Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, tình trạng sạt lở bờ sông tại tỉnh An Giang, đặc biệt là khu vực thị xã Tân Châu, diễn biến phức tạp với mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống kinh tế - xã hội và an toàn tính mạng người dân. Theo ước tính, tốc độ dòng chảy lớn và sự thay đổi hướng dòng chảy đã tạo ra các hiện tượng xoáy, hàm ếch gây sạt lở diện rộng, đe dọa nghiêm trọng đến các công trình ven sông và đất nông nghiệp. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng ổn định mái dốc bờ kè sông Tiền tại xã Vĩnh Xương, thị xã Tân Châu, đồng thời phân tích ảnh hưởng của mực nước sông đến độ ổn định mái dốc. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mối quan hệ giữa hệ số mái dốc (m) và hệ số an toàn (FS), làm cơ sở lựa chọn phương án thiết kế mái dốc phù hợp, đảm bảo an toàn kỹ thuật và tiết kiệm chi phí. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng và ứng dụng thực tiễn tại khu vực có điều kiện địa chất đặc thù là đất phù sa mềm, thường xuyên chịu tác động của lũ lụt và ngập úng. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phòng chống sạt lở, bảo vệ bờ sông và phát triển bền vững vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình cơ học đất để phân tích ổn định mái dốc công trình bờ kè, bao gồm:

  • Lý thuyết cân bằng giới hạn (Limit Equilibrium Method - LEM): Phân tích trạng thái cân bằng lực và mô men trên mặt trượt giả định để xác định hệ số an toàn FS của mái dốc. Các phương pháp cụ thể gồm Fellenius, Bishop, Janbu, Spencer và Morgenstern-Price, trong đó Bishop và Janbu được sử dụng phổ biến do độ chính xác và khả năng mô phỏng các dạng mặt trượt khác nhau.

  • Khái niệm hệ số an toàn (FS): Được định nghĩa là tỷ số giữa tổng lực chống trượt và tổng lực gây trượt trên mặt trượt. Công trình được coi là ổn định khi FS > 1.3 - 1.5 tùy theo cấp công trình và điều kiện làm việc.

  • Ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng và mực nước sông: Áp lực nước làm giảm sức kháng cắt của đất, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định mái dốc. Mực nước sông thay đổi theo mùa lũ, tác động đến áp lực thấm và hệ số an toàn.

  • Khái niệm thảm bê tông lắp ghép tự chèn: Là giải pháp gia cố mái dốc bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn có chân tự chèn, giúp tăng cường độ bền, giảm xói lở và hạn chế chuyển vị ngang của đất nền.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khảo sát địa chất tại khu vực xã Vĩnh Xương, thị xã Tân Châu, bao gồm đặc tính cơ lý của các lớp đất phù sa, chiều dày lớp đất, mực nước sông theo mùa lũ và khô.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W 2007 để tính toán hệ số an toàn FS theo các phương pháp Bishop’s Simplified và Janbu Simplified. Mô phỏng ứng xử đất nền và công trình bằng phần mềm Plaxis 2D, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để đánh giá biến dạng và chuyển vị mái dốc dưới tác động của tải trọng và mực nước.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung trên đoạn bờ sông dài khoảng vài trăm mét thuộc xã Vĩnh Xương, với các điểm khảo sát địa chất được chọn đại diện cho điều kiện đất nền đặc trưng của khu vực.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 6 tháng, từ khảo sát hiện trường, thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng đến đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của mực nước sông đến hệ số an toàn FS: Kết quả tính toán cho thấy khi mực nước sông ở mức cao nhất (+5.95 m), hệ số an toàn FS giảm khoảng 15-20% so với mực nước thấp (-0.0 m), do áp lực nước lỗ rỗng tăng làm giảm sức kháng cắt của đất nền.

  2. Tác động của cọc đỡ chân khay: Việc đóng cọc BTCT ở chân kè làm tăng hệ số an toàn FS trung bình từ 1.2 lên 1.5, tương đương tăng khoảng 25%, giúp hạn chế chuyển vị ngang và tăng khả năng chịu lực của mái dốc.

  3. Ảnh hưởng của thảm bê tông và thảm đá gia cố mái: Sử dụng thảm bê tông lắp ghép tự chèn kết hợp thảm đá chống xói lở làm tăng hệ số an toàn FS thêm khoảng 10-15%, đồng thời giảm biến dạng và chuyển vị ngang của mái dốc khi mô phỏng bằng Plaxis.

  4. Mối quan hệ giữa hệ số mái dốc (m) và hệ số an toàn FS: Qua phân tích, hệ số an toàn FS giảm khi hệ số mái m tăng, đặc biệt khi m > 2, FS giảm dưới mức an toàn cho phép, cần thiết phải gia cố hoặc giảm độ dốc mái.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính làm giảm độ ổn định mái dốc là do áp lực nước lỗ rỗng tăng cao trong mùa lũ, làm giảm sức kháng cắt của đất phù sa mềm đặc trưng khu vực. Việc đóng cọc chân khay và sử dụng thảm bê tông gia cố mái giúp tăng cường khả năng chịu lực và giảm thiểu hiện tượng trượt mái. So sánh với một số nghiên cứu trong ngành xây dựng công trình ngầm và bờ kè tại Đồng bằng sông Cửu Long, kết quả tương đồng về ảnh hưởng của mực nước và giải pháp gia cố mái dốc. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hệ số an toàn FS theo các phương án gia cố và mực nước khác nhau, cũng như bảng tổng hợp chuyển vị ngang và biến dạng mái dốc từ mô phỏng Plaxis.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng thảm bê tông lắp ghép tự chèn kết hợp thảm đá gia cố mái: Động từ hành động: Triển khai; Target metric: Tăng hệ số an toàn FS ít nhất 10%; Timeline: Trong vòng 1 năm; Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và nhà thầu xây dựng.

  2. Đóng cọc BTCT chân khay bờ kè: Động từ hành động: Thi công; Target metric: Tăng hệ số an toàn FS lên trên 1.5; Timeline: 6 tháng; Chủ thể thực hiện: Nhà thầu thi công và đơn vị tư vấn thiết kế.

  3. Nâng cao mặt đất tự nhiên bằng bơm cát san lấp: Động từ hành động: Thực hiện; Target metric: Giảm ngập lụt và áp lực nước lỗ rỗng; Timeline: 1 năm; Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và chính quyền địa phương.

  4. Theo dõi và kiểm tra định kỳ biến dạng mái dốc: Động từ hành động: Giám sát; Target metric: Phát hiện sớm các dấu hiệu mất ổn định; Timeline: Hàng quý; Chủ thể thực hiện: Cơ quan quản lý công trình và đơn vị tư vấn giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi và bờ kè: Nắm bắt các phương pháp tính toán ổn định mái dốc và giải pháp gia cố phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù.

  2. Chuyên gia địa kỹ thuật và cơ học đất: Tham khảo các mô hình phân tích ứng suất, áp lực nước và ảnh hưởng của tải trọng đến độ ổn định công trình.

  3. Quản lý dự án xây dựng công trình ven sông: Áp dụng các khuyến nghị về giải pháp kỹ thuật và kế hoạch giám sát để đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình ngầm và thủy lợi: Học tập phương pháp nghiên cứu, mô phỏng và phân tích dữ liệu thực tiễn trong lĩnh vực ổn định mái dốc.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao mực nước sông ảnh hưởng lớn đến độ ổn định mái dốc?
    Áp lực nước lỗ rỗng tăng khi mực nước sông cao làm giảm sức kháng cắt của đất nền, từ đó giảm hệ số an toàn FS, dễ gây sạt lở.

  2. Phương pháp tính toán nào được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu này?
    Phương pháp Bishop’s Simplified và Janbu Simplified được sử dụng do tính chính xác và khả năng mô phỏng các dạng mặt trượt khác nhau.

  3. Thảm bê tông lắp ghép tự chèn có ưu điểm gì?
    Thảm bê tông này có cấu trúc chân tự chèn giúp liên kết chắc chắn, giảm lún cục bộ, tăng khả năng chống xói lở và chịu lực tốt trong điều kiện sông ngòi.

  4. Việc đóng cọc chân khay có tác dụng như thế nào?
    Cọc chân khay tăng khả năng chịu lực, hạn chế chuyển vị ngang của đất nền, nâng cao hệ số an toàn mái dốc lên khoảng 25%.

  5. Làm thế nào để giám sát độ ổn định mái dốc sau thi công?
    Cần thực hiện đo đạc chuyển vị, biến dạng định kỳ bằng các thiết bị chuyên dụng, kết hợp quan trắc mực nước và tải trọng để phát hiện sớm nguy cơ mất ổn định.

Kết luận

  • Đã phân tích và đánh giá được ảnh hưởng của mực nước sông và các giải pháp gia cố đến độ ổn định mái dốc bờ kè sông Tiền tại xã Vĩnh Xương, thị xã Tân Châu, An Giang.
  • Xác định mối quan hệ giữa hệ số mái dốc (m) và hệ số an toàn (FS), làm cơ sở lựa chọn thiết kế phù hợp.
  • Ứng dụng phần mềm Geo Slope và Plaxis 2D giúp mô phỏng chính xác biến dạng và chuyển vị mái dốc dưới tác động tải trọng và áp lực nước.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật như thảm bê tông lắp ghép tự chèn, đóng cọc chân khay và nâng cao mặt đất để tăng cường độ ổn định và giảm thiểu sạt lở.
  • Khuyến nghị thực hiện giám sát định kỳ và nghiên cứu mở rộng quy mô để áp dụng hiệu quả cho các khu vực bờ sông khác trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp gia cố đã đề xuất, đồng thời xây dựng hệ thống giám sát và đánh giá hiệu quả công trình trong thực tế nhằm đảm bảo an toàn lâu dài cho khu vực ven sông.