NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP CẦN THƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Mục tiêu chung: Đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định nền đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” sẽ phân tích cơ sở lý thuyết về thực trạng sạt lở ở đồng bằng sô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ QUỐC VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP CẦN THƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ QUỐC VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP CẦN THƠ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

M số: 52.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ HỮU ĐẠO

Đà Nẵng - Năm 2019

và thực hiện luận văn này

Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, cán bộ tham gia giảng dạy lớp

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K36.XGT.TV đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ

Xin tri ân và gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Đỗ Hữu Đạo, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và đồng hành cùng tôi khi nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài

Luận văn này đã được nghiên cứu và hoàn thành nhưng do kiến thức có hạn nên vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, rất mong nhận được góp

ý, phê bình của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để kịp thời hiệu chỉnh và hoàn thiện hơn

TP Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019

HỌC VIÊN

LÊ QUỐC VIỆT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các

số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả của luận án chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

TP Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019

HỌC VIÊN

LÊ QUỐC VIỆT

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÓM TẮT

Hiện nay, thành phố Cần Thơ được đánh giá là một trong 5 thành phố sẽ bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi biến đổi khí hậu Dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng cùng với tác động của quá trình phát triển kinh tế – xã hội, tình hình mất ổn định các công trình ven sông tại thành phố Cần Thơ đã và đang diễn biến rất phức tạp và có xu thế gia tăng cả về phạm vi và quy mô Nhiều hiện tượng sạt trượt

bờ sông nghiêm trọng xảy ra tại thành phố Cần Thơ ảnh hưởng chất lượng công trình giao thông thuỷ bộ, sập nhà cửa, cướp mất tài sản và sinh mạng người dân

Để ứng phó với biến đổi khí hậu, hàng năm thành phố Cần Thơ đã phải đầu

tư hàng trăm tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông, chống ngập lụt Tuy nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các công trình này vẫn chủ yếu dựa vào giải pháp truyền thống, thiên về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển như kè lát mái, kè mỏ hàn bằng đá hộc, đá xây, tấm bêtông đơn giản Chưa có giải pháp đảm bảo ổn định lâu dài cho các công trình ven bờ sông, bờ hồ Hiện tượng mất ổn định, sụp lún, sạt trượt vẫn tiếp tục diễn ra

Thực hiện chiến lược phát triển đô thị quốc gia thích ứng với biến đổi khí hậu, thành phố Cần Thơ xây dựng hồ Bún Xáng (hồ điều hòa) trong lòng thành phố

có diện tích 12,76ha và xây dựng hệ thống giao thông xung quanh bờ hồ với chiều dài 3,5km Khu vực này tiếp giáp với sông Hậu có địa chất rất yếu, bờ hồ luôn trong trạng thái mất ổn định sẽ dễ dẫn đến sạt trượt bất cứ lúc nào

Do đó, nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế gây sạt trượt, mất ổn định của nền đường quanh hồ Bún Xáng là rất cần thiết Từ đó đề xuất các giải pháp xử lý đất yếu, gia cường nền đường phù hợp với địa chất đất yếu tại thành phố Cần Thơ Quá trình nghiên cứu dựa trên số liệu thu thập thực tế Mô phỏng, tính toán các giải pháp

đề xuất bằng các phần mềm Plaxis và Geo - Slope cho khu vực nghiên cứu

SUMMARY OF THESIS

ABSTRACT

Nowadays, Can Tho City be assessed as one of the five cities that will be most severely affected by climate change Under the influence of climate change, rising sea levels and the impacts of socio-economic development, the instability of riverine constructions in Can Tho City has been complicated and tend to increase both in scope and scale Many serious river bank erosion occurred in Can Tho City, affecting the quality of waterway transport works, house collapse, property loss and people's lives

Confrontation climate change, every year, Can Tho City has to invest hundreds of billions Viet Nam dongs construct to protect river side and flood control However, the technology used to build these works are still largely based

on traditional solutions, favoring the classical types of material structures such as roof revetments, grove revetments, concrete slabs That’s temporary solution Landslides, depression, unstable still continues

The national urban development strategy to adapt to climate change, Bun Xang lake project (Detention basin) are built at city center area of 12.76ha and over 3.5Km road around This area next to Hau river, that’s soft soild’s area Banks lake are often in a state of unstable may be depression and sliding

That’s study necessary the causes and mechanisms of roadbed around Bun Xang lake of landslides, unstable From process, propose ways to improve the fost soil at Can Tho City This thesis base on actual data Simulation, calculation of proposed solutions using Plaxis and Geo - Slope tool to study

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii

SUMMARY OF THESIS iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG xi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 2

2.1 Mục tiêu chung: 2

2.2 Mục tiêu cụ thể: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

4 Phương pháp nghiên cứu: 3

5 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ GIA CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 4

1.1 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ 4

1.1.1 Tổng quan về thành phố Cần Thơ 4

1.1.2 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ 4

1.2 Thực trạng sạt lở tại TP Cần Thơ 5

1.2.1 Điều kiện khí hậu thủy văn của TP Cần Thơ 5

1.2.2 Thực trạng sạt lở tại TP Cần Thơ 6

1.3 Các phương pháp tăng cường ổn định nền đất yếu 7

1.3.1 Giải pháp cọc tre cọc tràm 7

1.3.2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép 7

1.3.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật 8

1.3.4 Giải pháp cọc đất gia cố ximăng [4] 9

1.4 Một số cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định 13

1.4.1 Phương pháp cân bằng giới hạn [5] 13

1.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 15

1.5 Kết luận chương 1 17

Chương 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG 18

2.1 Hiện trạng công trình quanh hồ Bún Xáng 18

2.2 Địa chất khu vực đường quanh hồ Bún Xáng 19

2.3 Đề xuất giải pháp gia cố nền đường quanh hồ Bún Xáng 22

2.3.1 Xử lý bằng cọc tràm 23

2.3.2 Giải pháp giếng cát 24

2.3.3 Giải pháp bấc thấm 27

2.3.4 Giải pháp hút chân không 28

2.3.5 Giải pháp bệ phản áp 29

2.3.6 Giải pháp đệm vật liệu rời/đệm cát 31

2.3.7 Giải pháp vải địa kỹ thuật 32

2.3.8 Xử lý bằng hệ cọc đóng bêtông cốt thép 30x30cm 33

2.3.9 Xử lý bằng sàn giảm tải bêtông cốt thép trên hệ móng cọc 30x30cm 34

2.3.10 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng 35

2.3.11 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng 35

2.4 Kết luận chương 2 37

Chương 3 THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU GIA CỐ XIMĂNG 38

3.1 Mục đích 38

3.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên 38

3.2.1 Lấy mẫu thí nghiệm 38

3.2.2 Các thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên 39

3.3 Thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ học của đất gia cố ximăng 41

3.3.1 Chế tạo mẫu thử 41

3.3.2 Thí nghiệm nén một trục có nở hông 44

3.3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp 48

3.3.4 Thí nghiệm nén cố kết 50

3.4 Kết luận chương 3 54

Chương 4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XIMĂNG XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG 55

4.1 Mục đích 55

4.2 Đặc điểm địa chất, thủy văn 55

4.2.1 Đặc điểm địa chất 55

4.2.2 Chế độ thủy văn 56

4.3 Ứng dụng mô phỏng để kiểm tra ổn định tại vị trí hố khoan BH-11 56

4.3.1 Lựa chọn mô hình đất nền và thông số cọc đất ximăng 57

4.3.2 Mô phỏng vấn đề bằng phần mềm Plaxis 2D 59

4.3.3 Mô phỏng vấn đề bằng phần mềm Geo - Slope 61

4.3.4 Đánh giá yếu tố kinh tế kỹ thuật các phương án 67

4.4 Kết luận chương 4 68

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bản đồ hành chính khu vục TP Cần Thơ 4

Hình 1.2 Một số hình ảnh sạt lở ven sông, hồ tại thành phố Cần Thơ 6

Hình 1.3 Vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp [3] 8

Hình 1.4 Sơ đồ giải pháp cọc đất gia cố ximăng [2] 10

Hình 1.5 Sơ đồ quy trình thi công cọc đất gia cố ximăng 11

Hình 1.6 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt trụ tròn 13

Hình 1.7 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp 14

Hình 1.8 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc 14

Hình 1.9 Cấu trúc chương trình phần mềm Slope/W 14

Hình 1.10 Cấu trúc chương trình phần mềm Plaxis 15

Hình 1.11 Nút và điểm ứng suất trong mô hình phần tử hữu hạn 16

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí hồ Bún Xáng 18

Hình 2.2 Hiện trạng đường giao thông bờ Nam hồ Bún Xáng 19

Hình 2.3 Hình trụ hố khoan BH06 20

Hình 2.4 Hình trụ hố khoan BH11 21

Hình 2.5 Mặt cắt kết cầu kè xử lý bằng cừ tràm 24

Hình 2.6 Kết quả ổn định công trình xử lý bằng cừ tràm 24

Hình 1.3 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 25

Hình 1.4 Sơ đồ giếng cát hình tam giác đều 26

Hình 1.5 Sơ đồ giếng cát hình vuông 26

Hình 1.6 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 27

Hình 1.7 Sơ đồ bấc thấm hình tam giác đều và hình vuông 28

Hình 1.8 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 29

Hình 1.9 Sơ đồ bệ phản áp 30

Hình 1.10 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giải pháp đệm cát 31

Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp [4] 32

Hình 2.7 Mô hình xử lý bằng hệ cọc bêtông cốt thép 34

Hình 2.8 Mô hình xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc bêtông cốt thép 34

Hình 2.9 Mô hình xử lý nền đường bằng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phương ngang từ bờ hướng ra hồ 35

Hình 2.10 Mô hình xử lý nền đường bằng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phương ngang từ bờ hướng ra hồ 35

Hình 3.1 Mẫu đất thí nghiệm 38

Hình 3.2 Thí nghiệm xác định giới hạn chảy theo phương pháp Casagrand 39

Hình 3.3 Máy trộn tiêu chuẩn XIYI JJ-5 42

Hình 3.4 Đất thí nghiệm được gia công phục vụ công tác thí nghiệm 43

Hình 3.5 Thí nghiệm nén một trục nở hông 44

Hình 3.6 Mẫu đất bị phá hoại trong thí nghiệm nén một trục nở hông 45

Hình 3.7 Quan hệ cường độ kháng nén và biến dạng của đất tự nhiên 45

Hình 3.8 Quan hệ cường độ kháng nén và biến dạng của mẫu đất trộn 7 ngày tuổi 46

Hình 3.9 Quan hệ cường độ kháng nén và biến dạng của mẫu đất trộn 14 ngày tuổi 46

Hình 3.10 Quan hệ cường độ kháng nén và biến dạng 46

Hình 3.11 Quan hệ giữa cường độ kháng nén và hàm lượng ximăng 47

Hình 3.12 Quan hệ giữa cường độ kháng nén và thời gian bảo dưỡng 47

Hình 3.13 Quan hệ giữa E50 và thời gian bảo dưỡng 48

Hình 3.14 Quan hệ lực dính và hàm lượng ximăng 49

Hình 3.15 Quan hệ góc ma sát và hàm lượng ximăng 50

Hình 3.16 Quan hệ Cs và hàm lượng ximăng 52

Hình 3.17 Quan hệ Cc và hàm lượng ximăng 53

Hình 3.18 Quan hệ Cs và thời gian bảo dưỡng mẫu 53

Hình 3.19 Quan hệ Cc và thời gian bảo dưỡng mẫu 53

Hình 4.1 Mặt cắt địa chất tại vị trí nghiên cứu 55

Hình 4.2 Mặt cắt ngang đại diện 57

Hình 4.3 Dãy cọc đất trộn ximăng thi công trong thực tế 57

Hình 4.4 Dãy cọc đất gia cố ximăng được quy đổi thành lớp vật liệu tương đương 57 Hình 4.4 Mô phỏng công trình tại cao trình mực nước tự nhiên bằng phần mềm Plaxis 59

Hình 4.5 Mô phỏng công trình tại cao trình mực nước thấp nhất -0.76m bằng phần mềm Plaxis 60

Hình 4.6 Mô hình đất nền được gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng bằng phần mềm Plaxis 60

Hình 4.7 Kết quả mô phỏng đất nền gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng bằng phần mềm Plaxis 60

Hình 4.8 Mô phỏng công trình ở trạng thái tự nhiên 61

Hình 4.9 Mô phỏng công trình ở mực nước thấp nhất bằng phần mềm Geo-Slope 61 Hình 4.10 Mô hình đất nền được gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng 62

Hình 4.11 Kết quả mô phỏng đất nền gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng 62

Hình 4.12 Kết quả mô phỏng phương án 1 bằng Geo-Slope 63

Hình 4.13 Kết quả mô phỏng phương án 1 bằng Plaxis 63

Hình 4.14 Kết quả mô phỏng phương án 2 bằng Geo-Slope 64

Hình 4.15 Kết quả mô phỏng phương án 2 bằng Plaxis 64

Hình 4.16 Kết quả mô phỏng phương án 3 bằng Geo-Slope 65

Hình 4.17 Kết quả mô phỏng phương án 3 bằng Plaxis 65

Hình 4.18 Kết quả mô phỏng phương án 4 bằng Geo-Slope 66

Hình 4.19 Kết quả mô phỏng phương án 4 bằng Plaxis 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Chỉ tiêu cơ lý điển hình đường giao thông quanh hồ Bún Xáng 22

Bảng 2.2: Đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất 36

Bảng 3.1 Các thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên 39

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm 40

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 41

Bảng 3.4 Hàm lượng ximăng pha trộn 42

Bảng 3.5 Các thí nghiệm trên mẫu đất gia cố ximăng 44

Bảng 3.6 Cường độ kháng nén các mẫu thử theo thời gian 45

Bảng 3.7 Kết quả tính toán giá trị modul đàn hồi các mẫu thử 48

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm C, mẫu đất gia cố ximăng 49

Bảng 3.9 Chỉ tiêu thu được từ thí nghiệm nén cố kết hàm lượng 10% ximăng 51

Bảng 3.10 Chỉ tiêu thu được từ thí nghiệm nén cố kết hàm lượng 14% ximăng 51

Bảng 3.11 Chỉ tiêu thu được từ thí nghiệm nén cố kết hàm lượng 18% ximăng 51

Bảng 3.12 Chỉ tiêu thu được từ thí nghiệm nén cố kết hàm lượng 22% ximăng 51

Bảng 3.13 Chỉ số nén, nở 52

Bảng 3.14 Tỷ lệ Cc/Cs các mẫu thử 52

Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 56

Bảng 4.2 Các thông số của mô hình đất nền 58

Bảng 4.3 Các thông số của vật liệu tương đương 59

Bảng 4.4 Hệ số ổn định của mái dốc phân tích bàng Geo-Slope và Plaxis 63

Bảng 4.5 Bảng khái toán chi phí thi công 1md cọc đất gia cố 22% ximăng 67

Bảng 4.6 Kết quả đánh giá các phương án tính toán 67

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Thành phố Cần Thơ nằm trên bờ sông Hậu, là trung tâm địa lý của vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long Nơi đây nằm trong khu vực bồi tụ phù sa hàng năm của hệ thống sông Mê Kông, có địa hình rất đặc trưng của đồng bằng, cao trình phổ biến từ +0,8m đến +1,0m Bên cạnh đó, Thành phố Cần Thơ có hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.500 km Vùng hạ lưu sông Mêkông có các đợt triều cường đặc biệt lớn, theo Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Cần Thơ đỉnh triều cuờng tại Cần Thơ là 2,03m (ngày 27/10/2007) Hàng năm vào mùa mưa, đặc biệt là giai đoạn từ tháng 7 đến tháng 11 nhiều khu vực ở Cần Thơ bị ngập úng, với độ sâu ngập phổ biến từ 0,3m - l,5m Tình trạng ngập úng ở Thành phố Cần Thơ xảy ra ngày càng nghiêm trọng trên diện rộng, diễn ra thường xuyên và kéo dài hơn, môi trường bị ô nhiễm trầm trọng Theo một khảo sát của Bộ Xây dựng, nếu như mùa lụt lịch sử từ tháng 7 đến tháng 11/2000, Cần Thơ chỉ có một vài vùng ven bị ngập từ 30cm trở xuống thì mùa mưa lũ năm 2006 đã có hơn 80% diện tích thành phố bị ngập, nhiều khu vực ngập sâu 0,5 m Hậu qủa của việc ngập úng và biến đổi khí hậu đã gây ra tình trạng sạt lở nghiêm trọng tại Đồng bằng sông Cửu Long

Hiện trạng khu vực nghiên cứu: Hồ Bún Xáng có tổng diện tích khoảng 12,76 ha, bề rộng của lòng hồ dao động từ 50-200m Hồ Bún Xáng nằm giữa trung tâm thành phố Cần Thơ, có chức năng điều tiết mực nước và thoát nước thải sinh hoạt Hiện nay lòng hồ đã bị bồi lắng do lớp bùn rất lớn (khoảng 3m)

Mực nước cao nhất của hồ Bún Xáng khoảng +2,03 Cao độ hiện trạng xung quanh hồ trung bình khoảng +1,5m đến +1,9m, khả năng bị ngập khi xảy ra mưa lớn và triều cường Hệ thống đường giao thông quanh hồ chưa đảm bảo Bờ trái là khu dân cư có hệ thống đường đất và đường bê tông, chiều rộng trung bình 2,5m-3,0m, đã bị sạt lở Bờ phải có một số đoạn đường bê tông nhựa có chiều rộng 5-5,5m nhưng chưa tạo thành một hệ thống kết nối chặt chẽ và đồng nhất

Về địa chất: thành phố Cần Thơ được hình thành chủ yếu qua quá trình bồi lắng trầm tích biển và phù sa của sông Cửu Long, trên bề mặt ở độ sâu 50m có hai loại trầm tích: Holocen (phù sa mới) và Pleistocene (phù sa cổ)

Đặc điểm địa chất tại khu vực Hồ Bún Xáng được mô tả trong Báo cáo khảo sát địa chất thực hiện vào tháng 09/2014, theo kết quả khảo sát địa chất cho thấy khu vực xây dựng nền đường đắp hoàn toàn trên nền đất yếu và đa số các đoạn tuyến hoàn toàn mới, chỉ một vài vị trí trùng trên nền đường giao thông nông thôn

cũ Lớp đất yếu này là sét lẫn hữu cơ, một số điểm lẫn cát, trạng thái chảy - dẻo

chảy, bề dày thay đổi từ 19,2m đến 29,5m, giá trị SPT rất thấp từ 0 ~ 7; dung trọng

tự nhiên khá thấp (0,016 kg/cm3), độ ẩm tự nhiên lớn (64,1%), hệ số rỗng e = 1,735

> 1, độ sệt B=1,13 > 1 và chỉ số nén a = 0,18 > 0,1 kg/cm2

Theo đặc tính của lớp bùn yếu, sức chịu tải bé, dung trọng tự nhiên không cao Việc đắp trực tiếp tiếp nền đường trên lớp đất yếu này sẽ không đảm bảo kỹ thuật, cần thiết phải xử lý gia cố nền nền đất hiện trạng

Dưới tác dụng tải trọng đắp nền đường và hoạt tải sẽ gây ra lún và mất ổn định nền Để xử lý vấn đề này, có thể sử dụng rất nhiều giải pháp, mỗi giải pháp đề

có những ưu – nhược điểm khác nhau

Vì vậy, việc phân tích và đề xuất một giải pháp phù hợp là nhiệm vụ khó cần

có nhiều nghiên cứu và đóng góp của các nhà khoa học trong và ngoài nước Bên cạnh đó, do đặc thù của công trình sử dụng nguồn vốn vay (WB) kết hợp vốn đối ứng của địa phương, trong bối cảnh nợ công tăng cao và hạn chế của Luật Đầu tư công, vấn đề cần xử lý hiện nay không chỉ là yếu tố kỹ thuật mà còn là chi phí của

Dự án

Như vậy, đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định nền đường quanh

hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” sẽ tập trung phân tích các vấn đề về kỹ

thuật, kinh tế để đề xuất giải pháp ổn định nền đường phù hợp nhất cho công trình đường quanh Hồ Bún Xáng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

2.1 Mục tiêu chung:

Đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định nền đường quanh

Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” sẽ phân tích cơ sở lý thuyết về thực trạng

sạt lở ở đồng bằng sông Cửu Long, các phương pháp gia cường đất yếu, đánh giá lựa chọn giải pháp gia cố nền đường quanh Hồ Bún Xáng và tính toán ổn định của giải pháp Từ đó có các kiến nghị và đề xuất ứng dụng vào thiết kế và thi công cho công trình ven sông, hồ tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

Thực hiện thí nghiệm xác định tính chất cơ học của vật liệu gia cường

Nghiên cứu tính toán ổn định nền đường bằng phương pháp sử dụng phần mềm Plaxis và Geo-Slope

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu về ổn định của nền đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ; xác định các tính chất cơ học của vật liệu gia cường

Phạm vi nghiên cứu: đường và mái taluy quanh bờ Hồ Bún Xáng

4 Phương pháp nghiên cứu:

Thu thập dữ liệu: Ghi nhận số liệu hiện có, chọn lọc và phân loại theo yêu

cầu của đề tài

Phân tích: Phân tích các dữ liệu hiện có, xác định mục tiêu và đối tượng

nghiên cứu cũng như số liệu trung gian cần thiết của đề tài

Thí nghiệm: Thực hiện thí nghiệm trên mẫu đất nguyên trạng và mẫu phối

trộn, từ đó xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất và các đặc trưng cơ học của đất gia cố ximăng, sàng lọc và xử lý số liệu có được từ thí nghiệm thu được các thông số cần thiết cho bài toán mô phỏng công trình

Mô phỏng số: Thực hiện mô phỏng đối tượng nghiên cứu bằng phần mềm

phần tử hữu hạn Plaxis và phần mềm cân bằng giới hạn Slope/W Xử lý, so sánh số liệu thu được để xác định kết quả nghiên cứu

Nhận định: Nhận xét và kết luận về mặt định lượng của giải pháp nghiên

cứu, đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng và kết hợp

5 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài

Nội dung của luận văn gồm có 04 chương:

Chương 1: Tổng quan về xử lý gia cường nền đất yếu tại TP Cần Thơ

Chương 2: Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp gia cố nền đường quanh

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ GIA CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU

TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 1.1 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ

1.1.1 Tổng quan về thành phố Cần Thơ

Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm của vùng đồng bằng sông Cửu Long, cách thành phố Hồ Chí Minh 170km về hướng đông bắc (theo quốc lộ 1A), cách các đô thị lân cận cự ly từ 60 - 120km Phía đông giáp tỉnh Đồng Tháp và Vĩnh Long, phía tây giáp tỉnh Kiên Giang, phía nam giáp tỉnh Hậu Giang và phía bắc giáp tỉnh An Giang

Diện tích tự nhiên của thành phố là 1.400,96 km 2, trong đó 5 quận nội thành

là Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng, Ô Môn và Thốt Nốt khoảng 294km2, 4 huyện ngoại thành là Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh và Thới Lai khoảng 1.106,96 km2

Mạng lưới đường thủy trên địa bàn thành phố Cần Thơ có tổng chiều dài 1.157km và 4 tuyến đường sông do thành phố quản lý là kênh Thốt Nốt, kênh Bà Đầm, rạch Cầu Nhiếm, rạch Ba Láng với tổng chiều dài 81,45km

Hình 1.1 Bản đồ hành chính khu vục TP Cần Thơ

1.1.2 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ

Thành phố Cần Thơ được hình thành từ trầm tích phù sa và bồi lắng dần qua những kỹ nguyên thay đổi mực nước biển Các phân vị địa chất có tuổi từ Devon đến Holocen Các trầm tích này có kiến trúc hạt trung đến mịn, cấu tạo nằm ngang

song song hoặc xiên nghiêng, kết cấu tương đối chặt Bề dày các lớp trầm tích thay đổi từ 0,5m đến 50m, bao gồm các lớp như sau: [1]

- Lớp 1: (CH/CL) Sét rất dẻo, lẫn hữu cơ đôi chỗ lẫn cát, màu xám xanh - đen

trạng thái chảy - dẻo chảy Bề dày lớp quan sát được thay đổi từ 19.2m đến 29.5m

- Lớp 2a: (CH) Sét rất dẻo lẫn hữu cơ, màu xám xanh - xám đen, trạng thái dẻo mềm Bề dày lớp quan sát được là từ 1.0m đến 17.4m

- Lớp 3: (CL) Sét ít dẻo, màu nâu vàng - nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng - nửa cứng

Bề dày lớp quan sát được là 4.0m đến 20.4m và chưa kết thúc tại đáy hố khoan Thí nghiệm hiện trường cho giá trị N30 từ 7 đến 22 búa

- Lớp 4: S(CL) Sét ít dẻo pha cát, màu nâu vàng, trạng thái dẻo cứng Bề dày

lớp quan sát được là từ 1.2m đến 6.0m

- Lớp 5: (SC-SM)/SC Cát bụi cát sét, màu nâu vàng - xám vàng - nâu, kết cấu

chặt vừa - chặt Bề dày lớp quan sát được là 3.5m (BH37) đến 10.8m (BH31) và chưa kết thúc tại đáy hố khoan

- Lớp 6: (CL) Sét ít dẻo, màu nâu vàng, trạng thái nửa cứng – cứng Bề dày lớp

quan sát được là 3.5m đến 8.0m và chưa kết thúc tại đáy hố khoan

Căn cứ vào kết quả khảo sát địa chất cho thấy địa chất khu vực thành phố Cần Thơ chủ yếu là đất yếu không thuận lợi đặt móng công trình Do đó, khi đầu tư xây dựng công trình phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng và bắt buộc phải sử dụng các biện pháp gia cố, xử lý đất yếu

1.2 Thực trạng sạt lở tại TP Cần Thơ

1.2.1 Điều kiện khí hậu thủy văn của TP Cần Thơ

1.2.1.1 Điều kiện khí hậu:

Khí hậu Cần Thơ mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, có tính chất cận xích đạo và thể hiện rõ ảnh hưởng của hệ thống hoàn lưu Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương tới

Nhiệt độ không khí thay đổi theo mùa, trong năm có hai mùa rõ rệt, tuy nhiên

sự chênh lệch giữa các tháng trong năm không lớn (khoảng 2,50C) Nhiệt độ trung bình năm là 26,60

C; Độ ẩm trung bình là 83%, lượng mưa trung bình 1.635 mm, nhiệt độ trung bình 27°C ; Lượng mưa bình quân hàng năm là 1.946 mm

1.2.1.2 Đặc điểm thủy văn:

Thành phố Cần Thơ có hệ thống sông ngòi kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.500 km Mật độ sông rạch khá lớn: 1,8 km/km2, vùng ven sông Hậu thuộc quận Ninh Kiều, Ô Môn, Cái Răng và huyện Thốt Nốt lên tới trên 2 km/km2

Hàng năm vào mùa mưa, đặc biệt là giai đoạn từ tháng 7 đến tháng 11 nhiều khu vực ở Cần Thơ bị ngập úng, ngập triều với độ sâu ngập phổ biến từ 0,3m - l,5m (tuỳ khu vực, thời gian), thời gian ngập úng 2 ÷ 6 tháng Các khu vực ngập sâu là Bắc lộ Cái Sắn, các huyện Vĩnh Thạnh, Cờ Đỏ Vùng ngập triều, mưa chủ yếu là nội ô thành phố Cần Thơ

Tình trạng ngập úng ở TP Cần Thơ xảy ra ngày càng nghiêm trọng trên diện rộng, ngập úng diễn ra thường xuyên và kéo dài hơn, môi trường bị ô nhiễm trầm trọng Theo một khảo sát của Bộ Xây dựng, nếu như mùa lụt lịch sử từ tháng 7 đến tháng 11/2000, Cần Thơ chỉ có một vài vùng ven bị ngập từ 30cm trở xuống thì mùa mưa lũ năm 2006 đã có hơn 80% diện tích thành phố bị ngập, nhiều khu vực ngập sâu 0,5 m

Hệ thống tiêu thoát nước Thành phố Cần Thơ chưa hoàn chỉnh và còn nhiều hạn chế thành phố tuy mới phát triển nhưng do trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, tầm nhìn và vốn đầu tư khác nhau, nên đến nay hệ thống cơ sở hạ tầng nói chung và tiêu thoát nước nói riêng chưa đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nước Thêm vào đó các hệ thống tiêu thoát (cống tiêu, kênh tiêu ), nhất là ở khu nội thành, đã cũ kỹ, hư hỏng, không hoặc chưa được duy tu, bảo dưỡng thường xuyên, cho nên khi có mưa (dù là mưa vừa) cũng đã gây nên ngập úng nhiều khu vực của thành phố

1.2.2 Thực trạng sạt lở tại TP Cần Thơ

Thành phố Cần Thơ nằm ven sông Hậu, chiều dài sông hơn 65km, có gần 1.200km kênh rạch cấp 1 và cấp 2 Dân cư sống tập trung ven theo các con sông, rạch nên việc sạt lở bờ sông, rạch đã và đang đe dọa đến tính mạng, tài sản người dân Điều đáng nói là tình hình sạt lở trên địa bàn vẫn chưa dừng lại và tiếp tục diễn biến phức tạp

Hình 1.2 Một số hình ảnh sạt lở ven sông, hồ tại thành phố Cần Thơ

Theo kết quả thu thập được [14], tại thành phố Cần Thơ, từ năm 2010 đến năm 2018 đã xuất hiện 159 điểm sạt lở, với chiều dài sạt lở trên 6km, làm thiệt hại

về nhà, đường, kè và các công trình khác Diễn biến sạt lở bờ sông, kênh rạch trên địa bàn thành phố ngày một nghiêm trọng, phức tạp, gia tăng cả về cường độ và số lượng

Ngoài những điểm đã sạt lở, Cần Thơ còn có trên 100 vị trí có nguy cơ sạt lở cao với tổng chiều dài khoảng 52 km Các điểm nóng sạt lở gồm: sông Cần Thơ, sông Ô Môn, sông Bình Thủy và Trà Nóc, sông Thốt Nốt và các cồn trên sông Hậu như: cồn Sơn, cồn Khương (quận Bình Thủy), cồn Tân Lộc (quận Thốt Nốt), cồn

Ấu (quận Cái Răng)…

Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng này là do đa số công trình giao thông ở khu vực đều xây dựng trên nền đất yếu, nền công trình được đắp cao, khả năng chịu tải thực của đất nền (chưa xử lý) không tốt, dẫn đến mất ổn định

Trước tình trạng sạt lở diễn ra ngày càng phức tạp, thành phố Cần Thơ đang nghiên cứu xây dựng các tuyến kè bảo vệ bờ sông, kênh rạch, kết hợp làm đường giao thông và công trình công cộng phục vụ dân sinh

1.3 Các phương pháp tăng cường ổn định nền đất yếu

Hiện nay có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu và áp dụng thành công trong nước và trên thế giới Tuy nhiên, tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và TP Cần Thơ nói riêng, do điều kiện địa chất đặc thù, các nhà khoa học thường sử dụng một số giải pháp như sau:

1.3.2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép

Phạm vi áp dụng: công trình có yêu cầu khả năng chịu tải lớn; Sử dụng ở những vùng có nước và khí xâm thực, các công trình vùng biển và những vùng có nước ngầm lên xuống

Cấu tạo phổ biến hiện nay là cọc đặc, tiết diện vuông, có L=(3-24)m, tiết diện cọc 20x20cm đến 45x45cm, khối lượng của mỗi cọc khoảng từ (0.3-10)T Để bảo vệ đầu và mũi cọc, thường bố trí cốt thép dày hơn ở những vị trí này

Công nghệ thi công: hạ cọc bằng búa treo, búa điêzen, búa hơi; Hạ cọc bằng phương pháp xối nước; Hạ cọc bằng máy ép cọc

1.3.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật

Dưới đây là sơ lược trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng mức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu [8]

Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp (hình 1.3), ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờ đó mức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên

Hình 1.3 Vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp [3]

(I) - vùng hoạt động (khối trượt)

(II) - vùng bị động (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ)

F – lực kéo mà vải phải chịu (T/m)

Y – cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất (O)

Điều kiện cần bảo đảm trong tính toán thiết kế khi sử dụng giải pháp này là:

F ≤ Fcp Với:

Fcp - lực kéo cho phép của vải rộng 1m (T/m)

Lực kéo cho phép của vải được xác định theo các điều kiện sau:

* Điều kiện bền của vải

k: hệ số an toàn, lấy k=2 khi vải làm bằng polieste và k =5 khi vải làm bằng polipropilen hoặc poliethilen

* Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải rải trực tiếp trên đất yếu

- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng hoạt động

1: chiều dài vải trong phạm vi vùng hoạt động

2: chiều dài vải trong phạm vi vùng bị động

d: dung trọng đất đắp

hi : chiều cao đắp trên vải (thay đổi từ hi=h đến hi =0)

f’: hệ số ma sát giữa đất đắp và vải cho phép dùng để tính toán, xác định theo công thức sau: f  k 2

3tgVới: - góc ma sát trong của đất đắp xác định tương ứng với độ

chặt thực tế của khối đất đắp trên vải

k’- hệ số dự trữ ma sát, lấy bằng 0,66

Vải địa kỹ thuật có thể sử dụng nhiều lớp (1-4 lớp) xem kẽ với các lớp vật liệu đắp dày từ 15cm – 30cm để làm tăng lực ma sát giữa vải và nền đắp, tăng mức độ ổn định nền Ngoài ra sự xuất hiện của vải địa kỹ thuật làm phân bố lại ứng suất trong thân khối đắp và trong nền đất yếu, làm giảm độ lún và độ lún lệch của công trình cũng như làm tăng hệ số ổn định

1.3.4 Giải pháp cọc đất gia cố ximăng [4]

a Tổng quan về cọc đất gia cố ximăng

Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vôi đã được sử dụng nhiều trong nước Thời gian gần đây, với công nghệ, thiết bị thi công du nhập từ nước ngoài vào, cộng thêm việc nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hơn trong xây dựng công trình đắp

Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho: các công trình chịu tải trọng lớn (đường lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các công trình đòi hỏi độ ổn định cao (đường đắp cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi, ); các công trình gia cố nền trong phạm vi nhỏ hẹp

Sơ đồ cấu tạo của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố ximăng được mơ tả như hình sau

Vải địa

kỹ thuật

Nền đất yếu dưới nền đường

Hình 1.4 Sơ đồ giải pháp cọc đất gia cố ximăng [2]

Hiệu quả của việc xử lý nền bằng ximăng hoặc vơi sẽ kém khi độ ẩm và hàm lượng hữu cơ gia tăng Chỉ số dẻo của đất càng lớn thì khả năng cải tạo nền càng kém Cải tạo nền hữu cơ bằng ximăng hiệu quả hơn cải tạo bằng vơi Hiệu quả của ximăng sẽ giảm dần khi hàm lượng sét và chỉ số dẻo tăng Như vậy, độ linh hoạt của sét càng lớn thì cường độ của đất xử lý bằng ximăng càng thấp Đối với đất gia

cố ximăng thì cường độ phụ thuộc chủ yếu vào sự ximăng hố trong phản ứng

b Phương pháp thi cơng cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hiện nay

Hiện nay cơng nghệ trộn sâu (Deep Mixing) với nhiều ưu điểm vượt trội đang được áp dụng phổ biến trên thế giới cũng như trong nước:

Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội

Cĩ thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, khơng ảnh hưởng đến lớp đất tốt Thi cơng được trong nước

Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các cơng trình lân cận

Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ơ nhiễm mơi trường

Thiết bị nhỏ gọn, cĩ thể thi cơng trong khơng gian cĩ chiều cao hạn chế

Và đặc biệt là thi cơng nhanh, thời gian đất đạt yâu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được tiến độ cải tạo đất nền

Phương pháp trộn sâu là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và các vật liệu khác Những vật liệu này có liên quan đến chất kết dính và dưới dang lỏng hoặc khô Điều

đó được thực hiện bằng các cọc đất-ximăng Các cọc đất-ximăng được thực hiện bởi các mũi khoan; các mũi khoan được gắn với cần khoan Các cần khoan được đưa vào trong đất, vữa hoặc xi măng khô được bơm qua các lỗ ở mũi khoan và được phụt vào đất nhờ hệ thống áp lực lớn Nhóm các mũi khoan và lưỡi trộn trên cần pha trộn đất với vữa/xi măng khô giống hình thức máy trộn đất sét

Hình 1.5 Sơ đồ quy trình thi công cọc đất gia cố ximăng Phương pháp này nhờ một loạt các phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định Phương pháp mà bột xi măng khô được sử dụng như là tác nhân chính làm ổn định được gọi là phương pháp trộn khô dưới sâu; Còn tác nhân làm ổn định là hình thức vữa được gọi là phương pháp trộn ướt dưới sâu

c Một số ứng dụng của cọc đất gia cố ximăng

Cải tạo nền đất yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nền đất sét mềm hoặc hữu cơ có những khó khăn và phức tạp rất lớn Nhất là sự cố

do biến dạng thẳng đứng và biến dạng ngang lớn Bằng cách sử dụng cọc xi măng - đất thì các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất có thể được cải thiện một cách rất đáng kể và nhanh chóng

Làm chặt lại nền đất yếu phục vụ các công trình giao thông, các bãi congtenner,các nên công trình thủy lợi…

Gia cố mái taluy công trình: khi mái dốc công trình có độ ổn định kém, đất chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an toàn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia

cố các lớp đất có sự chịu tải phù hợp thông qua các cọc xi măng - đất

Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, làm tường chắn đất, làm bờ kè

Gia cố thành hố đào, đặc biệt là nhưng hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao

Cho hỗn hợp vào khuôn thành 3 lớp, dùng que gỗ đường kính 10 mm, dài

400 mm để đầm chọc, lớp dưới cùng đến tận đáy, các lớp sau vào sâu trong lớp trước 10 mm; lớp trên cùng đỡ thêm bằng dao vòng để chiều cao trước khi ép cao hơn miệng khuôn 10 mm Dùng que thép đừng kính 10mm, dài 350 mm, một đầu hình đầu viên đạn để đầm; đầm xoọc từ ngoài vào trong theo hình xoắn ốc, lớp đầu tiên xuống tận đáy, các lớp sau sâu vào lớp trước từ 10 mm đến 15 mm

Bảo dưỡng mẫu: Mẫu được bảo dưỡng trong khuôn đặt trong phòng bảo dưỡng tiêu chuẩn, thông thường được duy trì ở nhiệt độ gần tương tự nhiệt độ nền đất cần xử lý Kết quả thí nghiệm mẫu sau 90 ngày sẽ dùng trong tính toán thiết kế(cả phòng lún và ổn định) Các độ tuổi 3, 7, 14, 28 ngày dùng để so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường

1.4 Một số cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định

1.4.1 Phương pháp cân bằng giới hạn [5]

Do nền đất yếu có khả năng chịu tải thấp, dưới tác dụng của tải trọng khối đắp nền đường, nền đất yếu bên dưới có thể bị mất ổn định Khi tính toán xác định khả năng chịu tải, ứng suất do tải trọng ngoài phải được khống chế để đảm bảo vùng biến dạng dẻo không mở rộng và gây ra phá hoại điều kiện ổn định

a Lý thuyết cân bằng giới hạn thuần túy

Nhóm lý thuyết này dựa trên giả thuyết chính cho rằng, tại mỗi điểm trong khối đắp đất đều thoả mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc một điểm mất ổn định được giải thích là do sự xuất hiện biến dạng trượt tại điểm đó Còn mái đất mất ổn định là do sự phát triển của biến dạng trượt trong một vùng rộng lớn giới hạn của khối đất đắp

b Lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn

Đặc điểm của nhóm phương pháp dùng mặt trượt giả định là không căn cứ trực tiếp vào tình hình cụ thể của tải trọng và tính chất cơ lý của đất đắp để quy định mặt trượt cho mái dốc, mà xuất phát từ kết quả quan trắc lâu dài các mặt trượt của mái dốc trong thực tế để đưa ra giả thiết đơn giản hóa về hình dạng mặt trượt rồi từ

đó nêu lên phương pháp tính toán, đồng thời xem khối trượt như là một vật thể rắn

ở trạng thái cân bằng giới hạn

Hình 1.6 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt trụ tròn

Hình 1.7 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp

Hình 1.8 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc Dựa vào các lý thuyết sau để lập phương trình cân bằng giới hạn của khối đất, từ đó xác định được ứng suất cắt:

Đất được xem như vật liệu tuân theo định luật Mohr - Coulomb

Hệ số ổn định (hệ số an toàn) như nhau cho tất cả các điểm trên mặt trượt Trạng thái cân bằng giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt

c Phần mềm Geo – Slope/W

GEO - Slope là phần mềm sử dụng thuyết cân bằng giới hạn để tính toán độ

ổn định của mái đất và đá Các công thức của Slope/W có thể phân tích dễ dàng các bài toán ổn định mái dốc cả đơn giản lẫn phức tạp bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau

Hình 1.9 Cấu trúc chương trình phần mềm Slope/W

Geo – Slope/W

Slope/W được dùng trong phân tích và thiết kế trong các công trình Địa Kỹ Thuật, công trình xây dựng, và các công trình ngầm

Như vậy, với sự cần thiết phải xác định được cung và tâm trượt của mái taluy công trình, tác giả đề xuất sử dụng phần mềm cân bằng giới hạn Slope/W để mô phỏng và giải quyết vấn đề của đề tài

1.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn

a Lý thuyết về phần tử hữu hạn:

Một trong các phương pháp kiểm tra độ ổn định của nền đường được thi công bên trên đường đất yếu là sử dụng phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết: Plaxis, Ansys, Abaqus…

Ưu điểm của phương pháp này là trong tính toán mô phỏng, ứng xử ứng suất

- biến dạng của từng loại vật liệu được xét đến thông qua các mô hình vật liệu sẵn

có Do đó, trong tính toán mô phỏng có thể xét đến ảnh hưởng của các giải pháp xử

lý đến trạng thái ứng suất – biến dạng của toàn bộ vùng nền đang xét

Một ưu điểm nổi bật của phương pháp phần tử hữu hạn là có xét đến tính liên tục của môi trường vật liệu, trạng thái ứng suất ban đầu, quá trình thi công Phương pháp này cho kết quả có độ tin cậy nằm trong giới hạn chấp nhận được [2]

Để tính toán mô phỏng ứng xử ứng suất - biến dạng của nền đất yếu, mô hình được xem là hợp lý thường được ưu tiên chọn là mô hình Soft soils có căn cứ trên

cơ sở mô hình Cam clay biến cải Đây là mô hình đàn hồi – dẻo – hoá cứng với các thông số rất đặc trưng cho nền đất yếu về mặt biến dạng như chỉ nén * , chỉ số nở

k*, giá trị hệ số quá cố kết OCR … Ngoài ra, các đặc trưng độ bền cũng ảnh hưởng lên giá trị độ lún dự tính [2]

b Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis

Plaxis là một chương trình phần tử hữu hạn lớn được phát triển lần đầu vào năm 1987 tại Trường Đại học Công nghệ Delff – Hà Lan bởi R.B.J Brinkgreve và P.A Vermeer

Plaxis cho phép tính toán nhiều loại phần tử hữu hạn tương ứng nhiều giai đoạn của một dự án xây dựng trong thực tế (Phase), điều này là cần thiết vì ứng xử phi tuyến của đất đòi hỏi tải trọng tác dụng được đặt lên từng phần nhỏ cho đến lời giải cuối cùng Cấu trúc chương trình:

Hình 1.10 Cấu trúc chương trình phần mềm Plaxis

Plaxis 8.2

Input Calculatio

ns

- Chương trình trả kết quả dạng số học:

Plaxis Output program: Chương trình trả toàn bộ kết quả phân tích tính toán (chuyển vị nút, ứng suất tại mỗi điểm, ) dưới dạng số học của một phần tử bất kỳ được chỉ định

- Các dạng phần tử trong Plaxis:

Hình 1.11 Nút và điểm ứng suất trong mô hình phần tử hữu hạn

1.5 Kết luận chương 1

- Khảo sát thực tế hiện trường cho thấy thành phố Cần Thơ có địa chất tương đối yếu và thường xuyên bị ngập lụt do triều cường dâng cao làm cho nền đất bị bảo hòa, giảm sức chống cắt

- Hiện tượng sạt lở các công trình đường ven sông diễn biến phức tạp đặc biệt là ven sông Hậu với hơn 100 điểm sạt lở, chiều dài gần 52km đe dọa đến nhà cửa, tài sản và tính mạng của người dân Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng này là do đa số công trình giao thông ở khu vực đều xây dựng trên nền đất yếu, nền công trình được đắp cao, khả năng chịu tải thực của đất nền (chưa xử lý) không tốt, dẫn đến mất ổn định

- Các giải pháp tăng cường ổn định nền đất sử dụng chủ yếu tại Cần Thơ là: Giải pháp cọc tre, cọc tràm; Giải pháp cọc BTCT; Giải pháp vải địa kỹ thuật; Giải pháp cọc đất gia cố xi măng,…hiệu quả mang lại vẫn chưa cao

- Sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn thông qua sử dụng phần mềm Geo

- Slope kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn thông qua sử dụng phần mềm Plaxis

để phân tích, mô phỏng cho các giải pháp đề xuất ở các chương sau

Chương 2

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG

2.1 Hiện trạng công trình quanh hồ Bún Xáng

Hồ Bún Xáng có tổng diện tích khoảng 12,76 ha, bề rộng của lòng hồ dao động

từ 50-200m Hiện nay lòng hồ đã bị bồi lắng do lớp bùn rất lớn (khoảng 3m) và do cây

cỏ mọc, thêm vào đó phần lớn diện tích mặt hồ đã bị các hộ dân lấn chiếm, cỏ rác và rau muống đã làm ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng tiêu thoát nước Mực nước cao nhất của hồ Bún Xáng vào khoảng +1,95 Dòng chảy hiện tại hướng từ phía Bắc xuống phía Nam và lệch sang phía bờ thuộc khu II đại học Cần Thơ gây sạt lở mạnh

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí hồ Bún Xáng Tuyến đường giao thông quanh bờ hồ dài hơn 3.5km nguồn gốc chủ yếu do các hộ dân sinh sống quanh hồ tự làm theo thời gian, không có hệ thống hạ tầng kỹ thuật, không đồng bộ và hiện đã xuống cấp nghiêm trọng, cao độ bình quân từ +1.50 ~ 1.90m hệ Hòn Dấu – Hải Phòng, là rất thấp so với cao độ bình quân các

tuyến đường giao thông của TP Cần Thơ hiện nay là +2.30~2.50m dẫn đến bị ngập úng khi triều cường hoặc mưa lớn

Hình 2.2 Hiện trạng đường giao thông bờ Nam hồ Bún Xáng

2.2 Địa chất khu vực đường quanh hồ Bún Xáng

Theo kết quả khảo sát địa chất và báo cáo địa chất do Liên danh Tư vấn Kunhwa – Sunjin – Jinwoo lập vào tháng 09/2014, nền đất quanh hồ Bún Xáng chủ yếu là lớp đất (CH/CL) lẫn hữu cơ, đôi chỗ lẫn cát, trang thái chảy - dẻo chảy, bề dày thay đổi từ 19,2m (hố khoan BH6) đến 29.5m (hố khoan BH11), giá trị SPT rất thấp từ 0 ~ 7; dung trọng tự nhiên khá thấp (1.6 g/cm3), độ ẩm tự nhiên khá lớn (64,1%), hệ số rỗng lớn (1,735), độ sệt B=1,13 và chỉ số nén a = 0,18 kg/cm2 [10]

Theo đặc tính của lớp bùn yếu, chỉ số sức kháng đất của lớp này thông thường bé do bởi bùn yếu chủ yếu chứa nước, khí và hàm lượng hạt đất (rắn) khá ít nên dung trọng tự nhiên không cao Chính tỷ lệ hạt đất hay thể rắn ít nên mối liên kết phân tử của các hạt đất này khá yếu hay có thể gọi là nằm xa nhau Việc đắp trực tiếp tiếp nền đường trên lớp đất yếu này sẽ gây lún do cố kết [7]

Hình 2.3 Hình trụ hố khoan BH06

Hình 2.4 Hình trụ hố khoan BH11

Bảng 2.1 Chỉ tiêu cơ lý điển hình đường giao thông quanh hồ Bún Xáng

22.00 0 ~ 4 1.60 0.074 3o22’ 1.735

CL Sét ít dẻo, màu nâu

vàng – nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng – nửa cứng

20.40 11~22 1.96 0.367 13o44’ 0.735

SC-SM/SC Cát bụi cát sét, màu

nâu vàng – xám vàng – nâu, kết cấu chặtvừa – chặt

4.00 23~28 1.99 0.097 25o44’ 0.62

CL Sét ít dẻo, màu nâu

vàng, trạng thái nửa cứng – cứng

17~26 2.00 0.533 14o59’ 0.647

-Đặc tính địa chất Lớp đất

2.3 Đề xuất giải pháp gia cố nền đường quanh hồ Bún Xáng

Phương pháp tính toán kiểm tra ổn định: sử dụng Phương pháp Bishop (simplified), dùng phần mềm Geo-slope hỗ trợ phân tích tính toán

Hệ số an toàn khi xét đến ổn định trượt: Có 2 chỉ số xét đến hệ số ổn định nhỏ nhất để kiểm tra ổn định mái kè gồm:

- Căn cứ điều 22TCN 262:2000 quy định khi áp dụng phương pháp Bishhop

để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin = 1,40 Do nền đường giao thông được thiết kế chạy dọc theo cạnh bờ kè hồ xây dựng trên nền đất tự nhiên thấp, nền đường và phần công viên, đường đi bộ dọc hồ đều thiết kế dạng nền đắp trên đất yếu, vì thế việc tính toán có thể xem xét thực hiện theo quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu

- Căn cứ TCVN 9902:2013 quy định hệ số an toàn ổn định chống trượt K nhỏ nhất với tổ hợp cơ bản Kmin = 1,20 khi xét cung trượt quét qua toàn bộ chiều dài cọc và lớp đất được gia cố đối với mái kè trong hồ khi có nước

Việc sử dụng hệ số an toàn nhỏ nhất khi xét cho nền đắp trên đất yếu sẽ không còn phù hợp trong điều kiện của công trình do bởi theo 22TCN 262:2000 áp dụng cho mái dốc nền đắp trong điều kiện không ngập nước thường xuyên và mực nước ngầm bị thay đổi theo thời gian của triều

Tuy nhiên căn cứ theo báo cáo nghiên cứu tính toán thủy lực, thủy văn và số liệu thống kê từ Trạm thủy văn Cần Thơ cho thấy mực nước thấp nhất từ năm 2010 đến năm 2013 vào khoảng -1.25m trong khi mực nước ngầm theo báo cáo khảo sát địa chất đo được tại dự án là -1.6m

Như vậy luôn luôn tồn tại mực nước trong hồ sau nạo vét sẽ cao hơn mức nước ngầm, do vậy, xét hệ số ổn định theo 22TCN 262:2000 sẽ không còn phù hợp;

Trường hợp sử dụng TCVN 9902:2013 hệ số an toàn ổn định chống trượt K nhỏ nhất cho hồ Bún Xáng và Rạch Phía Nam sẽ phù hợp hơn do:

- Xét theo quy mô cấp hạng công trình thì kè hồ Bún Xáng tương ứng với công trình đê, kè cấp IV có hệ số an toàn ổn định chống trượt K với tổ hợp cơ bản Kmin = 1,20;

- Luôn luôn tồn tại nước trong hồ nên điều kiện cân bằng thủy tĩnh giữa nước trong hồ và nền đường sẽ an toàn ổn định hơn và hệ số an toàn sẽ nhỏ hơn quy định tại 22TCN 262:2000;

- Việc chọn hệ số an toàn này sẽ đảm bảo mục tiêu hiệu quả kinh tế giá thành, tiến độ thi công mà vẫn đảm bảo an toàn theo quy định của Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9902:2013 Công trình thủy lợi;

Vì vậy, Hệ số an toàn ổn định chống trượt K với tổ hợp cơ bản Kmin = 1,20

sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán kiểm tra ổn định cho công trình

Lựa chọn phần mềm Slope/W với mô hình hình Mohr – Coulomb và trạng thái ứng xử Undrain để mô phỏng một số phương án mà tác giả nhận thấy khả thi làm cơ sở để lựa chọn giải pháp tối ưu nhất (cho khu vực đang xét), tác giả thu được kết quả sơ bộ như sau:

2.3.1 Xử lý bằng cọc tràm

Giải pháp thiết kế kết cấu kè: Kè được thiết kế dạng mái xiên kết cấu đá hộc vữa xây, đặt trên móng cọc cừ tràm

- Kết cấu bằng đá hộc xây với độ dốc của mái từ 1:1 cho đến 1:1,5

- Cao độ nạo vét: Từ -0.73m (tại vị trí chân kè) vuốt dốc 5% về giữa hồ

- Chân khay bằng bê tông cốt thép, móng được xử lý bằng cừ tràm Sử dụng cọc cừ tràm D10cm dài 5m đóng gia cố cho toàn bộ mái dốc kè và đỉnh kè

Mô hình: xem đất nền là một hệ đồng nhất, không xét đến yếu tố phá hủy của vật liệu gia cố (cọc tràm) và tốc độ cố kết của đất nền theo thời gian

Hình 2.5 Mặt cắt kết cầu kè xử lý bằng cừ tràm

Hình 2.6 Kết quả ổn định công trình xử lý bằng cừ tràm Kết quả tính toán sơ bộ cho thấy kè bị mất ổn định, trượt về bờ hồ do hệ số

ổn định rất thấp K=0.92, không đạt yêu cầu kỹ thuật nên không chọn giải pháp này

2.3.2 Giải pháp giếng cát

Để rút ngắn thời gian cố kết người ta thường dùng các thiết bị/giải pháp chuyên dụng để tiêu nước theo phương thẳng đứng Giếng cát là một trong những dạng đó

Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngoài làm nước lỗ rỗng trong đất nền thấm

về hướng giếng cát rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền đất

Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước thường cĩ ba phần chính

Tải trọng tạm

Hình 2.7 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

Lớp đệm cát

Ngồi chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền như đã trình bày, trong

hệ thống giếng cát này, lớp đệm cát đĩng vai trị như lớp đệm thốt nước Nước lỗ rỗng trong đất bị ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thốt hướng về giếng,

từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo mơi trường cát trong giếng (cĩ tính thấm tốt) thốt về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thốt ngang và tiêu tán ra ngồi

Hệ giếng cát

- Thường dùng cát hạt thơ, hạt trung (cĩ hệ số thấm lớn)

- Đường kính giếng cát thường sử dụng: 0.2~0.6 m

- Chiều sâu hết vùng hoạt động chịu nén của nền

- Sơ đồ vị trí giếng cát thường cĩ hình tam giác đều hoặc hình vuơng

Giếng cát nước xung quanh Giếng cátVùng ảnh hưởng về thoát

Khoảng cách lưới Giếng cát

d

1.1 3*S

Hình 2.8 Sơ đồ giếng cát hình tam giác đều

d

1.05*S

S

Giếng cát nước xung quanh Giếng cátVùng ảnh hưởng về thoát

Khoảng cách lưới Giếng cát

Hình 2.9 Sơ đồ giếng cát hình vuơng

Hiện nay cĩ nhiều phương pháp tính tốn khác nhau cho bài tốn dự báo độ lún của nền đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước Tổng quát lại, các giá trị cần tính tốn là:

Uv : Độ cố kết trung bình do thốt nước theo phương đứng

Uh : Độ cố kết trung bình do thốt nước theo phương ngang

2.3.3 Giải pháp bấc thấm

Tương tự như giếng cát, với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi

bố trí bấc thấm trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngồi làm nước lỗ rỗng trong đất nền thấm về hướng bấc thấm rồi sau đĩ thốt nhanh theo phương đứng ra khỏi đất nền

* Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước cũng gồm ba phần chính:

Đệm cát thoát nước

1:n

Nền đất yếu dưới nền đường