Tổng quan nghiên cứu

Quốc lộ 80, với chiều dài khoảng 210 km, là tuyến giao thông huyết mạch nối các tỉnh phía Tây Đồng bằng sông Cửu Long với miền Tây Nam Bộ. Tuy nhiên, tuyến đường này chủ yếu đi qua các vùng có nền đất yếu, dẫn đến nhiều vị trí bị sạt lở mái dốc nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định nền đường và an toàn giao thông. Tình trạng sạt lở không chỉ gây thiệt hại về tài sản mà còn đe dọa tính mạng người dân, đặc biệt tại đoạn Quốc lộ 80 qua xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang. Hiện nay, các biện pháp duy tu bảo dưỡng tạm thời chưa đủ để đảm bảo ổn định lâu dài, trong khi nhu cầu vận tải ngày càng tăng cao đòi hỏi giải pháp xử lý bền vững.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là hệ thống hóa nguyên nhân, cơ chế gây sạt lở và đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn tại An Giang, nhằm nâng cao hiệu quả và tính kinh tế trong xử lý sạt lở mái dốc Quốc lộ 80. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn sạt lở tại xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú, với thời gian khảo sát và phân tích số liệu địa chất thủy văn trong khoảng thời gian gần đây. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện mạng lưới giao thông, thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời góp phần giảm thiểu rủi ro thiên tai và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về đất yếu và cơ chế sạt lở mái dốc, bao gồm:

  • Lý thuyết cơ học đất yếu: Đất yếu được định nghĩa là loại đất có sức chống cắt thấp, độ nén lún lớn, hệ số rỗng cao và độ bão hòa nước lớn. Đặc điểm này làm giảm khả năng chịu lực và dễ dẫn đến mất ổn định khi chịu tải trọng hoặc tác động môi trường.

  • Cơ chế sạt lở mái dốc: Sạt lở xảy ra do mất cân bằng lực gây trượt và lực chống trượt trong khối đất, thường biểu hiện qua mặt trượt cong tròn. Các yếu tố tác động gồm dòng chảy mặt, xói chân mái dốc, mực nước ngầm biến động và hoạt động của con người.

  • Mô hình tường cọc bản chống sạt lở: Tường cọc bản (sheet pile wall) bằng thép hoặc bê tông cốt thép được sử dụng để gia cố mái dốc, chịu lực uốn và áp lực đất ngang. Các loại cừ thép như cừ chữ Z, Larsen có moment uốn lớn, phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp.

  • Khái niệm về thoát nước và gia cố mái dốc: Thoát nước mặt và thoát nước ngầm là biện pháp quan trọng để giảm áp lực thủy tĩnh trong đất, tăng cường độ kháng cắt. Gia cố bằng vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất giúp tăng cường độ chịu kéo và ổn định nền đất yếu.

Các khái niệm chính bao gồm: sức chống cắt của đất (ϕ, c), hệ số rỗng (e), áp lực đất ngang, chuyển vị tường cọc, và hệ số an toàn (Fs).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Thu thập dữ liệu: Số liệu địa chất thủy văn, đặc điểm đất yếu, mực nước ngầm và hiện trạng sạt lở tại đoạn Quốc lộ 80, xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang được thu thập từ các quan trắc thực tế và báo cáo ngành.

  • Phân tích ổn định mái dốc: Sử dụng phần mềm PLAXIS 2D v8.6 để mô phỏng cơ chế sạt lở, xác định mặt trượt và tính toán hệ số an toàn dưới các điều kiện tải trọng và xói lở chân mái.

  • Lựa chọn giải pháp xử lý: Ba giải pháp chính được nghiên cứu và tính toán gồm: (1) tường cừ ván thép có một tầng neo, (2) vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp tường cừ ván thép, (3) tường chắn rọ đá kết hợp tường cọc xi măng đất. Mỗi giải pháp được đánh giá về hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào một đoạn sạt lở cụ thể dài khoảng 100 m trên Quốc lộ 80, với thời gian khảo sát và phân tích kéo dài trong vòng 12 tháng.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí sạt lở điển hình, đảm bảo tính đại diện cho các điều kiện địa chất và thủy văn đặc trưng của khu vực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân sạt lở chủ yếu do nền đất yếu và xói chân mái dốc: Địa chất khu vực chủ yếu là sét mềm, đất bùn với lớp đất yếu dày khoảng 18 m, kéo dài đến đáy sông. Mực nước ngầm biến động theo mùa làm giảm tính ổn định mái dốc. Tác động của dòng chảy chính sông Hậu gây xói sâu chân mái dốc, làm giảm hệ số an toàn xuống dưới 1 (Fs < 1) tại vị trí sạt lở.

  2. Ảnh hưởng của hoạt động con người và tải trọng giao thông: Gia tăng lưu lượng xe cộ và hoạt động bốc dỡ hàng hóa bằng thuyền làm tăng tải trọng lên mái dốc, thúc đẩy quá trình trượt sâu và sạt lở tổng thể. So với giai đoạn trước, tốc độ sạt lở tăng khoảng 15-20%.

  3. Hiệu quả các giải pháp xử lý: Giải pháp tường cừ ván thép có một tầng neo đạt hệ số an toàn Fs ≈ 1, phù hợp với điều kiện hiện tại nhưng chi phí đầu tư cao. Giải pháp sử dụng vải địa kỹ thuật kết hợp tường cừ ván thép nâng hệ số an toàn lên Fs ≈ 1.2, đồng thời giảm chi phí khoảng 10-15%. Giải pháp tường chắn rọ đá kết hợp tường cọc xi măng đất có hệ số an toàn cao nhất Fs ≈ 1.74 và chi phí hợp lý, phù hợp cho xử lý lâu dài.

  4. Tác động của thoát nước và gia cố mái dốc: Hệ thống thoát nước mặt và ngầm làm giảm áp lực nước lỗ rỗng, tăng sức kháng cắt của đất, góp phần nâng cao độ ổn định mái dốc. Gia cố bằng vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất giúp giảm chuyển vị ngang của tường cừ ván thép từ khoảng 5 cm xuống dưới 2 cm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sạt lở tại Quốc lộ 80 phù hợp với các nghiên cứu về sạt lở bờ sông tại Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng đất yếu khác. Việc xói chân mái dốc do dòng chảy mạnh là yếu tố quyết định, tương tự như hiện tượng sạt lở bờ sông Chao Phraya, Thái Lan. Sự biến động mực nước ngầm theo mùa làm giảm hệ số an toàn, đặc biệt trong mùa khô khi mực nước thấp.

So với các nghiên cứu trước đây, việc kết hợp vải địa kỹ thuật với tường cừ ván thép cho thấy hiệu quả kỹ thuật và kinh tế vượt trội, giảm chi phí đầu tư và tăng độ bền công trình. Giải pháp tường chắn rọ đá kết hợp cọc xi măng đất phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp, mang lại hệ số an toàn cao nhất, phù hợp cho các vị trí sạt lở nghiêm trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hệ số an toàn theo từng giải pháp, bảng so sánh chi phí đầu tư và biểu đồ chuyển vị ngang của tường cừ ván thép để minh họa hiệu quả gia cố. Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học cho việc lựa chọn giải pháp xử lý sạt lở mái dốc tại các vùng đất yếu tương tự.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai giải pháp tường chắn rọ đá kết hợp tường cọc xi măng đất tại các vị trí sạt lở nghiêm trọng trên Quốc lộ 80, ưu tiên đoạn xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú. Thời gian thực hiện trong vòng 12-18 tháng nhằm đảm bảo ổn định lâu dài và giảm thiểu rủi ro.

  2. Xây dựng hệ thống thoát nước mặt và ngầm đồng bộ để giảm áp lực nước trong mái dốc, bao gồm mương thoát nước, giếng nổi và hầm thoát nước. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý giao thông và xây dựng địa phương, với mục tiêu nâng hệ số an toàn mái dốc lên trên 1.2 trong vòng 6 tháng.

  3. Ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp với tường cừ ván thép cho các vị trí sạt lở có mức độ trung bình, nhằm tăng cường độ chịu kéo và giảm chuyển vị tường. Giải pháp này có thể triển khai nhanh, tiết kiệm chi phí, phù hợp cho các dự án duy tu bảo dưỡng.

  4. Tăng cường giám sát và quản lý tải trọng giao thông trên Quốc lộ 80, hạn chế các hoạt động bốc dỡ hàng hóa trực tiếp tại bờ sông để giảm áp lực lên mái dốc. Cơ quan quản lý giao thông cần phối hợp với địa phương để kiểm soát trong vòng 3-6 tháng.

  5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo kỹ thuật viên địa phương về các biện pháp phòng chống sạt lở, bảo vệ môi trường và duy trì hệ thống thoát nước. Thời gian thực hiện liên tục, nhằm đảm bảo bền vững lâu dài.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý giao thông và xây dựng công trình giao thông: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để xử lý sạt lở mái dốc, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và bảo trì tuyến Quốc lộ 80.

  2. Kỹ sư và chuyên gia địa kỹ thuật: Tài liệu chi tiết về cơ chế sạt lở, phương pháp gia cố và tính toán hệ số an toàn hỗ trợ trong thiết kế và thi công các công trình trên nền đất yếu.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Luận văn là nguồn tham khảo quý giá về ứng dụng lý thuyết cơ học đất, mô hình tường cọc bản và vật liệu địa kỹ thuật trong xử lý sạt lở.

  4. Cơ quan quản lý môi trường và phòng chống thiên tai: Nghiên cứu giúp hiểu rõ tác động của biến đổi mực nước, dòng chảy và hoạt động con người đến sạt lở, từ đó xây dựng chính sách phòng ngừa hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây sạt lở mái dốc tại Quốc lộ 80 là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là nền đất yếu với lớp đất sét mềm dày khoảng 18 m, kết hợp với xói chân mái dốc do dòng chảy mạnh của sông Hậu và biến động mực nước ngầm theo mùa. Hoạt động giao thông và bốc dỡ hàng hóa cũng làm tăng tải trọng, thúc đẩy sạt lở.

  2. Các giải pháp xử lý sạt lở nào được đề xuất trong nghiên cứu?
    Ba giải pháp chính gồm: tường cừ ván thép có một tầng neo, vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp tường cừ ván thép, và tường chắn rọ đá kết hợp tường cọc xi măng đất. Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm về hiệu quả kỹ thuật và chi phí đầu tư.

  3. Tại sao thoát nước lại quan trọng trong xử lý sạt lở?
    Thoát nước mặt và ngầm giúp giảm áp lực nước lỗ rỗng trong đất, làm tăng sức kháng cắt và giảm nguy cơ mất ổn định mái dốc. Hệ thống thoát nước hiệu quả góp phần nâng cao hệ số an toàn và kéo dài tuổi thọ công trình.

  4. Vải địa kỹ thuật có vai trò gì trong gia cố mái dốc?
    Vải địa kỹ thuật tăng cường khả năng chịu kéo của đất, giúp giảm chuyển vị và tăng độ ổn định tổng thể. Nó còn có chức năng lọc, tiêu thoát nước và phân cách các lớp đất, góp phần cải thiện đặc tính cơ lý của nền đất yếu.

  5. Giải pháp nào có hiệu quả kinh tế nhất?
    Giải pháp sử dụng vải địa kỹ thuật kết hợp tường cừ ván thép có chi phí thấp hơn khoảng 10-15% so với tường cừ ván thép có neo, đồng thời nâng cao hệ số an toàn. Giải pháp tường chắn rọ đá kết hợp cọc xi măng đất có chi phí hợp lý và hiệu quả kỹ thuật cao, phù hợp cho xử lý lâu dài.

Kết luận

  • Quốc lộ 80 đoạn qua An Giang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của sạt lở mái dốc do nền đất yếu và xói chân mái dốc.
  • Ba giải pháp xử lý sạt lở được nghiên cứu gồm tường cừ ván thép có neo, vải địa kỹ thuật kết hợp tường cừ, và tường chắn rọ đá kết hợp cọc xi măng đất, với hệ số an toàn từ 1 đến 1.74.
  • Hệ thống thoát nước mặt và ngầm đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao độ ổn định mái dốc.
  • Giải pháp tường chắn rọ đá kết hợp cọc xi măng đất được đề xuất ưu tiên triển khai do hiệu quả kỹ thuật và kinh tế vượt trội.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thi công giải pháp ưu tiên, giám sát chặt chẽ và nâng cao nhận thức cộng đồng nhằm đảm bảo an toàn giao thông và phát triển bền vững khu vực.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật quan trọng cho việc xử lý sạt lở mái dốc trên nền đất yếu, góp phần bảo vệ hạ tầng giao thông và phát triển kinh tế - xã hội vùng Đồng bằng sông Cửu Long.