất xảy ra trong khối đất như hình (2-20)

Hình 2-12: Các dạng mặt trượt trong đất sau lưng tường chắn.

Trong trường hợp nếu mặt phẳng lưng tường trơn nhẵn, ma sát giữa đất vàtường nhỏ hơn ma sát trong của đất thì mặt trượt thứ II chính là mặt phẳng lưngtường như hình (2-20.a)

Trường hợp bề mặt lưng tường ghồ ghề, độ nhám lớn, ma sát giữa đất vàtường lớn hơn ma sát trong của đất, mặt trượt thứ II thường xảy ra trong đất sát lưngtường hình (2-20.b)

Còn trường hợp lưng tường quá thoải, góc nghiêng lưng tường (ε) lớn thì mặttrượt thứ II cũng thường xảy ra trong đất nhưng cách lưng tường một quãng (Hình2-20.c) Chính yếu tố ma sát làm thay đổi tình hình ứng suất trong đất nền

Khi đất nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn không phải toàn bộ thỏa mãnđiều kiện cân bằng giới hạn cực tiểu đơn thuần, hoặc cân bằng giới hạn cực đại đơnthuần như W.J.W Rankine quan niệm, mà trong nền đất có thể xuất hiện nhiều vùng

khác nhau với những điều kiện cân bằng giới hạn khác nhau; tuỳ thuộc vào tìnhhình tải trọng và ma sát giữa đất và tường.

Vì vậy, lý luận áp lực đất của Xôcolovski hiện nay được coi là một lý luậnchặt chẽ về mặt toán học, cho kết quả với độ chính xác khá cao và đúng với cácquan sát thực tế, song còn bị hạn chế chủ yếu ở chỗ cách thực hiện lời giải quá phứctạp, chưa đưa ra được các lời giải và bảng tính sẵn cho mọi trường hợp cần thiếttrong tính toán thực tế

2.2 Lý thuyết áp lực đất của C.A.COULOMB.

- Các giả thiết của lý thuyết C.A.Coulomb:

Hình 2.13: Sơ đồ lực tác dụng lên khối đất

(1) Trạng thái giới hạn của tường chắn cứng và khối đất đắp sau tường đượcxác định bằng sự chuyển dịch (trượt hoặc lật) của tường đủ gây cho một khối đấtsau lưng tường có xu thế tách ra và trượt theo một mặt trượt phẳng nào đó Mặtlưng tường cũng là một mặt trượt (quy ước gọi là mặt trượt thứ hai)

(2) Khối đất trượt xem như một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bằng hai mặttrượt: mặt trượt phát sinh trong khối đất đắp và mặt lưng tường (hình trên)

Giả thiết này cho phép thay thế các lực thể tích và lực bề mặt tác dụng lênkhối đất trượt bằng những hợp lực của chúng và ứng dụng trực tiếp các kết quả củamôn cơ học vật rắn

(3) Trị số áp lực đất chủ động lên tường chắn được xác định tương ứng với lực

đẩy của khối đất trượt “rắn tuyệt đối” lên tường chắn ứng với trạng thái cân bằng giới hạn của nó trên hai mặt trượt (trị số áp lực đất bị động được xác định tương

ứng với lực chống của khối đất trượt “rắn tuyệt đối” lên tường…)

Giả thiết này cho phép ta thừa nhận:

(a) Các phản lực của tường và của đất (phần nguyên) lên khối đất trượt "tuyệtđối rắn" lệch với phương pháp tuyến của mặt trượt một góc bằng góc ma sát ngoài

<δ (giữa lưng tường với khối đất trượt) hoặc bằng góc ma sát trong ϕ (giữa đấtnguyên với khối đất trượt)

(b) Đa giác lực khép kín

Trước đây, Culông không xét đến lực dính của đất đắp và như vậy trong sơ đồlực (hình II-l) có ba lực: G, E, R về sau, lực dính của đất đắp đã được xét đến và đăđược quy định sử dụng trong các quy phạm hiện dùng trong nước và ngoài nước

Do đó, để mở rộng phạm vi sử dụng lí thuyết Culông cho đất dính, hiện nayphải thêm giả thiết thứ 4 về lực dính của đất

(4) Lực dính của đất đắp được xem như tác dụng theo phương của mặt trượt

và phân bố đều trên mặt trượt

Như vậy, ảnh hưởng của tính dính của đất được xét đến qua hai lực tác dụnglên hai mặt trượt, trên mặt trượt thứ nhất, lực dính được xác định theo công thức(xét bài toán phẳng):

T = c.LLực dính tác dụng lên mặt trượt thứ hai (lưng tường) bằng:

T = c0.L0Trong đó:

c: Lực dính đơn vị của đất đắp

co: Lực dính đơn vị của đất đắp lưng tường

L: Chiều dài mặt trượt thứ nhất

L0: Chiều dài mặt trượt thứ hai

Hình 2.14: Sơ đồ lực tác dụng lên khối đất

Trong trường hợp đất đắp là loại đất dính, sơ đồ lực như ở hình trên và gồm 5lực G, R, T, T0 và E

Từ sơ đồ hình trên chiếu tất cả các lực tác dụng vào khối đất trượt lên trục Uvuông góc với R và chú ý đến các góc giữa các lực và các kí hiệu:

α - góc giữa lưng tường với mặt thẳng đứng;

θ0 - Góc giữa mặt nằm ngang và mặt trượt giả định

2.2.1.Áp lực chủ động lớn nhất của đất rời theo lý thuyết C.A.Coulomb

Giả sử có một tường chắn cứng với lưng tường phẳng AB, chắn giữ khối đấtđắp (đất rời) sau lưng tường với mặt đất có dạng bất kỳ, không chịu tác dụng của tảitrọng ngoài (hình 2-6)

Nếu gọi α (ε) là góc nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng và (θ0)

ω là góc hợp bởi mặt trượt giả thiết nào đó với phương nằm ngang, thì tại thời điểmxảy ra trượt sẽ xuất hiện hai mặt trượt AB và BC, tạo thành lăng thể trượt ABC

Hình 2.15: Trạng thái giới hạn của khối đất lưng tường

Tính toán theo nguyên lý đã nêu trên, ta có công thức tính áp lực chủ độngđược tính theo công thức :

Ecmax= 1

2.γ.H2.Kcd (2-18)Trong đó,

Với: H - Chiều cao tường chắn;

δ - Góc ma sát giữa đất đắp và lưng tường, theo tcó thể lấytheo bảng

Bảng trị số góc ma sát giữa đất đắp và lưng tường.

Các tr ư ờng hợp đặc biệt:

- Trường hợp tường thẳng đứng với lưng tường nhẵn, mặt đất sau lưng tườngnghiêng dưới góc bằng góc ma sát trong của đất, tức là (α= 0, δ = 0 và α = ϕ).

Kcđ = cos2ϕ

- Trường hợp lưng tường nghiêng, lưng tường trơn nhẵn và mặt đất nằmngang tức là (δ = 0 , α = 0 và α ≠ 0) Do đó ta có :

Kcd= [+tgα+tg(45o-(ϕ-α)/2)]2.cosαLấy dấu (+) khi tường nghiêng dương còn dấu (-) khi tường nghiêng âm

- Trường hợp tường thẳng đứng, lưng tường trơn nhẵn và mặt đất sau lưngtường nằm ngang, tức là (δ = 0, α = 0 và ε = 0) Do đó ta có:

Kcd= tg2(45o-ϕ/2)

2.2.2 Áp lực chủ động lớn nhất của đất dính theo lý thuyết C.A.Coulomb.

Việc tính toán áp lực đất chủ động lớn nhất, có xét đến ảnh hưởng của lựcdính kết là điều rất cần thiết Trước đây, khi thiết kế thường hay bỏ qua ảnh hưởngcủa lực dính vì cho rằng nó chỉ được phát huy trong một điều kiện nhất định, cònkhi trong đất đắp xuất hiện vùng biến dạng dẻo dưới tác dụng của trọng lượng bảnthân đất cũng như do ảnh hưởng của tải trọng ngoài trên mặt đất đắp, hoặc khi đấtnằm trong nước, cũng như khi nhiệt độ của môi trường xung quanh thay đổi, làmcho kết cấu của khối đất bị phá hoại, thì ảnh hưởng của lực dính không còn nữa Rõràng đánh giá ảnh hưởng của lực dính như vậy là chưa thoả đáng

Lý luận áp lực đất của Coulomb có thể mở rộng đối với đất đắp là đất dínhdính, khi xác định áp lực chủ động Ecd của đất dính, vẫn dựa vào các giả thiết và

nguyên lý tính toán như đất rời, nhưng thêm vào giả thiết, lực dính của đất đắp đượcxem như tác dụng theo phương của mặt trượt và phân bố đều trên mặt trượt

Ảnh hưởng của lực dính được xét đến qua hai lực tác dụng lên hai mặt trượt,trên mặt trượt thứ nhất lực dính được xác định theo công thức (xét bài toán phẳng):

T= c BCLực dính tác dụng lên mặt trượt thứ hai (lưng tường) bằng:

To = co AB Trong đó, c0 - lực dính đơn vị của đất đắp với lưng tường

Trong trường hợp này đa giác lực gồm năm lực (G, R, T, T0 và Ecd) hợp lạicũng phải khép kín Dựa vào đa giác lực (hình 2-12.b) có thể thiết lập được côngthức của áp lực chủ động trong trường hợp này dưới dạng :

2 0 0

2

os

; 2

K c

ϕ

α ϕ

+ Trường hơp β=δ=α=0

2.2.3 Tính toán áp lực bị động nhỏ nhất của đất tác dụng lên lưng tường chắn.

Đối với đất rời, kết quả của phương pháp giải tích cho trường hợp mặt đấtphẳng nghiêng một góc α so với phương nằm ngang, biểu thức áp lực bị động códạng như sau:

2 min

2

2

K

sin( ).sin( )cos cos( ) 1

2 b

2.3 Tính toán áp lực đất lên tường chắn trong các trường hợp thường gặp.

Trong thực tế thường gặp những trường hợp phức tạp như có tải trọng trên mặtđất, tường có bệ giảm tải, mặt đất gãy khúc, tường có góc nghiêng lớn, ảnh hưởngcủa nước, của đất đắp không đồng nhất v.v và dưới đây ta sẽ lần lượt xét một sốcác trường hợp đó

2.3 1 Tải trọng ngoài phân bố đều và kín khắp trên mặt đất.

* Đất đắp là đất rời, lưng tường nghiêng, mặt đất phẳng nghiêng

Cường độ áp lực đất Pcq sẽ là :

Hình 2.17 Biểu đồ phân bố áp lực đất lên tường khi có tải trong phân bố đều

* Đất đắp là đất dính, lưng tường thẳng đứng và mặt đất nằm ngang.

Đối với trường hợp này có thể dùng biểu thức tính toán của Rankine hoặcCoulomb để xác định Ec hoặc Eb

Hình 2.18: Biểu đồ phân bố áp lực lên tường khi có đất dính

Như phần trên ta thấy áp lực đất tác dụng lên tường chắn trong trường hợpnày sẽ làm gia tăng thành phần ứng suất thẳng đứng một đại lượng bằng q, tức là :

Hình 2.19 Sơ đồ cường độ áp lực đất tác dụng lên tường

Vì vậy công thức xác định cường độ áp lực đất chủ động và bị động rút ra từđiều kiện cân bằng giới hạn Mohr -Coulomb sẽ được xác định như sau:

P = γ.z.K +qK −2c K

P = γ.z.K +qK +2c KBiểu đồ phân bố cường độ áp lực chủ động như trên hình (2-18), còn biểu đồphân bố cường độ áp lực bị động như trên hình (2.19)

2.3.2 Tải trọng phân bố đều và không kín khắp trên mặt đất.

Hình (2-20) cho thấy trên mặt đất trong phạm vi đoạn AK không có tải trọngngoài phân bố đều tác dụng Trường hợp này cường độ áp lực chủ động có thể xácđịnh theo phương pháp gần đúng

Để vẽ biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động trong trường hợp này ta có thểthực hiện cách vẽ như sau: Từ điểm K (mép của tải trọng trong hình 2-20.a) ta kẻhai đường thẳng KT và KS tạo với phương nằm ngang một góc bằng ϕ và ω Từ đó

ta thấy rằng tải trọng ngoài phân bố đều chỉ ảnh hưởng từ điểm S trở xuống, còntrong phạm vi TS biểu đồ cường độ có dạng chuyển tiếp như hình (2-20.a) Kết quảnhận được biểu đồ cường độ áp lực đất là (ATSBB’S’T’A)

Nếu trong trường hợp tải trọng phân bố đều trong đoạn KK1 thuộc phạm vicủa lăng thể đất trượt ABC (hình 2-20.b), thì cách vẽ biểu đồ cũng tương tự nhưtrên Từ hai mép K và K1 của tải trọng phân bố đều, ta kẻ hai đường thẳng K1S1 và

KS tạo với mặt phẳng nằm ngang một góc ω Tải trọng ngoài phân bố đều trên đoạnKK1 chỉ ảnh hưởng trong phạm vi từ S đến S1, với một giá trị cường độ áp lực đất

gia tăng bằng còn trong phạm vi AS và S1B hoàn toàn không chịu ảnh hưởng củatải trọng q Kết quả nhận được biểu đồ phân bố cường độ áp lực là(ASS1BB’S1’S1’’S’’S’A).

Hình 2.20: Sơ đồ cường độ áp lực đất khi tải trọng vô hạn và giới hạn

2.3.3 Trường hợp lưng tường gãy khúc và mặt đất phẳng.

Để thích hợp với điều kiện chịu lực, trong thực tế tường chắn đất có khi đượccấu tạo với lưng tường có dạng gãy khúc AB

Để xác định áp lực đất lên các tường loại này, người ta thường xác định riêng

rẽ cho mỗi đoạn của lưng tường, rồi sau đó cộng tất cả các diện tích của các biểu đồcường độ đó lại, cụ thể như sau :

Hình 2.21: Biểu đồ cường độ áp lực đất lên tường gẫy khúc

Đối với đoạn lưng tường AB1, thì việc xác định biểu đồ cường độ áp lực đấttiến hành như các phần trên đã trình bày Đối với đoạn lưng tường B B, thì kéo dàiđoạn này cho gặp mặt đất tại A1 và tiến hành tính toán áp lực đất như đối với tườngA1B, có góc nghiêng lưng tường ε2 (α2), còn góc nghiêng của mặt đất vẫn là α.Thực tế vì không có đoạn B1A1 nên biểu đồ cường độ áp lực đất của đoạn B1B chỉ

là phần hình thang (B1 BB B1) có chiều cao bằng chiều cao của đoạn tường đó làH2), và biểu đồ cường độ áp lực đất chung cho cả lưng tường và phần diện tíchgạch ngang (AB BB ' B ' B '' A) trong hình (2-21).

2.3.4 Trường hợp đất đắp sau tường gồm nhiều lớp.

Khi đất đắp sau tường chắn có nhiều lớp đất khác nhau Để giải quyết bàitoán này, nói chung là rất phức tạp, đặc biệt là khi mặt đất nghiêng và các lớp đấtphân bố không song song Do đó, hiện nay trong tính toán, người ta thường dùngcác phương pháp gần đúng Muốn xác định được áp lực chủ động lớn nhất Ecmax củađất lên lưng tường cứng, người ta thường: Coi áp lực của mỗi lớp đất cần xác địnhkhông phụ thuộc vào áp lực của các lớp đất khác, nghĩa là khi xác định áp lực đất ta

có thể xác định cho từng đoạn tường tương ứng với mỗi lớp đất có tính chất cơ lýkhác nhau

Trường hợp đơn giản, khi lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang và lớpđất song song với nhau (hình 2.22) Ta sẽ xác định áp lực riêng rẽ cho từng lớp đất,bằng cách xây dựng biểu đồ phân bố áp lực đất cho mỗi lớp rồi dựa vào các biểu đồ

đó để tính trị số áp lực chủ động của toàn bộ khối đất đó tác dụng lên lưng tường

Để tính áp lực của lớp đất thứ hai, ta giả thiết trọng lượng của lớp đất trên tácdụng như tải trọng ngoài phân bố đều và liên tục có cường độ là q = γ1h1 Trị sốcường độ áp lực đất chủ động tại đáy của lớp đất thứ hai được xác định như sau:

P = γ H K + γ H K −2c KKết quả biểu đồ cường độ áp lực đất chủ động phân bố trên đoạn BC nhưhình (2-22.b)

Hình (2-23) trình bày dưới đây dạng biểu đồ phân bố cường độ áp lực chủđộng của đất rời khi các lớp đất có chỉ tiêu cơ lý khác nhau