Tổng quan nghiên cứu

Sạt lở nền đường là một trong những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn giao thông và tuổi thọ công trình giao thông đường bộ tại Việt Nam, đặc biệt ở các vùng đồng bằng sông Cửu Long với địa chất đất yếu và điều kiện thủy văn phức tạp. Tỉnh Đồng Tháp, nằm trong khu vực này, có nhiều tuyến quốc lộ chạy dọc theo sông, kênh rạch, trong đó Quốc lộ 30 là tuyến đường trọng yếu kết nối Đồng Tháp với các tỉnh lân cận và cửa khẩu quốc tế. Đoạn từ km 71+500 đến km 71+666 trên Quốc lộ 30 đang xảy ra hiện tượng sạt lở nền đường nghiêm trọng, với chiều dài sạt lở khoảng 30m, gây nứt dọc mặt đường bê tông nhựa và sụp lún lề đường, đe dọa an toàn giao thông.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích nguyên nhân gây sạt lở nền đường tại đoạn này, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật hiệu quả nhằm gia cố, chống sạt lở, đảm bảo ổn định và an toàn cho công trình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn sạt lở trên Quốc lộ 30, tỉnh Đồng Tháp, với thời gian khảo sát và phân tích dữ liệu từ năm 2015 đến 2017. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng các biện pháp gia cố nền đường trên đất yếu, góp phần giảm thiểu thiệt hại do sạt lở, nâng cao chất lượng và độ bền công trình giao thông tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình tính toán ổn định mái dốc, bao gồm:

  • Lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn: Phương pháp giả định mặt trượt trước, sử dụng các mô hình mặt trượt tròn, hỗn hợp hoặc phẳng để tính toán hệ số an toàn của mái dốc. Phương pháp này dựa trên định luật Mohr-Coulomb, xét đến các lực trọng lực, lực thấm và lực kháng cắt của đất.

  • Lý thuyết cân bằng giới hạn thuần túy: Dựa trên giả thiết cân bằng giới hạn tại từng điểm trong khối đất, mô phỏng trạng thái ứng suất và biến dạng trượt. Phương pháp này có tính toán học cao nhưng ít được áp dụng thực tế do phức tạp.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: hệ số an toàn mái dốc, mặt trượt cung tròn, lực cắt giới hạn, áp lực nước lỗ rỗng, và các thông số cơ lý của đất như góc ma sát trong, lực dính kết, độ ẩm, tỷ trọng đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết và khảo sát thực tế tại hiện trường sạt lở Quốc lộ 30 đoạn km 71+500 đến km 71+666. Nguồn dữ liệu bao gồm:

  • Số liệu địa chất, thủy văn, khí hậu thu thập từ các lỗ khoan và trạm quan trắc tại khu vực nghiên cứu.

  • Thông số cơ lý đất qua các thí nghiệm SPT, cắt trực tiếp, nén nhanh.

  • Dữ liệu lưu lượng giao thông và tác động của tàu thuyền trên sông Tiền.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm Geo-Slope 2007 và Plaxis để mô phỏng cung trượt, tính toán hệ số an toàn và đánh giá hiệu quả các phương án gia cố. Cỡ mẫu khảo sát gồm nhiều lỗ khoan với chiều sâu từ 3m đến hơn 30m, lựa chọn mẫu đất đại diện cho các lớp địa chất chính. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2015 đến 2017, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng sạt lở nghiêm trọng: Đoạn nền đường dài khoảng 30m bị sạt lở, taluy bị trượt cung tròn về phía sông Tiền, gây nứt dọc mặt đường bê tông nhựa với vết nứt dài khoảng 30m, rộng 1-2 cm và ngày càng phát triển. Rọ đá hộc gia cố taluy đã bị chuyển vị ngang và nghiêng.

  2. Đặc điểm địa chất yếu: Khu vực có lớp bùn sét yếu dày hơn 17m, với chỉ số SPT bằng 0-3, độ ẩm tự nhiên cao (46,9% - 56,3%), góc ma sát trong thấp (3º44' đến 7º23'), lực dính kết nhỏ (0,07 - 0,09 kG/cm²), làm giảm khả năng chịu lực và dễ bị trượt lở.

  3. Ảnh hưởng thủy văn và khí hậu: Lượng mưa trung bình năm khoảng 1.388 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, cùng với thủy triều biển Đông tác động sâu vào sông Tiền, làm tăng áp lực nước và gây xói mòn taluy nền đường.

  4. Tác động của giao thông và tàu thuyền: Lưu lượng xe tải lớn, trọng tải từ 2,5 đến 10 tấn, cùng với lực va đập ngang của tàu thuyền trên sông Tiền, tạo ra rung động và áp lực làm suy yếu kết cấu taluy, thúc đẩy quá trình sạt lở.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cố sạt lở là do kết hợp giữa điều kiện địa chất yếu, thủy văn phức tạp và tác động cơ học từ giao thông và tàu thuyền. Địa tầng có lớp bùn sét dày, độ bão hòa cao làm giảm sức kháng cắt của đất, trong khi áp lực nước lỗ rỗng tăng cao vào mùa mưa và triều cường làm giảm hệ số an toàn mái dốc. Các vết nứt dọc mặt đường và chuyển vị ngang của rọ đá hộc cho thấy taluy đã mất ổn định, phù hợp với mô hình trượt cung tròn được mô phỏng bằng phần mềm Geo-Slope.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, hiện tượng sạt lở nền đường ven sông, kênh rạch là phổ biến do đặc điểm địa chất và thủy văn tương tự. Việc sử dụng các biện pháp gia cố truyền thống như rọ đá hộc không đủ hiệu quả trong điều kiện này. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các giải pháp gia cố hiện đại, có khả năng chịu lực cao và chống xói mòn tốt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố độ ẩm, góc ma sát trong các lớp đất, bảng so sánh hệ số an toàn trước và sau gia cố, cùng hình ảnh mô phỏng cung trượt và hiện trạng vết nứt mặt đường để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Gia cố taluy bằng cừ bê tông tiền áp: Đóng cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW600A dài 18m, kết hợp đà giằng bê tông cốt thép M300, trải vải địa kỹ thuật và đổ cát đầm chặt để ngăn chặn hiện tượng cát chảy. Giải pháp này giúp tăng khả năng chịu lực, chống xói mòn và ổn định taluy trong vòng 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và nhà thầu thi công.

  2. Sử dụng cọc thép hình neo giữ kết hợp rọ đá hộc: Đóng cọc thép H350x350x19 dài 18m, khoảng cách 2m, liên kết bằng thép C300x90x13 và hệ thống neo cáp cường độ cao, kết hợp xếp rọ đá hộc gia cố mái taluy. Phương án này tăng cường khả năng chịu lực ngang và giảm chuyển vị taluy, thời gian thi công dự kiến 4-6 tháng. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu xây dựng và đơn vị tư vấn kỹ thuật.

  3. Gia cố bằng tường cừ ván thép KWSP III: Đóng cừ ván thép dài 18m, trải vải địa kỹ thuật, lấp cát và đổ bê tông mặt taluy để tạo kết cấu chắn vững chắc, chống xói mòn hiệu quả. Thời gian thực hiện 6 tháng, phù hợp với các đoạn taluy có địa chất yếu. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và nhà thầu thi công.

  4. Cải thiện hệ thống thoát nước và kiểm soát tải trọng giao thông: Thiết kế hệ thống thoát nước mặt và nước ngầm hiệu quả để giảm áp lực nước lỗ rỗng, đồng thời kiểm soát tải trọng xe tải qua đoạn đường sạt lở nhằm giảm rung động và áp lực lên taluy. Thời gian triển khai 3-6 tháng, chủ thể: Sở Giao thông Vận tải và chính quyền địa phương.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ, theo dõi và đánh giá hiệu quả sau thi công để điều chỉnh kịp thời, đảm bảo an toàn giao thông và bền vững công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư xây dựng và thiết kế công trình giao thông: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn giải pháp gia cố nền đường trên đất yếu, áp dụng trong thiết kế và thi công các công trình tương tự.

  2. Cơ quan quản lý giao thông và hạ tầng: Tham khảo để xây dựng chính sách quản lý tải trọng, bảo trì và xử lý sự cố sạt lở nền đường, nâng cao an toàn giao thông.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, địa kỹ thuật: Tài liệu tham khảo về phương pháp tính toán ổn định mái dốc, phân tích địa chất và thủy văn trong công trình giao thông.

  4. Doanh nghiệp thi công và tư vấn xây dựng: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật gia cố hiện đại, nâng cao chất lượng thi công, giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây sạt lở nền đường tại Đồng Tháp là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là do địa chất yếu với lớp bùn sét dày, áp lực nước lỗ rỗng cao vào mùa mưa và triều cường, kết hợp tác động cơ học từ giao thông và tàu thuyền trên sông Tiền.

  2. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn với giả định mặt trượt cung tròn, áp dụng phần mềm Geo-Slope và Plaxis để mô phỏng và tính toán hệ số an toàn.

  3. Các giải pháp gia cố nào được đề xuất để chống sạt lở?
    Ba giải pháp chính gồm: đóng cừ bê tông tiền áp, sử dụng cọc thép hình neo giữ kết hợp rọ đá hộc, và tường cừ ván thép KWSP III, cùng với cải thiện hệ thống thoát nước và kiểm soát tải trọng giao thông.

  4. Thời gian thi công các giải pháp gia cố là bao lâu?
    Thời gian thi công dao động từ 4 đến 12 tháng tùy phương án, đảm bảo tiến độ và hiệu quả gia cố taluy nền đường.

  5. Làm thế nào để kiểm soát tải trọng giao thông nhằm giảm nguy cơ sạt lở?
    Cần thiết lập các quy định giới hạn tải trọng xe, kiểm tra định kỳ và điều chỉnh lưu lượng xe tải qua đoạn đường nguy hiểm, phối hợp với các biện pháp kỹ thuật gia cố nền đường.

Kết luận

  • Đoạn nền đường Quốc lộ 30 tại Đồng Tháp bị sạt lở nghiêm trọng do địa chất yếu, thủy văn phức tạp và tác động giao thông.
  • Lớp bùn sét dày với chỉ số SPT thấp và độ ẩm cao làm giảm sức kháng cắt, tạo điều kiện cho trượt lở taluy.
  • Phương pháp tính toán ổn định mái dốc dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá và thiết kế giải pháp gia cố.
  • Ba phương án gia cố chính được đề xuất gồm cừ bê tông tiền áp, cọc thép hình neo giữ kết hợp rọ đá, và tường cừ ván thép KWSP III, cùng với cải thiện hệ thống thoát nước và kiểm soát tải trọng giao thông.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao an toàn giao thông và bền vững công trình giao thông trên nền đất yếu tại Đồng Tháp và khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Tiếp theo, cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời theo dõi, đánh giá hiệu quả để điều chỉnh phù hợp. Các cơ quan quản lý và nhà thầu thi công được khuyến nghị áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm giảm thiểu rủi ro sạt lở và đảm bảo an toàn giao thông.