nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện

Ứng dụng neo trong đất đá để chống trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện là một giải pháp mới, giải quyết triệt để hơn vấn đề ổn định với mái dốc đào sâu.. Công nghệ neo đất ứng suất

LỜI TÁC GIẢ

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận

văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường

ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện” đã hoàn thành đúng thời hạn theo

đề cương được phê duyệt.

Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ lợi đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Bùi Văn Vịnh và TS Dương Đức Tiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa

học cần thiết cho luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên Ban quản lý dự án Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Nghệ An đã tận tình

giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả hôm nay

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán

bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 02 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Hào

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Hào

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu: 2

a/ Mục đích nghiên cứu 2

b/ Đối tượng nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG SỤT TRƯỢT MÁI DỐC 4

1.1 Phân loại hiện tượng đất sụt trươt mái dốc (cửa hầm) ở Việt Nam 4

1.1.1 Dạng 1: Trượt đất 4

1.1.2 Dạng 2: Xói sụt 5

1.1.3 Dạng 3: Sụt lở đất 5

1.1.4 Dạng 4: Đá đổ, đá lăn 6

1.2 Những điều kiện dẫn đến sụt trượt mái dốc (cửa hầm) 6

1.2.1 Điều kiện về địa hình địa mạo 6

1.2.2 Điều kiện về địa chất và địa chất công trình 7

1.2.3 Điều kiện về khí hậu ẩm ướt, nguồn nước 8

1.3 Những nguyên nhân dẫn đến hiện tượng sụt trượt mái dốc (cửa hầm) 9

1.3.1 Nguyên nhân do quá trình tác động cơ học 9

1.3.2 Nguyên nhân do quá trình hoá lý 11

1.4 Kết luận 11

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC 12

2.1 Các phương pháp giải quyết bài toán ổn định mái dốc 12

2.1.1.Phương pháp cân bằng giới hạn 13

2.1.2 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng 22

2.2 Các công nghệ xử lý sụt trượt mái dốc (cửa hầm) hiện nay 24

2.2.1 Biện pháp thiết lập mặt cắt hình học hợp lý 25

2.2.2 Biện pháp thoát nước kết hợp bảo vệ mặt mái dốc chống xói lở 25

2.2.3 Biện pháp sử dụng các kết cấu chịu lực gia cường 27

2.3 Sơ lược về sự phát triển, cấu tạo và ứng dụng công nghệ neo cố đất ổn định mái dốc 28

2.3.1 Sơ lược về sự phát triển công nghệ neo trong đất ổn định mái dốc 28

2.3.2 Cấu tạo chung của neo trong đất 29

2.3.3 Các loại neo trong đất ứng suất trước 30

2.3.4 Phạm vi ứng dụng 33

2.4 Kết luận 33

2.4.1 Lựa chọn phương pháp tính ổn định mái dốc: 33

2.4.2 Lựa chọn giải pháp gia cố neo ổn định mái dốc: 34

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NEO ỨNG SUẤT TRƯỚC TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 35

3.1 Bài toán cơ bản 35

3.1.1 Vai trò của lực neo ứng suất trước để cải thiện trạng thái ứng suất trong đất 35

3.1.2 Vai trò của lực neo ứng suất trước để ổn định tổng thể mái dốc 36

3.2 Lý thuyết tính toán neo 38

3.2.1 Xác định sức chịu tải của neo trong đất theo một số tiêu chuẩn của các nước trên thế giới 38

3.2.2 Trình tự thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc: 58

3.2.3 Sơ đồ tổng quát tính ổn định mái dốc 61

3.3 Kết luận chương 3 61

3.3.1 Nghiên cứu bài toán ổn định mái dốc bằng neo cho ta thấy tác dụng của neo

về ổn định mái dôc như sau: 61

3.3.2.Qua khảo sát các tiêu chuẩn xác định Po của một số nước trên thế giới cho thấy: 62

3.3.3.Trình tự tính toán ổn định mái dốc tác giả nêu ra trên cơ sở nghiên cứu trình tự 63

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ NEO TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ĐƯỜNG HẦM THUỶ LỢI RÀO TRỔ TỈNH HÀ TĨNH 64

4.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên 64

4.1.1 Vị trí địa lý 64

4.1.2 Đặc điểm địa hình 64

4.1.3 Đặc điểm địa chất, địa chất thuỷ văn khu vực tuyến đi qua 65

4.1.4 Phân tích nguy cơ gây sụt trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ 68

4.2 Khái quát về kết quả thiết kế neo cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ 70

4.2.1 Quy mô dự án 70

4.2.2 Kết quả thiết kế neo cửa hầm Rào Trổ 72

4.2.3 Nhận xét và kiến nghị 73

4.3 Thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ 74

4.3.1 Sơ đồ tính toán 74

4.3.2 Kiểm tra ổn định mái dốc thiết kế ứng với điều kiện tự nhiên 74

4.3.3 Kiểm tra ổn định mái dốc thiết kế ứng với điều kiện bất lợi (Trường hợp bão hòa nước) 76

4.3.4 Thiết kế neo tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ 77

4.3.5 Sơ đồ thi công, biện pháp thi công neo tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi Rào Trổ 81

4.4 Kết luận 84

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 86

1.Nội dung đã giải quyết của đề tài 86

2.Kết luận 86

3.Kiến nghị: 88

4.Những mặt còn tồn tại và định hướng nghiên cứu tiếp theo 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

1.Tiếng việt 90

2.Tiếng anh 91

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.3: Mô hình phân tích thỏi đất trong bài toán ổn định mái dốc 14

Hình 2.4: Xác định các thành phần lực theo thuyết đơn giản hóa của Janbu 21

Hình 2.5: Xác định các thành phần lực theo Phương pháp chiếc nêm 21

Hình 2.6: Mô hình bài toán mái dốc dài vô hạn – mặt trượt phẳng 22

Hình 2.7: Sức kháng cắt của phân tố đất theo định luật Morh – Culomb 23

Hình 2.8: phương trình cân bằng ở trạng thái ứng suất trong tọa độ đề các 23

Hình 2.9: Biểu diễn các thành phần ứng suất qua các ứng suất chính 24

Hình 3.5: ảnh hưởng của chiều dài bầu neo đến quan hệ tải trọng và chuyển vị 46

Hình 3.6: Quan hệ giữa hệ sô sức chịu tải Nq và góc nội ma sát  47

Hình 3.8: Quan hệ giữa độ chặt đất và giá trị SPTc Tính toán P0 trong đất dính 49

Hình 4.1: Mô hình hóa mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope trường hợp

Hình 4.2: Kết quả tính ổn định mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope

Hình 4.3: Mô hình hóa mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope trường hợp

Hình 4.4: Kết quả tính ổn định mái dốc cửa hầm Rào Trổ bằng phần mềm Geo – slope

Bảng 3.6: Cường độ chịu tải của neo đá dùng trong thiết kế sơ bộ 51

Bảng 3.7: Cường độ chịu tải của neo trong đất đường kính nhỏ trong thiết kế sơ bộ51 Bảng 3.8: Cường độ neo bám trung bình (s) tại bề mặt tiếp xúc vữa đất đá xung quanh

52

Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm neo cố dự án hầm đường bộ qua đèo Hải Vân 56

Bảng 4.3: Thông số các hạng mục chính dự án cấp nước khu kinh tế Vũng Áng 70

Bảng 4.5: Tổng hợp các lực phân mảnh trong chương trình Geo – Slpope trước khi gia cố

Bảng 4.6: Tổng hợp các chỉ tiêu chính ứng với 2 giải pháp thiết kế 84

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong công cuộc đổi mới, hiện đại hoá và công nghiệp đất nước, nhà nước ta

đã có những đầu tư rất lớn vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt là các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, công trình giao thông Nhiều công trình đang được xây dựng với chỉ tiêu

kỹ thuật ngày càng cao trên khắp mọi miền đất nước

Một số công trình đi qua vùng có địa hình, địa chất, thuỷ văn phức tạp dẫn đến thường xuyên xảy ra các hiện tượng sụt trượt làm mất ổn định mái dốc Vì vậy việc xây dựng các công trình phòng hộ chống sụt trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điên, tường, kè, mái dốc đường giao thông v.v chiếm một tỷ lệ đáng kể trong quá trình xây dựng Hiện tại nhiều biện pháp chống sụt trượt đang được sử dụng phổ biến để nâng cao ổn định mái dốc như: Đào giật cấp trên mái dôc, tường chắn

bê tông cốt thép, đá xây, kè rọ đá v.v Tuy nhiên qua thực tế tình hình sụt trượt vẫn xảy ra tại các mái dốc đã được ra cố

Ứng dụng neo trong đất đá để chống trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện là một giải pháp mới, giải quyết triệt để hơn vấn đề ổn định với mái dốc đào sâu Ngoài ra, kết cấu neo kết hợp với khung bê tông, tường chắn, cọc khoan nhồi v.v làm cho kết cấu thanh mảnh, có tính thẩm mỹ cao, đồng thời làm giảm đáng kể khối lượng đào đắp đất đá và việc thi công neo trong đất cũng không đòi hỏi mặt bằng lớn

Trước những năm 50 của thế kỷ 20, thanh neo trong đá đã được ứng dụng trong kết cấu vỏ hầm Năm 1958 một công ty của Đức lần đầu tiên dùng neo giữ tường chắn đất để thi công hố móng sâu Các kỹ thuật neo đã được phát triển mạnh

mẽ trong hơn 40 năm qua đến mức nó đã được dùng rộng rãi trong ứng dụng tạm thời và lâu dài trên khắp thế giới, không chỉ tăng về số lượng neo lắp đặt mà phạm

vi sử dụng cũng đã mở rộng đáng kể Công nghệ neo đất ứng suất trước bằng thép cường độ cao được ứng dụng cho các loại công trình ngầm trong thuỷ lợi, thuỷ điện,

ổn định mái dốc, neo giữ tháp và móng cầu v.v

Ở Việt Nam công nghệ neo trong đất đã được dùng trong các công trình như: Hầm thuỷ điện Hoà Bình, hầm đường bộ qua đèo Hải Vân Gần đây, công nghệ neo trong đất được ứng dụng để bảo vệ mái dốc cửa hầm Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), hầm A Roàng, mái dốc đường Hồ Chí Minh, cảng Tiên Sa ( Thành Phố Đà Nẵng).v.v Hầu hết các công trình này đều do Tư vấn nước ngoài thực hiện dựa trên cơ sở kinh nghiệm và thí nghiệm kéo thử tại hiện trường

Qua thực tế xử lý chống sụt trượt mái dốc cửa hầm Hải Vân, giải pháp neo trong đất tỏ ra là một giải pháp kỹ thuật có nhiều ưu điểm cần được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi

Do vậy, đề tài "Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường

ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện" có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất

và góp phần nhỏ vào việc phổ biến ứng dụng neo trong đất nói chung và trong xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện nói riêng

Phạm vi ứng dụng của neo trong đất rất rộng, trong luận văn này tác giả chỉ

đi sâu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ neo trong đất để tăng cường ổn định mái dốc chống sụt trượt mái dốc

2 Mục đích nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu:

a Mục đích nghiên cứu

- Tổng quan hiện tượng sụt trượt

- Tổng quan lý thuyết về ổn định mái dôc, các biện pháp xử lý ở Việt Nam

và trên Thế giới

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo và tổng quan các quy trình thiết kế neo

cố tăng cường ổn định mái dốc của một số nước trên thế giới

- Vận dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế tăng cường ổn định bằng neo ứng suất trước trên cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ

b Đối tượng nghiên cứu

- Lý thuyết ổn định mái dôc

- Công nghệ neo tăng cường ổn định mái dôc

- Cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, các tài liệu có liên quan

- Nghiên cứu các dạng sụt trượt

- Nghiên cứu lý thuyết về ổn định mái dốc và tính toán của giải pháp neo tăng cường ổn định mái dốc Vận dụng lý thuyết để tính toán neo trong đất tăng cường ổn định mái dốc hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Góp phần nghiên cứu bản chất hiện tượng sụt trượt và ứng dụng công nghệ neo trong đất vào lĩnh vực ổn định mái dốc phục vụ công tác xử lý đất sụt trượt mái dốc cửa hầm các công trình Thuỷ lợi, thuỷ điện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG SỤT TRƯỢT MÁI DỐC 1.1 Phân loại hiện tượng đất sụt trươt mái dốc (cửa hầm) ở Việt Nam

Theo kết quả thống kê thực tế cho thấy, các dạng sụt trượt phụ thuộc vào đặc điểm về địa hình, địa chất công trình, thủy văn, địa chất thủy văn và khí hậu Có thể phân loại hiện tượng sụt đất nói chung ra 4 loại đặc trưng sau đây:

1.1.1 Dạng 1: Trượt đất

Trượt đất là hiện tượng di chuyển của khối đất đá (thường là đất đá loại sét) theo một mặt trượt nhất định, thường có dạng hình trụ tròn (khối trượt đất xảy ra trong nền đào hoặc nền đắp có cấu trúc đất tương đối đồng nhất) hoặc có mặt trượt gãy khúc phụ thuộc vào dạng bề mặt tầng đá gốc ở lớp dưới sâu Khối đất đá dịch chuyển gọi là khối trượt Chiều dài khối trượt có thể tới vài trăm mét, thể tích có thể tới hàng triệu mét khối hoặc hơn nữa Về nguyên lý, hiện tượng trượt đất này khi hoạt động thì toàn bộ khối đất nằm trong lăng thể trượt đều bị di chuyển đồng thời, đất đá nằm trong khối trượt ít bị xáo trộn Cây cối hoặc công trình trên bề mặt bị nghiêng và cùng bị di chuyển với khối trượt Trên bề mặt địa hình sẽ để lại một vách trượt hay bậc trượt rõ rệt kèm theo vết nứt của vách trượt Theo phân loại của Giáo sư N.N.Maxlốp loại trượt đất này gần tương đương với dạng “sập đổ, vừa cắt, vừa quay” Tùy thuộc vào một vài dấu hiệu khác trong cơ chế trượt mà còn có các phụ hạng như trượt cổ, trượt sâu, trượt nông, trượt phẳng (trượt tầng phủ), trượt theo mặt đá gốc, trượt dòng…

Trong số các loại trượt đất, dạng trượt sâu tuy không phổ biến, nhưng nếu đã xảy ra thì rất nguy hiểm Khối lượng đất trượt và hậu quả thường gây ra rất lớn Nhiều chỗ mất đi nửa quả núi, làm mất hoặc xê dịch một đoạn nền đường dài hàng trăm mét Ví dụ như trượt cổ ở Km 112 và 119 trên quốc lộ 4D (Lào Cai – Sa Pa),

Km 27 trên quốc lộ 37 (thị xã Yên Bái) …

Khi xuất hiện hầu hết các loại trượt đất này thường gây nên những hậu quả nghiêm trọng, làm đổ vỡ nhiều nhà cửa của dân trong khu vực ảnh hưởng, thậm chí

có thể gây thiệt mạng cho người và hủy hoại các phương tiện giao thông khi qua đường

1.1.2 Dạng 2: Xói sụt

Xói sụt đất là hiện tượng biến dạng cục bộ của mái dốc dưới tác động trực tiếp của dòng chảy mưa rào từ lưu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của dòng chảy ngầm, lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bong tróc từng mảng ở phía đỉnh mái dốc, sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo chiều dòng chảy và tỷ lệ với lưu tốc dòng chảy Mức độ hoạt động gây xói thường chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói sụt Khối lượng xói sụt thường không lớn và tùy thuộc vào mức độ phong hóa của đất đá, độ dốc của mái dốc, lượng nước ngầm, nước mặt Hậu quả cuối cùng của hiện tượng này thường để lại trên mặt mái dốc những rãnh xói, mương xói hoặc những hang hốc Sản vật của xói sụt đất thường là những đống đất chất đống ở chân dốc

Một dạng xói khác thường gặp trong thực tế, đó là hiện tượng dòng bùn đá chảy

từ các vách núi hoặc từ các khe tụ thủy xuống mặt đất Trận lũ bùn đá xảy ra vào tháng 10/2000 trên Quốc lộ 27 Lâm Đồng đã gây nên những hậu quả nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp, làm hư hại hàng chục Km đường và gây nên thiệt hại tới hàng chục tỷ đồng

1.1.3 Dạng 3: Sụt lở đất

Về bản chất, sụt lở đất đá là giai đoạn cuối cùng của hiện tượng xói sụt đã nêu trên Trong thực tế, đối với sụt lở khó phát hiện thấy các dấu hiệu vách sụt, mặt trượt một cách rõ ràng Sản vật đất sụt lở có xu hướng dịch chuyển xuống chân mái dốc, đất đá nằm trong khối đất sụt bị xáo trộn kèm cây cối thường đổ ngổn ngang Khi sụt lở đất diễn ra thường xảy ra rất nhanh và làm cho khối đất xung quanh bị biến dạng, nứt rạn, ảnh hưởng đến độ ổn định của các khối đất tiếp cận nó Khối lượng sụt loại này cũng có thể đạt tới mức độ khá lớn và có thể tràn xuống lấp hẳn

một đoạn đường Đây là một dạng đất sụt phổ biến nhất trên các mái dốc ở vùng núi

ở nước ta

1.1.4 Dạng 4: Đá đổ, đá lăn

Đây là hiện tượng đất đá bị lở và lăn xuống từng khối, từng mảng từ đỉnh dốc xuống chân mái dốc, xuống mặt đường Tùy thuộc vào độ dốc địa hình, mái dốc và tính chất của đất đá mà mức độ đá đổ với tốc độ và quỹ đạo khác nhau Hiện tượng này xuất hiện phổ biến nhất vào mùa mưa một thời gian, thậm chí có thể xảy ra khi trời nắng ráo

Khối lượng đất đá không lớn nhưng nguy hiểm và dễ gây tai nạn, ùn tắc giao thông

1.2 Những điều kiện dẫn đến sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm)

1.2.1 Điều kiện về địa hình địa mạo

Hoạt động mãnh liệt của kiến tạo, tính đa dạng của thạch học, quá trình ngoại lực phức tạp và lâu đời, mà đặc biệt là hoạt động xâm thực đã để lại trên mặt đất của toàn lãnh thổ một địa hình rất phức tạp Đặc điểm đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình địa chất động lực mà trước hết là trượt đất

Khi mức độ phân cắt mạnh (khe xói nhiều, độ dốc núi lớn) thì số lượng và khối lượng sụt trượt càng nhiều Khe xói, eo núi, thung lũng cũng là kết quả của sự xâm thực bóc mòn Cho nên vùng nào đồi núi cấu tạo từ đá gốc có thành phần thạch học

và cấu trúc đồng nhất như Granit, Rhyolit, Bazan,…thường tròn trĩnh với địa hình

“bát úp”, sườn thoải, đỉnh tròn và tương đối phẳng, ít bị chia căt Tùy thuộc mức độ phong hóa của đất đá và chiều cao, độ dốc mặt đất mà ở loại hình này thường ít bị sụt trượt Trong đó sườn núi là đất đá không đồng nhất về thành phần và cấu trúc như đá trầm tích, cát kết, sét kết, …thì mặt địa hình gồ ghề, nhiều khe xói với địa hình chân chim và bị chia cắt mạnh Đối với loại địa hình này, hiện tượng đất sụt bao gồm 4 dạng cơ bản nêu trên phát triển với mức độ mạnh Nếu như mức độ phân cách sâu càng lớn thì khối lượng đất sụt càng nhiều

Mặt khác khi con người tác động vào thiên nhiên sẽ làm ảnh hưởng đến ổn định mái dốc, biểu hiện ở một số mặt như sau:

+ Đào núi làm đường hầm thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông, phá vỡ thế ổn định tự nhiên của sườn đồi thiên nhiên Đặc biệt là những đoạn đào sâu tạo nên những vách mái dốc nguy hiểm có độ cao từ 10m trở lên

+ Đào núi làm đường hầm thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông, khai thác

mỏ với độ dốc mái dốc không hợp lý, không xét đến những yếu tố có ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn định của khối đất đá;

+ Sử dụng mìn quá tiêu chuẩn để nổ phá, gây chấn động làm phá vỡ kết cấu nguyên dạng của khối đất đá;

+ Khai thác, canh tác đốt rẫy, làm mương, phá rừng,… làm thay đổi chế độ nước mặt, nước ngầm của khu vực,…

Vì vậy địa hình là yếu tố quan trọng không những liên quan đến kinh tế mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định trong xây dựng và khai thác

1.2.2 Điều kiện về địa chất và địa chất công trình

Trong thực tế khi thấy đá còn tươi và nguyên khối của các loại Macma (Granit), biến chất (Gơnai, quăc zit, trầm tích, đá vôi, cát kết, bột kết, sét kết,…) thì ngay trong mùa mưa lũ hiện tượng đất sụt cũng rất ít phát sinh, chỉ có hiện tượng đất lở hoặc đá đổ nhưng khối lượng không nhiều Trong lúc đó gặp nhiều trường hợp mà các yếu tố hình học như nhau nhưng ở đâu có loại đá phiến sét màu đen, đá phiến Xerixit, sét kết màu nâu, gan trâu (đèo Ma Thi Hồ, Phong Thổ - Lai Châu, đèo Pê

ke đường Hồ Chí Minh) Thì ở đấy đất sụt phát sinh trầm trọng Lớp đất phong hóa

ở đây dày, thành phần chủ yếu là đá dăm sắc cạnh, kích cỡ không đồng đều thường

là dẹt và dài (vốn là từ đá phiến sét bở ra) xen lẫn đất sét Ngoài ra do mưa nhiều và mưa dài ngày tầng phong hóa dầy, lượng nước ngầm tàng trữ trong đất khá lớn làm cho lượng đất đá vốn đã rời rạc lại thêm ẩm ướt, lực kháng cắt nhỏ Như vậy liên quan đến sự phát sinh và phát triển hiển tượng đất sụt, mà chủ yếu vẫn là thành

phần đất đá, cấu tạo theo chiều dày của tầng phong hóa Đấy là điều kiện cơ bản để phát sinh đất sụt

1.2.3 Điều kiện về khí hậu ẩm ướt, nguồn nước

Trong công tác nghiên cứu khi đánh giá mức độ ổn định và xây dựng công trình chống sụt cần chú ý đặc biệt đến điều kiện khí hậu thời tiết, vì trong thực tế tồn tại mối quan hệ rất chặt chẽ giữa lượng mưa và độ phân bố sụt Điều kiện về khí hậu

ẩm ướt, nguồn nước có ảnh hưởng trực tiếp để dẫn đến mất cân bằng và di chuyển của khối đất đá trên mái dốc

Do nguồn nước mặt: Độ dốc của địa hình kết hợp với lượng mưa lớn tạo nên những dòng chảy có lưu tốc lớn Vì vậy vào mùa mưa dòng nước lớn gây ra sự phá hủy và làm xói mòn đất đá ở hai bên dòng suối và chân dốc, cuối cùng cả khối núi mất ổn định trầm trọng

Nước mưa: Nước mưa không những là nguồn cung cấp cho nước mặt mà còn tạo thành dòng chảy trên bề mặt địa hình, làm bào xới, cuốn trôi đất đá, những sản vật phong hóa và cả những mãnh núi lớn Kết quả tạo ra những hiện tượng xói sụt

và sụt trượt, hoặc hình thành lúc đầu là các mương xói, rãnh xói và về sau là những sụt trượt lớn Ngoài ra nước mưa còn là nguồn cung cấp cho nước ngầm nhất là những nơi đất đá có hệ số lớn

Nước ngầm: Ngoài biểu hiện làm biến đổi lâu dài độ bền của đất đá theo một cơ chế giống như quá trình phong hóa vỏ trái đất Nước ngầm ở thời điểm bất lợi có tác động tức thời ở các mặt:

+ Làm tăng trọng lượng thể tích của đất đá

1.3 Những nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm)

Thực tế cho thấy hiện tượng sụt trượt do tác động đồng thời của cả hai quá trình

cơ học và hóa lý Để hiểu được bản chất của quá trình sụt trượt chúng ta nghiên cứu hiện tượng chảy dẻo cơ học và chảy dẻo hóa lý của đất loại sét

1.3.1 Nguyên nhân do quá trình tác động cơ học

Quá trình nén chặt đất trong thiên nhiên khi địa hình nằm ngang là quá trình nén không nở hông Điều kiện đó có thể thực hiện được trong phòng thí nghiệm bằng cách tạo ra áp lực hông bằng áp lực thẳng đứng, tức là khi 1=2=3 (hình 1.1) Trạng thái ứng suất đó gọi là trạng thái ứng suất thủy tĩnh

Hình 1.1 : a) Sơ đồ áp lực của phân tố đất; b) đường cong biến dạng

Cường độ biến dạng với sự tăng ứng suất thủy tĩnh sẽ dần dần giảm xuống Vì vậy, quan hệ giữa biến dạng tương đối (giả sử là biến dạng thẳng đứng) của mẫu đất với áp lực  là đường cong thoải dần (đường 1 trong hình 1.1) Trong trường hợp

2=3 =0, biến dạng tương đối sẽ tăng hơn nhiều khi 1 tăng (đường cong 2 trong hình 1.1) Sau khi áp lực 1 đạt tới trị số giới hạn th biến dạng tăng lên đột ngột và khi áp lực cố định ở đó (th ), biến dạng vấn tiếp tục tăng Trị số th đặc trưng cho giới hạn bền của mẫu đất khi bị nén Biến dạng của mẫu đất tại áp lực này gọi là biến dạng chảy

Có thể tiến hành những thí nghiệm trong điều kiện mẫu đất chịu áp lực bên (2,3 ) nhỏ hơn 1 và tăng hơn 1 Hiện tượng nén lún sẽ xảy ra như đường cong 3 (hình 1.1), đoạn đầu là tổng hợp kết quả của cả quá trình nén và chảy của đất Khi tăng 1 có nghĩa là tăng hiệu ứng suất chính, biến dạng chảy tăng lên

Kết quả của nhiều thí nghiệm cho thấy th phụ thuộc vào trị số tuyệt đối của 1

-3 Thực nghiệm cũng cho thấy rằng hiệu 1 -3 tăng do 3 giảm sẽ gây biến dạng chảy mạng mẽ hơn trường hợp tăng 1 lên tới 2,5 lần đến 3,5 lần Chẳng hạn, có thể chất tải để tạo nên trị số ∆1 hoặc đào chân mái dốc để tạo trị số ∆3 thì sự phá hủy

Trong đó:

=0,2-0,4 Một vật thể ở trạng thái chảy, độ bền của nó chủ yếu là do lực dính và được đặc

Đất ở trạng thái ổn định: Kođ >1;

Đất ở trạng thái chảy: Kođ<1;

Các loại đá cứng chỉ có thể chảy khi ứng suất chính chênh lệch rất lớn, cho nên biểu hiện chảy chỉ xuất hiện khi đá ở sườn rất dốc, ở vách hào sâu

Biểu thức trên cho ta thấy sự chảy của đất có thể do ảnh hưởng của hiệu ứng suất chính gọi là chảy dẻo cơ học

Một phân tố đất nằm ở sườn dốc sẽ có ứng suất chính lớn nhất là 1 tạo bởi trọng lượng các lớp đất đá nằm trên nó và ứng suất chính nhỏ nhất 3 là áp lực hông Trị số 3 nhỏ nhất về phía sườn dốc Sự thay đổi 1 -3 có thể do đào xói bờ cửa sông, do các công trình đào cắt chân mái dốc, do chất tải, do xe chạy Những tác động này làm giảm hệ số ổn định và do vậy đất đá dễ sinh ra biến dạng chảy Như đã phân tích ở trên cho ta thấy sự chảy dẻo của đất cỏ thể do ảnh hưởng của hiệu ứng suất chính gọi là chảy dẻo cơ học

1.3.2 Nguyên nhân do quá trình hoá lý

Như đã phân tích ở trên, Kođ phụ thuộc vào hiệu của 1 và 3 , Phụ thuộc vào lực dính C Lực dính của đất là do lực Vanđecvan (lực dính nguyên sinh) và lực Ion (lực gắn kết do các muối thạch cao, canxit, sắt tích đọng, .) Ảnh hưởng của lực Vanđecvan sẽ giảm do đất bị nở, còn ảnh hưởng của lực Ion giảm do màng liên kết ximăng bị phá hủy

Tóm lại nguyên nhân chung dẫn đến hiện tượng đất đá sụt bao gồm nhiều yếu

tố, trong đó có các yếu tố thiên nhiên và có các yếu tố do chính con người gây ra

1.4 Kết luận

Từ nghiên cứu các dạng sụt trượt, mỗi loại sụt trượt thường xảy ra bởi điều kiện nào và nguyên nhân nào dẫn đến sụt trượt Hiểu dõ được điều đó nhằm giúp cho người thiết kế:

- Tổng quát được các dạng sụt trượt xảy ra trong thực tế Mỗi dạng sụt trượt thường xảy ra với điều kiện địa hình địa mạo, địa chất thủy văn nào, nguyên nhân nào dẫn đến tình trạng sụt trượt

- Định hướng áp dụng các phương pháp tính ổn định mái dốc phù hợp

- Đề ra các giải pháp phòng chống sụt trượt một cách có hiệu quả

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ MÁI DỐC

2.1 Các phương pháp giải quyết bài toán ổn định mái dốc

Mái dốc bị phá hoại do tải trọng sinh ra tăng lên và vượt quá sức chống trượt của đất trong một phạm vi thể tích khá lớn Sụt đất, trượt đất là hiện tượng mất ổn định

và dịch chuyển xuống phía dưới của đất đá theo một hoặc nhiều mặt mà tại đó lực gây trượt vượt quá lực giữ

Mỗi khối trượt đều tạo nên một khu trượt mà ranh giới, hình dạng của nó trên mặt bằng được quyết định bởi kích thước và kiểu trượt Phương thức dich chuyển đất đá rất khác nhau sẽ quyết định dạng nêm trượt khác nhau

Để tính toán ổn định mái dốc, người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng nói chung phân chia làm hai nhóm chính: Nhóm thứ nhất đánh giá sự

ổn định dựa trên sự phân tích ở trạng thái cân bằng giới hạn của các lực tác dụng lên mái dốc theo một mặt trượt nào đó Nhóm thứ hai dựa trên sự phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng của khối trượt Các phương pháp tính ổn định mái dốc có thể liệt kê như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ các phương pháp tính toán ổn định

2.1.1.Phương pháp cân bằng giới hạn

Lý thuyết môi trường rời đã được Coulomb khởi xướng từ năm 1773 Sau đó được các nhà khoa học Rankine, Kurđyumov, Kotter, Krey, Pranđtl, Geereerrxevanov, Fellenius, Terzaghi, tiếp tục nghiên cứu Những lý thyết này hiện đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây nhờ sự phát triển của máy tính điện tử và phương pháp phần tử hữu hạn được ứng dụng dộng rãi

Hiện nay tính toán ổn định mái dốc hầu hết dựa vào hai phương trình cân bằng: cân bằng lực và cân bằng mô men Theo các phương pháp tính toán phần tử hữu hạn, mái dốc được phân thành các thỏi Các phương pháp xác định lực khác nhau trong các cột đất (hoặc cung trượt) được gọi là các trường hợp đặc biệt của lý thuyết cân bằng giới hạn

Mô hình bài toán:

Mô hình hóa bài toán phân tích ổn định mái dốc cần có các thông số đầu vào như sau:

+ Mô hình địa chất – trong đó toàn thể khối đất được phân tích thành những phần tử địa chất công trình riêng biệt (các mặt cắt ngang địa chất) là những vật thể địa chất đồng nhất về thành phần, trạng thái, tính chất vật lý

+ Các đặc trưng tính toán của sức chống trượt của các phần tử địa chất công trình

+ Trong lượng thể tích của mỗi phần tử địa chất công trình

+ Các số liệu về địa chấn của vùng

+ Dòng chảy nước mặt, nước ngầm

G

N T

 : góc dốc N: phản lực pháp tuyến Kw: Lực động đất

EL, ER: lực tương tác theo phương ngang giữa các mảnh Các giả thuyết của lý thuyết cân bằng giới hạn:

+ Đất là loại vật liệu tuân theo định luật Morh – Coulomb

+ Hế số an toàn của các thành phần cường độ lực dính và góc ma sát là bằng nhau đối với mọi loại đất có cùng giá trị lực dính và góc ma sát

+ Hế số an toàn là giống nhau đối với mọi cột đất

Các yêu cầu về hệ số an toàn:

Hệ số an toàn được xác định như một hệ số mà ứng suất tiếp trong khối đất bị giảm xuống đưa khối đất vào trạng thái cân bằng giới hạn tại mặt trượt cho trước

Hệ số an toàn được đánh giá qua tỷ số giữa lực chống trượt và lực gây trượt:

= Lực chống trượt / Lực gây trượt (2.1)

Với 1 mái dốc cơ bản, theo Morb – Coulomb lực chống trượt đơn vị:

S=c‟ +(n –u)tan‟ Công thức (2-1) được viết lại như sau:

ER W

N S

Xn-1 Xn+1



Hình 2.3: Mô hình phân tích thỏi đất trong bài toán ổn định mái dốc

W: Trọng lượng phân mảnh

S: Lực tiếp tuyến tác dụng tại đáy mảnh

EL, ER: Lực ngang tác dụng từ mảnh bên trái và phải phân mảnh:

N: Phản lực pháp tuyến tại đáy mảnh;

 Là chiều dài đoạn cung trượt thuộc cột đất

Hệ số an toàn cân bằng mô men:

Từ hình trên, ta lập công thức tính hệ số an toàn cân bằng mô men Trong trường hợp này, tổng mô men của tất cả các cột đất đối với tâm trượt có thể viết như sau:

k We Nf

Wx

R u N R

Có thể dựa trên hình 2.3 để lập công thức tính hệ số an toàn cân bằng lực Tổng các lực theo phương ngang đối với tất cả các cột đất:

k W N

u N c

costan)(

cos

(2.7)

Công thức 2-7 cũng là phi tuyến

Lực pháp tuyến tại đáy cột

Lực pháp tuyến tại đáy cột đất xác định từ tổng các lực theo phương thẳng đứng trên cột đất:

-W+(XL-XR)+Ncos +Smsin-Dsin=0 (2.8)

Từ công thức 2-3 và 2-8 ta có công thức tính ra lực pháp tuyến N:

N=

F

D F

u c

X X W

L R

'

' '

tansincos

sintan

sinsin

)(

đề Cần biết thêm thông tin về thành phần lực giữa các cột đất Bảng 2.1 sau tổng hợp các thành phần đã biết và chưa biết liên quan đến phân tích ổn định mái dốc Bảng 2.1: Tổng hợp các thành phần đã biết và chưa biết liên quan đến phân tích ổn

định mái dốc

Thông số chưa biết Số lượng chưa biết /n mảnh

Ghi chú: Các thông số chưa biết và phương trình cân bằng theo phương pháp cân bằng giới hạn

Bảng 2.2: Các phương trình cân bằng

Thông thường, để có thể giải được bài toán, số lượng biến chưa biết phải bằng với số lượng phương trình có thể xác lập được Theo bảng rõ ràng số lượng biến chưa biết (6n-2) lớn hơn số phương trình có thể xác lập được (4n) Như vậy, để giải được bài toán, một số biến trong bảng phải giả định

Mỗi tác giả đưa ra một giả thuyết khác nhau để có thể giải được bài toán cân bằng giới hạn Ví dụ như: phương pháp phân mảnh thông thường, giả thuyết đơn giản hóa của Bishop, giả thuyết của Quân đội Mỹ cải tiến phương pháp giải của các

kỹ sư Thụy Điển, giả thuyết Morgenstern and Price, giả thuyết đơn giản hóa của Spencer, giả thuyết đơn giản hóa của Fellenius

a) Giả thuyết đơn giản hóa của Fellenius – phương pháp phân mảnh đơn giản: Fellenius, 1936: Bỏ qua ảnh hưởng của lực tác dụng theo phương đứng và ngang giữa các thỏi đất Công thức xác định lực pháp tuyến như sau:

N=Wcos-kWsin +Dcos(   90 ) (2.10)

Sử dụng công thức 2-10 vào công thức 2-5 và 2-7 cho ta giá trị ban đầu để tính

hệ số an toàn theo công thức sau:

k We f

D

k W W

Wx

R u D

k W R

c

) 90 cos

sin cos

tan ) 90

cos sin

cos ((

b) Giả thuyết đơn giản hóa của Bishop:

Giả thuyết đơn giản hóa do Bishop đề nghị bỏ qua lực tương tác theo phương đứng giữa các thỏi XR=XL, lực pháp tuyến tại đáy cột đất là:

N=

F

D F

u c

W

' ''

tansincos

sintan

sinsin

k We f

F

D F

u c

W W

R u F

D F

u c

W R c

' '

' '

' '

'

tansincos

sintan

sinsin

tantan

sincos

sintan

sinsin

kW F

D F

u c

W

u F

D F

u c

W c

tansincos

sintan

sinsin

)costan)tan

sincos

sintan

sinsin

(cos

'

' '

' '

' '

'

(2.14)

d) Giả thuyết theo phương pháp Thụy Điển cải tiến:

Phương pháp Thụy Điển cải tiến đề nghị tổng hợp lực của 2 mảnh bên của phân

tố có cùng 1 góc nghiêng tác dụng Giả thuyết này chỉ thỏa mãn về phương trình cân bằng lực nhưng lại không thỏa mãn phương trình cân bằng mô men

Giả thuyết này lúc đầu gọi là phương pháp giải Thụy Điển sau đó được Quân đội Mỹ sử dụng và cải tiến gọi là phương pháp Thụy Điển cải tiến Janbu (1973) phát triển thêm gọi là giả thuyết đơn giản hóa của Janbu

Z

W

N S

C'D

FD

Wa Wa

C'D

C'D

FD U

Hình 2.5: Xác định các thành phần lực theo Phương pháp chiếc nêm

Lực đẩy của phân mảnh thứ i được xác định:

Fi =Fi+1cos(ii1)+KodPisini-Picositg-CiLi (2.15)

Phương pháp này thường dùng để tính toán ổn định mái dốc đã biết trước mặt trượt – ví dụ như trượt mái dốc trên mặt lớp đá

f) Phương pháp mái dốc vô hạn

Mái dốc vô hạn như hình vẽ : Mái dốc có góc dốc  Mái dốc có lớp đất các đặc trưng như sau: Dung trọng , lực dính kết c‟, góc ma sát trong ‟

Hình 2.6: Mô hình bài toán mái dốc dài vô hạn – mặt trượt phẳng

Hệ số an toàn chống trượt dọc theo bề mặt ở độ sâu Z trong trường hợp tổng quát được xác định theo biểu thức:

w

h

h h c

0

' 2

0

cossin

tancos)(

tancos2

z

z

c

(2.17)

2.1.2 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng

Bằng giả thuyết về trạng thái ứng suất và biến dạng của các phân tố đất trên một mặt hoặc một vùng của mái dốc ở trạng thái tới hạn theo lý thuyết trạng thái ứng suất, các tác giả tính toán ứng suất và chuyển vị của các phân tố đất trong mái dốc Sau đó so sánh với các giả thuyết về sức kháng cắt của phân tố đất và biến dạng của mái dốc Đại diện cho phương pháp này là các phương pháp của Morh – Culomb và Morh – Rankin

Hình 2.7: Sức kháng cắt của phân tố đất theo định luật Morh - Culomb

Trong trương hợp tổng quát, các phương trình cân bằng ở trạng thái ứng suất trong tọa độ (x,y) được trình bày theo dạng:

yz y

yz z

Trong đó: z,y,xy là các thành phần ứng suất tương ứng;

là Dung trọng của đất;

 là Góc nghiêng với mặt phẳng nằm ngang

Điều kiện cân bằng giới hạn của bài toán được biểu diễn qua các công thức:

4)(

z y

yz z

0

0

S2-®-ê

ng ît

tr-S -®-ê

ng t r î 0

là đạo hàm riêng theo phương của họ đường thứ 1 và thứ 2;

 là Góc tạo bởi phương của đường trượt với trục y;

s1,s2 là Phân tố dài của đường trượt

2.2 Các công nghệ xử lý sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm) hiện nay

Ở nước ta, trong những năm gần đây các giải pháp phòng chống đất sụt được vận dụng một cách linh hoạt đã thu được những thành công nhất định, đảm bảo ổn định cho các công trình thủy điện, thủy lợi, giao thông, khai thác mỏ Các giải pháp công nghệ được áp dụng trong phòng chống sụt trượt mái dốc ở nước ta tính đến thời điểm hiện nay bao gồm:

2.2.1 Biện pháp thiết lập mặt cắt hình học hợp lý

Thiết lập mặt cắt hình học hợp lý của mái dốc nhằm mục đích giảm ứng suất gây trượt của khối đá, tăng hệ số ổn định của mái dốc Đây là biện pháp phổ biến và được áp dụng nhiều nhất Các biện pháp thiết lập mặt cắt hình học hợp lý gồm có:

- Thay đổi (giảm) độ dốc mái dốc cho phù hợp với điều kiện địa chất;

- Cắt cơ, giảm tải mái dốc;

- Đắp bệ phản áp

Trong thực tế, đã áp dụng biện pháp cắt cơ mái dốc trong các công trình phòng chống đất sụt như: Xử lý nứt trượt đất tại khu vực

Và đã thu được những thành công

Ưu điểm của phương pháp này là thi công đơn giản và giá thành rẻ Còn mặt hạn chế là chiếm dụng mặt bằng cần giải phóng, trong một số trường hợp để đảm bảo ổn định của mái dốc phải đào bạt khối lượng đất đá rất lớn, phá vỡ cảnh quan môi trường Chính vì vậy, phương pháp này chỉ áp dụng thích hợp ở những nơi có mái dốc thấp, thuận lợi về giải phóng mặt bằng và ít ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

2.2.2 Biện pháp thoát nước kết hợp bảo vệ mặt mái dốc chống xói lở

Biện pháp thoát nước nhằm mục đích giảm hoặc loại trừ hiện tượng ẩm ướt đất

đá trên khu vực đất sụt hoặc khu vực có thể phát sinh đất sụt Sự ẩm ướt đất đá là yếu tố tác động thường xuyên làm biến đổi trạng thái vật lý, độ bền và nhiều tính chất khác của đất đá Biện pháp thoát nước là một trong những biện pháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình phòng chống đất sụt Biện pháp thoát nước bao gồm thoát nước mặt và thoát nước ngầm cụ thể như sau:

- Rãnh đỉnh;

- Rãnh dọc;

- Rãnh thoát nước trên cơ;

- Bậc nước, dốc nước;

- Mương thấm, rãnh thấm;

- Tầng lọc ngược sau lưng tường chắn;

- Mương dẫn nước ra khỏi khu vực sụt trượt;

- Tăng cường hệ thống thoát nước ngang đường (Cống qua đường);

- Chọn các loại công trình thoát nước hợp lý

Ưu điểm chính của biện pháp thoát nước là thi công đơn giản, dễ áp dụng nhưng mang lại hiệu quả kỹ thuật cao Nhược điểm chính của biện pháp này là chỉ áp dụng những nơi có địa hình có độ dốc không lớn

Biện pháp bảo vệ mặt mái dốc chống xói lở : Đây là biện pháp điều chỉnh dòng nước mặt hợp lý, làm giảm tác dụng gây xói mòn của nước và giảm tốc độ phong hóa của đất đá cũng như tăng cường sức kháng cắt của đất đá Biện pháp bảo vệ mặt mái dốc bao gồm:

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng đá hộc xây;

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng khung bê tông cốt thép kết hợp với đá hộc xây hoặc trồng cỏ;

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng chất kết dính vô cơ và hữu cơ;

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng tấm bê tông lắp ghép;

- Gia cố bề mặt mái dôc bằng lưới thép phun bê tông;

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng trồng cỏ;

- Gia cố bề mặt mái dốc bằng lưới Enkamat kết hợp với trồng cỏ

Ưu điểm của biện pháp gia cố bề mặt mái dốc làm hạn chế xói lở đất đá trên bề mặt mái dốc, giảm lượng nước mặt thấm xuống – đây là một trong những nguyên nhân chính gây mất ổn định mái dốc

Nhược điểm của biện pháp này nhiều khi điều kiện thi công khó khăn và phải kết hợp với nhiều biện pháp bảo vệ khác kèm theo, đặc biệt là biện pháp bảo vệ bề mặt mái dốc bằng lưới thép phun bê tông

2.2.3 Biện pháp sử dụng các kết cấu chịu lực gia cường

Đây là biện pháp làm tăng cường mức độ ổn định chung của mái dốc, làm giảm lực cắt và tăng lực chống trượt của khối đất đá Biện pháp này bao gồm

- Tường chắn: gồm chắn đá xếp khan, tường rọ đá, tương đá hộc xây vữa, tường bê tông xi măng, tường bê tông cốt thép,

- Tường ốp mái bằng đá hộc xây hoặc bê tông xi măng, tường áo

- Dùng vải địa kỹ thuật gia cường Phương pháp này thường sử dụng cho nền đắp

- Neo: Thanh neo thường, cáp neo thường, thanh neo ứng suất trước, cáp neo ứng suất trước

Trong các kết cấu chịu lực đã nêu, tường chắn là kết cấu chịu lực được sử dụng nhiều nhất và được áp dụng hầu hết trong các công trình phòng chống đất sụt ở nước ta

Ưu điểm chủ yếu của biện pháp kết cấu gia cường là tăng đáng kể mức độ ổn định của mái dốc, là một trong những biện pháp chính để phòng chống đất sụt Mặt hạn chế của biện pháp này là giá thành xây dựng tương đối cao, mặt bằng thi công rộng nên hạn chế khi thi công ở những nơi có địa hình chật hẹp

Gần đây, công nghệ neo đã được áp dụng thành công trong lĩnh vực xử lý đất sụt Trên thế giới, công nghệ neo được áp dụng tương đối phổ biến vì giải pháp này

có nhiều ưu điểm mà các giải pháp khác không có được, đặc biệt áp dụng giải pháp này trong xây dựng giao thông đối với những tuyến đường độc đạo cần nâng cấp sẽ giải quyết tốt vấn đề đảm bảo giao thông trong qua trình đầu tư Neo gồm có neo thông thường và neo ứng suất trước Trong đó neo ứng suất trước có ứng dụng rộng rãi hơn Nguyên lý tác dụng công nghệ neo ứng suất trước: Thông qua cáp neo, cần

neo ứng suất trước, tạo ra một lực pháp tuyến hướng về bề mặt đất đá không bị sụt trượt

2.3 Sơ lƣợc về sự phát triển, cấu tạo và ứng dụng công nghệ neo cố đất ổn định mái dốc

2.3.1 Sơ lược về sự phát triển công nghệ neo trong đất ổn định mái dốc

Trong những năm gần đây ở nước ta việc xây dựng các công trình phòng hộ có tính chất tường chắn gia cố hố móng sâu, chống sụt trượt mái dốc, ngày càng chiếm một tỷ lệ đáng kể trong xây dựng thủy lợi, thủy điện , giao thông việc ứng dụng công nghệ neo ứng suất trước trong đất, đá sẽ làm cho các công trình chống đỡ thanh mảnh hơn, thẩm mỹ cao hơn, tiết kiệm vật liệu, làm giảm đáng kể khối lượngđào đất đá Việc thi công neo trong đất cũng không đòi hỏi mặt bằng lớn và thiết bị thi công phức tạp

Neo ứng suất trước trong đất ngày nay được phát triển trên cơ sở thanh neo trong đá Trước những năm 50 của thế kỷ XX, thanh neo trong đá được ứng dụng trong vỏ hầm Năm 1958, một công ty của Đức lần đầu tiên dùng neo vào việc neo giữ tường chắn để thi công hố móng sâu.Các kỹ thuật về neo phát triển mạnh mẽ trong hơn 50 năm qua, neo được dùng cho cả hai loại công trình tạm thời và lâu dài trên thế giới, đặc biệt ở Châu Âu và Trung Quốc Việc ứng dụng neo không chỉ về

số lượng mà còn phát triển cả tính năng và phạm vi áp dụng Phát triển từ thanh neo không ứng suất trước đến neo ứng suất trước bằng cáp thép cường độ cao, ứng dụng chống sụt trượt mái dốc, tường chắn hố sâu,

Ở Việt Nam, neo trong đất được dùng trong các công trình như hầm thủy điện Hòa Bình, hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, tường hố đào sâu cao ốc VietComBank

Hà Nội, công trình gia cố mái dốc công trình thủy điện Hàm Thuận - Đa Mi Gần đây được ứng dụng bảo vệ mái dốc cửa Hầm A Roang (đường Hồ Chí Minh), ổn định mái dốc tại đèo Đá Đẽo trên đường Hồ Chí Minh, Bảo vệ mái dốc của hệ thống đường ống dẫn nước áp lực nhà máy thủy điện Ancroek –Lâm Đồng Qua các mùa mưa những năm gần đây, các vị trí mái dốc được sử lý bằng neo trong đất đảm

bảo ổn định chứng tỏ phương pháp này rất có hiệu quả cho mái dốc cao, địa chất xấu, kết hợp bất lợi về nguồn nước mưa, nước mặt và nước ngầm

Trong thời gian qua và trong tương lai, khi các công trình thủy lợi, thủy điện, công trình giao thông vươn tới vùng sâu, vùng xa, vùng có địa chất phức tạp, các công trình hố móng sâu trong thành phố, công trình ngầm trong nhiều trường hợp kết cấu chống lại áp lực đất bằng neo là giải pháp duy nhất

Từ đầu những năm 1980, Viện khoa học công nghệ giao thông vận tải do giáo

sư Bùi Danh Lưu chủ trì đã tiến hành một số thí nghiệm trong phòng nghiên cứu neo bản chôn trong đất và trạng thái ứng suất xung quanh bầu neo khoan Trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ giao thông giai đoạn 2001-2003

về neo trong đất, Viện khoa học công nghệ giao thông vận tải đã tiến hành nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế, thi công, nghiệm thu neo trong đất do PGS.TS Nguyễn Hữu Đẩu chủ trì và biên dịch quy trình „Neo trong đất ‟BS 8081-1989 Tiếp theo là

đề tài nghiên cứu “ các giải pháp chống sụt trượt có sử dụng neo cho mái dốc nền đường đắp cao và đào sâu” của tiến sỹ Doãn Minh Tâm,

Nguyên lý tác dụng của công nghệ neo cáp ứng suất trước: Thông qua cáp neo ứng suất trước, tạo ra một lực pháp tuyến hướng về bề mặt đất đá không bị sụt trượt

2.3.2 Cấu tạo chung của neo trong đất

Một neo trong đất nói chung gồm 3 bộ phận cơ bản: Đầu neo, dây neo (hoặc thanh neo), bầu neo

Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo của neo trong đất đá