Nghiên cứu ổn định tuyến đê bao đắp bằng vật liệu địa phương trên nền đất yếu ở vùng bạc liêu cà mau

Trong toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long, có thể chia làm 5 khu vực được đánh số La mã theo thứ tự hình 1.1 có dạng đất yếu theo đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRÀ THANH TÚ

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH TUYẾN ĐÊ BAO ĐẮP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở

VÙNG BẠC LIÊU – CÀ MAU

MÃ SỐ NGÀNH: 31.10.02

LUẬN ÁN CAO HỌC

TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 05 NĂM 2002

MỤC LỤC

PHẦN I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÙNG ĐBSCL

NÓI CHUNG VÀ VÙNG BẠC LIÊU – CÀ MAU NÓI RIÊNG

A.Các khái niệm về đất yếu ở vùng ĐBSCL - 2

1 Khái quát về cấu tạo địa chất ở vùng ĐBSCL - 2

1.1 Khu I: khu đất sét màu sám nâu, và xám vàng. - 2

1.2 Khu II: đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp với lớp á cát - 4

1.3 Khu III: khu cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát - 4

1.4 Khu IV: khu đất than bùn, xen kẹp bùn xét, bùn á sét, á cát và cát bụi - 5

1.5 Khu V: khu bùn á sét và bùn cát ngập nước - 5

1.6 Loại có nguồn gốc khoáng vật - 5

1.7 Loại có nguồn gốc hữu cơ - 6

1.8 Loại đất yếu theo trạng thái tự nhiên - 6

1.9 Các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất sét yếu - 7

2 Tính chất của các loại đất sét yếu - 7

2.1 Các tính chất quan trọng của đất sét yếu - 7

2.2 Đất bùn - 12

2.3 Đất cát yếu - 12

2.4 Than bùn và đất than bùn - 13

B.Đặc điểm địa chất thủy văn công trình và điều kiện xã hội vùng Bạc Liêu - Cà mau - 14

1 Vị trí địa lý - 14

2 Địa hình - 14

3 Khí tượng thủy văn - 14

3.1 Khí tượng - 14

3.2 Thủy văn - 15

3.3 Địa chất - 15

4 Đặc điểm xã hội - 16

4.1 Dân số lao động - 16

4.2 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp và vùng dự án - 17

4.3 Các loại đê ở đồng bằng sông cửu long - 18

4.4 Hiện trạng đê điều - 20

5 Sự cần thiết phải phục hồi, nâng cấp tuyến đê biển - 21

PHẦN II : PHẦN NGHIÊNG CỨU CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: CHỌN SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM SỨC CHỐNG CẮT CỦA

ĐẤT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ

1 Thí nghiệm ba trục nén cố kết, không thoát nước có đo áp lực lỗ rỗng - 26

2 Xác định sức chống cắt không thoát nước trong thí nghiệm nén ba trục không đo áp lực nước lỗ hổng (phương pháp xác định) - 33

3 Xác định sức chống cắt bằng phương pháp cắt quaytrong phòng thí nghiệm - 37

3.1 Khái quát - 37

3.2 Thiết bị - 38

3.3 Qui trình - 38

3.4 Tính toán - 39

3.5 Báo cáo thí nghiệm - 40

CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ 1 Các dạng mất ổn định của đê đắp trên đất yếu - 42

a) Mất ổn định theo dạng lún sụp - 42

b) Mất ổn định theo dạng phình trồi - 42

c) Mất ổn định dạng trượt trồi - 43

2 Các lý thuyết tính toán ổn định nền đất yếu dưới nền đê đắp - 43

3 Kiểm tra ổn định nền - 55

a) Kiểm tra theo tải trọng tác dụng - 56

b) Kiểm tra theo phương pháp cung trượt trụ tròn bằng FEM - 60

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH ĐÊ 1 Tính toán mặt cắt đê - 66

a) Tài liệu tính toán - 66

b) Xác định cao trình đỉnh đê - 67

c) Kết quả tính toán cao trình đỉnh đê - 70

d) Chọn chiều rộng mặt đê - 70

2 Tính toán thấm của đất đê đồng chất trên nền thấm nước - 70

2.1 Tính toán lưu lượng thấm - 70

2.2 Tính toán đường bão hòa - 72

3 Tính toán áp lực sóng tác dụng mái thượng lưu - 74

4 Chọn lựa những phương án tính toán cần thiết - 77

5 Giải pháp thứ 1-nâng cao tính ổn định đê: tăng mái dốc đê - 78

6 Giải pháp thứ 2-nâng cao tính ổn định đê dùng bệ phản áp - 79

6.1 Tính năng bệ phản áp - 79

6.2 Tính toán bề rộng bệ phản áp - 79

6.3 Tính toán bề cao bệ phản áp - 80

6.4 Tính toán cụ thể cho các mặt cắt điển hình - 80

6.5 Dùng FEM kiểm tra các mặt cắt sau khi chọn giải pháp bệ phản áp - 83

7 Giải pháp thứ 3 nâng cao tính ổn định đê: dùng vải địa kỹ thuật gia cố thân đê - 91

7.1 Chức năng của vải địa kỹ thuật - 91

7.2 Lựa chọn loại vải dùng cho công trình - 94

CHƯƠNG 5: CHỌN GIẢI PHÁP THI CÔNG THÍCH HỢP ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH ỔN ĐỊNH NỀN ĐÊ VÀ THÂN ĐÊ 1 Vấn đề liên quan giữa kỹ thuật thi công và chất lượng khối đất đắp trong thân đê -102

a) Trường hợp đào tuyến kênh mới lấy đất đắp đê -102

b) Trường hợp nạo vét và đào mở rộng các kênh rạch có sẳn để lấy đất đắp đê -103

c) Trường hợp đào đất ở các bãi vật liệu chuyển đến tuyến đê để đắp -104

d) Khả năng đầm chặt khối đất trong thân đê được thi công theo điều kiện ở ĐBSCL -104

2 Vấn đề liên quan giữa tốc độ thi công và khả năng chịu tải của đất nền đê -104

3 Hướng dẫn thi công lắp đặt vải địa kỹ thuật -105

a) Chuẩn bị mặt bằng -105

b) Trải vải địa kỹ thuật -105

c) Khâu nối vải địa kỹ thuật ở hiện trường -105

d) Thi công lớp bảo vệ -106

4 Biện pháp thi công hợp lý cho tuyến đê xử lý Bạc Liêu-Cà Mau -106

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 108

PHỤ LỤC CHƯƠNG 3: 1 Kết quả tính toán và mặt cắt cung trượt MC1 theo thiết kế cũ - 1

2 Kết quả tính toán và mặt cắt cung trượt MC1’ theo thiết kế cũ - 3

3 Kết quả tính toán và mặt cắt cung trượt MC2 theo thiết kế cũ - 5

4 Kết quả tính toán và mặt cắt cung trượt MC2’? theo thiết kế cũ -?

PHỤ LỤC CHƯƠNG 4: A CÁC TÍNH TOÁN PHỤC VỤ THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN? B ? I.Tính toán các yếu tố sóng do gió - 6

1 Chỉ dẫn chung - 6

1.1 Mực nước tính toán sóng - 7

1.2 Các vùng tính toán sóng - 8

1.3 Các phương pháp tính toán sóng - 8

2 Tính toán các yếu tố sóng theo biển - 10

2.1 Xác định các yếu tố sóng vùng nước sâu - 10

2.2 Xác định các yếu tố sóng vùng nước nông - 10

2.3 Xác định các yếu tố tại vùng sóng đổ - 12

2.4 Xác định các yếu tố sóng theo biểu đồ Hindcast - 12

II Xác định chiều cao sóng leo - 13

1 Trường hợp mái nghiêng chỉ có một độ dốc - 13

2 Trường hợp mái dốc phức hợp có thềm giảm sóng (TFS) - 14

3 Trường hợp hướng sóng đến xiên góc với tuyến tim đê - 15

4 Trường hợp đặc biệt - 15

III Tính toán áp lực sóng - 15

1 Phân bố áp lực sóng trên mái nghiêng - 15

2 Tải trọng sóng lên các loại công trình bảo vệ đê biển - 17

IV Oån định thấm - 19

1 Tính toán thấm của đê đất đồng chất trên nền không thấm nước - 19

2 Tính toán thấm của đê đất đồng chất trên nền thấm nước - 21

3 Tính toán thấm không ổn định - 22

4 Tính toán độ dốc chỗ dòng thấm ở vị trí thoát ra trên mái trong - 23

5 Đường bão hòa của đê đất đồng chất khi mực nước hạ xuống - 24

PHẦN HÌNH VẼ - BẢN ĐỒ PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1 1 Hình 1.1: Bản đồ phân vùng đất yếu ở ĐBSCL - 3

2 Hình 1.2: Bản đồ hiện trạng nông nghiệp dự án khôi phục và nâng cấp đê biển Bạc Liêu - 17-18 3 Hình 1.3: Bản đồ bố trí sản xuất dự án khôi phục và nâng cấp đê biển Bạc Liêu - 17-18 4 Hình 1.4: Vị trí dự án khôi phục và nâng cấp đê biển Bạc Liêu - 23

5 Hình 1.5: Bản đồ bố trí hệ thống công trình dự án khôi phục và nâng cấp đê biển Bạc Liêu - 24

PHẦN II: NGHIÊNG CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2 1 Hình 2.1: Thí nghiệm cắt ba trục - 32

2 Hình 2.2: Thiết bị cắt cánh trong phòng thí nghiệm - 41

CHƯƠNG 3 1 Hình 3.1: Dạng mất ổn định lún sụp - 42

2 Hình 3.2: Sơ đồ mất ổn định dạng phình trồi - 42

3 Hình 3.3: Mất ổn định dạng trượt trồi - 43

4 Hình 3.4: Sơ đồ xác định các ứng xuất chính trong trường hợp tải trọng dạng tam giác cân - 44

5 Hình 3.5: Sơ đồ xác định các ứng xuất chính trong trường hợp tải trọng dạng hình thang cân - 46

6 Hình 3.6: Sơ đồ vùng phá hoại (vùng biến dạng dẻo) - 46

7 Hình 3.7: Sơ đồ xác định tải trọng an toàn - 47

8 Hình 3.8: Mặt trượt theo lời giải Prandtl - 50

9 Hình 3.9: - 52

10 Hình 3.10: - 53

11 Hình 3.11: Mặt trượt trụ tròn theo Fellenius - 54

12 Hình 3.12: Mặt cắt thể hiện mái đê phía biển MC1 và mái phía đồng MC2 - 55

13 Hình 3.13: Mặt cắt thể hiện mái đê phía biển MC1’ - 55

14 Hình 3.14: Cung trượt MC1 tính theo Stabl6 - 63

15 Hình 3.15: Cung trượt MC1’ tính theo Stabl6 - 64

16 Hình 3.16: Cung trượt MC2 tính theo Stabl6 - 65

CHƯƠNG 4 1 Hình 4.1: Đường thấm trên thân đê - 74

2 Hình 4.2: Áùp lưc sóng tác dụng lên mái thượng lưu của đê - 77

3 Hình 4.3: Mặt cắt gia cố mái đê bằng bệ phản áp tại MC1 - 83

4 Hình 4.4: Cung trượt MC1 sau khi gia cố bệ phản áp - 85

5 Hình 4.5: Mặt cắt gia cố mái đê bằng bệ phản áp tại MC1’ - 84

6 Hình 4.6: Cung trượt MC1’ sau khi gia cố bệ phản áp - 86

7 Hình 4.7: Mặt cắt gia cố mái đê bằng bệ phản áp tại MC2 - 87

8 Hình 4.8: Cung trượt MC1’ sau khi gia cố bệ phản áp tính cho gia đoạn thi công - 88

9 Hình 4.9: Mặt cắt gia cố mái đê bằng bệ phản áp tại MC2 trường hợp dòng thấm ổn định - 90

10 Hình 4.10: Cung trượt MC2 sau khi gia cố bệ phản áp tính cho giai đoạn thấm ổn định - 89

11 Hình 4.11: Mái đê phía biển MC1 với phương án vải địa kỹ thuật - 95

12 Hình 4.12: Cung trượt mặt cắt MC1 theo phương án dùng vải địa kỹ thuật - 98

13 Hình 4.13: Mái đê phía biển MC1’ với phương án vải địa kỹ thuật - 96

14 Hình 4.14: Cung trượt mặt cắt MC1’ theo phương án dùng vải địa kỹ thuật - 99

15 Hình 4.15: Cung trượt mặt cắt MC2 không dùng vải địa kỹ thuật tính ở giai đoạn thi công -100

16 Hình 4.16: Cung trượt mặt cắt MC2 không dùng vải địa kỹ thuật trong giai đoạn thấm ổn định -101

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

VÙNG ĐBSCL NÓI CHUNG VÀ VÙNG BẠC LIÊU – CÀ MAU NÓI RIÊNG

I CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

1 Khái quát về cấu tạo địa chất ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long được cấu thành bởi quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích cổ và trẻ trong điều kiện biển nâng cùng với dòng chảy của sông Mê Kông ra biển, chỉ trừ một ít núi nham cứng (ở An Giang, Kiên Giang) Trên mặt phẳng đồng đều đó chỉ gợn nên những sóng đất của con sông Tiền, sông Hậu và những cồn ở ven biển

Địa hình tương đối bằng phẳng (cao độ từ +0.5m đến +5m) hơi nghiêng dần ra biển với độ dốc không đáng kể

Đất yếu đồng bằng sông Cửu Long thực chất thuộc vào loại đất sét yếu vì hàm lượng sét trong đất này lớn

Đất sét yếu ở đồng bằng sông Cửu Long có khoáng chất thứ sinh chiếm hàm lượng lớn là Montmorillionite (Al2O3.4SiO2,H2O) loại khoáng chất này có hoạt tính mạnh vì có điện tích âm ở mặt ngoài với năng lượng hút tĩnh điện rất lớn (đến hàng trăm KN/m2)

Trên toàn đồng bằng sông Cửu Long, tầng bồi tích trẻ có chiều dày thay đổi từ 10÷15m đến 100÷110m Theo các tài liệu địa chất đã nghiên cứu: ở độ sâu cách mặt đất từ 28÷7m từ Tân Châu đến Vĩnh Long thường gặp các lớp cát hạt trung đến hạt mịn, các lớp dưới thường là các lớp đất dính Tiến gần ra biển (Bến Tre, Mỏ Cày, Ba Tri) đất nền chủ yếu là đất dính như: bùn, bùn sét, á cát, á sét )

Trong toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long, có thể chia làm 5 khu vực (được đánh số La mã theo thứ tự hình 1.1) có dạng đất yếu theo đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu (hình 1.2) Cụ thể như sau:

1.1 Khu 1: khu đất sét màu xám nâu, và xám vàng

- bmQIV: Đất á sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm rất yếu gối trên lớp trầm tích nén chặt Q l-ll, chiều dày không quá 5m

- Đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy nội địa, cao độ từ 1÷3m

- Nước dưới đất gặp độ sâu 1÷5m, có tính ăn mòn

- Có chỗ bị lầy hóa, lún ướt công trình

Hình 1.1: Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long

(Theo số liệu các vấn đề địa chất công trình khu vực ĐBSCL – phân hội KHĐCCT 1984)

1.2 Khu II: đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp với lớp á cát

Phân khu IIa:

- a, amQIV: bùn sét bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp, gối lên trên nền sét chặt

QI-III, chiều dày không quá 20m

- Đồng bằng thấp, tích tụ thực thụ với độ cao từ 1÷1.5m đến 3÷4m

- Mực nước ngầm cách mặt đất 0.5÷1m, có khả năng ăn mòn

- Lầy hóa, cát chảy, xói ngầm, xói lở bờ, đào lòng sông, lún ướt công trình

Phân khu IIb:

- a, amQIV: bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp, chiều dày không quá 80m

- Các đặc tính giống như khu IIa

Phân khu IIc:

- Dạng bùn đất như IIa, IIb nhưng có chiều dày không quá 25m

- Các đặc tính giống như phân khu IIa, IIb

Phân khu IId:

- Dạng bùn đất như IIa, IIb, IIc nhưng có chiều dày không quá 30m

- Các đặc tính giống như phân khu IIa, IIb, IIc

1.3 Khu III: khu cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát

Phân khu llla:

- m, am, abmQIV: chủ yếu là á cát, cát bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn á sét, bùn á cát Hôlôxen gối lên trên trầm tích nén chặt Q l-lll , chiếu dày không quá 60m

- Đồng bằng tích tụ và đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao 1÷2m đến 5÷7m

- Nước dưới đất cách mặt đất 0,5÷2m, có tính ăn mòn

- Cát chảy, xói ngầm

Phân khu lllb:

- Các tính chất đặc trưng giống như IIIa, nhưng chiều dày tầng đất Hôlôxen không quá 100m

Phân khu lllc:

- Các tính chất đặc trưng giống như IIIa, IIIb nhưng chiều dày tầng đất Hôlôxen không quá 25m

1.4 Khu IV: khu đất than bùn, xen kẹp bùn sét, bùn á sét, á cát và cát bụi

Phân khu IVa:

- mbQIV: Đất than bùn, sét, bùn á sét, thuộc tầng đất yếu Hôlôxen chiều dày không quá 25m, gối lên trên nền chặt Q l-lll

- Đồng bằng tích tụ biển sinh vật cao với độ cao từ 1÷1,5m

- Nước dưới đất xuất hiện ngay trên mặt đất, có tính ăn mòn

- Lầy quá đến chảy, lún ướt công trình

Phân khu IVb:

- abmQIV: đất yếu gồm than bùn, bùn sét, bùn á sét thuộc tầng Hôlôxen, chiếu dày không quá 50m, gối lên đất nén chặt Q ll-lll

- Đồng bằng tích tụ trũng lầy, cửa sông bị luồng rạch phân cách mãnh liệt

- Nước dưới đất xuất hiện ở trên mặt đất, có tính ăn mòn

- Xâm thực bờ và đáy sông, lầy hóa

1.5 Khu V: khu bùn á sét và bùn cát ngập nước

- Đất yếu gồm bùn, than bùn Hôlôxen, chiều dày từ 5-10m đến 40-50m, gối lên nền đất chặt Qll-lll

- Đồng bằng tích tụ, trũng lầy dạng vịnh, cửa sông

- Nước ngầm xuất hiện ở ngay trên mặt đất, chịu ảnh hưởng của thủy triều, có tính ăn mòn

- Xâm thực bờ và đáy sông, lầy lội

Đất yếu chỉ là các loại đất có sức chống cắt nhỏ và biến dạng (lún) lớn, tùy theo nguyên nhân hình thành mà đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc có nguồn gốc hữu cơ

1.6 Loại có nguồn gốc khoáng vật

Thường là á sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở vùng ven biển, vùng vịnh đầm hồ, đồng bằng tam giác châu Để nhận dạng đất yếu loại này dựa vào các đặc điểm sau đây:

- Loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích nên có màu nâu, xám đen có mùi

- Ởû trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e > 1,5; á sét e > 1) góc nội ma sát 0 0

/5

1.7 Loại có nguồn gốc hữu cơ

Thường hình thành từ đầm lầy, nơi tích nước động thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển thối rữa và phân hủy tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật Đất yếu loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, để nhận dạng loại này dựa theo các đặc điểm sau đây:

- Hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20%÷80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn do lẫn cát từ tàn dư thực vật

- Ởû trạng thái tự nhiên hệ số rỗng lớn (sét e > 1,5; á sét e > 1) lực dính theo kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước 2

/5

1 kN cm

C≤ hoặc theo kết quả cắt cánh hiện

/5

3 kN cm

- Hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20%÷30% gọi là đất nhiễm than bùn

- Hàm lượng hữu cơ chiếm từ 30%÷60% gọi là đất than bùn

- Hàm lượng hữu cơ chiếm trên 60% gọi là than bùn

1.8 Phân loại đất yếu theo trạng thái tự nhiên

- Đất yếu loại sét hoặc á sét theo độ sệt B:

d nh

d W W

W W B

Nếu B > 1,0 thì gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

Nếu 0,75≤ B≤1,0 thì gọi là đất yếu ở trạng thái dẻo chảy

Đất yếu được phân loại theo trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại như sau :

- Loại 1: loại có độ sệt ổn định, thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1 đến 2 ngày

- Loại 2: loại có độ sệt không ổn định, loại này đạt tiêu chuẩn loại 1 nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy

- Loại 3: đất than bùn ở trạng thái chảy

Trong thực tế xây dựng thường gặp các loại đất sét yếu nhão bảo hòa nước Chúng có tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có một số tính chất tiêu biểu cho đất yếu nói chung Vì vậy sau đây xin trình bày một số đất sét yếu

1.9 Các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất sét yếu

- Dung trọng tự nhiên của đất : 3

/5.155

≈

γ

- Độ ẩm tự nhiên của đất: W ≈65%÷75%

- Hệ số rỗng tự nhiên của đất: e≈1,5÷2

- Lực dính tiêu chuẩn : 2

/6

- Môđuyn biến dạng tỷ đối của NN.Maslov :E m ≈50÷100mm/m

2 Tính chất của các loại đất sét yếu ở một số vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long

2.1 Các tính chất quan trọng của đất sét yếu

a Hạt sét và khoáng chất sét

Trong đất sét có 2 phần: phần phân tán mịn và phần phân tán thô Phần phân tán thô (kích thước > 0,002mm) chủ yếu có các khoáng chất nhờ nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat, v.v , phần phân tán mịn gồm những hạt rất bé (kích thước 2 - 0,1μ) và hạt keo (0,1 - 0,001μ) phần phân tán mịn gồm chủ yếu là các sản phẩm phân hủy hóa học như các khoáng chất sét Các khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét Có nhiều khoáng chất sét nhưng thường gặp 3 nhóm điển hình : Kaolinit, Montmorillonite và Ilit

- Kaolinit Al(Si4O10)(OH)8được tạo thành do phong hóa đá phún trào, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 5÷6) Kaolinit có thể được kết thành khi kết tinh ngưng giao lắng từ dung dịch keo Những quá trình như vậy xảy ra trong vỏ phong hóa cũng như trong các điều kiện thiên nhiên khác

Đặc điểm của mạng tinh thể Kaolinit là tương đối bền, độ ổn định và ít có khả năng di động Đó là do liên kết giữa tập (paket) này với tập kia Lớp trên của tập dưới gồm các Hyđrôxit, còn lớp dưới của tập trên kế đó thì gồm các nguyên tử oxy Các tinh thể của Kaolinit có kích thước khá lớn chỉ hút nước và trương nở không đáng kể

- Montmorillonite m[Mg3(Si4O10)(OH2)×p[ (Al,Fe) (2 Si4O10) ] ]nH2O, phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm Cấu tạo mạng tinh thể Montmorillonite nói chung giống Kaolinit, nhưng

ở đây các tập thể của lớp đều phân bổ đối xứng qua lớp nước ở giữa Các lớp như nhau (gồm các nguyên tử oxy) ở các tập lân cận hướng lại với nhau, do đó mối liên kết của chúng yếu hơn so với Kaolinit Mạng tinh thể kém bền vững, nước dễ xuyên vào và gây

ra trương nở mạnh Khoáng chất Montmorillonite có lượng ngậm nước thay đổi theo độ ẩm của môi trường xung quanh Khoáng chất có thể hút nước từ không khí ẩm và nước cũng có thể tách ra khỏi khoáng chất và đi vào không khí có độ ẩm bé

yếu là trong quá trình phong hóa (bằng cách thủy phân) các đá phún trào trong điều kiện môi trường kiềm (pH = 7 ÷8,5) khí hậu khô và nửa khô, ôn hòa và ấm áp Khi môi trường trở thành axit thì Montmorillonite bị phá hoại chuyển thành Kaolinit hoặc khoáng chất sét khác Ngoài ra Montmorillonite có thể được tạo thành bằng con đường tổng hợp do sự kết tinh ngưng giao lắng từ dung dịch keo và các dung dịch thật ở chỗ trữ nước, các tầng đất mặt v.v…

- IlitK1Al2[ (Si,Al)4O10] ( )OH 2nH2O là một khoáng chất đại biểu của nhóm hydro mica Nhóm này là sản phẩm Hydrat hóa (ngậm nước) của mica ở mức độ khác nhau và chiếm

vị trí trung gian giữa mica và Montmorillonite Hyđrô mica khác mica ở chỗ: chứa nhiều nước và kali và khác với Montmorillonite ở chỗ: chứa nhiều kali hơn, không có hoặc ít có khả năng trương nở dưới tác dụng của nước và các hợp chất hữu cơ

Đặc điểm của mạng tinh thể Ilit là giữa các tập có ion Kali, những lớp ở xa chỗ liên kết giữa các tập hoàn toàn giống Kaolinit, còn những lớp ở gần chỗ liên kết thì bao giờ cũng chỉ có các nguyên tử oxy chứ không phải là một tập O và một tập là (OH) như Kaolinit Như vậy về cấu tạo mạng tinh thể, Ilit cũng chiếm vị trí trung gian giữa Kaolinit và Montmorillonite

b Tính dẻo

Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét là tính dẻo Tính chất này thể hiện sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thể cứng thể lỏng hoặc chảy nhớt

- Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều yếu tố: mức độ phân tán và thành phần khoáng chất của đất, thành phần và độ khoáng hóa của dung dịch nước làm bão hòa đất Nhân tố chủ đạo chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002mm và hoạt tính của chúng đối với nước Sét bão hòa ion hóa trị một dẻo hơn Sét bão hòa ion hóa trị hai; trong các ion hóa trị thì Na+ và Li+ có hoạt tính mạnh nhất Còn sét Montmorillonite:

44 ÷100

c Tính thấm nước của đất – Građien ban đầu

Với đất rời quan hệ giữa tốc độ thấm và gradien thủy lực tuân theo định luật Darcy:

- v : tốc độ thấm (m/s)

- k : hệ số thấm của đất

- I = h/l: gradien thủy lực, với h là độ chênh cột nước và l là chiều dài đường thấm

Đối vơiù đất dính hiện tượng thấm chỉ tuân theo định luật Darcy khi gradien thủy lực lớn hơn một giá trị ban đầu, khi đó: (I = I0)

Nghĩa là: đối với đất sét chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó Gradien ban đầu là độ chênh tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm đi rất nhiều trở nên bé đến mức thực tế có thể bỏ qua và coi như đất không thấm nước

Về bản chất của Gradien ban đầu hiện nay chưa có các quan niệm thật rõ ràng Có tác giả cho rằng Gradien ban đầu là do khả năng chống trượt của nước liên kết vật lý gây nên, khả năng này nước tự do không có Khi khắc phục được ứng suất trượt giới hạn của nước liên kết cấu trúc định hướng của nước này bị phá hoại và nước liên kết bắt đầu chảy như nước tự do Trị số Gradien ban đầu tăng cùng với sự giảm độ ẩm và tăng độ chặt của đất Ở đất yếu nó có trị số tương đối bé

Ứng suất sinh ra khi nước chuyển động trong đất tác dụng lên hạt đất gọi là ứng suất thủy động, ký hiệu là j:

w w

k

v i

Trong đó γw: trọng lượng thể tích của nước

d Tính nén chưa đến chặt

So với trị số áp lực mà nó chịu thì đất sét yếu ở trạng thái nén chưa đến chặt hoặc được nén chặt bình thường Tính nén chưa đến chặt này của đất là sự không phù hợp rõ ràng của độ chặt thiên nhiên với áp lực thiên nhiên mà đất đang chịu tác dụng Nói một cách khác, ở một chiều sâu nào đó đất chịu áp lực thiên nhiên là σ , đúng ra phải có hệ số rỗng tương đương là

ε , nhưng lại có ε1 >ε tức là có sự thấp kém của độ chặt so với áp lực

Tính nén chưa đến chặt này là do ảnh hưởng của sự phát sinh lực dính của các mối liên kết cấu trúc – lực dính này kèm hãm sự nén chặt, cũng như do tác dụng của nước lỗ rỗng gây nên sự chậm trễ của quá trình cố kết trọng lực Ngoài ra trạng thái của đất có thể là nén chưa đến chặt, hoặc là nén quá chặt tùy theo trị số, tốc độ, thời gian lực tác dụng và điều kiện thoát nước lỗ rỗng

Đối với những đất ở trạng thái nén chưa đến chặt, sự thể hiện áp lực lỗ rỗng rất đặc biệt Áp lực nước lỗ rỗng có thể phát sinh không những khi tăng tải trọng ngoài, mà còn khi giữ nguyên trạng thái ứng suất, nhưng kết cấu của đất bị phá hoại (do trượt chẳng hạn) Theo N.Ya.Đenixov áp lực lỗ rỗng như vậy chỉ chứng tỏ rằng quá trình nén chặt và củng cố của đất chưa hoàn thành Khi loại trừ hoặc hạn chế khả năng thoát nước, trạng thái nén chưa đến chặt có thể giữ nguyên rất lâu

e Độ bền cấu trúc

Một trong những tính chất quan trọng của đất sét yếu là độ bền cấu trúc của chúng Nếu tải trọng ngoài được truyền lên đất sét yếu nhỏ hơn trị số độ bền cấu trúc, thì biến dạng của đất bé đến mức có thể bỏ qua, còn khi vượt quá độ bền cấu trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn hơn Trị số độ bền cấu trúc của đất sét yếu chừng

trọng áp lực lỗ rỗng ban đầu cũng không bằng trị số tải trọng đó mà bằng hiệu số giữa nó và độ bền cấu trúc Độ bền cấu trúc có ý nghĩa to lớn khi tính toán sự cố kết và đánh giá độ bền của đất ảnh hưởng đến chiều dày tính toán của tầng chịu lực và tải trọng cho phép ban đầu của đất nền

Trị số độ bền của đất sét yếu chừng 2

/3

2÷ kN cm , nhưng đôi khi cũng lớn hơn

Những nghiên cứu gần đây cho biết rằng: ngay cả đối với đất hoàn toàn bão hòa nước, khi chịu tải trọng áp lực lỗ rỗng ban đầu cũng không bằng trị số tải trọng đó mà bằng hiệu số giữa nó và độ bền cấu trúc Độ bền cấu trúc có ý nghĩa to lớn khi tính toán đánh giá sự cố kết và đánh giá tính chất của đất nền ảnh hưởng đến chiều dày tính toán của tầng chịu lực và tải trọng cho phép ban đầu của đất nền

f Đặc điểm biến dạng

Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau:

- Biến dạng phục hồi: bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ

- Biến dạng dư : chỉ gồm biến dạng cấu trúc

• Biến dạng phục hồi

Trong đất sét yếu biến dạng đàn hồi không đáng kể do độ bền cấu trúc bé

Biến dạng cấu trúc hấp phụ: dưới tác dụng của tải trọng trong đất xảy ra một loại biến dạng

do sự thay đổi chiều dày màng nước ở những chỗ tiếp xúc và bên trong những khoáng chất riêng biệt Biến dạng này liên quan đến sự chuyển dịch ít nhiều của các hạt và về điểm này nó giống như biến dạng cấu trúc Mặt khác sự phát triển của nó phụ thuộc vào ảnh hưởng của lực hấp phụ

Biến dạng cấu trúc hấp phụ là một phần thuận nghịch Chúng xảy ra dưới hình thức giảm cũng như tăng thể tích của đất Khi giảm áp lực thì biến dạng cấu trúc hấp phụ được biểu thị

ở sự dịch chuyển các phân tử nước từ chỗ tiếp xúc giữa các hạt về phía lỗ rỗng, còn khi tăng áp lực thì chuyển dịch theo chiều ngược lại Để hoàn thành quá trình đó cần có một thời gian nhất định Vì vậy tuy biến dạng cấu trúc hấp phụ là thuận nghịch nhưng luôn kèm theo sự chậm muộn Nếu sau khi kết thúc biến dạng cấu trúc hấp phụ, xuất hiện lực dính kết củng cố

do tác dụng của lực đất đá bên trên và các quá trình lý hóa khác, thì sau khi giảm, loại áp lực đó đi biến dạng sẽ không phục hồi lại được Sau khi làm mất lực dính củng cố biến dạng cấu trúc hấp phụ lại trở nên thuận nghịch

Biến dạng cấu trúc hấp phụ ở đất sét yếu cũng như các loại đất đá sét khác thể hiện được là

do kết quả thay đổi tương quan giữa ứng suất ở các chỗ tiếp xúc của các yếu tố cấu trúc (do ảnh hưởng của tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây ra) và ảnh hưởng của lực hấp phụ (giữa bề mặt hạt và các phân tử nước) Nếu ứng suất ở chỗ tiếp xúc vượt quá ảnh hưởng của

lực hấp phụ thì sẽ xảy ra sự dồn đuổi các phân tử nước ra khỏi các chỗ đó, kết quả là biến dạng là có biến dạng nén Trái lại nếu ảnh hưởng của lực hấp phụ vượt quá ảnh hưởng của ứng suất ở các chỗ tiếp xúc thì xảy ra sự bành trướng (dày thêm) của các màng nước, lúc đó có hiện tượng nở Nói cách khác biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét chỉ có thể thể hiện được khi áp lực mà nó chịu vượt quá áp lực nở

Các thí nghiệm nén chặt hồ sét có thành phần khác nhau và dỡ tải tiếp sau đó cho biết rằng: cùng với sự tăng của giới hạn chảy, trị số biến dạng khôi phục (cấu trúc hấp phụ) tăng lên

Biến dạng cấu trúc hấp phụ trong đất sét yếu, nhất là ở bùn khi tải trọng bé, chỉ có tầm quan trọng thứ yếu Đối với các loại đất này, biến dạng xảy ra dưới tác dụng do trọng lượng bản thân hoặc tải trọng ngoài, chủ yếu là biến dạng cấu trúc

• Biến dạng dư

Biến dạng cấu trúc là biến dạng dư trong đó xảy ra sự trượt tương đối lên nhau của các hạt, các khối và sự tăng mật độ các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích Trong biến dạng cấu trúc, nếu ứng suất tác dụng vượt quá sức chịu do lực dính kết tạo nên thì các hạt và các khối đất có thể bị dịch chuyển

g Sức chống cắt

Theo N.N Maslov sức chống cắt của đất do biến dạng từ biến có dạng:

w w

t =σ ×tgϕ +c

Trong đó :

- σ : ứng suất pháp tuyến

- σ×tgϕw: thành phần ma sát

- ϕ : góc nội ma sát của đất

- c w: lực dính tổng cộng với

- c w =∑w+c c

-∑ : lực dính có nguồn gốc keo nước (lực dính mềm) w

- c c : lực dính cấu trúc (lực dính cứng)

- ϕw,c w : được xác định theo thí nghiệm cắt trực tiếp

Khi áp lực pháp tuyến không vượt quá “lực dính dự trữ” thì biểu đồ liên hệ sức chống cắt với áp lực tuyến có dạng đường thẳng nằm ngang, nghĩa là sức chống cắt vẫn không thay đổi khi tăng áp lực pháp tuyến Nếu trị số áp lực vượt quá “lực dính dự trữ” thì xảy ra sự nén chặt đất kèm theo sự củng cố tương ứng, nghĩa là cùng với sự tăng của áp lực pháp tuyến chống cắt tăng lên

Trong đó u : áp lực nước lỗ rỗng

(σ −u): Ứng suất tiếp xúc giữa các hạt đất gọi là ứng suất có hiệu

Bùn thường chứa một lượng chất hữu cơ khá lớn (có khi 10÷12%), càng xuống sâu lượng hữu

cơ càng giảm Ở những vùng khí hậu khô bùn có thể chứa các muối hòa tan trong nước dưới hình thức phân tán nhỏ, tinh thể lớn, đám tinh thể hoặc các lớp mỏng và dày Trong bùn kể cả bùn sét thường có nhiều hạt bụi Bùn có thể đồng nhất thành khối hay phân lớp không rõ ràng, đôi khi phân lớp đều

Độ bền của bùn sét hết sức bé, vì vậy phân chia sức chống cắt của bùn ra thành lực ma sát và lực dính kết là không hợp lý Sức chống cắt của bùn phụ thuộc không chủ yếu vào áp lực pháp tuyến mà là vào tốc độ phát triển biến dạng Góc nội ma sát trong của bùn sét đôi khi gần bằng 0

Khi tải trọng pháp tuyến phát triển chậm, biến dạng của bùn thường rất lớn và có đặc tính là nén không hạn chế, kèm theo sự ép thoát nước tự do Khi lực nén phân bố tương đối nhanh thì trong bùn phát sinh áp lực thủy động và bùn bị phun ra Hệ số nén lún của bùn có thể đạt tới 0.2÷0.3cm /2 kN, còn môđun tổng biến dạng vào khoảng 2

/5

1÷ kN cm (đối với bùn sét),

2

/

250

100÷ kN cm (đối với bùn sét pha cát bùn cát pha sét)

2.3 Đất cát yếu

Cát gồm các hạt có kích thước 0,005÷2mm Cát chỉ được gọi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống; đồng thời có kết cấu rời rạc Ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và

pha loãng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy

Độ bền của cát được xác định hoàn toàn vào lực ma sát, chỉ khi làm ẩm chút ít trong cát mới xuất hiện lực liên kết yếu

Sức chống cắt của đất cát phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và hình dạng của hạt, nhưng chủ yếu vào mật độ kết cấu của chúng và trị số tải trọng tác dụng

Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh và nhiều khi chịu tác dụng của chấn động Khi cát gồm cát hạt nhỏ, nhiền chất hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy và không chịu lực được nữa

Một đặc điểm quan trọng nữa của cát là có độ thấm nước lớn

Cát chảy là loại cát hạt mịn, có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và pha loãng đáng kể, chứa nhiều chất hữu cơ hoặc sét Những loại cátù này chịu tác dụng của lực chấn động hoặc ứng suất thủy động thì trở thành trạng thái lỏng, gọi là cát chảy Trong thành phần cát chảy, hàm lượng hạt bụi (0,02÷0,002mm) chiếm 60÷70% hoặc lớn hơn

Ở trạng thái tự nhiên cát chảy có cường độ và khả năng chịu lực tương đối cao, nhưng khi bị phá hoại kết cấu và làm rời hạt thì không còn tính chất đó nữa, lúc đó cát chuyển sang trạng thái chảy như chất lỏng

2.4 Than bùn và đất than bùn

Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, được tạo thành do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát

Đầm lầy được tạo thành ở những chỗ thừa hơi ẩm Hơi này làm bão hòa các tầng trên cùng của trầm tích và đọng ở đó Điều kiện thuận lợi nhất để tạo đầm lầy là khí hậu ẩm, bốc hơi ít hơn mưa, địa hình đồng bằng hoặc yếu tố hạ thấp địa hình đồng thời có nước ngầm ở gần mặt đất Sự tạo thành có thể liên quan với sự hóa lầy một khu đất nào đó trên cạn, sự tăng chỗ chứa nước, sự hạ thấp định kỳ của nước sông, tràn và ngập nước các thềm bãi bồi và các trầm tích phù sa, sự tăng thực vật ở các chỗ trữ nước, hoặc sự phát triển lớp phủ thực vật trên mặt nổi của các chỗ đó, v.v

Trong điều kiện thế nằm tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình từ 80÷85%, có thể đạt hàng trăm hoặc hàng ngàn phần trăm tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, điều kiện khí hậu, mức độ thoát nước…

Than bùn có dung trọng khô rất thấp, hàm lượng chất hữu cơ 20÷80%

Than bùn là đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất Hệ số nén lún có thể đạt từ 3÷8, thậm chí 1cm2/kN vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị với mẫu cao ít nhất 40÷50cm

Khi xây dựng ở vùng có than bùn, cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, làm nền cọc, đào bỏ một phần than bùn

II ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CÔNG TRÌNH VÀ ĐIỀU KIỆN XÃ HỘI VÙNG BẠC - LIÊU CÀ MAU

1 Vị trí địa lý

Vùng dự án khôi phục & nâng cấp đê biển Bạc Liêu thuộc Thị xã Bạc Liêu, huyện Vĩnh Lợi, huyện Giá Rai thuộc tỉnh Bạc Liêu Vị trí của vùng dự án như sau:

• Phía Bắc giới hạn bởi kênh Cà Mau - Bạc Liêu & QL 1A

• Phía Nam giới hạn bởi biển Đông

• Phía Đông giới hạn bởi tỉnh Sóc Trăng

• Phía Tây giới hạn bởi kênh Hộ Phòng – Gành Hào

- Tổng diện tích tự nhiên: 53.206 ha

- Diện tích đất nông nghiệp: 42.706 ha

2 Địa hình

Địa hình trong vùng tương đối bằng phẳng (cao độ trung bình từ 0,5 - 0,7m) với sự xen kẽ một số giồng cát, gò cát cao (độ cao trung bình từ 1,0 – 1,5m) và một số dải đất trũng (độ cao 0,3 – 0,4m) nằm ven kênh Cà Mau – Bạc Liêu và rải rác trong vùng Về tổng thể, địa hình có xu thế thấp dần theo hướng từ Đông sang Tây, từ phía Nam xuống phía Bắc Theo đó, vùng kẹp giữa kênh Cống Cái Cùng và kênh Chùa Phật có độ cao trung bình từ 0,8 – 0,9m Vùng ven sông Gành Hào có độ cao 0,45 – 0,55m Vùng ven biển Đông có độ cao từ 0,8 – 1,5m Vùng ven kênh Bạc Liêu – Cà Mau có độ cao từ 0,4 – 0,5m

3 Khí tượng, thủy văn

- Mùa khô: chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc bắt đầu từ hạ tuần tháng 11 đến hạ tuần tháng 4 năm sau

3.2 Thủy văn:

Do nằm ở cuối nguồn ngọt, đầu nguồn mặn nên vùng dự án vừa chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi thủy triều biển Đông đưa mặn xâm nhập vào toàn bộ hệ thống kênh rạch của vùng, vừa đón nhận nước xả với chất lượng rất xấu của vùng Quản Lộ Phụng Hiệp, đặc biệt là vào đầu mùa mưa (từ cuối tháng tư đến tháng sáu) Các thời kỳ vùng dự án cần nước tưới thì chất lượng rất xấu (mặn mùa khô, phèn mặn vào đầu mùa mưa) khi có nước ngọt về thì vùng dự án lại cần tiêu nước hơn là cấp nước Do bị phân cách với nguồn nước ngọt của sông Hậu bởi các kênh Bạc Liêu – Cà Mau và việc xây dựng các cống lớn ở phía bắc kênh này đã làm cho việc đưa nước về vùng dự án vô cùng khó khăn mà còn có thể có tác động xấu tới môi trường nước của vùng

Nguồn nước mặn tuy không có giá trị cung cấp nước tưới cho cây trồng, nhưng nguồn tôm giống phù du, phiêu sinh được đưa từ nước biển vào lại có giá trị nuôi tôm và chính sự ra vào đều đặn mỗi ngày 2 lần với biên độ triều lớn (2,5 đến 3m) là điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống thủy lợi nhằm tiêu chua, rửa mặn, thông thoáng môi trường nước cho vùng dự án Tuy nhiên hàm lượng phù sa lớn (1,8 đến 2,5g/l) từ nước biển sẽ làm cho các vuông tôm bị bồi lắng nhanh, cùng với nước thải của vùng trên lẫn vào sẽ gây ô nhiễm không ít cho việc nuôi tôm Vì vậy, cần có sự bố trí qui hoạch đất phủ hợp gắn với xây dựng hệ thống thủy lợi hoàn chỉnh để có thể vừa thuận lợi cho thâm canh nông nghiệp, vừa đảm bảo cho phát triển lâu bền các loại hình nuôi trồng thủy sản

Vùng dự án có vùng nước ngầm khá phong phú, có thể khai thác ở nhiều độ sâu là nguồn tài nguyên quý giá cần phải được khai thác hợp lý và lâu bền cho sinh hoạt của nhân dân trong vùng

Tuy không bị ngập lụt nhưng do tác động của thủy triều, nước từ nguồn trên chảy về làm chậm khả năng tiêu thoát nước của các tuyến kênh chính nên vào thời kỳ mưa nhiều vùng dự án thường bị ngập úng Theo bản đồ tài nguyên nước và tình trạng ngập vùng ĐBSCL do Phân Viện Khảo Sát và Quy Hoạch Thủy Lợi Nam Bộ xây dựng, mức độ ngập úng trong vùng dự án như sau:

- Nếu có biện pháp giữ nước trong ruộng kết hợp với trang bị máy móc để làm đất khẩn trương có thể mở dần diện tích 2 vụ lúa Chỉ cần giữ được nước trên mặt ruộng đến hết tháng

12 bằng nguồn tại chỗ hoặc tiếp thêm từ nguồn của sông Hậu (lúc này lưu lượng của hệ thống sông Mê Kông còn rất lớn, một số khu vực đang còn có yêu cầu tiêu) thì có thể mở rộng loại hình 2 vụ lúa, hoặc lúa cá đồng trên phạm vi rộng lớn của vùng dự án

3.3 Địa chất:

** Địa chất công trình tuyến đê biển

phục và nâng cấp đê biển Bạc Liêu – Cà Mau

Khu vực công trình gồm các lớp sau:

- Lớp 1: sét màu xám nâu, đốm vàng, trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm, độ sâu từ 0 – 0.5m so với mặt đất tự nhiên

- Lớp 2: sét bùn hữu cơ màu xám, xám đen, độ sâu từ 0.5 – 10m so với mặt đất tự nhiên

- Lớp 3: sét màu xám vàng, đốm nâu đỏ, chặt vừa, trạng thái nửa cứng đến cứng, độ sâu trên 10m từ mặt đất tự nhiên

Độ ẩm tự nhiên W

Dung trọng tự nhiên γ

Dung trọng khô γk

Tỷ trọng Δ

Độ bão hòa G

Độ rỗng n

Hệ số rỗng ε

Giới hạn chảy WI

Giới hạn dẻo Wp

cm/s

0 4.5 43.1 52.4 60.06 1.625 10.15 26.76 98.24

1.636

65 32.13 32.87 0.85

3 0.9 3*10-8

0 4.26 44.03 51.71 63.79 1.593 0.972 2.674 97.53

1.749 71.39 32.45 38.94 0.8

1 0.7 2.8*10-8

4 Đặc điểm xã hội

4.1 Dân số lao động

Năm 1996 toàn vùng có 136.740 người, trong đó dân số nông nghiệp 116.228 người, chiếm 85% dân số toàn vùng Mật độ dân số 257 người/km2, thấp hơn nhiều so với mật độ trung bình toàn ĐBSCL (400 người/km2, Vĩnh Lợi 189 người/ km2, Giá Rai 227 người/km2) và chủ yếu tập trung ven các kênh, sông lớn

Tổng số lao động 57.680 người, trong đó lao động nông nghiệp 50.525 người, chiếm 87,6% tổng lao động xã hội, bình quân mỗi lao động xã hội có 0.75 ha đất nông nghiệp, đây là mức cao so với trung bình toàn vùng ĐBSCL Nhưng hệ số quay vòng đất thấp nên chỉ mới sử dụng khoảng 50% tiềm năng lao động nông nghiệp của vùng Vì vậy, tạo công ăn việc làm trong thu nhập, từng bước nâng cao mức sống cho nhân dân trong vùng là yêu cầu cấp bách cho định hướng phát triển sản xuất của vùng

Các hộ nông nghiệp còn 6 đến 8 hộ không có đất hoặc có ít đất, về mức sống và thu nhập: có

12 đến 15% hộ khá và hộ giàu, 40 đến 45% hộ trung bình, 40 đến 45% hộ nghèo Nguồn lực nông hộ còn rất hạn chế, dân trí thấp, tỷ lệ tăng dân số cao đang là thách thức lớn cho hoạch định chiến lược phát triển kinh tế xã hội của vùng

4.2 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp của vùng dự án

a Hiện trạng phát triển sản xuất nông nghiệp

Mặc dù nằm trong vùng có nhiều hạn chế như đất chủ yếu là mặn, phèn, không có nguồn nước tưới Nhưng với những nỗ lực vượt bậc của các cấp chính quyền địa phương và nhân dân trong vùng dự án, nông nghiệp đã có bước phát triển tương đối khá với 3 ngành sản xuất chính là trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản (hình 1.3, 1.4 trang sau)

• Trồng trọt

Sản xuất trồng trọt thời kỳ 1991-1996 chủ yếu theo hướng thâm canh tăng năng suất lúa, ngoài ra còn có hướng nỗ lực vào việc đa dạng hóa cây trồng và tăng vụ, nhưng kết quả về tăng vụ và đa dạng hóa cây trồng còn hạn chế

+ Về sản xuất lúa

Sản xuất lúa chủ yếu theo hướng thâm canh tăng năng suất Năm năm qua, diện tích gieo trồng chỉ tăng 13.6%, đưa sản lượng tăng 31.5%, tốc độ tăng bình quân hàng năm về sản lượng lúa từ 5.5 đến 6% tuy thấp hơn tốc độ tăng sản lượng lúa trung bình toàn ĐBSCL nhưng lại là cố gắng rất lớn của vùng dự án Năm 1996 đã đạt sản lượng thóc 45.970 tấn, bình quân theo đầu người đạt 864 kg, tương đương với mức trung bình toàn ĐBSCL

Lúa mùa là vụ sản xuất chính, chiếm 97.3% về diện tích và 97.4% sản lượng lúa cả năm bao gồm lúa 1 vụ và lúa mùa chính vụ So với lúa mùa các vùng khác ở ĐBSCL thì lúa mùa ở vùng dự án đã đạt năng suất khá cao, năng suất trung bình gấp 1.51 lần năng suất lúa mùa ĐBSCL Một số hộ có trình độ thâm canh cao đã đạt năng suất 6-7 tấn/ha

Lúa hè thu và lúa mùa lấp vụ được trồng trên đất lúa 2 vụ đạt năng suất khá nhưng tốc độ mở rộng diện tích rất chậm Nguyên nhân chính là chưa có quyết tâm cao cho đầu tư tăng vụ

Các loại rau màu chủ yếu của vùng dự án gồm có ngô, đậu xanh, rau, khoai lang còn đang ở qui mô nhỏ và được trồng trên đất chuyên canh màu Do chưa được chú trọng thâm canh nên năng suất cây trồng còn thấp

Hình 1.3: Bản đồ định hướng sử dụng đất tỉnh Bạc Liêu

Hình 1.4: Bản đồ bố trí sản xuất dự án khôi phục & nâng cấp đê biển Bạc Liêu

+ Sản xuất cây lâu năm

Cây lâu năm chính trong vùng là chuối và dừa, ngoài ra còn có nhãn (trồng trên đất giồng cát) đu đủ và một số loại cây ăn quả khác Do canh tác chủ yếu nhờ nước trời lại bị ảnh hưởng bởi các yếu tố phèn, mặn nên năng suất chưa cao Sản phẩm chủ yếu được tiêu thụ tại nội vùng

Đàn gia cầm phát triển khá, bình quân mỗi hộ có 18.2 con, trong đó 11.7 con vịt, cũng là mức cao so với trung bình toàn ĐBSCL

Chăn nuôi phát triển khá, sản lượng thịt bình quân đầu người đạt 32 kg, chăn nuôi đã đóng góp tỷ lệ đáng kể trong tổng GDP nông nghiệp và trong thu nhập của các hộ nông nghiệp

c Nuôi trồng thủy sản

Là vùng có diện tích qui mô nuôi trồng thủy sản lớn và tập trung Trước đây nuôi tôm là ngành sản xuất rất nổi tiếng của tỉnh Minh Hải nói chung và vùng dự án nói riêng Sản xuất tôm đưa lại hiệu quả cao hơn nhiều so với lúa, nhưng do sản xuất quảng canh, chủ yếu là khai thác tự nhiên, việc mở rộng ồ ạt diện tích không cân đối với xây dựng các cơ sở hạ tầng

đi kèm, đặc biệt là hệ thống cấp thoát nước cộng với vệ sinh vuông tôm, chưa tính đến việc phát sinh dịch bệnh, đã làm cho sản lượng và hiệu quả nuôi tôm bị suy giảm nghiêm trọng Một vài năm gần đây đã có xu thế ổn định nhưng năng suất vẫn còn thấp Mức độ mở rộng trong sản xuất nuôi tôm còn lớn, cần phải được đầu tư nhiều công sức, tiền vốn để tạo ra mô hình phát triển cho hiệu quả cao bền vững, ít ảnh hưởng đến sản xuất lúa của các khu vực lân cận

4.3 Các loại đê ở đồng bằng sông Cửu Long

Theo “Quy phạm phân cấp đê – QPTL.A.6-77” ban hành 1977, đê được phân theo các loại như sau:

a) Theo vị trí, tác dụng và điều kiện làm việc có ba loại

- Đê sông: là những công trình dọc sông ngăn cách nước lũ và thủy triều ở biển dâng vào sông và các vùng được bảo vệ khỏi bị ngập

- Đê phân lũ: là những công trình dọc theo dòng phân lũ, ngăn cách nước phân lũ với các vùng bảo vệ khỏi ngập lụt

- Đê biển: là những công trình dọc ven bờ biển, ngăn cách nước biển với các vùng đất đã gắn biển khỏi các vùng nước mặn

b) Theo vai trò phòng lụt của đê có ba loại

- Đê chính: là đê chống lũ theo tiêu chuẩn phòng lũ của từng triền sông và đê ngăn mặn theo tiêu chuẩn ngăn triều, chống bão (nước dâng) của các vùng duyên hải Mỗi bên bờ sông và ven bờ biển chỉ có một tuyến đê chính…

- Đê quay: là đê chống lũ, ngăn mặn cho những vùng nhỏ hẹp ven sông, ven biển ngoài phạm vi bảo vệ của đê chính và đê ở bãi lớn giữa sông

- Đê bao: là đê nằm trong vùng đã được đê chính bảo vệ, bao các thành phố, các khu công nghiệp, nông nghiệp, cơ sở quốc phòng quan trọng Những đê này làm nhiệm vụ dự phòng, phòng lụt cho những nơi nói trên khi bất trắc đê chính bị vỡ Những đê quay, đê bao được phép tăng cường để thay nhiệm vụ chống lũ, ngăn mặn cho những đoạn đê chính nào đó sẽ được xếp vào loại đê chính khi chúng đã bảo đảm các tiêu chuẩn chống lũ, ngăn mặn như đê chính…

c) Về phân cấp đê

Điều 3 trong “Pháp lệnh đê điều”qui định: “Căn cứ tầm quan trọng về kinh tế xã hội, yêu cầu bảo đảm quốc phòng an ninh của từng khu vực được tuyến đê bảo vệ khỏi bị ngập lụt, đê được phân thành cấp đặc biệt, Cấp I, Cấp II, Cấp III, Cấp IV Chính phủ quy định tiêu chuẩn cấp đê và phê duyệt cấp của từng tuyến đê”

Cấp đê có liên quan đến việc lựa chọn các tiêu chuẩn, thông số kỹ thuật phục vụ cho thiết kế, thi công đê và cấp vốn đầu tư xây dựng đê

Ở ĐBSCL có đủ các loại đê và cấp đê được nêu ở trên

- Đê biển:

Có ở Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang

Đê cửa sông:

Có ở Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn có “Chương trình ngọt hóa và khôi phục nâng cấp hệ thống đê biển, đê cửa sông ở ĐBSCL”

- Đê ngăn lũ:

Loại đê này có nhiệm vụ bảo vệ các khu vực sản xuất 3 vụ lúa, bảo vệ các trung tâm dân cư, thị xã, thị trấn, thị tứ hoặc đê kết hợp với đường giao thông chính vượt lũ Đê loại này có chiều cao đắp từ 4 –7m, có khi đạt tới 10 km khi đắp qua các sông, rạch

Hiện nay số lượng loại đê này chưa nhiều, đáng kể nhất là các tuyến đê như sau:

¾ Đê Tứ Tân bảo vệ diện tích 3000 ha sản xuất 3 vụ lúa của huyện Tân Hồng, tỉnh Đồng Tháp, chiều dài 9000m đê được địa phương xây dựng 1992, đắp bằng đất tại chỗ

¾ Đê thị trấn Sa Rài, chiều dài 6.5km, b = 5m, cao trình +7,00m, để bảo vệ 325ha đất và

10000 dân nằm trong thị trấn Sa Rài, tỉnh Đồng Tháp Đê được xây dựng 1996, sử dụng đất tại chỗ để đắp

¾ Đê thị trấn Vĩnh Hưng bảo vệ 200 ha và 5000 dân với chiều dài 5000m, cao trình +4,00m, bề rộng 5m, xây dựng 1982 – 1982, bằng đất đắp tại chỗ

¾ Đê ngăn lũ khu B thị trấn Tân Hưng bảo vệ 110 ha và 12000 dân chiều dài 4224m, Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn đầu tư xây dựng 1997

¾ Ngoài ra một số tuyến đê được kết hợp làm đường giao thông và tạo nền nhà cho dân cư tránh lũ bằng hình thức kết hợp khi đào kênh như tuyến Hưng Điền, Sa Rài, Tân Thành – Lò Gạch, Phước Xuyên… chiều dài khoảng 150km

- Đê ngăn lũ tháng tám (đê bao):

Đê có nhiệm vụ ngăn nước lũ từ đầu tháng 7 đến cuối tháng 8 hoặc đầu thánh 9 để đảm bảo

an toàn sản xuất vụ Hè Thu, sau đó cho nước tràn qua trong thời kỳ lũ chính vụ Loại đê này thường thấp, chiều cao từ 1 – 3m

Đê được đắp dọc theo các kênh cấp 1, cấp 2 Bề rộng mặt đê được kết hợp làm đường giao thông nông thôn nên được đắp rộng 3 – 6m

Các tuyến đê này thường làm cho nước lũ tràn qua sau khi thu hoạch vụ lúa Hè Thu, gây nên hiện tượng sạt mái, trôi đất cho nên phải tu bổ thường xuyên sau mỗi mùa lũ

Do điều kiện địa chất, địa hình, địa mạo, khí tượng thủy văn ở khu vực Nam Bộ không hoàn toàn giống như ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ, nên vấn đề khảo sát, thiết kế, thi công đê ở ĐBSCL không hoàn toàn giống như ở miền Bắc nước ta

4.4 Hiện trạng đê điều

a Hiện trạng đê điều

Để bảo vệ sản xuất từ những năm 70 chính quyền và nhân dân tỉnh đã xây dựng tuyến đê quốc phòng Tuyến đê đã phát huy hiệu quả đáp ứng nhu cầu phục vụ sản xuất, đời sống cho nhân dân trong vùng và những vùng phụ cận Do kinh phí địa phương có hạn, tuyến đê không được nâng cấp, cải tạo, dẫn đến tuyến đê bị bào mòn, xuống cấp nghiêm trọng Mặt đê chỉ còn rộng từ 3 - 4m, cao trình phổ biến ở +1.5, có chỗ ngang mặt bằng đất tự nhiên Cơn bão LINDA vừa qua nước mặn tràn qua đê, làm nhiều đoạn đê bị phá vỡ, hư hỏng Tuyến đê không còn khả năng phòng chống thiên tai

b Hiện trạng thủy lợi

Công tác thủy lợi đã được các cấp chính quyền ở địa phương coi trọng, nhưng do sức của địa phương có hạn, đầu tư của nhà nước còn nhỏ giọt nên tốc độ đầu tư cho phát triển hệ thống thủy lợi một cách đồng bộ còn rất hạn chế Tuy vậy cũng đã xây dựng được một số công trình đáng kể như:

Về hệ thống kênh mương cho cả vùng ven:

Đã hình thành được hệ thống kênh dài 1.651,5 km bao gồm:

- Kênh trục và kênh cấp I: 131,5 km

Hệ thống kênh trên đã góp phần tích cực vào tiêu úng, xổ phèn, cung cấp nước sạch và tiêu nước thải cho các khu vực nuôi trồng thủy sản Ngoài chức năng thủy lợi, các tuyến kênh trục còn là các tuyến giao thông thủy quan trọng nối các khu vực dự án với nhau và các trục đường thủy quốc gia (Cà Mau - Bạc Liêu) Tuy nhiên hệ thống kênh mương cũng bộc lộ một số thiếu sót: phân bố không đều, nhiều khu vực mật độ rất thưa, nhiều đoạn bị bồi lắng, nên khả năng tiêu nước ngày càng bị hạn chế

Hệ thống bờ bao:

Đã hình thành hệ thống đê bao ven biển, ven một số kênh lớn và bờ bao khu vực với tổng chiều dài 986 km, trong đó:

- Tuyến đê biển : 55 km (hình 1.5 trang sau)

- Đê sông : 80 km

- Bờ bao : 801 km

Các tuyến đê bao bờ bao phát huy ngăn mặn, giữ ngọt Riêng tuyến đê biển Trường Sơn do mức độ bồi đắp của bờ biển khá nhanh nên đến nay đã nằm sâu so với bờ biển từ 2500-3000m Hơn nữa địa hình của dải đất này khá cao nên tác dụng ngăn mặn của đê rất hạn chế Một số khu vực bờ bao bị phá để đưa nước mặn vào nuôi tôm gây nhiễm mặn cho vùng sản xuất lúa

5 Sự cần thiết phải phục hồi, nâng cấp tuyến đê biển

Vùng dự án là vùng kinh tế ven biển, vùng kinh tế mũi nhọn của tỉnh Bạc Liêu Đây là vùng có tài nguyên đa dạng, phong phú, có tiền năng to lớn về phát triển Nông – Lâm - Thủy sản Nhưng cũng có nhiều hạn chế cần phải tập trung đúng mức mới có thể nhanh chóng phát huy tiềm năng to lớn của vùng Trong đó việc đầu tư xây dựng hệ thống đê biển, đê sông và hệ thống công trình để kiểm soát mặn, tiêu úng, tiêu chua, giữ ngọt là điều cần thiết (hình 1.6 trang sau)

Hình 1.5: Bản đồ vị trí dự án khôi phục và nâng cấp tuyến đê biển Bạc Liêu

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

ỔN ĐỊNH ĐÊ

I CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

Khi đắp nền đê trên đất yếu thường xảy ra các biến dạng chính như sau :

- Biến dạng lún sụp

- Biến dạng phình trồi

- Biến dạng trượt trồi

Ba loại biến dạng này thường biểu hiện tất cả các trạng thái làm việc bất thường của nền đê

a) Mất ổn định theo dạng lún sụp

Khi đắp nền đường trên vùng đất ẩm ướt có lẫn nhiều hữu cơ, chiều cao nền đường tương đối lớn thì thường xảy ra hiện tượng lún sụp như hình 3-1

Hình 3-1 : Dạng mất ổn định lún sụp

b) Mất ổn định theo dạng phình trồi

Đây là trường hợp nền đê chưa bị xé rách nhưng bị võng xuống và đẩy đất yếu phình lên hai bên chân taluy Trường hợp này vùng phá hoại trên nền đất yếu đã xuất hiện nhưng chưa đạt đến ,mức có thể gây ra mặt trượt liên tục xé rách nền đất yếu và nền đê Sau khi phình trồi nền đê có thể tạm ổn định và vẫn có thể sử dụng được nhưng phải xử lý ngay

Hình 3-2 : Sơ đồ mất ổn định dạng phình trồi

c) Mất ổn định dạng trượt trồi

Hình 3.3: Mất ổn định dạng trượt trồi

Khi tải trọng tiếp tục tăng ở trường hợp 2 thì có mất ổn định dưới dạng trượt toàn bộ hay một phần nền đê bị trượt theo một mặt trượt liên tục xé rách nền đê và đất yếu bên dưới, đẩy đất yếu trượt trồi lên phía chân taluy Vùng phá hoại trong nền đất yếu đã vượt qua mức giới hạn tương ứng cho tổng thể của nền đê trên nền đất yếu

Một số quan điểm cho rằng khi vùng biến dạng dẻo < bề rộng nền đê thì có khả năng xảy ra phình trồi, ngược lại khi vùng biến dạng dẻo > bề rộng nền đê thì có khả năng biến dạng phình trượt

II CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐÊ ĐẮP

Nhiệm vụ của việc thiết kế nền đê trên đất yếu là bảo đảm tổng thể cho nền đất yếu tức là không để xảy ra biến dạng phình trồi hay trượt trồi trong quá trình xây dựng cũng như trong suốt quá trình sử dụng

Mức độ và chất lượng ổn định của nền đất yếu dưới nền đê tùy thuộc mức độ cho phép tồn tại của vùng phá hoại (vùng biến dạng dẻo) và vùng biến dạng từ biến Đối với những công trình đê cấp cao không những không cho phép xuất hiện vùng biến dạng dẻo mà còn khống chế vùng từ biến xuất hiện trong phạm vi không đáng kể Trong những trường hợp này chỉ cho xuất hiện biến dạng cố kết và biến dạng đàn hồi Với các công đê cấp thấp có thể cho phép xuất hiện vùng biến dạng dẻo ở mức độ nhỏ và vùng biến dạng từ biến có chiều rộng không vượt quá một nữa chiều rộng đáy nền đê

1 Đánh giá ổn định nền đê trên đất yếu theo điều kiện cân bằng giới hạn và sử dụng lý thuyết môi trường biến dạng tuyến tính

• Điều kiện cân bằng giới hạn

Điều kiện cân bằng giới hạn của một phân tố đất trong nền đê khi : ϕ ≠ 0, C≠ 0, γ ≠ 0 dưới tác dụng của tải trọng ngoài có thể viết như sau:

Sin θmax =

ϕγ

z : độ sâu của điểm phân tố đang xét

γ, C, ϕ : lần lượt là trọng lượng, lực dính và góc nội ma sát của đất nền

Độ ổn định của đất trên một diện nào đó phụ thuộc vào tương quan giữa sức chống cắt τfw và lực cắt τ

Nhưng không phải là trên mặt nào có τmax là nguy hiểm nhất mà tại mặt cắt có τ = τfw thì đó là mặt cắt nguy hiểm nhất

Từ đó độ ổn định đất tại một điểm phân tố được đánh giá theo điều kiện θmax > ϕw

¾ Trường hợp tải trọng phân bố theo dạng tam giác cân

Trong trường hợp này các ứng xuất chính lớn nhất và bé nhất tải một điểm bất kỳ trong nền được xác định theo biểu thức sau:

2 1 2

0

2 1 2 2

0

2 1 2

1 2

πα

αα

R

R R b

qz R

R R z

x b

b

2 1 2

0

2 1 2 2

0

2 1 2

1 2

πα

αα

R

R R b

qz R

R R z

x b

b

Trong đo ù: q là cường độ tải trọng ngoài trên trục đối xứng

b : một nữa chiều rộng của diện chịu tải

α1, α2, R0, R1, R2, z, x: các đại lượng xác định vị trí các điểm tính toán được kí hiệu như

Hình 3.4: Sơ đồ xác định các ứng suất chính trong trường hợp tải trọng dạng tam giác cân

¾ Trường hợp tải trọng phân bố theo dạng hình thang

4 1 2 3

2

4 1 3

1 3 1 3 2

+++

R R

R R b

z R R

R R b

z b

x b

4 1 2 3

2

4 1 3

1 3 1 3 2

+++

R R

R R b

z R R

R R b

z b

x b

a

a

Trong đóù: q là cường độ tải trọng ngoài trên trục đối xứng

b : một nữa chiều rộng của diện chịu tải

α1, α2, R0, R1, R2, z, x : các đại lượng xác định vị trí các điểm tính toán được kí hiệu như hình vẽ 3-5 (v=z/b ; d= x/b )

1 ; R2 = b ( +d) +v =R/×b

2 2 2

1

R3 = b ( −d) +v =R/×b

3 2 2

1 arcsin

R R

v b

2arcsin

R R

3 arcsin

R R

v b

a

2 2

2

22

b

a b

a d

R R

v b

a

π

2 2

2

22

b

a b

a d

v

Khi đã biết tải trọng tác dụng, các đặc trưng cơ lý tính toán của đất nền và các giá trị σ1 và

σ2 cho các điểm khác nhau trong đất nền Căn cứ vào điều kiện cân bằng giới hạn để đánh

giá mức độ ổn định của các điểm khác nhau trong đất nền Từ đó ta xác định được vùng phá

hoại (vùng biến dạng dẻo) trong đất nền

Vùng phá hoại là vùng được giới hạn bởi đường đồng θmax = ϕ, các điểm bên trong đường

này là vùng chứa các điểm có θmax > ϕ được thể hiện hình 3.6

0.5b 0.5b

Hình 3-6 : Sơ đồ vùng phá hoại (vùng biến dạng dẻo) trong nền đất

¾ Đánh giá ổn định của đất yếu dưới nền đê theo tải trọng an toàn

Tải trọng an toàn qat là tải trọng giới hạn ban đầu của đất nền Ứng với tải trọng này vùng

phá hoại chỉ bắt đầu xuất hiện tại một nhân điểm trên trục đối xứng của tải trọng cách đáy

nền một độ sâu z ≈ 0.5b

θ max > ϕ

- Trường hợp tải trọng nền đê phân bố theo dạng tam giác cân hoặc gần như tam giác cân:

2

α

ϕγ

Trong đó b: nửa chiều rộng đáy nền đê

γ, C, ϕ : là dung trọng, lực dính, góc ma sát của nền đất yếu

α0 : hệ số phụ thuộc góc ma sát ϕw xác định theo bảng

- Với tải trọng phân bố theo dạng hình thang cân khi bỏ qua ảnh hưởng của thể tích đất nền

ta có thể xác định theo công thức của GS Viện sĩ Đặng Hữu:

Trong đó : η0 là hệ số phụ thuộc vào a/b và ϕ cho trong bảng 3.1

πϕϕ

ϕπ

−+

Trong đó qtt : tải trọng tính toán thực tế của nền đê tác dụng lên nền đất yếu

¾ Đánh giá ổn định nền đất theo tải trọng cho phép

Tải trọng cho phép là tải trọng tàc dụng lên vùng đất yếu và gây ra trong nó vùng phá hoại (vùng biến dạng dẻo) trong phạm vi hạn chế không gây ra mất ổn định tổng thể cho nền đất yếu và nền vẫn được xem là nền biến dạng tuyến tính

Trường hợp tải trọng phân bố đều theo quy phạm hiện nay cho phép vùng phá hoại phát triển

ở mép diện chịu tải đến độ sâu bằng ¼ chiều rộng của diện chịu tải Từ đó xác định được tải trọng tính toán

Trong trường hợp phân bố tải trọng theo tam giác cân và hình thang cân thì nhiều tác giả trong và ngoài nước đã tính tải trọng cho phép ứng vùng phá hoại có chiều rộng lớn nhất bằng 0.3 – 0.6 chiều rộng của đáy nền đê

Tuy nhiên khi vùng biến dạng dẻo xuất hiện thì vùng từ biến dẻo đã phát triển đến lớn nhất bằng 0.3 – 0.6 bề rộng của đáy nền đê, khi vùng biến dạng dẻo có bề rộng bằng 0.3 – 0.5 bề rộng đáy nền đê thì vùng biến dạng từ biến có thể đạt đến bề rộng diện chịu tải

Vì vậy trong trường hợp này nền đê có thể được coi là ổn định khi xét mức độ tồn tại của vùng phá hoại nhưng lại không ổn định khi xét mức độ tồn tại của vùng biến dạng từ biến

Do vậy, với sơ đồ tải trọng phân bố theo dạng tam giác cân và hình thang cân việc tính toán và đánh giá nền đê theo tải trọng cho phép chỉ có thể dùng với trường hợp vùng biến dạng dẻo và vùng từ biến thu hẹp dần theo thời gian có tác dụng tải trọng chính nền đê đắp từ từ theo một số giai đoạn cùng với một số biện pháp phụ trợ như : bệ phản áp, vải địa kỹ thuật,… để làm tăng mức độ ổn định và tốc độ cố kết của đất nền

¾ Đánh giá ổn định của đê trên đất yếu theo lý thuyết cân bằng giới hạn

Lý thuyết này được hình thành với mục đích xác định tải trọng giới hạn tác dụng lên đất nền hay còn gọi là khả năng chịu tải giới hạn của đất nền Phương pháp này xác định khả năng chịu lực giới hạn của nền đất, với mức tải trọng này nếu ta tăng thêm lượng vô cùng nhỏ đất sẽ bị phá hoại hoàn toàn và ngay tức khắc theo dạng trượt trồi

Tăng dần tải trọng đến tải trọng giới hạn trong nền đất sẽ xuất hiện các vùng cân bằng giới hạn bao gồm: nêm nén chặt, vùng cân bằng giới hạn và vùng trượt bị động

Trong trường hợp bài toán phẳng, giới hạn mặt trượt trong đất nền được tìm từ các phương trình sau:

- Hệ phương trình vi phân cân bằng của một điểm phân tố đất tuân theo qui luật biến dạng tuyến tính của F.Ketter :

γτ

∂

∂+

∂

∂

x z

zx

Trong đó : σx, σz, τxz : các thành phần ứng xuất

γ : trọng lượng thể tích của đất

- Điều kiện cân bằng giới hạn của điểm phân tố đất

2 2 2

cot2

4sin

ϕσ

σ

τσ

σϕ

g c x z

xz x

z

×++

e g

c q

sin1

sin1cot

−

+

×+

ϕπ

Khi ϕ = 0, theo Prandtl trong trường hợp bài toán phẳng tải trọng giới hạn sẽ bằng :

×

×+

=

γ

π 2