Luận văn
Trang 1- -
VIKHONE SAYNHAVONG
tự động hóa tính toán thiết kế,
lựa chọn tường chắn đất hợp lý trong xây dựng đường ôtô ở chdcnd lào
luận án tiến sĩ kỹ thuật
Hà Nội - 2011
Trang 2- -
VIKHONE SAYNHAVONG
tự động hóa tính toán thiết kế,
lựa chọn tường chắn đất hợp lý
trong xây dựng đường ôtô ở chdcnd lào
Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô
Trang 3lời cảm ơn
Danh mục ký hiệu cơ bản sử dụng trong luận án
Danh mục các hình trong luận án
danh mục các bảng trong luận án
Mở đầu1
Chương 1: Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng mạng lưới giao thông, tình hình áp dụng kết cấu tường chắn đất ở Lào và một số
loại hình tường chắn đất điển hình 4
1.1 Đặc điểm về điều kiện tự nhiên của nước CHDCND Lào 4
1.1.1 Đặc điểm về vị trí địa lý và địa hình của Lào 4
1.1.2 Đặc điểm về điều kiện địa chất của Lào 6
1.1.3 Đặc điểm về khí hậu ở Lào 7
1.2 Thực trạng mạng lưới giao thông của Lào 8
1.2.1 Thực trạng hệ thống mạng lưới giao thông của Lào 8
1.2.2 Tình trạng hư hỏng taluy nền đường mạng lưới đường ở Lào 11
1.2.2.1 Nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng taluy nền đường 11
1.2.2.2 Thực trạng hư hỏng taluy nền đường 12
1.3 Tình hình áp dụng kết cấu tường chắn đất ở Lào 13
1.4 Tình trạng hư hỏng tường chắn đất ở Lào 17
1.5 Tổng quan về tường chắn đất điển hình 20
1.5.1 Tường chắn trọng lực 20
1.5.2 Tường mỏng bê tông cốt thép 24
1.5.3 Tường chắn đất có cốt 25
1.6 Kết luận chương 1 29
Chương 2: tổng quan về CáC phương pháp tính toán tường chắn đất 30
Trang 42.1.1 Phương pháp tính toán áp lực đất lên tường chắn 30
2.1.1.1 Nguyên lý tính áp lực đất chủ động theo C.A.Coulomb 30
2.1.1.2 Nguyên lý tính áp lực đất bị động theo C.A.Coulomb 37
2.1.1.3 Lý luận áp lực đất của V.V.Sokolovsky 38
2.1.2 Phương pháp tính toán thiết kế tường chắn trọng lực 40
2.1.3 Phương pháp tính toán tường chắn đất rọ đá 46
2.1.3.1 Tính áp lực đất chủ động tác dụng lên tường chắn đất rọ đá 46
2.1.3.2 Tính kiểm tra ổn định trượt của tường chắn đất rọ đá 48
2.1.2.3 Tính kiểm tra ổn định lật của tường chắn đất rọ đá 49
2.1.3.4 Tính toán ổn định trượt sâu 50
2.1.3.5 Tính độ bền của tường chắn rọ đá 51
2.1.4 Phương pháp tính toán tường chắn đất có cốt lưới thép 52
2.1.5 Phương pháp tính toán tường chắn đất có cốt vải địa kỹ thuật 55
2.1.5.1 Xác định các ứng suất tác dụng vào tường chắn 55
2.1.5.2 Xác định khoảng cách giữa các lớp vải địa kỹ thuật 57
2.1.5.3 Xác định chiều dài của vải địa kỹ thuật 57
2.1.5.4 Kiểm tra ổn định tường chắn 58
2.2 Tổng quan về các phương pháp tính ổn định trượt sâu 60
2.2.1 Nhóm phương pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng 60
2.2.2 Nhóm phương pháp cân bằng giới hạn 61
2.2.2.1 Phương pháp tính ổn định mái dốc bằng phương pháp của Fellenius và Bishop 61
2.2.2.2 Ưu nhược điểm của nhóm phương pháp cân bằng giới hạn 64
2.3 Nhận xét chung 64
CHƯƠNG 3: PHáT TRIểN PHƯƠNG PHáP CÂN BằNG GIớI HạN TổNG QUáT TíNH áp lực đất lên TƯờNG CHắN và ổn định trượt sâu kết cấu tường chắn TRọNG LựC 66
3.1 Giới thiệu phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát 66
3.1.1 Mô tả chung về phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát 66
Trang 5bằng giới hạn tổng quát 68
3.1.2.1 Mô hình tính trong phương pháp GLEM 68
3.1.2.2 Các phương trình cơ bản trong phương pháp GLEM 69
3.1.3 Thiết lập bài toán và phương pháp giải trong GLEM 71
3.1.3.1 Thiết lập bài toán trong GLEM 71
3.1.3.2 So sánh số phương trình và số ẩn 71
3.1.3.3 Kỹ thuật giải phương trình 72
3.1.4 Thuật toán tối ưu tìm mặt trượt nguy hiểm 75
3.1.4.1 Nguyên tắc xác định mặt trượt nguy hiểm 75
3.1.4.2 Các tọa độ sử dụng trong quá trình tối ưu hóa 75
3.1.4.3 Phương pháp lặp Newton để xác định mặt trượt nguy hiểm 77
3.1.4.4 Thuật toán tối ưu tìm hệ số ổn định nhỏ nhất Fsmin 83
3.2 Phát triển GLEM tính tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất 86
3.2.1 Phát triển GLEM tính toán áp lực đất chủ động lên tường chắn trong trường hợp đất đồng nhất 86
3.2.1.1 Mô hình tính và các phương trình tính áp lực đất chủ động lên tường chắn trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 86
3.2.1.2 Thiết lập bài toán và phương pháp giải bài toán tính áp lực đất chủ động bằng GLEM 87
3.2.1.3 Nguyên tắc xác định mặt trượt nguy hiểm trong bài toán tính áp lực đất chủ động bằng GLEM 88
3.2.1.4 Thuật toán tối ưu hóa tính toán áp lực đất chủ động Eax 90
3.2.2 Phát triển GLEM tính toán áp lực đất bị động lên tường chắn trong trường hợp đất đồng nhất 92
3.2.2.1 Mô hình tính và phương trình tính áp lực đất bị động lên tường chắn trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 92
3.2.2.2 Thiết lập bài toán và phương pháp giải bài toán tính áp lực đất bị động theo GLEM 93
Trang 6đất bị động bằng GLEM 95
3.2.2.4 Thuật toán tối ưu hóa tính toán áp lực đất bị động Epx 96
3.2.3 Phương pháp tính toán ổn định lật của tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 99
3.3 Phát triển phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát tính toán ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất 100
3.3.1 Mô hình tính và các phương trình cơ bản ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 101
3.3.1.1 Mô hình tính ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 101
3.3.1.2 Các phương trình cơ bản tính ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 103
3.3.2 Thiết lập bài toán và phương pháp giải bài toán tính ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 104
3.3.3 Nguyên tắc xác định mặt trượt nguy hiểm trong bài toán tính ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 105
3.4 Phát triển GLEM tính tường chắn trọng lực trong trường hợp đất nhiều lớp 107
3.4.1 Mô hình tính và các phương trình cơ bản tính tường chắn trọng lực trong trường hợp đất nhiều lớp bằng GLEM 107
3.5 Lập chương trình tính áp lực đất và ổn định trượt sâu tường chắn bằng GLEM trên Excel 112
3.5.1 Lập bảng nhập số liệu tính toán 112
3.5.2 Lập bảng tính toán 113
3.5.3 Lập bảng in kết quả tính cho từng phương án 113
3.6 Kết luận chương 3 113
Trang 7TRọNG LựC hợp lý 114
4.1 Nguyên tắc chung 114
4.3 Mô hình bài toán tối ưu hoá 115
4.3.1 Hàm mục tiêu 115
4.3.2 Điều kiện ràng buộc 116
4.4 Các trường hợp tính toán 117
4.4.1 Bài toán 1: Tính toán, lựa chọn kết cấu tường chắn trọng lực hợp lý cho trường hợp đất đồng nhất 117
4.4.2 Bài toán 2: tính toán, lựa chọn kết cấu tường chắn trọng lực hợp lý cho trường hợp đất nhiều lớp 125
Giải bài toán 2: 125
4) Tổng hợp kết quả và lựa chọn kết cấu tường chắn hợp lý 130
4.5 Kết luận chương 4 131
kết luận và kiến nghị 132
1 Kết luận 132
2 Kiến nghị 133
phụ lục
danh mục các công trình đ\ công bố
tài liệu tham khảo
Trang 8
Hµ Néi, th¸ng 03 n¨m 2011
lêi cam ®oan
T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i
C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c
T¸c gi¶ luËn ¸n
Vi Khone Say Nha Vong
Trang 9Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Bùi Xuân Cậy và PGS.TS Trần Tuấn Hiệp đk tận tình hướng dẫn và cho nhiều chỉ dẫn khoa học giá trị và thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả hoàn thành bản luận án và nâng cao năng lực khoa học kỹ thuật bản thân
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới TS Lương Xuân Bính đk giúp đỡ và cho nhiều ý kiến chỉ dẫn giá trị trong quá trình nghiên cứu phương pháp tính toán cụ thể trong luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các cán bộ giáo viên của Bộ môn Sức bền Vật liệu, Bộ môn Đường bộ, Bộ môn Cầu - Hầm, Phòng Đào tạo sau Đại học - Đại học Giao thông Vận tải đk tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án
Cuối cùng tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè, người thân trong gia đình đk thông cảm, động viên, khích lệ và luôn chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án
Hà Nội, tháng 03 năm 2011
Vi Khone Say Nha Vong
Trang 10δ- góc ma sát ngoài 32
α- góc nghiêng của lưng tường 32
ε- góc tạo bởi phương mặt trượt với phương ngang 32
Trong đó: 33
W - trọng lượng của lăng thể trượt 33
a λ - hệ số áp lực đất chủ động 34
b0 - chiều rộng của tải trọng phân bố đều cục bộ 36
d - khoảng cách từ cạnh bên của tải trọng đến mép trong của đỉnh tường 36
p λ - hệ số áp lực đất bị động, trong trường hợp tổng quát tính 37
z - chiều sâu của điểm tính toán ở dưới mặt đất (m) 40
ϕ - góc nội ma sát của đất (vật liệu đắp) 40
γ - dung trọng của đất (vật liệu đắp) 40
' a λ - hệ số áp lực đất chủ động W.T.Rankine 40
M - mômen tính toán đối với tâm tiết diện 43
N - áp lực thẳng đứng 43
Gtc - trọng lượng phần tường chắn và đất chất lên tường chắn phía trên mặt cắt tính toán 43
Ex, Ey - thành phần áp lực đất nằm ngang và thẳng đứng 43
n1, n2 - hệ số vượt tải 43
b - chiều rộng tại mặt cắt tính toán 44
m - hệ số điều kiện làm việc m = 0,8ữ0,9 44
Rn - cường độ kháng nén của vật liệu tường 44
m1 - hệ số điều kiện làm việc 44
fo - hệ số ma sát giữa đáy móng 44
t γ - trọng lượng thể tích của tường, (t/m3) 45
W, ψ - hệ số phụ thuộc hình dạng mặt cắt tường và được xác định bằng cách tính đúng dần với các giá trị b khác nhau 45
λa - hệ số áp lực đất chủ động của C.A.Coulomb: 47
H - chiều cao của tường chắn đất (m) 47
Trang 11γt - dung trọng tự nhiên của đất (T/m3) 47
ϕ - góc ma sát trong của đất (độ) 47
δ - góc ma sát giữa đất và tường chắn (độ), có thể lấy bằng δ = ϕ đối với đất rời 47
α - góc nghiêng mặt tường phía trong so với mặt thẳng đứng (độ), 47
β - góc nghiêng của mặt đất đắp sau tường chắn (độ) 47
Fc - lực chống trượt 48
Ftr - lực gây trượt 48
Mg - mô men giữ 49
Ml - mô men gây lật 49
Pg - trọng lượng của rọ đá 49
Pt - trọng lượng đất trên chiều rộng tính toán của móng 49
Eav và Eah - thành phần đứng và ngang của áp lực đất chủ động lên tường chắn 49
S' - khoảng cách từ trọng tâm G của tường đến điểm F,S 49
d - khoảng cách từ thành phần đứng và từ thành phần ngang của áp lực đất chủ động đến điểm F 50
By - chiều rộng tại mặt cắt nằm ngang ở độ cao y 51
e - độ lệch tâm của lực nén, e = M/N 51
[σ]n - khả năng chịu lực của đất nền 52
Fl - tiết diện ngang của lưới thép chịu kéo trong một lớp 53
[σ] - ứng suất kéo cho phép của lưới thép 53
ϕ tan = ms F - số ma sát giữa đất đắp và lưới thép 54
σh - tổng các ứng suất theo phương ngang tại vị trí tính toán 57
δ - góc ma sát trượt giữa đất và vải địa kỹ thuật 58
W1- trọng lực một nửa khối lượng đất sát tường có chiều cao H 59
W2 -trọng lực của một nửa khối đất còn lại có chiều cao 2/3 H 59
X1 - cánh tay đòn của mômen do lực W1 tính từ tâm trọng lực W1 đến sát tường 59
X2 - cánh tay đòn của mômen do lực W2 tính từ tâm trọng lực W2 đến sát tường 59
L - chiều dài chôn vào đất của vải địa kỹ thuật trên mặt tường 59
H - chiều cao của tường chắn 59
Trang 12C - lực dính của đất nền dưới tường chắn 59
NC, Nq, Nρ - Các hệ số khả năng chịu tải không giữ nguyên, chúng phụ thuộc vào lực dính, góc ma sát trong và độ chặt của nền đất 60
ρ - dung trọng của đất nền dưới tường chắn 60
B - chiều rộng của tường chắn 60
q - áp lực tạm thời tác dụng lên bề mặt đất sau tường chắn 60
τm - sức chống cắt huy động để duy trì điều kiện cân bằng 62
f τ - sức chống cắt của đất 62
βi - góc nghiêng của mặt phẳng đáy khối thứ i so với mặt nằm ngang 69
Ri, Ri+1 - độ dài của mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1 69
Si - độ dài của mặt phẳng đáy khối thứ i 69
Hi, Hi+1 - lực pháp tuyến trên mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1 69
Vi, Vi+1 - lực tiếp tuyến trên mặt phẳng giữa khối thứ i, i+1 69
θi, θi+1 - góc nghiêng của mặt phẳng giữa khối thứ i và thứ i+1 so với mặt phẳng nằm ngang 69
Ni - lực pháp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trượt chính 69
Ti - lực tiếp tuyến trên mặt phẳng thứ i của mặt trượt chính 69
c và ϕ- cường độ lực dính và góc ma sát trong của đất 70
Wi - trọng lượng của khối thứ i 70
Fs, Fsi - hệ số ổn định trên mặt trượt đáy khối và giữa khối 70
k và mi, mi+1- tham số để xác định hướng của lực tiếp tuyến trên mặt phẳng đáy khối và giữa khối 70
K0 - hệ số ổn định lật của tường chắn 99
[K] - hệ số ổn định lật cho phép 99
Eax - áp lực đất theo phương pháp tuyến 99
Eay - áp lực đất theo phương tiếp tuyến 99
Wktc - trọng lượng khối tường chắn trong 1 mét dài 99
a1 - bề rộng của đỉnh tường 99
att - bề rộng đáy tính toán của tường chắn 100
ay - cánh tay đòn của áp lực đất theo phương pháp tuyến 100
ax - cánh tay đòn của áp lực đất theo phương tiếp tuyến 100
aw - cánh tay đòn của trọng tâm khối tường chắn 100
Trang 13α1 - góc nghiêng của mặt tường chắn 100
α2 - góc nghiêng của lưng tường chắn 100
Htc - chiều cao của tường chắn 100
Htt - chiều cao tính toán của tường chắn 100
β0 - góc nghiêng của mái đất sau lưng tường chắn 103
Pi - điểm cực của mặt phẳng giữa khối 103
βi - góc nghiêng mặt phẳng đáy khối thứ i so với mặt nằm ngang 103
Ri - độ dài biểu diễn mặt phẳng giữa khối 103
θi - góc nghiêng mặt phẳng giữa khối so với mặt phẳng nằm ngang 103
n - số lượng khối chia 103
qi - tải trọng tương đương của lớp đất trên các khối trượt 103
XPi, YPi - tọa độ giả cực của mặt phẳng giữa khối 107
Xi, Yi - điểm nút cuối của mặt phẳng giữa khối 107
Ri - độ dài biểu diễn mặt phẳng giữa khối 107
θi - góc nghiêng mặt phẳng giữa khối so với mặt phẳng nằm ngang 107
n - số lượng khối chia 107
qi - tải trọng tương đương của lớp đất trên các khối trượt 107
Si - độ dài của mặt phẳng đáy khối 107
βpldk – góc nghiêng đường phân lớp của hai lớp đất thứ k so với mặt nằm ngang 109
Wtc - trọng lượng của thân tường chắn 112
Wmt - trọng lượng của móng tường chắn 112
Wvlđ - trọng lượng của vật liệu đắp sau tường chắn 112
Wi - trọng lượng bản thân một phần khối chia nằm ở dưới đường phân lớp đất 112
Wi+1 - trọng lượng bản thân một phần khối chia nằm ở trên đường phân lớp đất 112
Ri - độ dài biểu diễn mặt phẳng giữa khối 112
θi - góc nghiêng mặt phẳng giữa khối so với mặt phẳng nằm ngang 112
qi - tải trọng tương đương của lớp đất trên các khối trượt 112
Si - độ dài của mặt phẳng đáy khối 112
n - số lượng khối 112
Trang 14k - số lượng lớp đất 112
βpldk - góc nghiêng đường phân lớp của hai lớp đất thứ k so với mặt nằm ngang 112
Ftc – diện tích mặt cắt ngang thân tường chắn 115
Fm – diện tích mặt cắt ngang móng tường chắn 115
Htc – chiều cao thân tường chắn 115
h1 – chiều cao gót móng tường chắn 115
h2 – chiều cao mũi móng tường chắn 115
a1 – chiều rộng đỉnh tường chắn 115
a2 – chiều rộng đáy thân tường chắn 115
a0 – chiều rộng đáy móng tường chắn 115
c1 – chiều rộng gờ gót móng trước tường chắn 115
c2 – chiều rộng gờ mũi móng sau tường chắn 115
b1, b2 - xem trên hình 4.1 115
α1 – góc nghiêng mặt thân tường chắn 115
α2 – góc nghiêng lưng thân tường chắn 115
α0 – góc nghiêng đáy móng tường chắn so với mặt nằm ngang 115
fklvl - hàm khối lượng vật liệu để xây dựng tường chắn trọng lực 115
Xi - các tham số biến đổi (kích thước hình học của tường chắn trọng lực) 115
0 K - hệ số ổn định chống lật của tường chắn quay quanh mũi chân tường 116
* min Fs - hệ số ổn định nhỏ nhất trường hợp mặt trượt chính trượt ở đáy móng tường 116
** min Fs - hệ số ổn định nhỏ nhất trường hợp mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường 116
*** min Fs - hệ số ổn định nhỏ nhất trường hợp mặt trượt chính trượt sâu bất kỳ 116
[ ]K - hệ số ổn định cho phép theo quy trình 116
[ ]K = 1,5 đối với ổn định lật tường chắn 116
[ ]K = 1,5 đối với ổn định trượt ở đáy móng tường chắn 116
[ ]K = 1,3 đối với ổn định trượt qua góc gót móng tường chắn 116
[ ]K = 1,4 đối với ổn định trượt sâu bất kỳ 116
Trang 15Hình 1.2 - Bản đồ giao thông đường bộ của Lào 10
Hình 1.3 - Một số hình ảnh thi công đào mái taluy đường vùng núi 12
Hình 1.4 - Tình trạng sụt trượt taluy dương đường vùng núi 12
Hình 1.5 - Tình trạng sụt trượt taluy âm đường vùng núi 13
Hình 1.6 - Một số tường chắn đá xếp khan ở Lào 15
Hình 1.7 - Một số tường chắn đá xây ở Lào 16
Hình 1.8 - Một số tường chắn rọ đá ở Lào 17
Hình 1.9 - Một số loại tường chắn bị hư hỏng ở Lào 18
Hình 1.10 - Một số loại tường chắn bị hư hỏng do trượt sâu ở Lào 19
Hình 1.11 - Một số cấu tạo tường chắn đất đá xếp khan 21
Hình 1.12 - Một số cấu tạo tường chắn đất đá xây 21
Hình 1.13 - Một số cấu tạo tường chắn đất bê tông 22
Hình 1.14 - Một số cấu tạo tường chắn đất rọ đá 24
Hình 1.15 - Một số cấu tạo tường chắn đất bê tông cốt thép 25
Hình 1.16 - Một số cấu tạo tường chắn đất neo lưới thép 26
Hình 1.17 - Kết cấu rọ lưới neo 27
Hình 1.18 - Tường chắn có cốt vải địa kỹ thuật 28
Hình 2.1 - Sơ đồ tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb trường hợp đất rời 31
Hình 2.2 - Sơ đồ tính áp lực đất khi có tải trọng phân bố đều tác dụng trên mặt đất đỉnh tường chắn 35
Hình 2.3 - Sơ đồ tính áp lực đất khi có tải trọng cục bộ lên trên mặt đỉnh vật liệu đắp 36
Hình 2.4 - Sơ đồ tính toán áp lực đất bị động theo Coulomb 37
Hình 2.5 - Sơ đồ hai họ đường trượt theo Skolovsky 39
Hình 2.6 - Sơ đồ giả định kích thước và cấu tạo tường chắn đá hộc 42
Hình 2.7 - Sơ đồ giả định kích thước và cấu tạo tường bê tông xi măng 42
Hình 2.8 - Sơ đồ chung để tính toán tường chắn thông thường 43
Hình 2.9 - Các lực tác dụng lên tường chắn có dật cấp bậc ngoài 46
Hình 2.10 - Các lực tác dụng lên tường chắn có dật cấp bậc trong 46
Hình 2.11 - Sơ đồ tính tường chắn móng rộng 48
Hình 2.12 - Sơ đồ lực tính kiểm tra tường chắn bằng rọ đá 50
Hình 2.13 - Sơ đồ tính neo lưới thép 53
Hình 2.14 - Các loại áp lực đất và lý thuyết về tường chắn vải địa kỹ thuật 55
Hình 2.15 - Sơ đồ các dạng phá hoại tường chắn VĐKT 58
Trang 16Hình 2.16 – Phương pháp phân mảnh 62
Hình 3.1 - Sơ đồ các khối trượt trong GLEM 66
Hình 3.2 - Sơ đồ tính toán và các quy ước ký hiệu hình học của mái khối trượt trong GLEM 68
Hình 3.3 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i 69
Hình 3.4 - Quá trình tìm mặt trượt nguy hiểm nhất 75
Hình 3.5 - Toạ độ của các điểm trên mặt mái dốc và mặt trượt trong quá trình tối ưu hoá 76
Hình 3.6 - Tính gần đúng theo phường pháp lặp Newton 79
Hình 3.7 - Sơ đồ khối tìm hệ số ổn định nhỏ nhất Fsmin 84
Hình 3.8 - Sơ đồ khối tìm hệ số ổn định Fsj ở vòng lặp thứ j 85
Hình 3.9 - Sơ đồ các khối chia trong trường hợp tính áp lực đất chủ động bằng GLEM 86
Hình 3.10 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trường hợp tính áp lực đất chủ động bằng GLEM 87
Hình 3.11 - Các quy ước ký hiệu hình học của các khối trượt trong trường hợp tính áp lực đất chủ động bằng GLEM 89
Hình 3.12 - Sơ đồ khối tính áp lực đất chủ động Eax 91
Hình 3.13 - Sơ đồ các khối chia trong trường hợp tính áp lực đất bị động bằng GLEM 92
Hình 3.14 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trường hợp 93
tính áp lực đất bị động bằng GLEM 93
Hình 3.15 - Các quy ước, ký hiệu hình học của các khối trượt trong trường hợp tính áp lực đất bị động bằng GLEM 95
Hình 3.16 - Sơ đồ khối tính áp lực đất bị động Ep 98
Hình 3.17 - Sơ đồ tính toán hệ số ổn định lật của tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất bằng GLEM 99
Hình 3.18 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 101
mặt trượt chính trượt ở đáy móng tường chắn 101
Hình 3.19 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 102
mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường bằng GLEM 102
Hình 3.20 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 102
mặt trượt chính trượt sâu bất kỳ 102
Hình 3.21 - Sơ đồ các lực tác dụng lên khối thứ i trong trường hợp tính 103
ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực 103
Hình 3.22 - Sơ đồ tọa độ các điểm của khối trượt trong quá trình 105
tối ưu hóa trường hợp mặt trượt chính trượt ở đáy tường chắn trọng lực 105
Trang 17Hình 3.23 - Sơ đồ tọa độ các điểm của khối trượt trong quá trình tối ưu hóa
trường hợp mặt trượt chính trượt qua góc gót tường chắn 106
Hình 3.24 - Sơ đồ tọa độ của các điểm khối trượt trong quá trình tối ưu hóa trường hợp mặt trượt chính trượt sâu bất kỳ 107
Hình 3.25 - Sơ đồ các khối trượt trong tính toán áp lực đất chủ động trường hợp đất nhiều lớp bằng GLEM 108
Hình 3.26 - Các lực tác dụng lên khối trượt thứ i trong tính áp lực đất chủ động trường hợp đất nhiều lớp bằng GLEM 109
Hình 3.27 - Sơ đồ các khối trượt trong tính toán áp lực đất bị động 109
trường hợp đất nhiều lớp bằng GLEM 109
Hình 3.28 - Các lực tác dụng lên khối trượt thứ i trong tính toán 110
áp lực đất bị động trường hợp đất nhiều lớp bằng GLEM 110
Hình 3.29 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 110
mặt trượt chính trượt ở đáy móng tường bằng GLEM 110
Hình 3.30 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 111
mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường bằng GLEM 111
Hình 3.31 - Sơ đồ tính hệ số ổn định trượt sâu tường chắn trường hợp 111
mặt trượt chính trượt sâu bất kỳ bằng GLEM 111
Hình 4.1 - Sơ đồ cấu tạo tường chắn trọng lực 114
Hình 4.2 - Bảng chương trình tính thành phần áp lực đất chủ động và hệ số ổn định lật theo Coulomb 117
Hình 4.3 - Bảng chương trình tính thành phần áp lực đất chủ động và hệ số ổn định lật theo GLEM 118
Hình 4.4 - Biểu đồ tính áp lực đất chủ động theo GLEM 118
Hình 4.5 - Bảng thống kê và so sánh kết quả tính K0 giữa phương pháp Coulomb và GLEM 119
Hình 4.6 - Bảng chương trình tính ổn định trượt sâu trường hợp mặt trượt chính trượt ở đáy tường chắn 120
Hình 4.7 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp mặt trượt chính trượt ở đáy tường chắn 120
Hình 4.8 - Bảng chương trình tính hệ số ổn định trượt sâu trường hợp mặt trượt chính trượt qua góc gót tường chắn 121
Hình 4.9 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường chắn 122
Hình 4.10 - Bảng chương trình tính hệ số ổn định trượt sâu trường hợp mặt trượt chính trượt sâu bất kỳ 122
Trang 18Hình 4.11 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp mặt
trượt chính trượt sâu bất kỳ 123
Hình 4.12 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán và so sánh để lựa chọn phương án hợp lý nhất 124
Hình 4.13 – Bảng chương trình tính áp lực đất chủ động và hệ số ổn định lật K0 theo GLEM 126
Hình 4.14 - Biểu đồ tính áp lực đất chủ động và sơ đồ tính toán hệ số ổn định lật theo GLEM 126
Hình 4.15 - Bảng tính ổn định trượt sâu trường hợp mặt trượt chính 127
trượt ở đáy tường chắn 127
Hình 4.16 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp mặt trượt chính trượt ở đáy tường chắn 127
Hình 4.17 - Bảng chương trình tính hệ số ổn định trượt sâu 128
trong trường hợp mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường chắn 128
Hình 4.18 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp 128
mặt trượt chính trượt qua góc gót móng tường chắn 128
Hình 4.19 - Bảng chương trình tính hệ số ổn định trượt sâu 129
trong trường hợp mặt trượt sâu bất kỳ 129
Hình 4.20 - Biểu đồ tối ưu hóa tìm mặt trượt nguy hiểm trường hợp 129
mặt trượt chính trượt sâu bất 129
Hình 4.21 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán và so sánh để lựa chọn phương án hợp lý 130
Trang 19Bảng 1.1 - Thống kê đường bộ toàn quốc năm 2007-2008 9Bảng 3.1 - So sánh giữa LEM và GLEM 67Bảng 3.2 - So sánh số phương trình và số ẩn trong bài toán ổn định mái dốc.71Bảng 3.3 - So sánh số phương trình và số ẩn trong trường hợp tính áp lực đất chủ động 88Bảng 3.4 - So sánh số phương trình và số ẩn trong trường hợp tính áp lực đất
bị động 94Bảng 3.5 - So sánh số phương trình và số ẩn trong bài toán tính ổn định trượt sâu tường chắn trọng lực trong trường hợp đất đồng nhất 104
Trang 20Hiện tượng sụt trượt taluy nền đường được con người biết đến từ rất lâu Các giải pháp phòng chống đảm bảo ổn định cho các công trình cũng rất đa dạng Tuy nhiên hiện tượng này luôn mang tính thời sự bởi tính bất ngờ cùng với những hậu quả nghiêm trọng khi nó xảy ra Hàng năm có rất nhiều vụ sụt trượt xảy ra và hậu quả do chúng để lại thường gây ra tổn thất lớn như: thiệt hại về người, gây hư hỏng các công trình, đình trệ các quá trình sản xuất, lưu thông, do vậy gây lkng phí về thời gian và tiền của
Nước CHDCND Lào là nước thuộc miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt
độ chênh lệch cao, mưa nhiều, một số vùng có lượng mưa lớn và không đều trong năm CHDCND Lào có diện tích phần lớn là đồi núi, có địa hình dốc, phân cắt mạnh và địa chất có cấu trúc phức tạp Khi các tuyến đường cắt qua khu vực miền núi đến mùa mưa thường xuyên phải đối mặt với những hiện tượng sạt lở taluy nền đường, nhất là ở khu vực có hoạt động của nước mặt và
nước ngầm diễn ra mknh liệt
Nhưng trong thời gian qua, giải pháp phòng chống sụt lở taluy nền đường trên các tuyến đường ô tô ở Lào đa số mang tính chất đề xuất phương án xử lý khắc phục khẩn cấp hoặc cấp cứu tạm thời để đảm bảo thông tuyến đường khi
đk có sự sụt trượt trên các tuyến đường xảy ra
Theo báo cáo hàng năm của các Sở Giao thông Vận tải báo cáo lên Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải Lào thì tình trạng sụt trượt đất đá trên các tuyến
đường xảy ra thường xuyên, nhiều nhất là các tuyến đường khu vực miền núi ở các tỉnh phía Bắc và các tỉnh nằm dọc theo dky núi Trường Sơn giáp biên giới
Trang 21Lào - Việt Nam như: QL1A, QL1C, QL1D, QL1F, QL2E, QL3, QL4, QL5, QL6, QL7, QL8 QL12, QL13, QL18B Nguyên nhân là do mưa nhiều và các giải pháp phòng chống sụt trượt chưa được đa dạng
Trong thời gian qua, các giải pháp phòng chống sụt trượt ở Lào chủ yếu
sử dụng loại hình kết cấu tường chắn trọng lực như: tường chắn đất đá xếp khan, tường chắn đất đá xây và tường chắn đất rọ đá Tường chắn đất đá xếp khan đk được thi công trên tuyến đường QL13N, tường chắn đất đá xây được thi công trên các tuyến đường QL1C, QL3, QL7 và QL13N, tường chắn đất rọ
đá được thi công trên các tuyến đường QL1C, QL2E, QL3, QL7, QL13, QL18B Các kích thước tường chắn thường lấy theo cấu tạo hoặc thiết kế
điển hình của nước ngoài
Các công trình tường chắn đk được thiết kế và thi công chất lượng thường kém và tuổi thọ công trình thấp Các dạng hư hỏng như: đất đá trên
đỉnh tường trượt xuống va đập và lấp kín tường chắn, kết cấu tường bị biến dạng hoặc nứt gẫy do nền móng tường lún không đều Nhiều trường hợp toàn
bộ khối tường chắn bị trôi mất do mái đất bị trượt sâu Nguyên nhân dẫn đến tường chắn đất hư hỏng ở Lào là do: khi thiết kế tường chắn đất thường chỉ
đưa ra cấu tạo cho phù hợp với địa hình, còn việc tính toán khả năng chống lại
áp lực đất lưng tường chắn và khả chịu tải của đất nền thường chưa được xét
đến Mặc dù áp dụng thiết kế điển hình nhưng lại không kiểm tra lại xem điều kiện ban đầu đk đúng với tiêu chuẩn quy định trong bản thiết kế điển hình hay không và cũng chưa có một công trình nào có xét đến bài toán trượt sâu
Từ đó dẫn đến việc cần thiết phải nghiên cứu kỹ việc tính toán, thiết kế tường chắn đất cho các công trình giao thông ở CHDCND Lào Đề tài nghiên
cứu “ Tự động hoá tính toán, thiết kế, lựa chọn tường chắn đất hợp lý trong
xây dựng đường ô tô ở CHDCND Lào” mà nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn
là cần thiết Kết quả nghiên cứu nhằm góp phần giải quyết các vấn đề nêu trên
và áp dụng vào thực tế trong việc xây dựng giao thông ở đất nước mình
Trang 222 Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu các dạng phá hoại kết cấu tường chắn tại Lào
- Nghiên cứu các phương pháp tính kết cấu tường chắn hiện có, từ đó lựa chọn phương pháp tính hợp lý cho kết cấu tường chắn
- Nghiên cứu và phát triển phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát để tính kết cấu tường chắn (đặc biệt bài toán trượt sâu)
- Xây dựng chương trình tính kết cấu tường chắn trên máy tính
- ứng dụng chương trình tính kết cấu tường chắn tối ưu hoá kết cấu tường chắn trọng lực
3 Phạm vi nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tính toán kết cấu tường chắn trọng lực có xét đến khả năng chống lật của tường chắn, khả năng chịu tải của đất nền và bài toán trượt sâu
- Chưa xét đến ảnh hưởng của mực nước ngầm, kết cấu tường chắn có gia cường neo, gia cường vải địa kỹ thuật
4 Phương pháp nghiên cứu của luận án
- Khảo sát, thu thập, phân tích đánh giá số liệu, thông tin thực tế
- Nghiên cứu lý thuyết và kết hợp lập trình tính trên máy tính
5 Cấu trúc của luận án
Mở đầu
Chương 1: Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng mạng lưới giao thông, tình hình áp dụng kết cấu tường chắn đất ở Lào và một số loại hình tường chắn đất điển hình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tính toán tường chắn đất Chương 3: Phát triển phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát, tính áp lực đất lên tường chắn và ổn định trượt sâu kết cấu tường chắn trọng lực
Chương 4: Tối ưu hóa tính toán lựa chọn kết cấu tường chắn trọng lực hợp lý
Kết luận và kiến nghị
Trang 23Chương 1 Khái quát về đặc điểm điều kiện tự nhiên, thực trạng mạng lưới giao thông, tình hình áp dụng kết cấu tường chắn đất ở Lào và một số loại hình
tường chắn đất điển hình
1.1 Đặc điểm về điều kiện tự nhiên của nước CHDCND Lào
1.1.1 Đặc điểm về vị trí địa lý và địa hình của Lào
Nước CHDCND Lào là nước nằm ở trong nội địa Đông Nam á và trải dài từ 13054’ đến 22030’ vĩ tuyến Bắc, chiều ngang từ 100037’ đến 107037’ kinh tuyến Đông, với dân số khoảng 6 triệu người, tổng diện tích 236.800
km2, với chiều dài từ Bắc đến Nam 1.000 km, có chiều rộng từ 100 đến 500
km và có biên giới giáp với 5 quốc gia: phía Bắc giáp với Trung Quốc chung
đường biên giới dài 505 km, phía Tây Bắc giáp Mianma chung đường biên giới dài 236 km, phía Tây giáp với Thái Lan chung đường biên giới dài 1.835
km, phía Đông giáp với Việt Nam chung đường biên giới dài 2.069 km và phía Nam giáp với Campuchia chung đường biên giới dài 435 km
Địa hình tự nhiên của Lào đa dạng: núi và cao nguyên chiếm 70%,
đồng bằng chiếm 30% Độ cao hơn 1.000 m chiếm 30%, phần lớn tập trung ở phía Bắc và phía Đông rải dọc theo dky núi Trường Sơn; độ cao từ 200 m đến 1.000 m chiếm 40% và đồng bằng có độ cao dưới 200 m chiếm 20%, phần lớn rải dọc theo bờ sông Mê Kông kéo dài từ Viêng Chăn đến biên giới Lào và Campuchia Điểm cao nhất của Lào là đỉnh núi Bịa ( 2.878 m), và một số đỉnh cao khác như: Núi Sai Lay Leng (2.711 m), núi Xao (2.590 m), núi Săn (2.248 m), núi Ruạt (2.4520 m), núi Lơi (2.248 m), núi Khăm Khao (2.858 m), núi ở hai tỉnh Đông Bắc Lào là Xiêng Khoảng - Xăm Nứa, nơi bắt đầu của dky núi Trường Sơn Bắc Hướng chung của nó là Đông Bắc - Tây Nam nằm toàn bộ ở phía Tây, không liền dài và không phẳng như ở châu thổ sông Mê Kông, (xem hình 1.1)
Trang 24Hình 1.1 - Bản đồ địa hình của Lào
Trang 251.1.2 Đặc điểm về điều kiện địa chất của Lào
Đặc điểm chung về điều kiện địa chất hay gặp dưới đáy lòng sông suối ở Lào như sau:
- Theo chiều sâu từ đáy lòng sông ngòi ở vùng đồng bằng hay có các lớp
đất đá như: lớp phù sa, lớp sét, lớp cát hạt nhỏ lẫn sét và loại nền đất rất chặt như loại cát thô (có cường độ chịu nén đến 7,66 KG/cm2) Lớp này nằm không sâu lắm, cách mặt đáy sông phần lớn từ 1,5ữ3 m Ngoài ra còn có lớp tảng đá gốc có cường độ chịu nén rất cao
- Theo chiều sâu từ đáy lòng sông của các sông suối ở vùng trung du hoặc cao nguyên hay xuất hiện các lớp địa chất đá như: lớp cát hạt to, sỏi và cuội, lẫn đá tảng có cường độ chịu nén khá cao, đôi khi còn có lớp đá gốc
- Dưới đáy lòng sông suối ở vùng núi hay xuất hiện các lớp đất như: cát hạt to, đá cuội, đá sỏi, đá tảng với nhiều mảnh vụn, lớp đất yếu và tiếp theo là lớp đá gốc
- Từ tỉnh Viêng Chăn đi dọc theo bờ sông Mê Kông tới biên giới Lào - Campuchia, xuất hiện các lớp đá lộ thiên với nhiều loại như: đá vôi, đá sa thạch, phiến thạch, đá vôi chứa đất sét (dẻo), đất đá sét (dẻo) đỏ, granite, bazalt
- Vùng Sê Kông và Sê Khạ Mán (vùng phía Đông - Nam Lào) là vùng núi, có loại đá phiến thạch kết tinh, đá migmatite, đá granite, đá diorite, quartzite, đá micasciste, đá amphibolite, quartzite Đi dọc theo biên giới Lào -Việt Nam ở đèo Lao Bảo còn có đá dacits
- Vùng núi Trường Sơn có loại đá phiến thạch, đá vôi, một vài chỗ có silit như ở tỉnh Xiêng Khoảng, đá gres (sa thạch), đá phiến thạch màu đỏ đi dọc theo vùng Nạm Mạ, Nạm Nơn và Nạm ẹt
- Vùng Nặm Kạ Đính có loại đá xói lở màu đỏ; lớp đá sa thạch chiếm diện tích khá rộng
- Vùng Hịn Bún có sa thạch, phiến thạch, đá vôi, đất sét (dẻo) màu vàng, cuội kết
Trang 26- Vùng Xiêng Khoảng có đá granite là phần lớn, vùng này có ít đá vôi đá rhyolite
- Vùng Xiêng Sén có đá granite, đá biến chất riolite, đá dacite và đá pocphirite
- Vùng Nặm Tha có đá chứa Cacbonat và đá Andesite, đá sa thạch, đá đất
tổ ong, đất sét (dẻo) màu vàng, diện tích phần lớn bị bao phủ do đá sa thạch và phiến đá bazalt và đất phù sa
- Vùng Nạm Beng - Bún Tạy phần lớn có đá sa thạch, đá đất sét (dẻo), đá vôi, đất sét và đá silit
- Vùng Nạm U - Sông Mê Kông có đá chứa Cacbonat và đá Andesite, đá
sa thạch, đá đất đỏ sét (dẻo) màu vàng, diện tích phần lớn bị bao phủ do đá sa thạch và phiến đá bazalt và đất phù sa
1.1.3 Đặc điểm về khí hậu ở Lào
Lào là một nước có khí hậu nhiệt đới Bắc bán cầu, mang tính chất nhiệt
đới gió mùa, nóng ẩm là chủ yếu và được chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô
Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, trong đó tháng 7 tháng 8 là hai tháng có lượng mưa nhiều nhất Lượng mưa trung bình khoảng
1600ữ1800 mm/năm Mùa mưa thường trùng với mùa lũ lớn từ thượng nguồn sông Mê Kông đổ về nên gây ra lũ lụt ngập trên diện tích rộng ở một số vùng
đồng bằng thuộc Trung và Hạ Lào
Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 của năm tiếp theo Đặc điểm khí hậu khô chia thành 2 thời kỳ rõ rệt: từ tháng 11 đến tháng 2 nhiệt độ không khí xuống thấp, tính trung bình từ 18ữ210C; từ tháng 2 đến tháng 4 là thời kỳ khí hậu khắc nghiệt nhất, biên độ nhiệt độ chênh lệch giữa ban ngày
và đêm lớn, ban ngày nhiệt độ từ 35ữ380C còn ban đêm nhiệt độ xuống thấp không quá 160C Tuy vậy, do vị trí và địa hình nên khí hậu giữa 2 vùng Bắc và Nam Lào khác biệt
Trang 27Vùng Bắc Lào chịu ảnh hưởng của gió mùa đông nhiều hơn nên nhiệt độ thấp hơn vung Trung và Nam Lào (nhiệt độ trung bình khoảng 17ữ330C) và
sự chênh lệch nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông rõ rệt Mùa đông thường lạnh hơn và kéo dài hơn, buổi sáng và buổi chiều thường có sương mù nhất là
ở vùng cao từ 800 m trở lên Vùng Nam Lào khí hậu mang tính nhiệt đới rõ nét hơn Nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 20ữ350C
1.2 Thực trạng mạng lưới giao thông của Lào
1.2.1 Thực trạng hệ thống mạng lưới giao thông của Lào
Sau ngày giải phóng đất nước 02/12/1975 cho đến nay, Đảng và Nhà nước đk đưa đất nước đi theo đường lối xk hội chủ nghĩa, phát triển kinh tế -
xk hội chuyển sang nền kinh tế thị trường và hợp tác với bên ngoài Trong chiến lược phát triển kinh tế - xk hội, Nhà nước đặt phát triển ngành giao thông đường bộ lên hàng đầu và làm cơ sở phát triển các ngành kỹ thuật khác Ngành giao thông vận tải nói chung và giao thông đường bộ nói riêng mặc dù đk có bước chuyển biến khá lớn nhưng chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế - xk hội trong cả nước Ngành giao thông đường bộ tuy còn yếu nhưng so với các ngành giao thông khác như: đường thuỷ, đường sắt (chưa có) và đường không thì nó vẫn được coi là phát triển nhất Nhìn chung, giao thông đường bộ của Lào vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu đi lại và sự phát triển của đất nước Hiện nay, mật độ đường bộ các loại trên diện tích cả nước mới
được 0,16 Km/Km2, còn 28 huyện trong số 141 huyện, đường ô tô chỉ lưu thông được trong mùa khô
Về tổng thể, Lào chưa có hệ thống đường bộ hoàn chỉnh như mạng lưới nối liền giữa các tỉnh, huyện Giao thông vận tải nội bộ một số tỉnh chưa đảm bảo cho ô tô có thể chạy thông suốt tỉnh lỵ đến huyện lỵ, giao thông giữa các huyện và các làng lại càng khó khăn Hiện nay, hệ thống đường ô tô ở Lào chỉ
đạt cấp đường III, IV, V, kể cả một số đường chiến lược phần lớn cũng chỉ đạt
được cấp IV, V; và chỉ có đường QL9 đoạn từ ngk ba Xê Nô đến cửa khẩu Lao Bảo mới đạt đường cấp III
Trang 28Về tốc độ phát triển, mặc dù ngành giao thông đường bộ trong mấy năm qua đk có bước phát triển nhưng sự phát triển vẫn còn hạn chế về nhiều mặt Căn cứ Luật Đường bộ số 04/99/QH, ban hành ngày 03/04/1999 thì hệ thống mạng lưới đường bộ của Lào được chia thành 6 loại đường và 5 loại mặt
đường Căn cứ theo bảng thống kê đường bộ toàn quốc năm 2007-2008, đường
bộ các loại có tổng chiều dài 37.769,75 Km, (xem bảng 1.1)
Bảng 1.1 - Thống kê đường bộ toàn quốc năm 2007-2008
Kết cấu mặt đường
Đường
bê tông
Đường bê tông Asphalt
Đường nhựa
Đường cấp phối
2,89
- 1,09 28,76
- 1,00
3.530,56 470,97 110,73 448,45 77,66 95,69
2.267,45 3.874,96 1.242,16 649,15 947,31 296,65
2.457,14 3.774,54 2.529,40 886,87 3.255,16 290,89
1.172,87 5.106,98 5.163,72 409,41 6.637,84 210,77
Tổng cộng 37.769,75 33,47 481,13 4.734,06 13.194,00 19.326,83
Nhìn chung, mạng lưới giao thông đường bộ của Lào vẫn đang ở tình trạng yếu kém, lạc hậu Đa số các công trình xây dựng không đúng theo tiêu chuẩn cấp hạng đường đk quy định Công tác duy tu bảo dưỡng không được thường xuyên, công tác quản lý và chính sách tạo nguồn vốn duy trì mạng lưới giao thông đường bộ của Nhà nước còn hạn chế, chưa đáp ứng đủ cho giao thông đường bộ phát triển, (xem hình 1.2)
Trang 29Hình 1.2 - Bản đồ giao thông đường bộ của Lào
Trang 30Tuy vậy, mạng lưới đường ô tô ở Lào được hình thành và phân bố khá phù hợp với địa thế của đất nước và có đường QL13 chạy dài từ Bắc xuống Nam với tổng chiều dài 1.514 km, trong đó QL13 Bắc dài 813 km và QL13 Nam dài 677 km, (xem hình 1.2)
1.2.2 Tình trạng hư hỏng taluy nền đường mạng lưới đường ở Lào
1.2.2.1 Nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng taluy nền đường
Lào thuộc nước có miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, sự chênh lệch về nhiệt độ, lượng mưa và khí hậu trong năm là khá đáng kể Đặc biệt, một số vùng có lượng mưa lớn và không đều trong năm Lào lại là một nước có phần lớn diện tích là đồi núi, có nhiều tuyến đường thường cắt qua khu vực miền núi có địa hình dốc, bị chia cắt mạnh, cấu trúc địa tầng phức tạp và có mưa nhiều như các tuyến đường: QL13N, QL1A, QL1C, QL1D, QL2E, QL2W, QL3, QL4, QL6B, QL7, QL8, QL12, QL17A QL18B và một số đường tỉnh lộ thường xuyên đối mặt với những hiện tượng sụt trượt…
Các tuyến đường ô tô đi qua vùng núi ở Lào được thiết kế chủ yếu là khối lượng đào nhiều hơn khối lượng đắp, để hạn chế khối lượng đào thường thiết
kế mái taluy dương tương đối dốc và cao Quá trình thi công cắt bạt mái taluy các tuyến đường cũng làm mất đi lớp phủ thực vật bề mặt mái taluy tự nhiên, làm giảm khả năng ổn định của đất đá trên mái taluy vì lớp thực vật ngoài có khả năng giữ nước, còn có tác dụng ngăn cản sự dịch chuyển của đất đá, do rễ cây bám ôm chặt vào đất đá, (xem hình 1.3) Ngoài ra, việc chặt cây đốt rừng làm nương hàng năm của dân cư sống ở khu vực miền núi cũng ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định taluy nền đường
Hiện tượng sụt trượt taluy nền đường ở vùng núi thường xuyên xảy ra hàng năm và hậu quả do chúng để lại thường gây ra tổn thất lớn như: thiệt hại
về người, gây hư hỏng các công trình, đình trệ các quá trình sản xuất, gây ùn tắc đường lưu thông và do vậy gây lkng phí về tiền của và thời gian Trong khi
đó, các giải pháp phòng chống đảm bảo ổn định taluy nền đường chưa được phong phú và đa dạng như: tường chắn đất, giải pháp bảo vệ bề mặt mái taluy
Trang 31(như: cắt cơ giảm tải, trồng lớp phủ thực vật tái tạo ) và các công trình thoát nước mặt và nước đỉnh
Hình 1.3 - Một số hình ảnh thi công đào mái taluy đường vùng núi 1.2.2.2 Thực trạng hư hỏng taluy nền đường
- Taluy dương: Như đk nêu ở trên, mái taluy dương được thiết kế tương
đối dốc và cao nhưng không có các công trình chống sụt trượt và các công trình thoát nước mặt và nước đỉnh Hơn nữa, trong quá trình thi công lại không
đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật thi công như: bạt mái taluy không bằng phẳng, không dọn sạch những đống đất đá thừa trên bề mặt mái taluy làm cản trở khả năng thoát nước mặt của mái taluy, nước đọng trên mái taluy dần dần thấm sâu vào lớp đất taluy tạo thành nước ngầm, nước làm tăng trọng lượng của khối trượt, làm tăng độ ẩm và giảm độ bền của đất đá (do góc nội ma sát, lực dính đều giảm) dẫn đến làm mái taluy đào sụt trượt xuống, (xem hình 1.4)
Hình 1.4 - Tình trạng sụt trượt taluy dương đường vùng núi
Trang 32- Taluy âm: Trong quá trình thi công các tuyến đường men theo sườn núi,
khối lượng đất đá phần đào ra thường được đổ xuống phía taluy âm tại nơi
đang thi công, đất đá đổ xuống mắc kẹt ở bề mặt mái taluy âm và chất tải thành đống đất đá ở chân taluy Đến mùa mưa, đất đá mắc kẹt ở mái taluy ảnh hưởng đến khả năng thoát nước mặt của mái taluy, làm giảm độ bền của lớp
đất đá (do góc nội ma sát, lực dính đều giảm), làm tăng mực nước ngầm, tăng
áp lực thủy động, tăng trọng lượng khối trượt dẫn đến làm mất ổn định mái taluy Nguy hiểm nhất là các khối đất chất tải ở chân taluy làm tắc dòng chảy của nước ở chân taluy trong mùa mưa, dần dần làm cho chân taluy bị mất ổn
định dẫn đến xảy ra hiện tượng sụt trượt mái taluy âm làm trôi đi toàn khối nền và mặt đường, (xem hình 1.5)
Hình 1.5 - Tình trạng sụt trượt taluy âm đường vùng núi
1.3 Tình hình áp dụng kết cấu tường chắn đất ở Lào
Trong quá trình xây dựng và phát triển mạng lưới giao thông vận tải, các dạng kết cấu tường chắn chống sụt trượt taluy nền đường cũng đk được nghiên
Trang 33cứu, xây dựng nhằm bảo vệ nền đường những tuyến đường chạy dọc theo sườn núi dốc và dọc theo bờ sông suối
Hiện nay chưa có một công trình nào có nghiên cứu đầy đủ về các giải pháp kỹ thuật chống sụt trượt taluy nền đường vùng núi ở Lào Mỗi khi có
đoạn nền đường sụt trượt xảy ra, thường tổ chức khắc phục theo kiểu chữa cháy, không có đủ quỹ thời gian để khảo sát và nghiên cứu kỹ lưỡng để tìm ra một giải pháp kỹ thuật hợp lý Khi phát sinh yêu cầu xử lý khắc phục những
đoạn đường bị sụt trượt thì các cơ quan chức năng, cơ quan quản lý đường bộ hoặc chủ đầu tư, thường ký hợp đồng với một đơn vị tư vấn thiết kế nào đó lập
hồ sơ để xử lý Tuỳ thuộc vào năng lực chuyên môn và kinh nghiệm của đơn
vị thi công đó, các đơn vị tư vấn, thiết kế cũng đk đưa ra một số giải pháp, thường là đưa ra các giải pháp đk từng được thi công chỉ cần lựa chọn giải pháp nào cho phù hợp với hiện trạng thực tế cần xử lý và khắc phục mà thôi Các đơn vị tư vấn thiết kế đi khảo sát thực tế chủ yếu chỉ là khảo sát địa hình rồi lựa chọn kết cấu tường chắn theo điển hình hoặc theo cấu tạo và trình phương án để xử lý khắc phục với cấp trên hoặc chủ đầu tư
Hầu hết các kết cấu tường chắn đk và đang được áp dụng trong công tác phòng hộ và xử lý đất đá sụt trượt ở Lào là loại tường chắn kiểu trọng lực như: tường chắn đất đá xếp khan, tường chắn đất đá xây và tường chắn rọ đá Còn các loại tường chắn khác như: tường chắn bê tông, tường chắn bê tông cốt thép, tường chắn có cốt, tường chắn có neo, trường chắn cọc khoan nhồi thì chưa được áp dụng ở Lào bởi giá thành xây dựng tương đối đắt
- Tường chắn đá xếp khan: Tường chắn loại này được sử dụng làm
tường phòng hộ để gia cố chân taluy, hỗ trợ nền đường hoặc mái dốc phòng ngừa hiện tượng đất sụt có thể xảy ra, chiều cao tường thường là dưới 4m Tường chắn trọng lực đá xếp khan được áp dụng nhiều trên tuyến đường QL13N Ưu điểm của loại này là thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, giá thành thấp hơn so với loại khác Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là tính
ổn định kém, độ bền vững của kết cấu tường chắn phụ thuộc rất nhiều vào
Trang 34trọng lượng của vật liệu làm tường chắn và khả năng chịu tải của đất nền Nhược điểm lớn nhất của loại này là dễ bị phá hoại tổng thể công trình khi xuất hiện phá hoại cục bộ Trong trường hợp thi công ở trên cạn thường chỉ xếp các cục đá hộc chồng so le lên nhau và chèn các khe hở bằng đá cục nhỏ, nếu nơi có nước chảy dễ chịu ảnh hưởng của xói lở thì có miết mạch các khe
hở bằng vữa xi măng, (xem hình 1.6)
Hình 1.6 - Một số tường chắn đá xếp khan ở Lào
- Tường chắn đá xây: Tường chắn kiểu này cũng được sử dụng làm
tường phòng hộ để gia cố chân taluy, hỗ trợ nền đường hoặc mái dốc phòng ngừa hiện tượng đất sụt có thể xảy ra, chiều cao tường từ 1-6 m Kết cấu tường xây đá hộc bằng cách xếp đá lớn nhỏ theo từng lớp rồi đổ vữa xây và đá nhỏ chèn kín các khe giữa các viên đá Tường chắn đá xây đk được thi công nhiều tại các đường quốc lộ phía Bắc Lào như : QL1C, QL7 và QL13N Nó có ưu
điểm là: vật liệu đá có sẵn tại chỗ, có khả năng chịu lực tốt hơn tường đá xếp khan, thi công đơn giản và giá thành thấp hơn so với tường nhắn bê tông Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là: kết cấu khối to, trọng lượng khối lớn, nếu xử
lý nền và thoát nước sau lưng tường không tốt thì cũng nhanh bị phá hoại, nứt gẫy do lún không đều hoặc bị phá hoại cục bộ, (xem hình 1.7)
Trang 35Hình 1.7 - Một số tường chắn đá xây ở Lào
- Tường chắn đất bằng rọ đá: Tường chắn rọ đá là một loại kết cấu
mềm, thi công đơn giản, nhanh chóng nên được áp dụng phổ biến nhất trong phòng chống sụt lở và làm kè taluy nền đường ở vùng núi và các tuyến đường dọc sông, suối
Tường rọ đá có ưu điểm là có khả năng tiêu thoát mạch nước ngầm phía sau tường, có thể xem tường chắn rọ đá là một vật thoát nước đặc biệt có tác dụng làm tăng sự ổn định của tường chắn vì tường không phải chịu lực đẩy của nước lớn như các dạng tường chắn bằng bê tông hoặc đá xây Tính chất cơ
lý của đất nền cũng như đất sau tường được cải thiện rất nhiều do ít bị ngập nước và kết cấu tường mềm, rất thích hợp trong trường hợp đất nền dễ bị lún Vậy nên các đơn vị tư vấn thiết kế hay lựa chọn áp dụng loại tường chắn rọ đá này khi giải quyết các trường hợp trượt sụt, cần đảm bảo khai thông giao thông nhanh, (xem hình 1.8)
Trang 36Hình 1.8 - Một số tường chắn rọ đá ở Lào
1.4 Tình trạng hư hỏng tường chắn đất ở Lào
Trong công tác phòng hộ và phòng chống sụt trượt taluy nền đường ở Lào chủ yếu sử dụng kết cấu tường chắn kiểu trọng lực: tường chắn đá xếp khan, tường chắn đá xây và tường chắn rọ đá như đk nêu ở trên Nhưng các kết cấu tường chắn đất đk được xây dựng ở Lào chất lượng không cao, các dạng phá hoại thường gặp như: kết cấu thân tường chắn bị phá hoại hoặc bị phủ lấp kín bởi khối đất đá mái taluy trên đỉnh lở xuống, thân tường chắn bị nứt gẫy hoặc bị biến dạng theo phương thẳng dứng do đất nền ở đáy tường chắn bị lún, thân tường bị biến dạng theo phương ngang do lực đẩy của khối đất sau lưng tường chắn, (xem hình 1.9) và bị trôi mất cả khối tường chắn do trượt sâu Những nguyên nhân cơ bản dẫn đến các công trình tường chắn đk được xây dựng ở Lào có chất lượng chưa cao là: công tác thiết kế và thi công tường chắn chủ yếu theo kinh nghiệm của các đơn vị tư vấn thiết kế, họ chỉ thiết kế
Trang 37kết cấu tường chắn cho phù với địa hình thực tế và thường hay lựa chọn kết cấu tường chắn theo điển hình sẵn có, thí dụ: Viện thiết kế giao thông vận tải Lào (LTEC) đk và đang áp dụng thiết kế điển hình tường chắn bê tông và đá xây 86-06X, [13] Các công tác khảo sát, khoan thăm dò địa chất, các thông
số tính chất cơ - lý của đất (cường độ lực dính, góc ma sát trong, trọng lượng riêng đơn vị) để kiểm toán lại xem điều kiện ban đầu có đúng theo các tiêu chuẩn đk qui định trong bản thiết kế điển hình hay không thì không được quan tâm Họ chỉ cần lựa chọn lấy kết cấu tường chắn nào tương đối phù hợp địa hình thực tế và vật liệu sẵn có mà thôi Mặt khác, trong ngành xây dựng đường
ô tô của Bộ Giao thông Vận tải Lào cũng chưa có quy trình - quy phạm tính toán, thiết kế tường chắn đất, các đơn vị tư vấn phải tham khảo tài liệu của nước ngoài
Hình 1.9 - Một số loại tường chắn bị hư hỏng ở Lào
Đa số các dự án xây dựng tuyến đường ô tô mới ở Lào chưa thiết kế các công trình phòng chống sụt trượt kèm theo Khi xảy ra sự cố sụt trượt taluy nền đường mới đề xuất giải pháp khắc phục theo kiểu cứu trợ hoặc chữa cháy
Trang 38để làm sao bảo đảm thông tuyến đường nhanh Nguyên nhân là do thiếu kinh phí xây dựng, nếu dự án xây dựng đường ô tô nào đưa các công trình phòng chống sụt trượt vào ngay từ đầu thì kinh phí xây dựng sẽ rất cao, khó có thể
được cấp trên phê duyệt hoặc không thể vay được vốn của tổ chức quốc tế để thực hiện dự án Vậy nên nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình Trong thực tế đk cho thấy nhiều công trình đưa vào khai thác không lâu lại bị phá hoại biến dạng, vỡ nứt, lún xuống và nhiều công trình bị phá hoại hoàn toàn do khối đất bị trượt sâu làm trôi đi cả khối thân tường, trường hợp nơi có tường chắn đất bị trượt sâu hay xảy ra nhất là ở phía taluy âm (xem hình 1.10) Theo báo cáo của Sở Giao thông Công chính báo cáo lên Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải Lào, hàng năm có xảy ra tình trạng sụt trượt taluy nền đường rất nhiều trong mùa mưa, nhất là các tỉnh có tuyến đường đi qua vùng núi, dọc sông suối và phát sinh rất nhiều kinh phí để sửa chữa khắc phục
Hình 1.10 - Một số loại tường chắn bị hư hỏng do trượt sâu ở Lào
Trang 391.5 Tổng quan về tường chắn đất điển hình
Tường chắn đất nền đường là kết cấu chống đỡ nền đắp hoặc chống đỡ sườn đất nền đào Khi do địa chất hoặc điều kiện chiếm đất hạn chế khiến cần phải thu hẹp chân mái dốc hoặc phải sử dụng độ dốc taluy tương đối dốc, cũng như khi cần có biện pháp tăng sức chống trượt tại các chỗ trượt sườn thì cần xem xét việc bố trí các tường chắn đất Tường chắn đất có khá nhiều loại hình,
đặc biệt từ những năm 70 trở lại đây đk xuất hiện rất nhiều loại kết cấu tường chắn đất kiểu mới, có ý tưởng kiến trúc cấu tạo mới bằng các loại vật liệu mới Khi bố trí tường chắn đất, trước hết cần dựa vào các đặc điểm và các yêu cầu của mỗi trường hợp sử dụng như: dùng cho đoạn nền đắp hay nền đào, chiều dài đoạn tường, chiều cao tường, điều kiện móng, điều kiện vật liệu đắp Dựa vào đặc điểm của các loại tường chắn, người ta chọn loại hình tường chắn thích hợp có xét đến các yếu tố: mỹ quan, kinh tế, độ tin cậy và độ bền vững
Đối với công tác xử lý và phòng chống sụt trượt đất đá ở khu vực vùng núi, phần lớn hay sử dụng một số kết cấu tường chắn như: tường chắn đất kiểu trọng lực, tường chắn đất bê tông, tường chắn đất bê tông cốt thép, tường chắn
đất rọ đá, tường chắn đất có neo
Trang 40a) Tường đá xếp khan và tường đá xây vữa xi măng: hai loại tường
chắn này kết cấu đơn giản, chịu lực kém, tương đối dễ kiếm vật liệu và thi công đơn giản Đối với tường chắn đá xếp khan, sau lưng tường thường có dải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc nước ngầm và ngăn chặn không cho đất đá hạt nhỏ làm tắc các khe hở của thân tường, (xem hình 1.11) Còn đối với tường đá xây vữa bê tông xi măng thường dùng vữa xi măng mác thấp, với độ cao của thân tường chắn đá xây thích hợp, thường người ta phải bố trí một hoặc nhiều
Hình 1.12 - Một số cấu tạo tường chắn đất đá xây
a) Kiểu mặt tường nghiêng ra ngoài và lưng tường nghiêng vào trong b) Kiểu mặt tường nghiêng ra ngoài và lưng tường thẳng đứng
c) Kiểu mặt tường nghiêng ra ngoài và lưng tường nghiêng ra ngoài Trong đó:
1) Phần thân tường chắn
2) Phần móng tường chắn
3) Phần thoát nước sau lưng tường
