Nghiên cứu thử nghiệm hiện trường công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu trộn ướt nhỏ gọn gia cố đường đê ven sông chống lũ ở đồng tháp

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Nhiệm vụ của luận văn là đánh giá chất lượng tường soilcrete hiện trường được tạo bằng công nghệ NSV gia cố đường đê ven sông ĐĐVS tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh

LÊ PHI LONG

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƯỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƯỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ c ậ – Tự d – H h h c

- - - -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Mã số:60.58.30

I TÊN ĐỀ T I

Nghiê cứu thử nghiệm hiệ trườ g cô g ghệ đất tr n ximă g tr sâu-tr n

ướt nhỏ gọn gia cố đườ g đê ve sô g chố g ũ ở Đồ g Thá

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

Nhiệm vụ của luận văn là đánh giá chất lượng tường soilcrete hiện trường được tạo bằng công nghệ NSV gia cố đường đê ven sông (ĐĐVS) tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp nhằm đánh giá khả năng ứng dụng đại trà công nghệ này ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Để đạt được mục tiêu trên, luận văn cần thực nhiệm các nhiệm vụ cụ thể như sau:

1 Nghiên cứu tổng quan về ĐĐVS ở ĐBSCL và công nghệ đất trộn ximăng

2 Thi công thử nghiệm hiện trường gia cố 30 m ĐĐVS bằng công nghệ NSV tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp dựa vào kết quả thí nghiệm ứng

xử đất Đồng Tháp trộn với ximăng trong phòng

3 Khoan lõi lấy mẫu soilcrete hiện trường và thí nghiệm nén nở hông tự do để đánh giá mức độ đồng đều và hình thành cọc soilcrete liên tục theo chiều sâu

4 Quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang để đánh giá khả năng ngăn dòng thấm và tạo ổn định cho ĐĐVS khi gia cố tường soilcrete

5 Phác thảo quy trình hướng dẫn ứng dụng đại trà công nghệ NSV ở Đồng Tháp nói riêng và ở ĐBSCL nói chung

III NG Y GIAO NHIỆM VỤ 07/7/2014

IV NG Y HO N TH NH NHIỆM VỤ: 07/12/2014

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên và quan trọng nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hướng dẫn chính TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng, bộ môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Bách Khoa TP HCM Thầy đã truyền đạt những kiến thức qúi báu, góp ý, hướng dẫn tận tình, và động viên trong suốt thời gian nghiên cứu giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn các thầy cô ở trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi cũng xin cảm ơn AUN/SEED-NET, Tập đoàn Something Việt Nam, và tỉnh

An Giang đã tài trợ kinh phí cho nghiên cứu này thông qua đề tài mã số HCMUT CRI 1301 Cảm ơn tỉnh Đồng Tháp đã tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm nghiên cứu và bản thân tôi hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu

Để hoàn thành tốt luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã cùng hợp tác làm việc, chia sẻ kiến thức, và kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu đề tài

Cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, tin tưởng, và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƯỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƯỜNG ĐÊ VEN

SÔNG CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP

Sạt lở ĐĐVS thường xảy ra vào mùa lũ hàng năm gây tổn thất lớn về người và tài sản ở ĐBSCL Nhiều giải pháp đã được sử dụng để gia cố ĐĐVS ở khu vực này như: đắp bao tải cát, dùng rọ đá, đóng cừ tràm, v.v Tuy nhiên, những giải pháp này còn mang tính tạm thời và còn nhiều hạn chế Công nghệ đất trộn ximăng với các ưu điểm: tạo ổn định, ngăn được dòng thấm, v.v., phát triển trên thế giới từ đầu thế kỷ

20 và bắt đầu áp dụng rộng rãi ở Việt Nam từ năm 2000 Tuy nhiên, công nghệ này vẫn chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống để ứng dụng gia cố ĐĐVS chống lũ

ở ĐBSCL Nghiên cứu thử nghiệm hiện trường gia cố đoạn ĐĐVS Kênh 2/9 xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp nhằm đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ NSV (công nghệ đất trộn xi măng trộn sâu – trộn ướt nhỏ gọn) vào gia cố ĐĐVS chống lũ ở Đồng Tháp riêng và ĐBSCL nói chung Kết quả cho thấy: công nghệ thi công NSV nhỏ gọn nên dễ dàng bố trí và thao tác trên đường đê có mặt bằng chật hẹp, không làm mất ổn định mái đê, và đảm bảo lưu thông cho người dân trong quá trình thi công; Tường soilcrete khá đồng đều và liên tục theo chiều sâu thi công

bằng công nghệ NSV; q u ứng với các A c = 250 và 300 kg/m3

có giá trị khoảng từ 0.6

đến 2.2 MPa, cao hơn cường độ thiết kế (0.35 MPa) khoảng 1.7 đến 6.3 lần; q u tại điểm chồng nối có giá trị trung bình khoảng 1.74 MPa lớn hơn vị trí tim cọc khoảng

1.6 đến 2.5 lần, lớn hơn cường độ thiết kế khoảng 5 lần; q u tại trọng tâm giữa ba cọc

có giá trị trung bình khoảng 0.87 MPa nhỏ hơn cường độ tại tim cọc khoảng 1.7 lần, lớn hơn cường độ thiết kế khoảng 2.5 lần; Biến dạng lúc phá hoại của mẫu soilcrete

ngoài hiện trường nằm trong khoảng 1.0 đến 2.5%; Tỉ số giữa mô đun biến dạng, E 50

và cường độ, q u khoảng từ 28 đến 140 lần; Tường soilcrete hiện trường ngăn được dòng thấm qua thân đường đê và đảm bảo ổn định cho khối đất với hệ số an toàn phía sông lớn hơn hệ số an toàn ở bước thiết kế 1.2 lần

technology q u of A c = 250 and 300 kg/m3are about 0.6 to 2.2 MPa, respectively,

higher than design strength about 1.7 to 6.3 times, respectively q u of overlapped locations is about 1.74 MPa, higher than those of an inside column and the design

strength about 1.6 to 2.5 times and 5 times, respectively q u of three columns’ overlapses is about 0.87 Mpa, lower and higher than those of column centers and the design strength about 1.7 times and 2.5 times, respectively Deformation of field soilcrete specimens at failure is about 1.0 to 2.5% Ratio of secant modulus of elasticity and UCS is about 28 to 140 times Soilcrete walls in situ can prevent seepage through earth levees The factor of safety for reinforced levees is more than one in preliminary design by 1.2 times

MỤC LỤC

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xvi

LỜI CAM ĐOAN xvii

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐĐVS CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP NÓI RIÊNG ĐBSCL NÓI CHUNG 3

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG 5

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 7

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 8

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 9

7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 9

8 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 10

9 TỔ CHỨC LUẬN VĂN 10

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

1.1 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA SOILCRETE 12

1.1.1 Thí nghiệm xác định dung trọng tự nhiên của đất 12

1.1.2 Thí nghiệm nén một trục nở hông tự do (UCS) 13

1.2 LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 15

1.2.1 Ổn định mái dốc 15

1.2.2 Hệ số ổn định 16

1.3 QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG 19

1.3.1 Quan trắc mực nước ngầm 20

1.3.1.1 Nước trong đất 20

1.3.1.2 Thiết bị quan trắc mực nước ngầm 21

1.3.2 Quan trắc chuyển vị ngang 23

1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị inclinometer 25

CHƯƠNG 2 THI CÔNG THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 29

2.1 VỊ TRÍ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 29

2.1.1 Vị trí nghiên cứu thi công thử nghiệm 29

2.1.2 Điều kiện tự nhiên 29

2.1.2.1 Địa chất 29

2.1.2.2 Chế độ và ảnh hưởng của lũ hàng năm 31

2.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN THI CÔNG HIỆN TRƯỜNG 31

2.2.1 Phân tích ảnh hưởng của tường soilcrete đến dòng thấm và ổn định của ĐĐVS chống lũ 31

2.2.2 Nghiên cứu ứng xử trong phòng của đất Đồng Tháp trộn với ximăng 36

2.2.3 Giải pháp thiết kế 36

2.2.4 Thi công thử nghiệm hiện trường 37

2.2.4.1 Vật liệu 37

2.2.4.2 Thiết bị thi công 37

2.2.4.3 Trình tự thi công hiện trường 41

2.3 KẾT QUẢ 46

2.4 THẢO LUẬN 46

2.4.1 Sự cố gặp phải trong quá trình thi công thử nghiệm hiện trường 47

2.4.2 Các biện pháp khắc phục 47

2.5 TÓM TẮT QUÁ TRÌNH THI CÔNG HIỆN TRƯỜNG 49

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG CỌC SOILCRETE HIỆN TRƯỜNG 50

3.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THI CÔNG HIỆN TRƯỜNG 50

3.1.1 Đào lộ đầu cọc 50

3.1.2 Khoan lõi lấy mẫu hiện trường 50

3.1.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng 51

3.1.2.2 Vị trí khoan lõi lấy mẫu 51

3.1.2.3 Thiết bị lấy mẫu 51

3.1.2.4 Trình tự lấy mẫu 52

3.1.3 Thí nghiệm nén nở hông tự do (UCS) 56

3.1.3.1 Quá trình chế tạo mẫu 56

3.1.3.2 Quá trình thí nghiệm 56

3.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58

3.2.1 Mức độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu của cọc soilcrete hiện trường 58

3.2.2 Mối quan hệ giữa vị trí lấy mẫu và cường độ nén nở hông tự do, q u 58

3.2.3 Ảnh hưởng của loại đất đến cường độ nén nở hông tự do, q u 59

3.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng ximăng, A c , đến cường độ nén nở hông tự do, q u 59

3.2.5 Ảnh hưởng của mức độ trộn, T, đến cường độ nén nở hông tự do, q u 60

3.2.6 Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại, ε f , và cường độ nén nở hông tự do, q u 60

3.2.7 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến, E 50, và cường độ nén nở hông tự do, q u 61

3.3 TÓM TẮT KẾT QUẢ 66

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG TƯỜNG SOILCRETE HIỆN TRƯỜNG 67

4.1 LẮP ĐẶT HỆ THỐNG QUAN TRẮC 67

4.1.1 Quan trắc mực nước ngầm 67

4.1.1.1 Lắp đặt giếng quan trắc 67

4.1.1.2 Thiết bị quan trắc mực nước ngầm 72

4.1.2 Quan trắc chuyển vị ngang 72

4.1.2.1 Lắp đặt ống thăm dò chuyển vị ngang 72

4.1.2.2 Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang 72

4.2 KẾT QUẢ 75

4.2.1 Quan trắc mực nước ngầm 75

4.2.2 Phân tích ổn định 75

4.2.3 Quan trắc chuyển vị ngang 76

4.3 THẢO LUẬN 80

4.3.1 Tác dụng của tường soilcrete hiện trường đến dòng thấm trong thân ĐĐVS chống lũ 80

4.3.2 Tác dụng của tường soilcrete hiện trường đến ổn định thân ĐĐVS chống lũ 81

4.4 TÓM TẮT KẾT QUẢ 82

CHƯƠNG 5 PHÁC THẢO QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƯỚT NHỎ GỌN GIA CỐ

ĐƯỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ 84

5.1 PHẠM VI SỬ DỤNG 84

5.2 CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA 84

5.3 CÁC TÀI LIỆU VIỆN DẪN 84

5.4 CÁC QUY ĐỊNH CHUNG 85

5.5 KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT 86

5.6 VẬT LIỆU VÀ SẢN PHẨM 88

5.7 CƠ SỞ LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT KẾ 88

5.8 THI CÔNG 90

5.9 CÁC YÊU CẦU VỀ KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU 92

5.10.CÁC YÊU CẦU ĐẶC BIỆT 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

1 TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 98

2 KIẾN NGHỊ 100

3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 100

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

A = diện tích

A c = hàm lượng xi măng

d = đường kính mẫu

E 50 = mô đun cát tuyến tại giá trị ứng suất bằng 50%

= biến dạng dọc tương đối

ĐBSCL = đồng bằng sông Cửu Long

ĐĐVS = đường đê ven sông

CDM = phương pháp đất trộn xi măng trộn sâu

Soilcrete = đất trộn xi măng

NSV = là công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu – trộn ướt với qui trình công nghệ đã được Trung tâm kiến trúc Nhật Bản chứng nhận số BCJ-149

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Phân mảnh dùng tính toán trong mặt trượt trụ tròn (Das 2006) 18

Hình 1-2 Phân tích ổn định của mái dốc có xét đến mực nước tĩnh trong đất (Das 2006) 18

Hình 1-3 Sự thay đổi mực nước ngầm, độ bão hòa và áp lực nước lỗ rỗng do mưa (Geotechnical Control Office 1984 từ nguồn: Abramson et al 2002) 22

Hình 1-4 Thiết bị quan trắc mực nước ngầm 22

Hình 1-5 Minh họa tính toán áp lực nước lỗ rỗng tại một điểm tác dụng lên khối đất 24

Hình 1-6 Các vị trí lắp đặt ống thăm dò(Abramson et al 2002) 24

Hình 1-7 Mô tả di chuyển thiết bị cảm biến trong ống thăm dò 28

Hình 1-8 Minh họa cơ chế hoạt động của thiết bị inclinometer (Nguyễn Ngọc Du 2013) 28

Hình 2-1 Vị trí thi công thử nghiệm hiện trường 30

Hình 2-2 Phương án thiết kế tường soilcrete gia cố đường đê kênh 2/9 35

Hình 2-3 Vị trí đường bão hòa nước trong thân đường đê khi mực nước sông thay đổi (Lê Khắc Bảo et al 2014) 35

Hình 2-4 Kết quả thi công thử nghiệm 39

Hình 2-5 Thiết bị thi công công nghệ NSV 39

Hình 2-6 Trạm trộn vữa xi măng tự động 40

Hình 2-7 Thiết bị bơm vữa 40

Hình 2-8 Các đoạn cần khoan 40

Hình 2-9 Tập kết và bảo quản ximăng 43

Hình 2-10 Công tác chuẩn bị mặt bằng 43

Hình 2-11 Định vị tim cọc soilcrete theo mặt bằng thiết kế 43

Hình 2-12 Quá trình thi công được vận hành thử bằng nước 44

Hình 2-13 Quá trình trộn vữa 44

Hình 2-14 Thi công cọc soilcrete hiện trường 44

Hình 2-15 Định vị tim cọc sau thi công 45

Hình 2-16 Mặt đường tại vị trí công trình sau khi hoàn thiện thi công 45

Hình 2-17 Đào lấy cần và mũi khoan ở độ sâu 4 m so với mặt đường đê 48

Hình 2-18 Lưới lọc vữa trước khi xả xuống buồng khuấy 48

Hình 3-1 Đào lộ đầu cọc kiểm tra kích thước và xác định vị trí khoan lấy mẫu 54

Hình 3-2 Thiết bị khoan lõi lấy mẫu hiện trường 54

Hình 3-3 Mũi khoan 2 lòng 54

Hình 3-4 Tháo lưỡi khoan và lấy mẫu ra khỏi ống chứa mẫu 55

Hình 3-5 Bảo dưỡng mẫu nguyên dạng 55

Hình 3-6 Gia công mẫu soilcrete hiện trường 57

Hình 3-7 Mẫu soilcrete hiện trường sau khi gia công chuẩn bị nén 57

Hình 3-8 Hình ảnh thí nghiệm nén mẫu soilcrete hiện trường 57

Hình 3-9 Kết quả khoan lõi lấy mẫu hiện trường 62

Hình 3-10 Cường độ nén nở hông tự do của soilcrete, q u, theo chiều sâu khảo sát tại các vị trí khoan lấy mẫu khác nhau 62

Hình 3-11 Mối quan hệ giữa lớp đất và cường độ nén hở hông tự do, q u 63

Hình 3-12 Mối quan hệ giữa hàm lượng ximăng, A c và cường độ nén hở hông tự do, q u 63

Hình 3-13 Quan hệ giữa cường độ nén nở hông tự do, q u, và biến dạng lúc phá hoại, ε f 64

Hình 3-14 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến, E 50 và cường độ nén nở hông tự do, q u 64

Hình 4-1 Bình đồ bố trí hệ thống quan trắc 69

Hình 4-2 Khoan lỗ một đầu ống quan trắc mực nước ngầm 69

Hình 4-3 Lắp ráp các đoạn ống làm giếng quan trắc mực nước ngầm 70

Hình 4-4 Lắp đặt giếng quan trắc mực nước ngầm trong thân đường đê 71

Hình 4-5 Hoàn thiện các vị trí quan trắc mực nước ngầm và mực nước sông 71

Hình 4-6 Đo đạc mực nước ngầm trong thân đường đê 73

Hình 4-7 Lắp đặt ống thăm dò quan trắc chuyển vị ngang 73

Hình 4-8 Đo chuyển vị ngang bằng thiết bị inclinometer 74

Hình 4-9 Tổng hợp kết quả quan trắc mực nước ngầm trong thân đường đê 78

Hình 4-10 Mô phỏng chuyển vị ngang của ống thăm dò qua các lần đo đạc 79

Hình 4-11 Vị trí xuất hiện cung trượt nguy hiểm nhất sau khi gia cố tường soilcrete 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Hệ số điều chỉnh khi tỉ số H/D nhỏ hơn 2 (ASTM C42) 14

Bảng 2-1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 34

Bảng 2-2 Chỉ tiêu cơ lý của cọc soilcrete thiết kế 34

Bảng 3-1 Vị trí khoan lõi lấy mẫu hiện trường 51

Bảng 3-2 Hàm lượng xi măng phun theo thiết kế và hàm lượng xi măng phun thực tế 65 Bảng 3-3 Mức độ trộn tại các vị trí cọc khoan lấy mẫu 65

Bảng 4-1 Thông số cọc soilcrete hiện trường trung bình ứng với các trường hợp phân tích ổn định 77

Bảng 4-2 Kết quả phân tích ổn định bằng phần mềm Slope/W2007 77

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƯỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƯỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP” là đề tài do chính cá nhân tôi thực hiện Đề tài được thực hiện theo đúng Nhiệm vụ luận văn thạc

sĩ, không phải sao chép của cá nhân nào, các số liệu thử nghiệm trong luận văn do chính nhóm nghiên cứu, gồm có tôi, thực hiện

Tp HCM, ngày 7 tháng 12 năm 2014

LÊ PHI LONG

Học Viên Cao Học Khóa 2012 Chuyên Ngành Xây Dựng Đường Ôtô và Đường Thành Phố

Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Sông Mê Kông là một trong những con sông lớn nhất thế giới với tổng chiều dài là 4.800 km xếp thứ 12 trên thế giới (thứ 7 tại Châu Á) và diện tích lưu vực khoảng 795.000 km2 xếp thứ 10 trên thế giới (Trịnh Thị Long 2013) Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thuộc vùng hạ lưu của sông Mê Kông với địa hình bằng phẳng, hệ thống kênh rạch chằng chịt và phần lớn diện tích có cao độ nhỏ hơn +2 m so với mực nước biển (Lê Huy Bá và Thái Vũ Bình 2014) Hàng năm, tổng lượng nước của sông

Mê Kông đổ vào ĐBSCL khoảng 500 tỉ m3

(khoảng 422 tỉ m3 từ thượng nguồn, khoảng 67 tỉ m3 từ lượng mưa của vùng) Trong đó, lượng nước vào mùa nước lớn (từ tháng 9 đến tháng 12) chiếm từ 80 – 83% (Trịnh Thị Long 2013) Vì vậy, khu vực ĐBSCL phải gánh chịu lũ với cường độ lớn, thời gian lâu và phạm vi ảnh hưởng rộng hơn các khu vực khác của sông Mê Kông

Đồng Tháp là tỉnh thuộc ĐBSCL, ở đầu nguồn sông Tiền (một nhánh của hệ thống sông Mê Kông khi đi vào lãnh thổ Việt Nam) Địa hình tỉnh Đồng Tháp khá bằng phẳng Diện tích của Đồng Tháp có hơn 3/4 là địa hình dạng lòng chảo, bị ngập sâu trong mùa lũ và kém thoát nước Vào mùa nước lớn hàng năm, sông Tiền nhận khoảng 80% lượng nước lũ từ sông Mê Kông đổ về (Tăng Quốc Cương 2005) Vì vậy, Đồng Tháp là một trong những tỉnh có diện tích lớn ngập sâu trong lũ với chiều cao ngập trong lũ trên +2 m (Trần Như Hối 2005, Phạm Hữu Công 2011)

Phần lớn đường bộ ở ĐBSCL nói chung và Đồng Tháp nói riêng là đường đê ven sông (ĐĐVS) Hệ thống đường giao thông nông thôn (GTNT) được kết hợp xây dựng trên các tuyến đê bao nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại, bảo vệ tài sản cơ sở vật chất của người dân và thúc đẩy phát triển kinh tế của địa phương trong mùa lũ Năm 2012 tỉnh Đồng Tháp đã triển khai xây dựng khoảng 10.591 km đê bao sản xuất, với tổng diện tích được bảo vệ là 237.758 ha Trong đó, đảm bảo chủ động chống lũ cho 146.021 ha lúa Hè-Thu, 75.439 ha lúa Thu-Đông, 14.871 ha cây ăn trái và trên 1.246

ha nuôi trồng, sản xuất giống thủy sản (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2012)

Tuy nhiên, phần lớn hệ thống ĐĐVS chống lũ hay đê bao được thi công đơn giản, thường dùng đất tại chỗ hoặc đất dọc theo kênh mương để đắp sau đó để cố kết bằng trọng lượng bản thân Thân đê có độ rỗng lớn, khả năng chịu lực và kháng lũ kém nên rất dễ bị xói lở và phá hoại Hơn nữa, thân đê có độ rỗng lớn tạo điều kiện hình thành dòng thấm Vào mùa lũ, dòng thấm có lưu lượng và vận tốc lớn cuốn theo các hạt đất gây phá hoại cục bộ dẫn đến vỡ đê Những tai hoạ do lũ gây ra từ năm 1991 đến năm 2005 được thống kê: 2032 người chết vì lũ, hơn 3.6 triệu nhà cửa, 1.1 triệu héc ta hoa màu bị cuốn trôi và một lượng lớn ao nuôi cá, đường xá bị phá huỷ (Phạm Hữu Công 2011) Theo thống kê của Uỷ ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp, từ năm 2000 đến 2013 toàn tỉnh có khoảng 84 điểm sạt lở, tổng chiều dài bờ sông và ĐĐVS chống

lũ bị sạt lở là 163 km, phải di dời 7.852 hộ dân do sạt lỡ và ngập lũ Tổng thiệt hại về tài sản hơn 2.700 tỷ đồng (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2014)

Hiện nay có nhiều giải pháp gia cố cho ĐĐVS chống lũ đã được nghiên cứu đề xuất và được người dân cùng chính quyền địa phương ở Đồng Tháp áp dụng như: đóng cừ tràm, đắp đất tại chỗ để ổn định thân và bảo vệ mái đê, đắp bao tải cát, dùng thảm sơ dừa, vải địa kỹ thuật, lưới địa Tensar để làm tăng sức chống cắt của vật liệu đắp thân đê, gia cố chân đê bằng rọ đá, gia cố mái bằng tấm đan Bê tông cốt thép đúc sẵn, ổn định thân đê bằng tường chắn Bê-tông cốt thép (BTCT) trên nền cọc BTCT, gia cố và ổn định thân đê bao bằng cọc BTCT dự ứng lực, v.v Tuy nhiên, những giải pháp này chỉ mang tính đối phó tạm thời và chưa giải quyết được thực trạng hư hỏng

đê một cách triệt để Các phương pháp đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế thì chất lượng gia cố còn thấp, vật liệu có tuổi thọ và chỉ tiêu chịu lực không cao Các phương pháp đáp ứng được khả năng chịu lực thì lại có giá thành cao, thiết bị thi công cồng kềnh, không xử lý được dòng thấm qua thân đê và có thời gian thi công kéo dài Vì vậy, cần nghiên cứu một giải pháp mới giải quyết được những tồn đọng trên để có thể gia cố ĐĐVS bền vững, phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực

Công nghệ đất trộn xi măng trộn sâu (CDM) là công nghệ dùng các phụ gia ximăng để gia cố, cải tạo tính chất của đất nền Công nghệ này xuất hiện trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ 20, được áp dụng ở Việt Nam vào những năm đầu thế

kỷ 21 Cho đến ngày nay công nghệ này ngày càng được cải tiến, có phạm vi áp dụng

rộng rãi trong việc xử lý nền đất yếu phục vụ cho các công trình giao thông, thủy lợi,

và xây dựng v.v Công nghệ đất trộn xi măng có các ưu điểm như: thời gian thi công nhanh; Thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển và thi công ở những nơi có diện tích chật hẹp; Ngăn được dòng thấm qua thân đê; Có hiệu quả kinh tế cao v.v CDM có tiềm năng ứng dụng để gia cố ĐĐVS chống lũ một cách bền vững ở Đồng Tháp Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào để đánh giá hiệu quả ứng dụng của CDM vào gia cố ĐĐVS ở Đồng Tháp nói riêng và ĐBSCL nói chung

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Nghiên cứu tổng quan về đê bao và đường đê ven sông ở ĐBSCL nhằm tìm hiểu tình hình thực tế của hệ thống đường đê ven sông chống lũ ở khu vực này Phân tích những hạn chế của các giải pháp gia cố ĐĐVS chống lũ đã được ứng dụng Trên cơ

sở đó đề xuất được giải pháp gia cố phù hợp với đặc thù của hệ thống ĐĐVS chống

lũ và điều kiện kinh tế của vùng, giúp giảm thiểu những thiệt hại mà lũ gây cho khu vực này trong những năm vừa qua

Công nghệ đất trộn xi măng đã được phát triển lâu đời trên thế giới với phạm vi ứng dụng rộng rãi, trong đó có chức năng làm tường ngăn dòng thấm và tạo ổn định cho khối đất Ở Việt Nam, công nghệ này mới được áp dụng vào những năm đầu thế

kỉ 21 Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng còn hạn chế Việc nghiên cứu tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng là cần thiết nhằm rút ra cơ sở lý thuyết để có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ này vào gia cố ĐĐVS ở ĐBSCL

Tổng hợp các nghiên cứu tổng quan được trình bày chi tiết ở Phụ lục A của Luận

văn này Các điểm chính rút ra từ các nghiên cứu tổng quan được trình bày tóm tắt trong phần Mở đầu Nội dung phần tóm tắt nghiên cứu tổng quan bao gồm:

- Tổng quan về ĐĐVS chống lũ khu vực ĐBSCL

- Tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng

2.1 Tổng quan về ĐĐVS chố g ũ ở Đồ g Thá ói riê g ĐBSCL ói chu g

(1) Đồng Tháp là tỉnh ở đầu nguồn sông Tiền (một nhánh của sông Mê Kông) thuộc đồng bằng sông Cửu Long Phía Bắc tỉnh Đồng Tháp giáp Long An, phía Tây giáp Campuchia, phía Nam giáp An Giang và Cần Thơ Đồng Tháp là một trong

những tỉnh có diện tích lớn ngập trong lũ, với chiều cao ngập trong lũ là trên 2 m (Phạm Hữu Công 2011)

(2) Lũ ở ĐBSCL là một điều tất yếu, đây cũng là điểm đặc trưng của vùng này

Lũ về mang theo một lượng lớn thuỷ sản, các loại rau, củ, và lương thực phong phú Bên cạnh những lợi ích mà lũ mang lại, thì lũ cũng là tác nhân gây ra nhiều thiệt hại

về con người và tài sản nơi đây

(3) Đến năm 2012 tỉnh Đồng Tháp đã triển khai xây dựng khoảng 10.591 km đê bao sản xuất, với tổng diện tích được bảo vệ là 237.758 ha Trong đó, đảm bảo chủ động chống lũ cho 146.021 ha lúa Hè-Thu, 75.439 ha lúa Thu-Đông, 14.871 ha cây

ăn trái và trên 1.246 ha nuôi trồng, sản xuất giống thủy sản (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2012) Đa số hệ thống đê bao ven sông ở Đồng Tháp được kết hợp làm đường giao thông nông thôn phục vụ nhu cầu đi lại của người dân

(4) Sạt lở ĐĐVS ở ĐBSCL rất phức tạp, là kết quả quá trình tác động qua lại giữa các yếu tố: dòng nước, lòng sông trong điều kiện tự nhiên và tác động của con người, v.v Phần lớn hệ thống ĐĐVS được thi công đơn giản, thường dùng đất tại chỗ hoặc đất dọc theo kênh mương để đắp sau đó để cố kết tự nhiên Thân đê có độ rỗng lớn, khả năng chịu lực và kháng lũ kém nên rất dễ bị xói lở Các đường dẫn nước được hình thành từ lỗ rỗng và khe nứt trong thân đê, khi vận tốc và lưu lượng thấm lớn sẽ cuốn theo hạt đất làm phá hoại cục bộ dẫn đến vỡ đê vào mùa lũ

(5) Theo thống kê của Uỷ ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp, từ năm 2000 đến 2013 toàn tỉnh có khoảng 84 điểm sạt lở, tổng chiều dài bờ sông và ĐĐVS bị sạt lở là 163

km, phải di dời 7.852 hộ dân do sạt lỡ và ngập lũ Tổng thiệt hại về tài sản hơn 2.700

tỷ đồng (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2014)

(6) Hiện nay có nhiều giải pháp gia cố ĐĐVS đã được nghiên cứu, đề xuất và được người dân, chính quyền địa phương ở Đồng Tháp áp dụng như: Đóng cừ tràm, đắp bao tải, dùng thảm sơ dừa, dùng vải địa kỹ thuật, rọ đá, tấm đan Bê tông cốt thép đúc sẵn, tường chắn BTCT trên nền cọc BTCT, v.v Tuy nhiên những giải pháp này chưa giải quyết triệt để thực trạng của ĐĐVS hiện nay ở khu vực này, hiện tượng sạt

lở vẫn diễn ra hàng năm Nên, việc nghiên cứu một giải pháp gia cố ĐĐVS bền vững

phù hợp với thực trạng ĐĐVS cho ĐBSCL là điều cần thiết nhằm giảm những thiệt hại do lũ gây ra hàng năm

2.2 Tổng quan về cô g ghệ đất tr ximă g

(1) Công nghệ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn sâu (CDM) ra đời vào năm

1954 ở Mỹ Năm 1970 thì CDM được nghiên cứu, phát triển, cải tiến và ứng dụng mạnh mẽ ở Nhật Bản và Bắc Âu (Bruce and DiMillo 1998) Ở Việt Nam, việc áp dụng CDM thi công cọc đất trộn xi măng (soilcrete) bắt đầu được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ 21

(2) Công nghệ đất trộn xi măng được ứng dụng cho các công trình trong đất liền

và ngoài biển, phổ biến như ( Kitazume and Terashi 2013, Dennis 2004, Lương Thị Bích và Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2013, Bùi Thị Tuyết và Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2013):

+ Giảm độ lún cho nền đường, móng nhà, móng bể chứa dầu, sân bay, v.v

+ Tạo ổn định chống trượt cho đường đắp cao, đê, đập, hố đào, v.v

+ Làm tường vây ngăn nước, dòng thấm

+ Chống rung và chuyển vị của khối đất khi có động đất

+ Bảo vệ các công trình xung quanh hố đào, v.v

+ Phương pháp trộn nông dùng làm mặt đường nông thôn, tạo mặt bằng thi công trên nền đất yếu

(3) Công nghệ đất trộn xi măng được áp dụng rộng rãi trên thế giới nhờ vào các

ưu điểm như:

+ Hiệu quả về kinh tế, thời gian thi công nhanh

+ Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp cho đất bùn sét đến cuội sỏi

+ Thân thiện với môi trường, không gây tiếng ồn, không gây chấn động đến các công trình xung quanh

+ Thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển và thi công ở những nơi có diện tích chật hẹp Có thể thi công trong môi trường nước

+ Tận dụng được vật liệu xi măng ở địa phương

(4) Công nghệ đất trộn xi măng được chia thành các nhóm dựa trên các yếu tố như: nơi trộn, phương pháp trộn và ứng dụng của chúng

+ Trộn tại chỗ: Gia cố bề mặt (thường dùng cho các nền đất cải tạo như sét nạo vét cần xử lý bề mặt để tạo nền làm việc, tạo ra các khối đất trộn xi măng có chiều sâu từ

3 – 5 m), trộn nông (dùng để xử lý nền đất với chiều sâu từ 10 đến 13 m) và trộn sâu (dùng để xử lý nền đất với chiều sâu lên đến 40 m) (Kitazume and Terashi 2013) + Trộn bên ngoài: Phương pháp này là phương pháp xử lý nền bằng cách trộn đất với các chất kết dính hoặc phụ gia để cải tạo nền đất sau đó hỗn hợp này được vận chuyển đến nơi cần xử lý Hình thức vận chuyển có thể bằng băng chuyền, ống khí nén, v.v (Kitazume and Terashi 2013)

(5) Cường độ của soilcrete được hình thành nhờ vào sản phẩm của các phản ứng

lý, hóa của đất và ximăng Đây là một quá trình phức tạp, đan xen diễn ra trong một thời gian dài

(6) Ở cùng một hàm lượng ximăng thì soilcrete được tạo ra từ đất hạt thô có cường độ tăng nhanh hơn so với đất ở dạng hạt mịn Hàm lượng hạt sét và cát lần lượt khoảng 15%, 60% thì soilcrete có cường độ tốt nhất

(7) Độ pH của đất nguyên dạng nhỏ hơn 5 sẽ làm cho soilcrete có cường độ thấp

và ngược lại cường độ của soilcrete tăng cao khi độ pH lớn hơn 5

(8) Cường độ của soilcrete đạt giá trị lớn nhất khi lượng nước trong đất nguyên dạng lân cận với giới hạn dẻo và giảm dần xuống khi lượng nước vượt qua giới hạn nhão

(9) Khi đất có hàm lượng hữu cơ lớn hơn 2% sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của soilcrete

(10) Đối với từng điều kiện địa chất, từng mục đích phục vụ thi công mà thêm các loại phụ gia tương ứng như: các loại sợi tổng hợp thì sẽ cải thiện tính đàn hồi của soilcrete, thạch cao hoặc xỉ lò cao cho các loại đất có hàm lượng hữu cơ cao, hoặc phụ gia chống đông kết nhanh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công, v.v

(11) Hàm lượng ximăng tăng thì cường độ của soilcretetăng Hàm lượng ximăng tối thiểu để soilcrete hình thành cường độ là 5% Hàm lượng ximăng vượt quá 20% thì cường độ tăng chậm

(12) Cường độ tăng khi thời gian bảo dưỡng tăng Đất được trộn với hàm lượng

ximăng lớn hơn thì quá trình tăng này trội hơn Tỉ số q u28 /qu7 bằng khoảng từ 0.5 đến

2.0 và q u91 /q u28 bằng khoảng từ 1.2 đến 2.2

(13) Cường độ của soilcrete tăng khi nhiệt độ bảo dưỡng tăng Nhiệt độ ở 200C là nhiệt độ chuẩn để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ của soilcrete

(14) Điều kiện trộn và điều kiện bảo dưỡng ngoài hiện trường và trong phòng là khác nhau nên chất lượng của soilcrete cũng khác nhau

(15) Mức độ trộn được đánh giá bằng tổng số lần cánh trộn đi qua trong 1 m di

chuyển của cần trộn, T Đất được trộn đều với ximăng khi giá trị T khoảng từ 150 đến

500 vòng/mét chiều sâu

(16) Cường độ trung bình của soilcrete hiện trường thường nhỏ hơn soilcrete trong phòng khoảng 1/2 đến 1/5 lần đối với đất sét, đối với đất cát thì tỉ số này lớn hơn (17) Công nghệ NSV (CN NSV) của tập đoàn Something - Nhật Bản là công nghệ trộn sâu và trộn ướt với thiết bị nhỏ gọn thao tác được trên nền đường đê có sức chịu tải thấp và mặt bằng hạn chế CN NSV vẫn chưa được áp dụng rộng rãi ở khu vực ĐBSCL

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU

Đường đê ven sông ở Đồng Tháp có chức năng làm đường giao thông kết nối các vùng dân cư và kết hợp làm đê bao chống lũ bảo vệ hoa màu, qua đó góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực Tuy nhiên, phần lớn hệ thống đường đê được xây dựng từ đất đắp để cố kết tự nhiên, thời gian thi công ngắn, và phương pháp thi công đơn giản nên kết cấu thân đường có chất lượng thấp và thường xảy ra sạt lở vào mùa lũ hàng năm gây thiệt hại lớn về con người và tài sản Nhiều giải pháp gia

cố đã được sử dụng để khắc phục hiện trạng trên nhưng vẫn còn mang tính tạm thời

và nhiều hạn chế Vì vậy, nghiên cứu giải pháp tạo ổn định bền vững cho hệ thống ĐĐVS là nhiệm vụ cấp thiết và mang lại hiệu quả thực tiễn cao

Công nghệ đất trộn ximăng có những ưu điểm phù hợp với yêu cầu về gia cố đường đê ở Đồng Tháp như: tạo ổn định, ngăn được dòng thấm, thiết bị nhỏ gọn cơ động, tận dụng được vật liệu ximăng ở địa phương v.v Công nghệ này được nghiên cứu và phát triển trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ 20 và áp dụng ở Việt Nam khoảng từ năm 2000 Tuy nhiên, công nghệ đất trộn ximăng vẫn chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống để ứng dụng gia cố ĐĐVS chống lũ khu vực ĐBSCL Do đó, việc tiến hành nghiên cứu thi công thử nghiệm và đánh giá chất lượng soilcrete hiện trường là cơ sở dữ liệu cần thiết để đưa công nghệ này ứng dụng đại trà vào gia cố ĐĐVS chống lũ khu vực ĐBSCL

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu tổ g quát: Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng vào

gia cố ĐĐVS chống lũ ở ĐBSCL Để đạt được mục tiêu chung này, đề tài thực hiện

các mục tiêu cụ thể sau:

(1) Tìm hiểu về thực trạng ĐĐVS ở ĐBSCL và công nghệ đất trộn ximăng

(2) Thi công thử nghiệm hiện trường bằng công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu - trộn ướt nhỏ gọn ở ĐBSCL

(3) Đánh giá chất lượng sản phẩm soilcrete hiện trường

(4) Đề xuất quy trình ứng dụng đại trà công nghệ đất trộn ximăng vào gia cố ĐĐVS chống lũ phù hợp với điều kiện của vùng ĐBSCL

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu tổng quan, thực nghiệm hiện trường, và phân tích kết quả thu thập được từ các số liệu quan trắc ở hiện trường Trình tự thực hiện cụ thể như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về ĐĐVS ở ĐBSCL và công nghệ đất trộn ximăng

- Thi công thử nghiệm hiện trường gia cố 30 m ĐĐVS bằng công nghệ NSV tại

xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp dựa vào kết quả thí nghiệm ứng xử đất Đồng Tháp trộn với ximăng trong phòng

- Phân tích đánh giá chất lượng cọc soilcrete hiện trường:

+ Khoan lấy lõi cọc soilcrete hiện trường kết hợp thí nghiệm nén nở hông tự do để đánh giá mức độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu, xác định chỉ tiêu cơ lý của soilcrete hiện trường;

+ Quan trắc mực nước ngầm trong thân đường đê để đánh giá hiệu quả chống thấm của tường soilcrete;

+ Quan trắc chuyển vị của mái dốc được gia cố tường soilcrete bằng thiết bị quan trắc chuyển vị ngang

- Đề xuất quy trình hướng dẫn ứng dụng đại trà công nghệ NSV ở ĐBSCL dựa trên kết quả đánh giá năng lực thi công công nghệ NSV và chất lượng sản phẩm soilcrete hiện trường

7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả dự kiến của đề tài như sau:

- Gia cố hoàn thiện 30 m đường đê ven sông đảm bảo kỹ thuật và an toàn cho người dân khi đưa vào khai thác ở xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp

- Đánh giá năng lực vận hành của công nghệ thi công NSV qua quá trình thi công thử nghiệm Đánh giá chất lượng sản phẩm soilcrete thực tế được tạo từ công nghệ NSV: mức độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu, ứng xử của vật liệu soilcrete

hiện trường (cường độ nén nở hông tự do, q u , mô đun biến dạng cát tuyến, E 50, v.v.), khả năng ngăn dòng thấm và tạo ổn định cho ĐĐVS

- Phác thảo quy trình hướng dẫn ứng dụng đại trà công nghệ NSV gia cố ĐĐVS cho khu vực ĐBSCL

8 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ T I

Ý ghĩa kh a học:

- Đề tài giúp kiểm nghiệm, đánh giá lại kết quả thí nghiệm ứng xử trong phòng của vật liệu soilcrete, kết quả phân tích ở bước thiết kế, và là cơ sở dữ liệu để đánh giá chất lượng soilcrete hiện trường

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể đánh giá giải pháp gia cố ĐĐVS chống lũ

ở Đồng Tháp bằng công nghệ NSV có làm việc như mong đợi hay không Đồng thời, phác thảo quy trình hướng dẫn ứng dụng đại trà công nghệ này vào gia cố ĐĐVS ở ĐBSCL

- Đề tài là một tài liệu tham khảo quan trọng về công nghệ đất trộn ximăng không chỉ trong việc ứng dụng gia cố ĐĐVS mà còn cả các lĩnh vực khác

Ý ghĩa thực tiễn:

- Đề tài thực hiện gia cố hoàn thiện 30 m đường đê ven sông đảm bảo ổn định,

an toàn cho người dân khi lưu thông trên đoạn đường thử nghiệm tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp

- Nếu đề tài thành công sẽ tạo điều kiện cho công nghệ NSV được áp dụng rộng rãi ở Đồng Tháp nói riêng và ĐBSCL nói chung Công nghệ NSV sẽ là một giải pháp mới, tạo ổn định lâu dài cho ĐĐVS chống lũ, giúp người dân ổn định đời sống và an tâm sản xuất phát triển kinh tế

- Công nghệ đất trộn ximăng tạo ổn định bền vững cho đường đê sẽ giúp phát triển hệ thống giao thông đường bộ, phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa nội đồng của người dân ở khu vực ĐBSCL

9 TỔ CHỨC LUẬN VĂN

Để đạt mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, luận văn được tổ chức gồm năm chương chính và ba phụ lục Mở đầu luận văn là giới thiệu các vấn đề liên quan về đề tài nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu Chương 1 - Cơ sở lý thuyết - trình bày các cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình nghiên cứu Chương 2 - Thi công thử nghiệm hiện trường - mô tả quá trình thi công thử nghiệm công nghệ đất trộn xi măng ngoài hiện trường Chương 3 - Đánh giá chất

lượng soilcrete hiện trường Chương 4 –Đánh giá tác dụng tường soilcrete hiện trường gia cố ĐĐVS chống lũ Chương 5 – Phác thảo quy trình hướng dẫn ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu-trộn ướt nhỏ gọn gia cố đường đê ven sông chống lũ Phần kết luận và kiến nghị đưa ra những kết luận chính từ quá trình nghiên cứu thử nghiệm, một số kiến nghị và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo Phụ lục A – Nghiên cứu tổng quan Phụ lục B – Tổng hợp số liệu thiết kế, thi công thử nghiệm Phụ lục C – Số liệu phân tích chất lượng soilcrete hiện trường

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 trình bày cơ sở lý thuyết phục vụ quá trình phân tích đánh giá hiệu quả của giải pháp gia cố ĐĐVS bằng công nghệ NSV sau khi thi công thử nghiệm hiện trường Nội dung trình bày gồm:

- Cơ sở lý thuyết xác định các chỉ tiêu cơ lý của soilcrete hiện trường

- Cơ sở lý thuyết về ổn định mái dốc để có một cách nhìn tổng quát về sạt lở từ

đó làm cơ sở để đánh giá mức độ ổn định của ĐĐVS sau khi được gia cố

- Cơ sở lý thuyết về hệ thống quan trắc hiện trường để thu thập các dữ liệu phù hợp cung cấp cho quá trình phân tích, đánh giá và cảnh báo sạt lở cho ĐĐVS

1.1 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA

SOILCRETE

Cọc soilcrete sau khi thi công cần được kiểm tra chất lượng nhằm đánh giá lại phương án thiết kế như: mức độ đồng đều và liên tục của tường soilcrete theo chiều sâu, cường độ soilcrete hiện trường Phương pháp khoan lõi lấy mẫu là một trong những phương pháp được sử dụng để kiểm tra chất lượng cọc soilcrete hiện trường Quá trình khoan lấy lõi được thực hiện liên tục đến hết chiều sâu thi công Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý được thực hiện để đánh giá ứng xử của mẫu soilcrete hiện trường Các thí nghiệm được trình bày như sau:

1.1.1 Thí nghiệm xác định dung trọng tự hiê của đất

Quá trình thí nghiệm xác định dung trọng tự nhiên của mẫu soilcrete hiện trường được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D698 – thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn và TCVN 4202:2012 – Đất Xây dựng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích trong phòng thí nghiệm

Khối lượng thể tích bằng tỉ số giữa khối lượng và thể tích của mẫu đất theo công thức (1.1):

w

m V

trong đó: m - là khối lượng của mẫu thí nghiệm, tính bằng gam (g); V - là thể tích của

mẫu thí nghiệm, tính bằng mét khối (m³)

1.1.2 Thí ghiệm é m t trục nở hô g tự do (UCS)

Mục đích của thí nghiệm nén UCS là xác định cường độ nén nở hông tự do (q u), biến dạng tại lúc phá hoại (f ), và mô-đun đàn hồi cát tuyến (E 50) của mẫu soilcrete theo tiêu chuẩn ASTM D2166, ASTM D1633, và TCVN 9403:2012 Mẫu soilcrete

thí nghiệm có tỉ số chiều dài, L, và đường kính, D bằng khoảng 2 đến 2.5 Trong trường hợp L/D<2 thì cường độ nén nở hông tự do, q u, được qui đổi theo tiêu chuẩn ASTM C42 (Bảng 1-1) Sử dụng máy nén một trục đảm bảo biến dạng ở tải trọng phá hoại dự kiến không nhỏ hơn 20% và không vượt quá 80% chiều dài của mẫu thử, tốc

độ gia tải không quá 1 mm/phút

Xử lý số liệu:

- Cường độ nén nở hông tự do, q u, được xác định theo công thức (1.2):

ax

m u

P

A

trong đó: k – hệ số điều chỉnh theo bảng 1.1; P max– lực nén lớn nhất làm mẫu bị phá

hoại (kN); A–diện tích tiết diện mẫu khi bị phá hoại (m2), được tính theo công thức (1.3):

0

1

A A





trong đó: A 0 – diện tích tiết diện mẫu ban đầu (m2); ε – biến dạng dọc trục tương đối

của mẫu đất thí nghiệm (%), được xác định theo công thức (1.4):

0

h h

trong đó: ∆h – đoạn biến thiên chiều dàimẫu trong quá trình nén được đọc từ thiết bị

đo (mm), h o – chiều dài mẫu ban đầu (mm)

- Sức kháng cắt của mẫu đất trộn xi măng được xác định theo công thức (1.5):

2

u u

q

- Từ các giá trị ứng suất và biến dạng trên, tiến hành vẽ đồ thị thể hiện mối quan

hệ giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình nén mẫu Dựa vào đồ thì này xác định

môđun biến dạng, E 50, theo công thức (1.6):

50 50

50 =q u E

1.2 LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

1.2.1 Ổ đị h mái dốc

Sạt lở là hiện tượng mất ổn định và dịch chuyển của khối đất gây ra phá hoại công trình Nghiên cứu sạt lở luôn là nhiệm vụ quan trọng và là thách thức đối với kỹ sư công trình bởi ứng xử của nền đất là rất phức tạp (Duncan and Wright 2005) Nghiên cứu về hiện tượng mất ổn định của khối đất là quan trọng vì: (1) Dự đoán được sự biến đổi tính chất của đất nền, loại tải trọng và các điều kiện dòng thấm gây ra phá hoại kết cấu khi thiết kế và xây dựng một công trình mới; (2) Nhận biết được nguyên nhân gây ra hiện tượng mất ổn định, tìm giải pháp để sửa chữa và gia cố khối đất đã

bị phá hoại

Hiện tượng sạt lở xảy ra khi lực gây trượt lớn hơn lực kháng trượt giới hạn để cân bằng khối đất (Duncan and Wright 2005) Hay là khi gia tăng ứng suất gây trượt, giảm sức kháng cắt của khối đất, 52hoặc hai yếu tố cùng xảy ra đồng thời Sạt lở khối đất được chia thành 4 hình dạng cơ bản như sau: trượt xoay, trượt hỗn hợp, tịnh tiến,

và trượt theo dòng Các nguyên nhân gây ra hiện tượng sạt lở là (Abramson et al 2002):

Nguyê hâ àm tă g ứng suất gây trượt:

- Các bộ phận chống đỡ khối đất bị mất đi do: sự xói mòn của dòng chảy, quá trình đào đất, làm hạ mức nước ngầm, v.v

- Khối đất chịu tải lớn do: hoạt động xây dựng của con người, mưa, v.v

Nguyê hâ àm giảm sức chố g trượt:

- Sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng trong đất

- Tính chất của đất thay đổi do thời tiết và các hoạt động lí hóa của khối đất như: quá trình làm ướt và khô, quá trình hydrat hóa, v.v

- Cấu trúc của khối đất thay đổi do các bộ phận chịu lực giảm khả năng chịu lực theo thời gian, v.v

- Tính chất của đất nguyên dạng: thành phần, cấu trúc, v.v

1.2.2 Hệ số ổ định

Phân tích hệ số ổn định FS (Factor of Safety) là cần thiết trong việc thiết kế mái

dốc, giúp dự đoán những nguy hiểm có thể thể xảy ra đối với công trình khi làm việc trong điều kiện thực tế như: tải trọng tác dụng, phân bố áp lực nước lỗ rỗng, địa tầng,

v.v từ đó đưa ra những giải pháp để phòng ngừa Đồng thời, FS cũng được sử dụng

để mô phỏng và đánh giá hiệu quả giải pháp thiết kế sau thi công hoàn thiện từ các

dữ liệu quan trắc hiện trường Hệ số ổn định được xác định dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn (General Limit quibrium Theory, GLE) sử dụng các phương trình cân bằng tĩnh học về lực và mô men giữa các mảnh trượt

Hệ số ổn định được định nghĩa là tỉ số giữa sức chống cắt và ứng suất cắt tại một điểm nằm trên mặt trượt theo công thức (1.7) (Duncan and Wright 2005):

s FS



trong đó: s -là sức chống cắt của đất; τ- ứng suất cắt trong đất; FS – hệ số ổn định

Từ công thức (1.7) có thể xác định được ứng suất cắt trong đất theo công thức (1.8):

s FS

ứng suất cắt lớn nhất cho phép để khối đất ổn định phụ thuộc vào hệ số ổn định FS

Quá trình phân tích ổn định cho vị trí nghiên cứu thử nghiệm được mô phỏng bằng phần mềm Slope/W2007 và tính toán bằng phương pháp Bishop Theo 22TCN 262-

2000 thì hệ số ổn định tính toán theo phương pháp Bishop phải lớn hơn hoặc bằng

1.4 Phương pháp Bishop dựa trên phương pháp phân mảnh cổ điển xem mặt trượt là trụ tròn (Hình 1-1) có kể đến lực xô ngang giữa các mảnh trượt, không quan tâm đến

vị trí tác dụng của lực và bỏ qua lực cắt giữa các mảnh trượt Hệ số ổn định FS được

xác định dựa vào phương trình cân bằng giới hạn tĩnh học về mô men theo phương trình (1.10).Trong trường hợp xét đến ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng (Hình 1-2) thì hệ số ổn định được xác định theo công thức (1.11)(Das 2006)

trong đó: c’ – lực dính hữu hiệu; ' – góc ma sát trong hữu hiệu; b n– bề rỗng mỗi

mảnh; W n– trọng lượng của mỗi mảnh;– góc nghiêng của mỗi mảnh theo phương

Hình 1-1 Phân mảnh dùng tính toán trong mặt trượt trụ tròn (Das 2006)

Hình 1-2 Phân tích ổn định của mái dốc có xét đến mực nước tĩnh trong đất (Das

2006)

1.3 QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG

Quan trắc hiện trường (QTHT) là quá trình thu thập thông tin, số liệu về tất cả các hoạt động diễn ra đối với đối tượng cần quan trắc Hệ thống QTHT dùng để đánh giá giải pháp thiết kế có làm việc như mong đợi hay không, đồng thời đưa ra những dự báo sớm khi công trình có dấu hiệu sạt lở Mỗi đối tượng và mục đích quan trắc khác nhau thì sẽ có các hệ thống quan trắc hiện trường khác nhau

Để đánh giá ổn định mái dốc thì việc quan trắc mực nước ngầm, áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị ngang là cần thiết (Abramson et al.2002, Slope Indicator Company 2004) Dấu hiệu mất ổn định mái dốc có thể dễ dàng nhận thấy bằng mắt thường Tuy nhiên kết quả quan sát bằng mắt thường khó xác định được chính xác mức độ ổn định của công trình Do đó, cần kết hợp với phương pháp đo đạc bằng hệ thống QTHT để thu thập những dữ liệu có thể mô tả chính xác quá trình làm việc thực tế của công trình Những thông tin mà hệ thống QTHT có thể cung cấp như (Slope Indicator Company 2004):

- Xác định các điều kiện ban đầu của nền đất như: áp lực nước lỗ rỗng, tính thấm và ổn định của mái dốc

- Kiểm tra và đánh giá lại những bước giả định ở giai đoạn thiết kế bằng ứng xử thực tế của công trình Số liệu quan trắc thu thập được ở bước đầu có thể giúp hiệu chỉnh lại những thiết kế ở các bước sau

- Dữ liệu quan trắc sẽ giúp người kỹ sư tính toán được công trình có thể đẩy nhanh được tiến độ và không bị phá hoại

- Dự đoán ứng xử và cảnh báo sớm các nguy cơ phá hoại công trình nhằm giảm thiểu những thiệt hại mà nó có thể gây ra

Mỗi công trình khác nhau thì có những bộ thông số quan trắc ưu tiên khác nhau phụ thuộc vào loại công trình, điều kiện thực tế của nhà thầu và địa phương Vì vậy người thiết kế phải nhận biết được những thông số này, thiết kế và lựa chọn hệ thống quan trắc phù hợp để đánh giá ứng xử của kết cấu chính xác nhất Quá trình quan trắc thường bắt đầu với năm bước (Nguyễn Ngọc Du 2013):

- Bước 1: xác định các yêu cầu quan trắc Điều này nhằm xác định mục tiêu, nhu cầu, lợi ích (cả lợi ích về kinh tế và các lợi ích về điều kiện an toàn) nghiên cứu các vấn đề lịch sử của vị trí quan trắc

- Bước 2: thiết lập các yêu cầu của dự án: đánh giá các mối nguy hiểm, dự đoán hành vi ứng xử của mái dốc

- Bước 3: thiết kế hệ thống quan trắc lựa chọn các thông số quan trắc và thiết bị phù hợp, dự đoán độ lớn của các thông số cũng như lựa chọn vị trí và lắp đặt thiết bị

- Bước 4: tiến hành đo đạc thực tế ghi nhận các số liệu hiện trường Một số vấn

để liên quan cần phải được chú ý thực hiện một cách thận trọng trong bước này như phương pháp đo đạc, tần số đo, độ chính xác, nguồn nhân sự

- Bước 5: giải thích và báo cáo số liệu quan trắc Các công việc bao gồm phân tích số liệu, hiệu chỉnh sai số, giải thích và trình bày kết quả Báo cáo kết quả ghi nhận lại các sự kiện trong quá trinh quan trắc, đánh giá giải pháp thiết kế đưa ra quyết đinh hiệu chỉnh thiết kế đơn giản hóa hợp lý hóa kết cấu

Để đánh giá hiệu quả của giải pháp gia ĐĐVS ở đê kênh 2/9 xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp bằng công nghệ NSV thì cần thu thập và lựa chọn các hệ thống quan trắc như sau:

1.3.1 Quan trắc mực ước ngầm

1.3.1.1 Nước tr g đất

Nước trong đất được chia thành hai khu vực: vùng bão hòa nằm dưới mực nước ngầm và vùng không bão hòa nằm trên mực nước ngầm Ở vùng bão hòa, lỗ rỗng trong đất được lấp đầy hoàn toàn bởi nước, áp lực nước lỗ rỗng có giá trị dương Ở vùng không bão hòa, lỗ rỗng trong đất được lấp đầy bởi không khí và nước, các hạt đất ở vùng này liên kết với nhau nhờ lực căng bề mặt, áp lực nước lỗ rỗng có giá trị

âm (Hình 1-3) Ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng đến sức kháng cắt của nền đất được trình bày ở công thức (1.12) (Abramson et al.2002) Như vậy, sức kháng cắt của khối đất giảm ở vùng bão hòa nước do áp lực nước lỗ rỗng dương và tăng ở vùng không bão hòa nước do áp lực nước lỗ rỗng âm

Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng trực tiếp đến sức kháng cắt của khối đất Khi mực nước ngầm dâng cao làm khu vực bão hòa nước tăng, khu vực không bão hòa nước bị thu hẹp lại dẫn đến sức kháng cắt của khối đất giảm Vào mùa lũ, dòng thấm trong thân đê là một trong những nguyên nhân chính làm tăng mực nước ngầm trong thân đê

1.3.1.2 Thiết bị quan trắc mực ước ngầm

Mực nước sông được xác định trực tiếp bằng thiết bị đo sâu mực nước Theo Abramson et al (2002) và Slope Indicator Company (2004) trong môi trường địa chất có tính thấm đồng nhất thì cao độ mực nước ngầm trong thân đê có thể xác định thông qua hệ thống giếng quan trắc Giếng quan trắc thường sử dụng loại ống đứng, bên dưới được khoan lỗ để nước thấm vào, cao độ mực nước trong ống là cao độ mực nước ngầm và được xác định bằng thiết bị đo sâu mực nước (Hình 1-4) Mặt nước thấm được mô phỏng bởi đường nối mực nước sông với mực nước ngầm ở các giếng quan trắc bố trí trong thân đê Số liệu các lần đo được xử lý và vẽ biểu đồ mô phỏng diễn biến của mực nước ứng với các thời điểm quan trắc Áp lực nước lỗ rỗng tại một điểm tác động đến khối đất phụ thuộc vào cao độ mực nước ngầm và được tính toán dựa theo Hình 1-5

Hình 1-3 Sự thay đổi mực nước ngầm, độ bão hòa và áp lực nước lỗ rỗng do mưa

(Geotechnical Control Office 1984 từ nguồn: Abramson et al 2002)

(a) Giếng quan trắc

1.3.2 Quan trắc chuyển vị ngang

Quan trắc chuyển vị ngang nhằm xác định độ lớn, tốc độ, hướng và vị trí chuyển

vị của các điểm bên trong thân ĐĐVS Đây là cơ sở để đưa ra các cảnh báo sớm nếu phát hiện gia tăng độ chuyển vị vượt qua mức giới hạn Thiết bị inclinometer dùng để quan trắc chuyển vị ngang có 4 bộ phận chính : Ống thăm dò (casing), cảm biến góc nghiêng (inclinometer probe), bộ phận đọc số liệu (readout), cáp kết nối (cable) Ống thăm dò được đặt thẳng đứng trong thân đường đê tại cần đảm bảo các yêu cầu sau : (1) vị trí đặt ống thăm dò phải nằm trong phần cung trượt dự kiến (Hình 1-6); (2) Đáy ống thăm dò phải nằm trong vùng đất tốt đảm bảo không có chuyển; (3) Chiều dài của ống thăm dò phải thỏa mãn mục (1)

Dữ liệu từ việc quan trắc chuyển vị ngang bằng thiết bị inclinometer giúp cung cấp các thông tin quan trọng sau (Stark and Choi 2008):

- Độ lớn của chuyển vị tích lũy, độ sâu và vị trí đang gia tăng chuyển vị Dữ liệu này giúp cho việc dự đoán vùng chuyển vị hay vị trí mặt trượt có thể đi qua Đồng thời, chỉ ra được độ lớn và giới hạn của khối trượt đối với công trình

- Tốc độ tốc độ chuyển vị của khối đất Yếu tố này được xem là quan trọng hơn việc xác định độ lớn của chuyển vị bởi xác định được cung trượt đang gia tăng, giảm xuống hay đang kéo dài Nếu vị trí cung trượt đang tiếp tục gia tăng với cùng một tốc

độ thì cần phải xem xét vị trí này Nếu cung trượt đang chậm lại thì có thể không cần thiết phải xem xét và xử lý

- Xác định hướng chuyển vị là điều quan trọng vì mặt cắt ngang giới hạn có thể song song với hướng chuyển vị Xác định được mặt cắt ngang sẽ giúp giảm số lượng mặt cắt cần phân tích, xác định được nguyên nhân để tính toán lại các thông số kháng cắt và thiết kế giải giáp xử lý