Nghiên cứu giải pháp kết cấu và thi công công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

LỜI CẢM ƠN Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn trong việc nghiên cứu giải quyết những bất cập còn tồn tại trong việc thiết kế, thi công công trình b

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU: 1

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG .3

1.1 Đất và phân loại đất trong xây dựng 3

1.1.1 Định nghĩa đất 3

1.1.2 Thuộc tính c ủa đất và các vấn đề khi xây dựng công trình 3

1.2 Đất yếu và các đặc tính của đất yếu 5

1.2.1 Khái niệm nền đất yếu 5

1.2.2 Phân lo ại nền đất yếu 5

1.2.3 Đặc tính của đất yếu 6

1.2.4 Các loại nền đất yếu thường gặp 7

1.2.5 Các vấn đề thường gặp khi xây dựng công trình trên nền đ ất yếu 7

1.2.6 Xử lý nền đất yếu 9

1.3 Công trình bảo vệ bờ sông và đ ặc điểm của từng loại công trình bảo vệ bờ 13

1.4 Vật liệu xây dựng công trình bảo vệ bờ 16

1.5 Cấu tạo và đặc điểm làm việc của kết cấu bảo vệ mái đê sông 17

1.5.1 Chân kè .18

1.5.2 Thân kè 20

1.5.3 Đỉnh kè 21

1.6 Đặc điểm và điều kiện thi công công trình bảo vệ bờ sông 22

1.7 Các biện pháp thiết kế công trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu 22

1.7.1 Các yê u cầu khi thiết kế công trình trên nền đất yếu 23

1.7.2 Các yêu cầu về ổn định công trình 23

1.7.3 Các yêu cầu tiếp giáp giữa nền và công trình 24

1.7.4 Môt số dạng công trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu phổ biến .24

1.7.5 Một số công nghệ mới trong việc xây dựng công trình bảo vệ bờ sông trên

nền đất yếu 27

Chương 2 : CÁC SỰ CỐ KHI THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 29

2.1 Các sự cố thường gặp trong công trình bảo vệ bờ sông 29

2.1.1 Các hư hỏng do tác dụng của sóng 30

2.1.2 Những hư hỏng do tác dụng c ủa dòng triều 30

2.1.3 Hư hỏng do nền 31

2.1.4 Những hư hỏng do tầng lọc và các nguyên nhân khác .31

2.2 Đặc điểm của việc xử lý sự cố công trình 31

2.3 Những nguyên tắc khi xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông 31

2.4 Lựa chọn giải pháp xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông 32

2.4.1 Xử lý nền đê mềm yếu 32

2.4.2 Xử lý nền đê thấm nước 33

2.4.3 Xử lý nền đê nhiều lớp đ ất yếu 33

2.4.4 Lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn bục đ ất, giếng phụt 37

2.5 Biện pháp phòng ngừa sự cố công trình bảo vệ bờ sông 40

Chương 3 : NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 42

3.1 Xác định lực tác dụng lên kết cấu công trình bảo vệ bờ sông 42

3.1.1 Tải trọng sóng 42

1.1.3 Áp lực đ ất 50

3.2 Tính toán xác định kích thước công trình bảo vệ bờ sông 51

3.2.1 Trọng lượng ổn định của viên đá hoặc đơn nguyên trong kết cấu kè: 51

3.2.2 Chiều dày vỏ kè 52

3.2.3 Trọng lượng viên đá ở chân kè .54

3.3 Các hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu 54

3.3.1 Công trình bảo vệ bờ xây dựng trên nền cọc tràm (tre) 56

3.3.2 Công trình bảo vệ bờ xây dựng trên bệ cọc bê tông 63

3.3.3 Công trình bảo vệ bờ xây dựng trên nền cọc xi măng đ ất 68

3.4 Phân tích và l ựa chọn hình thức kết cấu công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu 81

3.4.1 Phương pháp xử lý bằng cọc tràm 81

3.4.2 Phương pháp xử lý bằng móng cọc bê tông 82

3.4.3 Phương pháp xử lý bằng cọc xi măng đất .82

3.5 Kế hoạch và lựa chọn biện pháp thi công công trình bảo vệ bờ sông .83

3.5.1 Thi công móng xử lý bằng cọc tràm 83

3.5.2 Thi công móng cọc BTCT .84

3.5.3 Thi công nền xử lý bằng cọc xi măng đất 86

Chương 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÈ CHỐNG SẠT LỞ SÔNG Ô MÔN GIAI ĐOẠN 2 TỪ RẠCH TẮC ÔNG THỤC ĐẾN RẠCH GỐC, THÀNH PHỐ CẦN THƠ 91

4.1 Giới thiệu đặc điểm tự nhiên của đoạn sông 91

4.1.1 Nguyên nhân sạt lở 91

4.1.2 Chế độ thuỷ văn: 93

4.1.3 Đặc điểm địa chất: 94

4.1.4 Điều kiện địa chất thủy văn: 95

4.1.5 Đặc điểm địa chất công trình: 95

4.2 Tính toán phân tích lựa chọn kết cấu bảo vê bờ sông 99

4.2.1 Các thông số thiết kế chính: 99

4.2.2 Phạm vi kè bờ: 99

4.2.3 Kết cấu công trình 99

4.2.4 Tính toán so sánh phương án xử lý nền 100

4.2.5 Nội dung tính toán 101

4.2.6 So sánh kinh tế 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Khối phản áp .35

Hình 2.2 Giếng đào giảm áp 36

Hình 2.3 Giếng bơm giảm áp .37

Hình 2.4 Giếng quây lọc ngược giảm cột nước chênh lệch .39

Hình 2.5 Xử lý giếng đùn, giếng phụt, bãi sủi .40

Hình 3.1 Sơ đồ xác định đà sóng 45

Hình 3.2 Sơ đồ xác định các yếu tố của sóng .46

Hình 3.3 Sơ đồ phân vùng sóng .47

Hình 3.4 Đồ thị xác định áp lực sóng âm tương đối ppa .50

Hình 3.5 Phân bố áp lực chủ động trên mặt đất nghiêng 51

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán khối móng quy ước .60

Hình 3.7 Quan hệ Mz ~ Tz 62

Hình 3.8 Quá trình thi công cọc xi măng đất .69

Hình 3.9 Một số ứng dụng của cọc xi măng đất trong thực tế .70

Hình 3.10 Sơ đồ nhóm cọc bị phá hoại toàn khối .77

Hình 3.11 Sơ đồ nhóm cọc bị phá hoại cục bộ .77

Hình 3.12 Sơ đồ tính toán tổng độ lún của nền 78

Hình 3.13 Tính toán nhóm cọc có tải phân bố lớn 80

Hình 3.14 Sơ đồ thi công cọc xi măng đất 87

Hình 3.15 Mô hình dây chuyền thiết bị thi công cọc xi măng đ ất .89

Hình 4.1 Tương quan mực nước giữa Cần Thơ và Long Xuyên 95

Hình 4.2 Mặt đứng đại diện phân đoạn 22,98m 100

Hình 4.3 Mặt cắt ngang đại diện 100

DANH MỤC B ẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu: .6

Bảng 1.2 Quy cách một số loại rọ đá định hình tiêu biểu .25

Bảng 1.3 Chiều dày thảm đá xác định theo lưu tốc .26

Bảng 3.1 Bảng xác định giá trị kđ 43

Bảng 3.2 Bảng xác định hệ số chuyển đổi k10 44

Bảng 3.3 Giá trị lớn nhất của đà gió .45

Bảng 3.4 Tần suất tính toán ứng với từng cấp công trình .46

Bảng 3.5 Bảng xác định hệ số Knb 48

Bảng 3.6 Bảng xác định áp lực sóng tương đối P2 48

Bảng 3.7 Hệ số ổn định KD 52

Bảng 3.8 Bảng xác định hệ số .54

Bảng 3.9 Bảng xác định trọng lượng viên đá chân kè .54

Bảng 3.10 Tương quan giữa qc và 66

Bảng 3.11 Hệ số Kc và i 67

Bảng 4.1 Tương quan mực nước giữa Cần Thơ và Long Xuyên 93

Bảng 4.2 Vị trí hố khoan địa chất 95

Bảng 4.3 Chỉ tiêu cơ lý đất nền công trình 97

Bảng 4.4 Khối luợng xử lý móng bằng cọc BTCT 102

Bảng 4.5 Chi phí nhân công và máy xử lý cọc BTCT 104

Bảng 4.6 Chi phí vật liệu xử lý cọc BTCT 105

Bảng 4.7 Chi phí xử lý nền bằng cọc xi măng đất 107

LỜI CẢM ƠN

Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, với những kết quả còn rất khiêm tốn trong việc nghiên cứu giải quyết những bất cập còn tồn tại trong việc thiết kế, thi công công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu, với những kinh nghiệm thực tế của mình đã tham gia thiết kế một số công trình bảo vệ bờ sông, tác giả hi vọng đóng góp một phần nhỏ bé phục vụ cho công tác nghiên cứu thiết kế và xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông sẽ và đang triển khai xây dựng ở Việt Nam

Tác giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới GS.TS Lê Kim Truyền đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành c ảm ơn Phòng đào tạo ĐH&SĐH, khoa Công trình, các thầy cô giáo tham gia giảng dạy Cao học tại Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho bài luận văn này c ũng như truyền đ ạt kiến thức trong quá trình học tập

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn

Do trình độ có hạn đồng thời lĩnh vực nghiên cứu cũng là một lĩnh vực rộng đòi hỏi kiến thức tổng hợp nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành

Tác giả

Vũ Xuân Phương

MỞ ĐẦU:

I Tính c ấp thiết của Đề tài:

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển mạnh mẽ của đất nước ta, hệ thống sông ngòi dày đặc đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước Ngoài việc đóng vai trò quan trọng trong việc giao thông vận tải đường thủy nội địa, hệ thống sông ngòi kênh rạch ở nước ta còn là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh ho ạt, nước tưới tiêu phục vụ nông, lâm nghiệp,

là nguồn cung c ấp thủy sản và đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết và thoát

lũ, đảm bảo an toàn cho cuộc sống người dân Bên cạnh những mặt lợi do hệ thống sông ngòi đem lại, hàng năm chúng ta phải đối phó với rất nhiều khó khăn không nhỏ do hệ thống sông ngòi như : lụt lội, sạt lở bờ …Đặc biệt trong những năm gần đây sự biến đổi của khí hậu toàn cầu càng làm cho quá trình xói bồi, biến hình lòng sông càng diễn ra nghiêm trọng và phức tạp Sự sạt lở bờ sông, đê bao chố ng lũ…sẽ còn gây ra nhiều tổn thất lớn đến kinh tế xã hội của đất nước cũng như đời sống nhân dân Vì vậy việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông ngòi phòng ngừa sự

cố là hết sức cần thiết và cấp bách Nhưng một vấn đề lớn đặt ra là hầu hết các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng ngay trên nền địa chất thềm sông, nơi đa phần

là đất yếu, gây khó khăn trong quá trình thiết kế và thi công để đảm bảo tính an toàn của công trình cũng như của cả hệ thống sông

Đề tài nghiên cứu, phân tích các khó khăn trong quá trình xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu, từ đó đề xuất biện pháp khắc phục hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của của các công trình bảo vệ bờ

II Mục đích của Đề tài:

1 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

2 Đề xuất biện pháp khắc phục sự cố

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận

Nghiên c ứu thông qua các tài liệu thiết kế và thi công công trình bảo vệ bờ sông trong nước và trên thế giới

Nghiên cứu thông qua các công trình bảo vệ bờ sông xây dựng trên nền đất yếu

đã được áp dụng xây dựng trong thực tế

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu các tài liệu khảo sát địa chất, địa chất thủy văn các công trình bảo

vệ bờ sông

Nghiên cứu, phân tích các biện pháp kết cấu của các công trình bảo vệ bờ sông Nghiên cứu, phân tích các biện pháp thi công công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

Nghiên cứu các giải pháp khắc phục sự cố trong thiết kế và thi công công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

IV Kết quả dự kiến đạt được

Đưa ra giải pháp hợp lý về kết cấu cũng như biện pháp thi công để đảm bảo an toàn cũng như kinh tế cho công trình bảo vệ bờ sông cũng như tổng thể hệ thống thủy lợi

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

1.1 Đất và phân loại đất trong xây dựng

1.1.2 Thuộc tính của đất và các vấn đề khi xây dựng công trình

a Thuộc tính của đất

- Đất có những thuộc tính riêng biệt so với các loại vật liệu khác như sau:

- Đất là vật liệu không đồng nhất : đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu thay đổi từ thời điểm này sang thời điểm khác bên trong khối đất

- Đất là vật liệu phi tuyến : đường quan hệ ứng suất – biến dạng không phải là đường thẳng

- Đất là vật liệu di hướng : đặc tính kỹ thuật hay đặc tính vật liệu không giống nhau với mọi phương

- Đất là vật liệu không bảo thủ : đất có khả năng lưu lại những gì đã xảy ra trong quá khứ và điều này chi phối sự ứng xử của đất

Khi chịu tải trọng công trình, đất nền có những thuộc tính cơ bản như sau :

- Đất nền chỉ chịu được lực nén và lực cắt

- Cường độ của đất nền khá nhỏ nhưng biến dạng lại lớn Cường độ của đất nền thường nhỏ hơn cường độ của vật liệu xây dựng công trình hàng trăm lần nhưng biến dạng của đất lại lớn hơn hàng ngàn lần

- Độ biến dạng của đất nền tăng dần theo thời gian khi có tải trọng tác dụng không đổi, đó là hiện tượng cố kết và từ biến của đất nền

b Các vấn đề khi xây dựng công trình trên nền đất

Trong xây dựng, các vấn đề phổ biến được tổng hợp lại như sau :

- Đào đất : để chuẩn bị cho hiện trường xây dựng và các công tác phục vụ nó, đất được đào và di chuyển đi Bài toán ở đây liên quan chặt chẽ tới các vấn đề chống đỡ

- Chống đỡ đất : cần xác định khả năng tự chống đỡ thực sự của các mái dốc tự nhiên và nhân tạo ( khối đắp) khi đào hố móng (hào, hầm …) và các công trình đào cắt khác (đường …), cần thiết xác định nhu cầu và phạm vi đòi hỏi công trình chống

- Công trình xây dựng dùng đất : đất được dùng phổ biến làm vật liệu xây dựng trong thi công đường, sân bay, đê đập, khối đắp … cũng giống như các vật liệu khác như bê tông, thép…đất cần được xác định và đánh giá các tính chất trước khi sử dụng và tiến hành đo lường nhằm giám sát chất lượng để có công trình đảm bảo chất lượng

1.2 1.2 Đất yếu và các đặc tính của đất yếu

1.2.1 1.2.1 Khái niệm nền đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền tự nhiên cho công trình xây dựng

Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đ ặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán r ất công phu Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghềthiết kế và bề dày kinh nghiệm

xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý

1.2.2 1.2.2 Phân loại nền đất yếu

Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2

), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ Khi xây dựng công trình trên đ ất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và

độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng

Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có

các tiêu chuẩn cụ thể để phân lo ại nền đất yếu

a) Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ bao gồ m :

- Loại có nguồn gốc khoáng vật : thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng

- Loại có nguồn gốc hữu cơ : hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật

b) Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên): Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên,

tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt

c) Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đ ầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo

Góc nội ma sát (o) (chịu cắt nhanh) Đất sét > 40 > 1,2 > 0,50 > 95 < 5

100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35daN/cm2

Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, Su, và trị

số xuyên tiêu chuẩn, N, như sau:

- Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2

- Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4

- Nền đất yếu thường gặp nhất là nền đất sét mềm lẫn nhiều hữu cơ

- Sức chịu tải bé (0,5 – 1kG/cm2);

- Đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG);

- Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0);

- Độ sệt lớn ( B > 1);

- Mo đun biến dạng bé (E< 50kG/cm2);

+ Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp;

+ Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; + Than bùn: Là lo ại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%);

+ Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy

+ Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập

1.2.5 Các vấn đề thường gặp khi xây dựng công trình trên nền đất yếu

Nền móng c ủa các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn do nền đất chịu sức ép kém

Các giải pháp móng có độ sâu không lớn đều thỏa mãn được sức chịu tải nhưng không giải quyết được vấn đề lún, chỉ có cọc móng (có độ sâu lớn) mới có thể đồng thời giải quyết được vấn đề lún và sức chịu tải Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu

Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đ ất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết trong quá trình thiết kế công trình nhằm đảm bảo tính chỉnh thể, an toàn, ổn định của công trình:

- Độ lún: Độ lún tuy tiến triển chậm nhưng thời gian diễn ra lún lại kéo dài, nếu không xác định được chính xác độ lún của công trình có thể gây biến dạng nền rất lớn, làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của công trình Biến dạng nền lớn cũng

có thể làm hỏng các bộ phận công trình hoặc của các công trình lân cận chôn trong đất Với móng cọc, độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất

Khi thiết kế công trình cần xem xét và tính toán được cụ thể độ lún của công trình bao gồm 2 thành phần Si (lún tức thời) và Sc (lún cố kết) của nền công trình đến khi quá trình lún cố kết kết thúc

- Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc,

áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn

- Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do thấm và dưới tác động của áp lực nước

- Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hoả, ô tô và động đất Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang đặt cần nghiên c ứu có giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho công trình

- Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơ sở trên nền đất yếu cần có giải pháp xử lý nền hợp lý để đảm bảo sự ổn định của công trình

- Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và

sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu cần nghiên cứu áp dụng hoặc đưa ra công nghệ

xử lý nền cho phù hợp với điều kiện từng địa phương, từng công trình

- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều

- Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển

- Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long

1.2.6 Xử lý nền đất yếu

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải, tăng khả năng ổn định của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất

Đối với công trình thủy lợi nói riêng và các công trình xây dựng nói chung, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Phương pháp xử lí đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đ ất yếu nhưng được phân ra thành các nhóm chính như sau:

- Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

- Các biện pháp xử lý về móng

- Các biện pháp xử lý nền

a Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

Kết cấucông trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé Các biện pháp về kết cấucông trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng các biện pháp sau:

- Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

- Làm tăng sự linh hoạt của kết cấucông trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều

- Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấucông trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

- Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp

- Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng

băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn

c Các biện pháp xử lý nền

- Phương pháp thay nền Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài,

áp dụng được với mọi điều kiện địa chất Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp

- Các phương pháp cơ học Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm,

sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học

Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc

gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường

bộ và đường sắt Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng

- Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm

- Phương pháp nhiệt học Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu

sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

- Các phương pháp hóa học Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh

ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ

- Phương pháp sinh học Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế

- Các phương pháp thủy lực Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể

Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm

- Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt

- Phương pháp gia tải nén trước

- Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

- Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

- Phương pháp gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ

- Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc tre và cọc tràm

- Bệ phản áp

1.3 Công trình bảo vệ bờ sông và đặc điểm của từng loại công trình bảo vệ bờ

Công trình bảo vệ bờ sông là dạng công trình áp dụng tại những nơi cần chống sạt lở, không làm ảnh hưởng đến lòng dẫn Công trình này làm tăng khả năng chống xói lở của lòng dẫn, không phá ho ại kết cấu dòng chảy.Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông , đặc biệt là về mùa lũ

Các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng để bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến dạng do dòng chảy mặt, và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát đi theo những hướng xác định theo mục đích chỉnh trị sông

Công trình bảo vệ bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh trị, nhằm bảo vệ các điều kiện làm việc có lợi của một con sông, bảo vệ bờ chống xói lở, bảo vệ dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông

a Phân loại công trình bảo vệ bờ

Các loại công trình bảo vệ bờ sông có thể được chia theo các đ ặc trưng sau:

* Theo quy mô công trình và công nghệ sử dụng

- Công trình dân gian, thô sơ (có quy mô nhỏ) : là dạng công trình thường được xây dựng tại những vị trí sông, kênh, rạch bị xói lở bờ có độ sâu không lớn, kinh phí xây dựng nhỏ và chủ yếu do người dân sống gần bờ sông xây dựng Công trình dạng này chủ yếu có nhiệm vụ ngăn chặn bớt tốc độ xói lở bờ dưới tác dụng của sóng tàu thuyền hay gió Vd : bó cành cây, tre thường được sử dụng với những công trình tạm thời và có quy mô nhỏ

- Công trình bán kiên cố (quy mô vừa) : là các công trình có tính chất địa phương, chưa giải quyết triệt để được nguyên nhân cơ bản gây xói lở bờ Công trình thường được xây dựng tại các vị trí sông có độ sâu vừa phải, vận tốc dòng chảy không quá lớn Công trình bán kiên cố thường gặp là các công trình bằng thảm đá hay tấm bê tông cốt thép, chân và thân kè được gia cố bằng bao tải cát, rọ đá còn phần đỉnh được xây tường đứng bằng bê tông, đá xây

- Công trình kiên cố (quy mô lớn) : thường được xây dựng để bảo vệ những khu vực nhà cửa, cơ sở hạ tầng quan trọng đang bị ảnh hưởng bởi những dòng chảy có lưu tốc lớn, gần vị trí sông sâu Kinh phí xây dựng loại công trình này thường lớn (10-30 triệu đồng/m dài, cá biệt có thể tới 100 triệu đồng/m) Công trình kiên cố thường có dạng cọc bản bê tông cốt thép, cọc bê tông cốt thép

- Công trình ứng dụng công nghệ mới : loại công trình được áp dụng các công nghệ khoa học tiên tiến, mang lại hiệu quả kinh tế cao Vd : công nghệ thảm bê tông

FS, cừ bản BTCT ứng suất trước, kè bằng khối bê tông tự chèn của TS Phan Đức Tác

* Theo kết cấu công trình

- Các vật liệu mới (composite )

b Các công trình bảo vệ bờ sông phổ biến

* Kè bảo vệ mái

Hình thức bảo vệ mái tiêu biểu nhất là kè bảo vệ mái Kè là lớp gia cố bờ sông

để chống lại sự xói lở do tác động của sóng và dòng chảy Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các tải trọng sinh

ra ở phía trong kè và thân đê Các tác động này sinh ra từ nguồ n gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các t ải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Các tác động này sinh ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật

* Đập mỏ hàn để lái dòng chảy trong sông đi theo những hướng xác định

Đập có kết cấu một đầu gối vào bờ, một đầu nhô ra phía sông, nhưng không chắn hết chiều rộng lòng sông Nhiệm vụ của đ ập mỏ hàn là để hướng dòng chảy gần bờ đi theo hướng của tuyến chỉnh trị Đây là hệ thống công trình không gây thu hẹp lòng dẫn một cách liên t ục nhưng tạo đường bờ mới theo các điểm cố định làm dềnh nước và chuyển động nước không đều ở các vị trí này Vì các mỏ hàn phân chia thành các khoang bờ và các tuyến chỉnh trị làm ngăn c ản dòng chảy hoặc giảm tốc độ dòng chảy ở trong các khoang tạo nên bờ mới do bùn cát lắng đọng

1.4 Vật liệu xây dựng công trình bảo vệ bờ

Các loại công trình bảo vệ bờ được xây dựng chủ yếu bằng vật liệu địa phương, vật liệu khai thác tại chỗ, trong một số trường hợp đặc biệt sẽ cần đến những vật liệu nhân tạo Tuy nhiên, những vật liệu này cơ bản cần đ ạt được những yêu cầu sau:

- Có thể khai tác tại chỗ hoặc vận chuyển thuận tiện, chi phí gia công thấp, có trữ lượng lớn và có thể huy động sự đóng góp của nhân dân

- Bền, dẻo, dễ biến hình ứng với biến hình của lòng sông hoặc phạm vi cần bảo

vệ, chống xói và khó bị mục nát

Các loại vật liệu thường sử dụng trong xây dựng công trình bảo vệ bờ là :

- Đất : ngày nay đất ít được sử dụng vào mục đích bảo vệ bờ mà chủ yếu được

sử dụng để xây dựng lớp lõi của đê Tùy theo điều kiện sử dụng (có thực vật hoặc không có) và điều kiện tiếp xúc ( có tiếp xúc với dòng chảy hay không) mà có thể

sử dụng các loại đất khác nhau

- Đá : ngoại trừ các loại đá bị phá hoại trong nước và các loại đá có trọng lượng

riêng quá nhỏ ( nhỏ hơn 1,7T/m3) Tất cả các loại đá dăm, cuội, sỏi…đều có thể sử dụng để xây dựng công trình bảo vệ bờ Tùy theo bộ phận công trình, vị trí xây dựng và mục đích sử dụng mà lựa chọn các loại đá khác nhau và kích thước khác nhau

- Tre, cây thân gỗ : tùy theo nhu cầu sử dụng có thể dùng các loại cây này chỉ

bằng thân hoặc cả tán cây Các loại cây này được sử dụng nhằm mục đích chống xói cục bộ hoặc phối hợp với các công trình khác để bảo vệ bờ sông, tăng bồi lắng…

- Cây cỏ : loại cỏ được sử dụng chủ yếu là cỏ Vetiver, loại cỏ này có khả năng

chịu ngập nước lớn, rễ cắm sâu vào đất nên chịu sóng tốt, chống xói cho khu bờ cần bảo vệ Ngoài ra, nhân dân ta từ lâu đời đã trồng nhiều loại cây để bảo vệ bờ sông, kênh rạch như tre, bần, mắm, dừa nước

- Bê tông, bê tông cốt thép, nhựa đường và các loại vật liệu khác có cường độ

cao : tùy vào mức độ quan trọng của đoạn bờ đê cần bảo vệ mà có thể sử dụng các loại vật liệu này trong việc xây dựng công trình bảo vệ bờ Tuy giá thành vật liệu cao, nhân công xây dựng lớn nhưng do độ bền cao nên ngày nay các loại vật liệu này ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các công trình bảo vệ bờ

1.5 Cấu tạo và đặc điểm làm việc của kết cấu bảo vệ mái đê sông

Như đã nói ở trên, hình thức bảo vệ mái đê sông phổ biến nhất là kè lát mái Tùy theo hình thức kết cấu và vật liệu sử dụng mà kè bảo vệ mái có thể phân ra làm nhiều loại khác nhau Nhưng trong đó tất cả đều gồm 3 phần chính : chân kè, thân

kè và đỉnh kè Thân kè là phần bảo vệ mái dốc từ chân đến đỉnh Đỉnh kè là phần bảo vệ đỉnh mái dốc Từng phần theo từng điều kiện cụ thể có cấu tạo chi tiết để đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía sông, phía biển và từ phía đ ất thân đê ho ặc bờ

kè đảm bảo các yêu cầu về độ bề, ổn định

a Chân kè nông:

Tại vùng mức độ xâm thực bãi không nghiêm trọng, chân khay chỉ chống đỡ dòng chảy tạo ra do sóng ở chân đê, thích hợp cho loại chân kè nối tiếp mặt

- Dạng thềm nổi:

Đá hộc đƣợc phủ phẳng trên chiều rộng từ 3 đến 4.5 lần chiều cao sóng trung bình, chiều dày từ 1 đến 2 lần chiều dày lớp kè

- Chân khay bằng cọc gỗ

- Chân khay bằng cọc bê tông cốt thép

Hình 1.2 Một số dạng kết cấu chân kè

1.5.3 Thân kè

Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Các tác động này sinh

ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật

Sự tác động của các áp lực từ môi trường nước vào các kết cấu kè và tải trọng sinh ra từ phía bên trong thân đê, có thể mô phỏng bằng một hệ tương tác giữa 3

môi trường: Nước - Đất - Công trình như hình 4-4 Mô tả sự làm việc theo sơ đồ

này như sau:

Quá trình I là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thủy lực nh- sóng, vận tốc trung bình của dòng chảy được mô phỏng là tải trọng phía ngoài Pn(y,t) Quá trình II là quá trình chuyển hoá từ tải trọng phía ngoài tới phía bên trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với đất thân đê gọi

là tải trọng phía trong Pt( y,t)

Quá trình III là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía Căn cứ vào kết cấu cụ thể của từng loại kè, tình hình tác dụng của các tải trọng

mà tiến hành thiết lập các bài toán tính ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, và tính toán kết cấu cho kè

Có nhiều loại kết cấu kè bảo vệ mái dốc đê, mái dốc bờ sông, bờ biển, có thể khái quát hoá thành một số loại chính như sau:

- Đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung bằng đá xây Lo ại này được dùng

tương đối phổ biến (xem hình 1.2)

- Khối bê tông đúc sẵn lát độc lập như hình 1.2, khối bê tông liên kết theo cơ

chế tự chèn

- Một số hình thức khác: bê tông Asphalt, trồng cỏ, vải địa kỹ thuật

Phạm vi ứng dụng của một số hình thức kè bảo vệ mái dốc:

- Trồng cỏ khi sóng tác dụng có hs ≤ 0.5m, dòng chảy có vận tốc v<1m/s hoặc

có bãi ngập, mái đê, mái bờ có đất để cỏ phát triển

- Đá hộc đổ rối khi có nguồn đá phong phú, mái đê, mái bờ thoải khi không có yêu cầu mĩ quan

- Đá hộc lát khan: Khi có nguồn đá phong phú, có đá lớn, nền thoát nước tốt

- Đá xếp trong khung xây bằng đá được sử dụng khi sóng và dòng chảy tương đối mạnh, bờ tương đối chắc, không đủ đá lớn

- Đá hộc xây được dùng khi: Mái bờ tương đối chắc, sóng lớn, dòng chảy mạnh, không có đá lớn

- Dùng hỗn hợp nhiều loại khi mực nước dao động lớn, mái gia cố dài, từng vị trí có yêu cầu khác nhau

Các nội dung nêu trên là khái quát về phạm vi ứng dụng làm cơ sở lựa chọn giải pháp thiết kế Trong từng trường hợp cụ thể, phải phân tích đầy đ ủ các điều kiện để lựa chọn được giải pháp tốt nhất Giải pháp tốt nhất là giải pháp tho ả mãn được nhiều yêu cầu ổn định, mỹ quan và có giá thành hạ

1.5.4 Đỉnh kè

Đỉnh kè thường bao gồm tường chắn sóng, rãnh thu nước…và có thể kết hợp cả đường giao thông Tác dụng bảo vệ của đỉnh kè thường là không quan trọng bằng các kết cấu phía dưới Đỉnh kè chủ yếu phục vụ cho mục đích sử dụng kết hợp một

số trường hợp đỉnh kè có tường chắn sóng thì kết hợp để ngăn sóng từ sông, biển… tràn qua đỉnh

1.6 Đặc điểm và điều kiện thi công công trình bảo vệ bờ sông

Thi công công trình bảo vệ bờ sông cũng như các công trình thủy lợi khác, đều

có những đặc điểm nổi bật sau :

- Xây dựng trên lòng sông, bãi bồi, móng nhiều khi nằm sâu dưới mặt đất tự nhiên của lòng sông, nhất là dưới mực nước ngầm nên trong quá trình thi công không tránh khỏi ảnh hưởng bất lợi của dòng nước mặt, nước ngầm và nước mưa

- Đại đa số các công trình dùng vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ

- Công trường trải trên một diện tích hẹp ngang và có chiều dài lớn

1.7 Các biện pháp thiết kế công trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu

Trên các sông vùng đồng bằng, đặc biệt là vùng cửa sông, điển hình là vùng Đồng bằng Nam Bộ, bờ sông hầu hết có nền đất yếu, để bảo vệ bờ chống xói, hầu hết đều sử dụng công trình gia cố bờ Những vùng cửa sông chịu ảnh hưởng của triều, dao động mực nước trong năm thường nhỏ, do đó phần lớn công trình gia cố

bờ đều nằm dưới mực nước thấp nên khả năng chịu lực của đất nền thay đổi khá nhiều khi mực nước xung quanh công trình thay đổi đặc biệt là khi rút sâu vào mùa kiệt Vì vậy công trình bảo vệ bờ trên những đoạn sông này thường có đặc thù riêng Trong thực tế, những công trình đã ứng dụng trên những đoạn sông ở vùng Đồng bằng Nam Bộ gồm nhiều loại từ thô sơ đến hiện đại, ứng dụng cho các loại lòng dẫn từ kênh rạch ra sông lớn, từ vùng nông thôn đến nội thành Tuy nhiên, những công trình trên các sông lớn còn ít, ở cửa sông gần như vẫn còn là vùng trắng, chưa xây dựng Đây là những điều kiện thuận lợi để áp dụng công nghệ mới trong việc xây dựng Hiện nay, công trình chỉnh trị sông nói chung và công trình bảo vệ bờ sông nói riêng không còn ở thời kỳ chính quyền địa phương huy động nhân dân tự xây dựng mà đều do các Công ty xây dựng chuyên ngành thi công nên khuynh hướng sử dụng các loại vật liệu hiện đại, công nghệ tiên tiến trong thiết kế, thi công và lắp đặt đang ngày càng phổ biến

1.7.1 Các yêu cầu khi thiết kế công trình trên nền đất yếu

Yêu c ầu cơ bản của kết cấu công trình gia cố bờ trên nền đất yếu là kết cấu công trình nhẹ, không gây sụt lún, thích ứng với biến hình lòng dẫn phức tạp, thuận tiện thi công và lắp đặt dưới nước Trong đó, các mô hình kết cấu gia cố bờ trên nền đất yếu chính được đề cập như sau :

- Ổn định trên lớp đất bề mặt của mái dốc đê

- Linh hoạt và dễ biến dạng theo đất của mái dốc và nền

- Bền vững lâu dài của kết cấu và của vật liệu

- Dễ quan sát, kiểm tra cho người quản lý

- Tận dụng vật liệu địa phương

1.7.2 Các yêu cầu về ổn định công trình

Mỗi công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng đều là thành quả lao động lớn của con người, có ảnh hưởng lớn đến cuộc sống con người, không chỉ trên phương diện giá trị sử dụng mà còn là s ự an toàn và các ảnh hưởng đến đời sông kinh tế xã hội Móng công trình là bộ phận phía dưới công trình có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên mặt nền Vì vậy nền công trình sẽ bị thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng khi xây dựng công trình Riêng với công trình bảo vệ

bờ, nền thường nằm dưới nước nên cần kể đến phạm vị đất chịu sự thay đổi về thấm nước do xây dựng và sử dụng công trình Vậy nên để công trình đảm bảo ổn định thì cần đáp ứng các yêu c ầu sau :

- Nền đất dưới công trình làm việc bình thường, công trình hoặc từng bộ phận công trình không bị trượt, lật (với nền đá)

- Biến dạng của nền, chênh lệch biến dạng hoặc dịch chuyển ngang của cơng trình khơng quá lớn, đảm bảo tính chỉnh thể và điều kiện làm việc bình thường của nền cơng trình

Đây là các yêu cầu chủ yếu mà cơng trình cần đảm bảo trong suốt thời gian khai thác c ủa cơng trình

1.7.3 Các yêu cầu tiếp gi áp giữa nền và cơng trình

- Ổn định trên lớp đất bề mặt của mái dốc kè

- Linh hoạt và dễ biến dạng theo mái đất của mái dốc và nền

- Bền vững lâu dài của kết cấu và vật liệu

- Cĩ khả năng phát hiện và xử lý sự cố khi xảy ra hư hỏng cục bộ

- Giá thành giảm và độ an tồn cao

1.7.4 Mơt số dạng cơng trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu phổ biến

a Dạng cơng trình áp dụng trên các đoạn kênh rạch nhỏ

Thảm đá dày 0,30m

Vải địa kỹ thuật loại 2

Đá hộc xây dày 30cm Bê tông đá 4x6 M100 dày 10cm

Đất đắp K>=0,9 +0.40

+2.70

Cừ tràm L=4,7m;

Þngọn> 4,2 cm; đóng 25 cây/m²

PHÍA SÔNG HƯỚNG DÂN CƯ

Hình 1.3 Một số dạng cơng trình thường áp dụng trên kênh, rạch nhỏ

b Dạng cơng trình áp dụng trên các đoạn sơng, kênh rạch lớn

* Rọ đá

Hiện nay, trên hệ thống sông, kênh r ạch nước ta nhất là ở Nam Bộ đã sử dụng các loại rọ đá, thảm đá để gia cố từ đỉnh đến chân bờ Đây vốn là biện pháp truyền thống thường được áp dụng tại những nơi có ít đá lớn và yêu cầu tính mềm dẻo thích ứng với biến đổi của đáy và bờ sông Ứng dụng của thảm đá, rọ đá ngày càng rộng rãi không chỉ ở nước ta mà còn trên khắp thế giới nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chống ăn mòn trong nước mặn đặc biệt là sự kết hợp với yêu cầu bảo

vệ sinh thái c ủa loại kết cấu này Ngoài tác dụng bảo vệ bờ và lòng dẫn của rọ đá,

đá trong rọ còn là đá thô, có nhiều khe hở hẹp Sau một thời gian, bùn đất lắng đọng tại các khe hở này sẽ tạo điều kiện cho các loài thực vật tự nhiên hoặc do con người gieo trồng có thể sinh trường tốt và phát huy hiệu quả cao về đa dạng sinh học Bên cạnh đó, rễ của các loài thực vật này bám sâu vào đ ất tăng thêm sức chống đỡ của mái công trình đối với các tác động của sóng và dòng chảy, tăng thêm đáng kể tuổi thọ công trình

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại rọ thép định hình được sản xuất bởi các đơn vị trong và ngoài nước

Bảng 1.2 Quy cách một số loại rọ đá định hình tiêu biểu

* Thảm đá

Thảm đá là một loại rọ đá nhưng có chiều dày nhỏ và diện tích lớn Quy cách thảm đá có rất nhiều, loại lớn nhất có thể đạt 30x2x0,5m, loại nhỏ có thể đạt 6x2x0,3m Ưu điểm lớn nhất của thảm đá là tính chỉnh thể và mềm dẻo cao, vừa có thể chống lại tác dụng cuốn trôi của dòng chảy vừa có thể thích ứng linh hoạt với biến dạng lún của nền đất Đồng thời thảm đá cũng có những tác động thuận lợi cho thực vật sinh trưởng, cải thiện cảnh quan sinh thái, xử lý và biện pháp thi công đơn giản, hiệu quả kinh tế cao Chi phí vật liệu cao nhưng tổng mức công trình lại không cao thậm chí còn rẻ hơn nhiều một số biện pháp gia cố truyền thống Gia cố mái bằng thảm đá thuộc loại kết cấu nhẹ, thích hợp với các vị trí công trình xây dựng trên nền đất yếu hoặc tại các vị trí mái có độ dốc cao, tự ổn định trọng lực Trong điều kiện vật liệu đảm bảo ổn định về cường độ thì tính ổn định của kết cấu chủ yếu phụ thuộc chiều dày thảm, mà chiều dày thảm lại chủ yếu phụ thuộc vào lưu tốc trung bình của dòng chảy

Bảng 1.3 Chiều dày thảm đá xác định theo lưu tốc

Chiều dày

(m)

Đường kính (mm)

d50 (m)

Lưu tốc cực hạn là lưu tốc mà dưới tác dụng của nó, cá biệt có thể có viên đá bị lay chuyển tạo sự biến dạng cục bộ của một vài vị trí nhưng tính ổn định tổng thể của kết cấu vẫn được đảm bảo

Kích thước tối thiểu của viên đá phải lớn hơn ô lưới của rọ thép

1.7.5 Một số công nghệ mới trong việc xây dựng công trình bảo vệ bờ sông trên nền đất yếu

* Thảm bê tông FS

Thảm được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao và có các túi nhỏ Thảm được trải trên toàn bộ mái công trình cần được bảo vệ Sau đó, vữa bê tông được bơm vào các túi nhỏ trên thảm bằng bơm cao áp, tạo thành thảm bê tông có chiều dày 15-20cm khi bê tông đông cứng sẽ tạo thành một thảm bê tông cỡ lớn hoàn toàn cứng, vữa bê tông trong các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín toàn bộ mái công trình Các tấm bê tông được liên kết bằng chính phần vải của thảm

* Tấm cừ nhựa

Đây là loại kết cấu mới được sáng chế và áp dụng ở nước ta Do Việt Nam có địa hình bờ biển dài, nhiều sông ngòi, kênh rạch nên số lượng công trình bảo vệ bờ cần xây dựng rất lớn Nếu áp dụng cừ bản trong việc xây dựng các công trình này thì khối lượng cừ này cũng rất lớn Tuy nhiên, nếu sử dụng cừ gỗ thì thời gian sử dụng của cừ thường ngắn và gỗ ngày càng hiếm do rừng bị khai thác nhiều, ngày càng c ạn kiệt Trong khi đó, cừ thép ho ặc bê tông cốt thép thì nặng nền, khó thi công, giá thành cao và khả năng chịu ăn mòn kém Chính vì thế, sự ra đời của công nghệ cừ nhựa đã mở ra một hướng đi mới trong việc xây dựng công trình bảo vệ bờ nói riêng cũng như những loại công trình giao thông, thủy lợi và quân sự khác nói chung

* Cọc ván BTCT ứng suất trước

Đây là loại kết cấu có khả năng chịu được tải trọng ngang lớn và thường được

áp dụng tại các vị trí xây dựng công trình bảo vệ bờ có địa chất yếu, chịu tải trọng lớn Hiện nay, loại kết cấu này được áp dụng nhiều tại các vị trí sông vùng Đồng bằng Nam Bộ

Kết luận chương 1

Khi xây dựng công trình bảo vệ bờ trên nền đất yếu, tùy thuộc vào mục tiêu xây dựng, chức năng của từng công trình và đặc tính cơ lý của đ ất nền, địa hình xây dựng mà c ần nghiên cứu lựa chọn giải pháp công trình thích hợp

Trong chương 1, tác giả đã nêu khái niệm cơ bản về đất yếu, các loại công trình bảo vệ bờ thường gặp ở nước ta và cấu tạo, đ ặc điểm làm việc của kết cấu kè bảo vệ mái đê sông Tác giả cũng nêu những yêu cầu cơ bản khi xây dựng công trình bảo

vệ bờ sông trên nền đất yếu cũng như những biện pháp xử lý nền đất yếu thường gặp trong thực tế xây dựng Việc lựa chọn hình thức công trình, hình thức xử lý nào khi thiết kế phải dựa vào điều kiện cụ thể của từng công trình cũng như khả năng thi công và giá thành công trình

CHƯƠNG 2

CÁC SỰ CỐ KHI THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH B ẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN

NỀN ĐẤT YẾU

2.1 Các sự cố thường gặp trong công trình bảo vệ bờ sông

Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngoài và các t ải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê Sự tác động của các

áp lực từ môi trường nwớc vào các kết cấu kè và tải trọng sinh ra từ phía bên trong thân đê, có thể mô phỏng bằng một hệ tương tác giữa 3 môi trường: Nước - Đất - Công trình Quá trình làm việc này được mô tả như sau:

- Quá trình I là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thủy lực như sóng, vận tốc trung bình của dòng chảy đ ược mô phỏng là tải trọng phía ngoài Pn(y,t)

- Quá trình II là quá trình chuyển hoá từ tải trọng phía ngoài tới phía bên trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với đất thân đê gọi

là tải trọng phía trong Pt( y,t)

- Quá trình III là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía Căn cứ vào kết cấu cụ thể của từng loại kè, tình hình tác dụng của các tải trọng

mà tiến hành thiết lập các bài toán tính ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, và tính toán kết cấu cho kè

Một sự cố ở đê thường bắt nguồn từ những hư hỏng dẫn tới một bộ phận hoặc toàn bộ kết cấu bị mất ổn định theo một hình thái phá hoại nào đó làm cho nó không còn đảm nhận được chức năng làm việc được giao nữa

Kè bảo vệ mái là một bộ phận của mặt cắt đê Vì vậy, các hư hỏng của kè có liên quan đến hư hỏng của đê Một số dạng hư hỏng thường gặp như ở hình 4-5 Thường có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố Sự tác dụng của sóng đối với kè bảo

vệ mái dốc là nguyên nhân trực tiếp và được xem là nguyên nhân chính Sau đây là một số hư hỏng kè thường gặp và nguyên nhân trong t ừng trường hợp

2.1.1 Các hư hỏng do tác dụng của sóng

Sóng lớn tác dụng : gây trượt mái với mặt trượt vòng cung lớn Dưới tác dụng của những đợt sóng lớn lên mái kè, nước thấm vào trong mái đất làm đất bị bão hòa nước Khi sóng xuống thấp, mái đất sẽ bị trượt theo những cung trượt trụ tròn lớn, gây hư hỏng cho đê và kè bảo vệ mái

Sóng vừa và nhỏ: Tác động đến mái dốc như của sóng lớn nhưng chiều cao tác động nhỏ nên không làm mái dốc bị trượt, nhưng những tác dụng thường xuyên của sóng làm kết cấu mái bị trượt cục bộ từng phần, ảnh hưởng đến tính chỉnh thể của kết cấu và không đ ảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình làm việc

Ngoài ra, những tác động thường xuyên của sóng còn gây hiện tượng ăn mòn mặt lớp gia cố, bảo vệ bờ, gây ra những hư hỏng cục một trên mặt công trình

Sự tác dụng thường xuyên của sóng vào kết cấu kè mái còn gây ra một lực tác động đến những đơn nguyên của kết cấu kè gây ra chuyển vị những đơn nguyên này làm kè mất ổn đỉnh Với những đơn nguyên còn l ại sẽ bị dồn lại dưới tác dụng của sóng làm kết cấu kè mái bị mất ổn định Vì vậy khi tính toán kết cấu kè mái cần xác định trọng lượng của viên đá hoặc đơn nguyên kết cấu này để đảm bảo kết cấu kè làm việc ổn định

Sự tác động của sóng còn gây ra xói nền kè và kết cấu bảo vệ chân kè Nếu thi công không đảm bảo kỹ thuật làm kết cấu chuyển tiếp bảo vệ chân kè này liên kết kém ( độ rỗng lớn) dễ gây mất ổn định chân và nền kè, làm phá hỏng toàn bộ kết cấu bảo vệ mái phía trên Để đảm bảo kết cấu kè bảo vệ mái làm việc ổn định dưới tác dụng của sóng và dòng chảy, kích thước của viên đá bảo vệ chân kè phải được tính toán để đảm bảo ổn định

Chi tiết tính toán những cấu kiện này sẽ được trình bày trong chương sau của luận văn này

2.1.2 Những hư hỏng do tác dụng của dòng triều

Dòng triều tác dụng lên mái dốc và kết cấu bảo vệ mái đều đặn hàng ngày, nhưng không gây ra những tác động lực như sóng Dòng triều chỉ làm kết cấu đê phía trong bị bão hòa nước Khi triều rút, mực nước trong đê vẫn còn cao, gây trượt

cả phần mái đê và phần thềm đê bằng những mặt trượt phức hợp bao gồm cả mái đê

và thềm đê

2.1.3 Hư hỏng do nền

Nền đê bị lún làm kết cấu đê phía trên bị lún theo, tách ra khỏi phần kết cấu bảo

vệ mái, gây mất ổn định công trình

Nền đê là đất rời, đất cát, khi công trình làm việc, mực nước dâng cao, phần đất rời dưới nền công trình bị bão hòa nước, có thể gây nên hiện tượng cát chảy, mạch sủi làm rỗng phần nền dưới công trình, làm hư hỏng toàn bộ công trình

2.1.4 Những hư hỏng do tầng l ọc và các nguyên nhân khác

Tắc tầng lọc, tầng lọc bị đảo lộ n : làm phần nước bão hòa trong mái đê không thoát ra ngoài được, gây nên hiện tượng đẩy nổi kết cấu bảo vệ mái, bục mái… Kết cấu bảo vệ mái không thoát nước, tạo thành dòng chảy dưới kết cấu mái : gây nên những dòng thấm lớn và xói ngầm phía dưới kết cấu bảo vệ mái

Mất ổn định cục bộ mái do những tác động cục bộ lên bề mặt kết cấu mái

2.2 Đặc điểm của việc xử lý sự cố công trình

- Tính chất phức tạp khi tìm nguyên nhân

- Tính nguy hiểm cao do khả năng phát sinh sự cố bất chợt và tiềm ẩn

- Tính liên quan cao do sự ảnh hưởng lẫn nhau của nhiều cấu kiện

- Sự phức tạp trong chọn lựa ( nhanh, chậm, an toàn, kinh tế, khả thi)

- Sự phức tạp cao về mặt kỹ thuật thiết kế và thi công

- Cần tính trách nhiệm cao về kỹ thuật và con người để thực hiện

2.3 Những nguyên tắc khi xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông

- Xác định rõ tình trạng sự cố

- Xác định rõ tính chất sự cố

- Xác định rõ phạm vi sự cố

- Phân tích nguyên nhân sự cố chính xác, toàn diện

- Yêu cầu và mục đích xử lý sự cố rõ ràng

- Tư liệu liên quan đến sự cố phải đầy đủ

- Thỏa mãn những yêu cầu cơ bản trong xử lý sự cố : an toàn, tin cậy, không để lại di chứng, thỏa mãn yêu cầu sản xuất hoặc sử dụng

- Hợp lý về mặt kinh tế

- Thỏa mãn yêu cầu về vật liệu, trang thiết bị và điều kiện kỹ thuật

- Thi công thuận tiện, an toàn

2.4 Lựa chọn giải pháp xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông

Giải pháp xử lý sự cố công trình bảo vệ bờ sông dù tuân theo những nguyên tắc trên nhưng vẫn phải linh hoạt trong từng trường hợp vì sự cố không bao giờ giống nhau ở mức độ đa dạng, phức tạp và điều kiện xử lý Trong phạm vi luận văn, học viên chỉ xin đề cập đến một vài trường hợp xử lý cụ thể với những sự cố liên quan đến nền công trình thường gặp

Để xử lý sự cố đê cần căn cứ vào nguyên nhân phát sinh sự cố, cấp của đoạn

đê, chiều cao đê, điều kiện địa chất nền đê, yêu cầu phòng thấm và ổn định của đoạn

đê để đề ra và lựa chọn được phương án hợp lý về kỹ thuật và kinh tế

2.4.1 Xử lý nền đê mềm yếu

Trước hết cần khảo sát, xác định rõ loại đất nền mềm yếu thuộc loại nào trong các loại: Đất sét mềm, đất bùn hữu cơ, đất than bùn, đất sét dễ tan rã, đất sét có tính trương nở, đất cát hạt mịn xen lẫn bùn sét dễ bị hoá lỏng

Các biện pháp xử lý gồm:

a Rải lớp đệm để tăng nhanh cố kết thoát nước của đất nền

Lớp đệm cấu tạo bằng vải địa kỹ thuật rải lót, tầng đệm cát dày 0,5 m đến 1,0

m, tầng đệm đá dăm hoặc sỏi dày > 1 m Biện pháp lớp đệm được dùng đối với đất nền là đ ất sét mềm, đất bùn sét chiều dày lớn không thể bóc bỏ được

b Giếng cát, bấc thấm, dải thoát nước bằng chất dẻo

Biện pháp này nhằm tăng nhanh cố kết thoát nước của đất nền là đất sét mềm, đất bùn sét Giếng cát có đường kính ống thép từ 20 cm đến 40 cm, được hạ theo phương pháp rung, ho ặc xói nước Bấc thấm, dải thoát nước bằng chất dẻo dùng khi chiều dày tầng đ ất yếu cần xử lý không lớn

c Khống chế tốc độ thi công đắp đất

Biện pháp này nhằm tăng cố kết đất nền trong thời kỳ thi công, giảm lún, giảm nứt khối đắp Dùng những biện pháp bố trí công trường thi công để đất đắp ho ặc đất nền công trình ổn định lún, hạn chế trương nở hoặc lún dư…

2.4.3 Xử lý nền đê nhiều lớp đất yếu

Nền đê là đất yếu nhiều lớp thường có cấu tạo địa chất phức tạp Trong nền thường có nhiều lớp đất yếu xen kẽ, có các thấu kính bùn sét hữu cơ, bùn cát hạt mịn chảy lỏng xen kẹp Tuy vậy có thể phân ra làm 2 loại dạng nền, với các biện pháp xử lý chính như sau:

a Xử lý nền đê nhiều lớp thuộc loại đất sét mềm, bùn sét

Trong trường hợp này, tuy nền không thấm nước mạnh, nhưng vì khả năng chịu tải của nền kém, dễ xảy ra lún, trượt vòng cung Để xử lý, có thể sử dụng các biện