Tổng quan luận án

Công trình nghiên cứu "Nghiên cứu đặc điểm trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đakrông – Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý thích hợp" được Huỳnh Thanh Bình thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Tạ Đức Thịnh và PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc, thuộc chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông (mã số: 9580205), bảo vệ năm 2023.

Đường Hồ Chí Minh là trục giao thông đường bộ Bắc – Nam xuyên Việt thứ hai ở phía Tây Việt Nam, được triển khai xây dựng từ tháng 4 năm 2000 với tổng chiều dài khoảng 3.167 km. Trong mạng lưới này, đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ (từ km250T đến km500T, dài 250 km) chạy dọc biên giới Việt – Lào, đi qua vùng đồi núi hiểm trở của ba tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên Huế và Quảng Nam. Tuyến đường vượt qua ba đoạn đèo núi cao (điển hình là đèo Pêke, đoạn A Đớt – A Tép và dãy VinNa – Tre Linh), cắt qua thung lũng A Lưới, giao cắt với hơn 30 phân vị địa tầng và nằm trong khu vực có lượng mưa trung bình hàng năm lớn nhất cả nước (trên 4.000 mm/năm, tập trung từ tháng 9 đến tháng 11).

Sự kết hợp bất lợi giữa địa hình phân cắt mạnh, cấu trúc địa chất phức tạp và chế độ mưa cực đoan khiến hiện tượng sạt trượt taluy đào diễn ra thường xuyên với mật độ và quy mô lớn. Thống kê giai đoạn 2006–2016 cho thấy kinh phí sửa chữa thiệt hại do bão lũ riêng trên đoạn tuyến này lên tới 1.800 tỷ đồng (năm 2006 sau bão số 6 là 200 tỷ; năm 2007 sau bão số 5 là 200 tỷ; năm 2009 sau bão số 9 là 300 tỷ; năm 2011 sau bão số 4 là 500 tỷ; năm 2016 sau bão số 4 là 600 tỷ đồng). Nhiều khối trượt cũ dù đã qua xử lý công trình vẫn tái diễn dịch chuyển. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: các nghiên cứu trước đây chủ yếu dừng ở mức độ khảo sát hiện trạng đơn lẻ, bản đồ đánh giá nguy cơ sử dụng tỷ lệ nhỏ (1:1.000.000 đến 1:200.000), thiếu đánh giá hệ thống mối liên hệ giữa các yếu tố phát sinh trượt trên toàn dải tuyến, chưa có nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý máng trượt để làm rõ cơ chế biến dạng và động lực trượt, đồng thời các giải pháp xử lý công trình chưa được luận chứng đồng bộ dựa trên tổ hợp nguyên nhân thực tế.

Mục đích nghiên cứu của đề tài gồm hai mục tiêu:

  1. Làm sáng tỏ đặc điểm, nguyên nhân, cơ chế, động lực và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trượt đất đá trên đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ.
  2. Luận chứng và đề xuất giải pháp xử lý thích hợp đối với mỗi loại hình trượt đất đá.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 4 nội dung:

  1. Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc.
  2. Nghiên cứu đặc điểm, nguyên nhân và các yếu tố hỗ trợ thúc đẩy quá trình trượt đất đá trên đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ.
  3. Nghiên cứu quá trình trượt đất đá bằng mô hình máng trượt.
  4. Luận chứng và đề xuất các giải pháp xử lý trượt đất đá thích hợp trên tuyến nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình trượt đất đá trên tuyến đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ; giải pháp xử lý trượt phù hợp đối với mỗi loại hình trượt khác nhau.
  • Phạm vi nghiên cứu: Các khối trượt trên taluy đào của tuyến đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ (từ km250T đến km500T).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án điểm lại hệ thống các công trình nghiên cứu về trượt đất đá trên thế giới và tại Việt Nam:

Trên thế giới, nghiên cứu trượt đất phát triển từ thế kỷ XVII và đẩy mạnh trong các thế kỷ XIX–XX với các công trình của Collin (1846), Popov (1946), Terzaghi (1950), Eckel (1958), Lomtadze (1977, 1982), Varnes (1978), Eisbacher và Clague (1984), Turner và Schuster (1986), Cruden (1991, 1996), Hungr (2001) và Popescu. Về động lực học khối trượt, Popov (1946) phân loại theo tuổi và trạng thái cân bằng (trượt hiện đại: đang dịch chuyển, tạm dừng lại, dừng lại; trượt cổ: xuất lộ, chôn vùi). Lomtadze (1977, 1982) phân chia quá trình trượt thành 3 thời kỳ: chuẩn bị trượt, thành tạo trượt thực thụ và tồn tại – ổn định trượt. Về phân loại hình thái dịch chuyển, Varnes (1978) phân chia dựa trên loại vật liệu (đá, đất vụn rời, đất dính) và kiểu chuyển dịch (rơi, lật, trượt quay, trượt phẳng, trượt ép trồi, trượt dòng, trượt phức hợp). Phân loại của Hội trượt đất Quốc tế (ICL, 2013) mở rộng thành 32 kiểu trượt. Ban nghiên cứu đường sá Mỹ (Turner và Schuster, 1986) phân loại dịch chuyển theo đất đá cứng và không cứng. Về phương pháp phân tích ổn định mái dốc, các phương pháp cân bằng giới hạn cổ điển và phân mảnh gồm Taylor (1936, 1948), Xokolovxkiy (1942), Fellenius (1933), Bishop và Morgenstern (1960), Spencer và Janbu (1967, 1968), Hoek và Bray (1977). Về sau, Duncan (1996) cùng sự phát triển của mô hình phần tử hữu hạn và sai phân (ABAQUS, FLAC, PLAXIS, GeoStudio/SlopeW) kết hợp các mô hình vật liệu Mohr-Coulomb, Cam-clay, Drucker-Prager đã hỗ trợ phân tích ứng suất – biến dạng trong khối đất đá.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trượt đất đá tập trung sau năm 1954 ở miền Bắc và sau năm 1975 ở miền Nam. Các tác giả Nguyễn Thanh (1968), Hồ Chất và Doãn Minh Tâm (1985, 1986, 2006) đã phân chia biến dạng mái dốc công trình giao thông thành 4 loại hình: trượt đất, sụt lở, xói sụt, đá đổ và đá rơi. Vũ Cao Minh (1996, 1998–2000) nghiên cứu dự báo tai biến trượt lở, lũ bùn đá vùng Lai Châu và toàn quốc. Trần Trọng Huệ (2001–2003) nghiên cứu tổng hợp tai biến địa chất vùng núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ. Nguyễn Trọng Yêm (1999, 2002, 2006) chủ trì chương trình KC.01 xây dựng Atlas phân vùng tai biến tự nhiên tỷ lệ 1:1.000.000. Trần Văn Tư (2007–2009) lập bản đồ phân vùng sạt lở Quảng Ninh tỷ lệ 1:50.000. Tạ Đức Thịnh (2007) ứng dụng phần mềm ILWIS 3.4 dự báo trượt lở tại Bắc Giang. Nguyễn Đức Lý (2008, 2011) nghiên cứu dịch chuyển trọng lực mái dốc đường giao thông Tây Quảng Bình. Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2008, 2014) nghiên cứu dịch chuyển đất đá trên bờ dốc đồi núi Quảng Trị – Thừa Thiên Huế và lập bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở. Đỗ Minh Đức (2020, 2022) nghiên cứu phân loại và đánh giá ổn định trượt lở.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Phần lớn các công trình trong nước chỉ dừng ở mức thống kê hiện trạng, khảo sát sơ bộ các điểm trượt cục bộ, lập bản đồ tỷ lệ nhỏ, hoặc đề xuất định hướng xử lý mang tính nguyên tắc chung. Luận án định vị trọng tâm vào việc điều tra toàn diện trên dải tuyến 250 km ở tỷ lệ 1:50.000, kết hợp mô hình vật lý máng trượt nhằm đo đạc trực tiếp các thông số áp lực nước lỗ rỗng và độ dịch chuyển cơ học, từ đó kiểm toán ổn định bằng phương pháp số và luận chứng tổ hợp giải pháp kết cấu cụ thể cho các đoạn xung yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết cơ học đất, cơ học đá, cơ học mái dốc, lý thuyết cân bằng giới hạn (phương pháp phân mảnh của Janbu, Bishop, Fellenius) và lý thuyết phân loại trượt của Varnes (1978), ICL (2013), Popov (1946) và Lomtadze (1977).

Tác giả kết hợp hệ thống 5 phương pháp nghiên cứu:

  1. Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu: Thu thập số liệu địa chất, khí tượng thủy văn, các báo cáo kỹ thuật công trình đường bộ trong và ngoài nước.
  2. Phương pháp phân tích hệ thống: Vận dụng đánh giá tổng hòa các yếu tố địa chất công trình, địa mạo, vỏ phong hóa và dòng thấm tác động đến sườn dốc khu vực Quảng Trị – Thừa Thiên Huế – Quảng Nam.
  3. Phương pháp điều tra, nghiên cứu địa chất hiện trường: Khảo sát thực địa dọc 250 km tuyến đường, định vị điểm trượt, đo đạc kích thước hình học thân trượt, vách trượt, vết nứt, khe nứt kiến tạo, khoan lấy mẫu đất đá nguyên dạng và không nguyên dạng.
  4. Phương pháp thực nghiệm:
    • Thí nghiệm trong phòng: Xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất đá gồm: khối lượng riêng ($\rho$), độ ẩm ($w$), khối lượng thể tích tự nhiên ($\rho_w$), thể tích bão hòa ($\rho_{bh}$), thể tích khô ($\rho_c$), độ lỗ rỗng ($n$), hệ số rỗng ($e$), độ bão hòa ($G$), hệ số thấm ($k$), giới hạn chảy ($LL$), giới hạn dẻo ($PL$), chỉ số dẻo ($PI$), góc ma sát trong ($\varphi, \varphi_{bh}$), lực dính kết đơn vị ($c, c_{bh}$), cường độ kháng nén ($R_n$), cường độ kháng kéo ($R_t$), mô đun đàn hồi ($E$), mô đun biến dạng ($E_o$).
    • Thí nghiệm trên mô hình vật lý máng trượt: Tiến hành tại Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải; sử dụng máng thép gắn thành mica trong suốt, hệ thống phun mưa nhân tạo điều chỉnh áp lực và cường độ, đắp đất theo lớp kiểm soát dung trọng; lắp đặt hệ thống cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng chôn sâu 60 cm, đầu đo mực nước ngầm, thiết bị đo dãn dài (EX1, EX2, EX3), lưới điểm đánh dấu chuyển vị và camera ghi hình liên tục.
  5. Phương pháp kiểm toán ổn định trượt: Ứng dụng phần mềm GeoStudio (mô đun GeoSlope/W) để phân tích ổn định mái dốc và tính toán lực gây trượt theo phương pháp Janbu và Bishop; phân chia phân tố tứ giác 4 nút từ mô hình máng trượt để xác định nội lực gây trượt.

Nguồn tư liệu và dữ liệu thực hiện gồm:

  • Báo cáo bền vững hóa công trình hằng năm của Ban Quản lý dự án đường Hồ Chí Minh và Khu Quản lý đường bộ IV (dữ liệu trượt từ năm 2006 đến 2021); dữ liệu của Cục Quản lý đường bộ II và Tổng công ty Xây dựng Trường Sơn.
  • Đề án nghiên cứu tai biến địa chất của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản; Dự án hợp tác đánh giá rủi ro trượt đất mã số 721000 giữa Viện KH&CN GTVT và JICA.
  • Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 xuất bản năm 2005 (4 tờ: Mahaxay – Đồng Hới, Hướng Hóa – Huế – Đà Nẵng, Bà Nà, Hội An).
  • Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 gồm 20 mảnh thuộc các nhóm tờ Huế, Nam Đông, Hội An do tác giả số hóa và cập nhật vị trí điểm trượt.
  • Chuỗi số liệu lượng mưa ngày và mưa giờ giai đoạn 2007–2021 tại các trạm khí tượng thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ và Trung Trung Bộ.
  • Dữ liệu khảo sát hiện trường, kết quả thí nghiệm cơ lý mẫu đất đá và số liệu quan trắc từ mô hình vật lý máng trượt do tác giả trực tiếp thực hiện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về hiện tượng trượt đất đá trên sườn dốc và mái dốc nhân tạo. Tác giả dẫn chứng số liệu thống kê thiệt hại do trượt đất đá trên thế giới giai đoạn 1950–2020 của Trung tâm nghiên cứu về bệnh dịch và thiên tai (CRED):

Giai đoạn Châu Mỹ: Số người chết / Thiệt hại ($10^3$ USD) Châu Á: Số người chết / Thiệt hại ($10^3$ USD) Châu Âu: Số người chết / Thiệt hại ($10^3$ USD) Toàn thế giới: Số người chết / Thiệt hại ($10^3$ USD)
1950–1960 748 / - 818 / - 639 / 20.000 2.205 / 20.000
1960–1970 3.054 / 200.027 1.584 / - 2.479 / - 7.425 / 200.027
1970–1980 5.786 / 21.700 1.658 / 100.000 236 / 11.000 7.793 / 135.166
1980–1990 3.169 / 992.600 3.884 / 41.341 433 / 1.748.000 7.651 / 2.781.941
1990–2000 2.199 / 981.400 6.555 / 1.537.790 898 / 1.152.489 10.205 / 3.671.679
2000–2010 1.577 / 1.476.000 8.739 / 1.795.785 201 / 510.000 11.400 / 3.951.785
2010–2020 2.977 / 1.580.360 13.807 / 1.996.300 133 / 1.330.000 17.196 / 4.941.336
Tổng cộng 19.510 / 5.252.087 37.045 / 5.471.216 5.019 / 4.771.489 63.875 / 15.701.934

Các vụ trượt lở điển hình trên thế giới và trong nước được phân tích:

  • Vụ trượt núi Rossberg (Thụy Sỹ, 1806): Thể tích 10–20 triệu $\text{m}^3$, vùi lấp thị trấn Goldau, phá hủy 300 nhà cửa, làm 457 người chết, lấp 1/7 hồ Lauerzer See tạo sóng cao 20 m.
  • Vụ trượt đập vòm Vaiont (Italia, 1963): Thể tích 240 triệu $\text{m}^3$, tốc độ trượt 15–30 m/s trong 15–30 giây, tạo sóng thần vượt đỉnh đập 100 m, làm chết khoảng 2.500 người ở hạ lưu.
  • Vụ trượt làng Tân Ma (Tứ Xuyên, Trung Quốc, 2017): Khối lượng 8 triệu $\text{m}^3$, phá hủy 40 ngôi nhà, chôn vùi hơn 140 người, chặn dòng sông 2 km.
  • Tại Việt Nam: Vụ sạt lở Thủy điện Rào Trăng 3 (Thừa Thiên Huế, 10/2020) làm chết 17 công nhân và 13 cán bộ cứu hộ; vụ sạt lở tại Đoàn Kinh tế quốc phòng 337 (Hướng Hóa, Quảng Trị, 10/2020) cướp đi sinh mạng 22 cán bộ, chiến sĩ.

Chương này cũng tổng kết 5 nhóm giải pháp xử lý trượt mái dốc: thay đổi hình học (hạ chiều cao, đào bạt, đắp bệ phản áp); thoát nước mặt và thoát nước ngầm; kết cấu chống đỡ (tường chắn trọng lực, rọ đá, tường cọc, kết cấu thép, bẫy đá); gia cố bên trong mái dốc (cọc nhỏ, neo đất, đinh đất, cột đá, cột xi măng đất, phun vữa); và các giải pháp kỹ thuật đặc biệt (cải tuyến, làm cầu cạn, hầm xuyên núi, hành lang che chắn đá đổ).

Chương 2: Đặc điểm trượt đất đá trên đường HCM đoạn ĐK–TM

Chương 2 trình bày hiện trạng trượt lở dọc 250 km tuyến đường Hồ Chí Minh (km250T – km500T). Tuyến được phân thành 6 phân đoạn cụ thể:

  1. Đoạn ĐaKrông – Pêke (dài 60 km, theo tuyến đường 15 cũ men sông ĐaKrông, cao độ 80 m lên 400 m, qua dãy A Pây cao 650 m, mật độ sông suối 600–1.100 $\text{m/km}^2$). Mùa mưa năm 2004 ghi nhận 14 điểm trượt, năm 2005 có 30 điểm, năm 2007 có 25 điểm, năm 2009 có 25 điểm, năm 2013 có 8 điểm, năm 2016 có 8 điểm. Các khối trượt chủ yếu xảy ra ở taluy dương dốc 30°–40°, chiều dài trung bình 40 m, cao 30 m, cắt sâu vào sườn 2–6 m trong tầng vỏ phong hóa vò nhàu vỡ vụn, thể tích từ 2.000 $\text{m}^3$ đến 18.000 $\text{m}^3$. Điển hình: km267T+700 và km293T+100 (đá phiến sét hệ tầng Tân Lâm phong hóa mạnh, dốc 45°, nguy cơ mở rộng đến 15.000 $\text{m}^3$); km306T+740 (cát kết, bột kết hệ tầng A Ngo phong hóa mạnh, taluy cao 20–30 m, dốc 40°–45°, thể tích 7.000 $\text{m}^3$); vết nứt đỉnh mái dốc tại km314T+500, km315T+000, km315T+700, km317T+800; 26 điểm trượt taluy dương (trong đó có 7 điểm quy mô lớn: km318T+015, km318T+400, km319T+200, km319T+600, km320T+100, km323T+700); trượt mặt trụ tròn xuất hiện trên đá granit và quarzit tại km318T+600, km319T+741.
  2. Đoạn Pêke – Hồng Thủy (dài 16 km qua đèo Pêke, cao độ 300–600 m): Địa hình chia cắt mạnh, địa chất phức tạp; năm 2004 có 12 điểm trượt, năm 2005 có 3 điểm, năm 2007 có 12 điểm, năm 2009 có 4 điểm; các năm 2013, 2016, 2017, 2020 tiếp tục phát sinh từ 8 đến 10 điểm trượt.
  3. Đoạn Hồng Thủy – A Đớt (dài 43 km): Đi qua lòng thung lũng A Lưới tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình 600 m, mật độ sông suối thấp (300 $\text{m/km}^2$); hàng năm hầu như không phát sinh điểm trượt.
  4. Đoạn A Đớt – A Tép (dài 47 km, sườn Đông – Đông Bắc dãy VinNa – Tre Linh, mở mới hoàn toàn, có 2 hầm xuyên núi dài 425 m và 156 m ở cao độ 800–1.100 m, mật độ sông suối 1.500 $\text{m/km}^2$). Đây là đoạn trượt lở phức tạp nhất toàn tuyến: năm 2004 có 21 điểm trượt, năm 2005 có 5 điểm, năm 2007 có 34 điểm, năm 2009 có 24 điểm; giai đoạn 2013–2020 phát sinh 10–15 điểm/năm. Các dạng trượt đặc trưng:
    • Trượt do hoạt động đứt gãy kiến tạo hiện đại ĐaKrông – A Lưới tại km368T+798 dài khoảng 100 m làm sụt lún hạ thấp 1/2 nền đường phía taluy âm từ 0,7 m đến 1,0 m trên nền trầm tích sông $aQ_{IV}$.
    • Xuất hiện vết nứt đỉnh mái dốc taluy dương tại km371T+500, km375T+950, km381T+160, km385T+160, km387T+167, km390T+900, km402T+114.
    • Tại km372T+400 (đá phiến sét – sericit hệ tầng A Vương phong hóa mạnh, dốc 45°–55°), đất đá trượt tràn qua đỉnh tường chắn hộ chân, nguy cơ mở rộng quy mô lên 6.000 $\text{m}^3$.
    • Đoạn km380T – km397T xuất hiện nhiều khối trượt sâu dạng hỗn hợp hoặc trụ tròn trên đá phiến thạch anh – sericit lẫn sét của hệ tầng A Vương ($\text{\S}_2 - O_1 av_2$). Do đá chứa nhiều khoáng vật mẫn cảm với nước (felspat, sericit, clorit, calcit, muscovit, biotit) kết hợp hệ khe nứt giao cắt (Tây Bắc – Đông Nam $35^\circ \angle 80^\circ$ và Đông Bắc – Tây Nam $310^\circ \angle 80^\circ$), khi mưa lớn nước ngấm gây dâng cao mực nước ngầm, đẩy trồi mặt đường từ 0,5 m đến 1,0 m, kéo dài 30 m tại km386T+490, km388T+250, km395T+100, km397T+050.
    • Trượt khối nêm xuất hiện tại km381T+300, km384T+400, km386T+400 tạo bởi các giao tuyến khe nứt ($40^\circ \angle 70^\circ$ và $130^\circ \angle 70^\circ$, hoặc $110^\circ \angle 70^\circ$ và $190^\circ \angle 80^\circ$).
  5. Đoạn A Tép – Hiên và đoạn Hiên – Thạnh Mỹ: Ghi nhận nhiều điểm trượt quy mô lớn tại km403T+272, km413T+485, km427T+350 (vách trượt cao 30 m), km429T+000, km444T+500, km448T+634, km477T+393, km496T+510 và hiện tượng đá đổ do phong hóa không đều làm mất chân taluy tại km489T.

Các yếu tố thúc đẩy trượt lở:

  • Lượng mưa: Phân tích số liệu mưa trạm khí tượng thủy văn 2007–2021 xác lập tương quan thuận giữa số lượng điểm trượt với lượng mưa ngày lớn nhất và lượng mưa giờ lớn nhất trong các tháng 9, 10, 11.
  • Cấu trúc địa chất: Tuyến cắt qua phụ hệ uốn nếp Trường Sơn, bồn trũng A Lưới và hệ thống đứt gãy kiến tạo hiện đại.
  • Vỏ phong hóa: Tác giả phân chia và thí nghiệm cơ lý đặc trưng cho 5 đới phong hóa:
    1. Phụ đới tàn, sườn tích – phong hóa hoàn toàn ($edQ + IA_1$): Lực dính kết $c$ và góc ma sát trong $\varphi$ giảm mạnh khi bão hòa nước.
    2. Phụ đới phong hóa mạnh ($IA_2$).
    3. Đới phong hóa vừa ($IB$).
    4. Đới phong hóa nhẹ ($IIA$).
    5. Đới đá tươi tương đối nguyên vẹn ($IIB$): Cường độ kháng nén $R_n$, mô đun đàn hồi $E$ cao.

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm quá trình trượt đất đá trên mô hình vật lý

Chương 3 trình bày quy trình và kết quả nghiên cứu thực nghiệm quá trình phát sinh khối trượt bằng mô hình máng trượt (mô hình vật lý 1-g) chế tạo tại Viện KH&CN GTVT:

  • Cấu tạo và thông số mô hình: Máng thép chịu lực có vách kính mica trong suốt để quan sát trắc diện sườn dốc; hệ thống phun mưa nhân tạo kiểm soát lưu lượng và áp lực phun; đất đắp thí nghiệm được lấy mẫu hiện trường, xác định đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý ban đầu và đầm chặt theo dung trọng thiết kế; kẻ hệ thống lưới tọa độ trên thành máng.
  • Thiết bị quan trắc: Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng chôn sâu 60 cm trong tầng đất đắp (được bão hòa và hiệu chỉnh cẩn thận trước khi lắp đặt); đầu đo mực nước ngầm; 3 thiết bị cảm biến đo dãn dài điện tử (EX1, EX2, EX3) ghi nhận chuyển vị theo thời gian thực; hệ thống mốc đánh dấu chuyển vị phân bố trên thân dốc; camera độ phân giải cao kết nối phần mềm thu thập số liệu tự động.
  • Diễn biến thực nghiệm:
    • Giai đoạn 1 (tích lũy dòng ngấm): Khi phun mưa nhân tạo, nước ngấm dần làm tăng độ ẩm và gia tăng áp lực nước lỗ rỗng tại các đầu đo chôn sâu 60 cm; mực nước ngầm nhân tạo dâng cao làm suy giảm nhanh dung trọng khô và chỉ tiêu chống cắt ($c, \varphi$).
    • Giai đoạn 2 (phát sinh vết nứt và biến dạng dẻo): Xuất hiện các khe nứt kéo ở đỉnh mô hình, các điểm đánh dấu bắt đầu dịch chuyển chậm; biến dạng cục bộ tại chân taluy.
    • Giai đoạn 3 (trượt phá hoại nhanh): Áp lực nước lỗ rỗng đạt giá trị đỉnh; khối trượt trượt dốc theo mặt trượt cung tròn kết hợp phẳng; các cảm biến dãn dài EX1, EX2, EX3 ghi nhận tốc độ và gia tốc dịch chuyển tăng vọt tức thời trước khi khối đất đổ dồn xuống chân máng.
  • Phân tích cơ chế và lực gây trượt: Tác giả phân chia khối trượt thành các phân tố tứ giác 4 nút để tính toán trường chuyển vị, phân tích vectơ dịch chuyển trọng tâm của từng phần tử qua từng bước thời gian. Từ đó, xác định quy luật thay đổi vận tốc, gia tốc, lực gây trượt và cơ chế hình thành mặt trượt thực tế.
  • Mô phỏng kiểm chứng bằng bài toán số: Đưa kích thước hình học, thông số cơ lý và điều kiện biên của mô hình máng trượt vào phần mềm GeoStudio/GeoSlopeW; tính toán hệ số ổn định theo phương pháp Janbu và so sánh với kết quả thực nghiệm mô hình vật lý để làm cơ sở hiệu chỉnh tính toán công trình thực tế.

Chương 4: Luận chứng giải pháp xử lý trượt thích hợp đoạn tuyến Đakrông – Thạnh Mỹ

Chương 4 tập trung đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý đã áp dụng trên tuyến và luận chứng các phương án công trình thích hợp:

  • Đánh giá hiện trạng xử lý:
    • Bệ phản áp rọ đá tại km318T+450 phát huy tác dụng bước đầu nhưng chưa triệt tiêu được dòng thấm ngầm sâu.
    • Tường chắn trọng lực bằng đá xây và bê tông tại km405T+340 bị áp lực đất đá trượt đẩy vỡ do không tính đủ tải trọng trượt thứ cấp và thiếu tầng thoát nước ngầm sau lưng tường.
    • Đào bạt giảm tải đơn thuần tại một số vị trí làm mất chân sườn dốc tự nhiên phía trên, kích hoạt cung trượt mở rộng lên đỉnh núi.
  • Nguyên tắc luận chứng xử lý: Phải kết hợp đồng bộ giữa giải pháp công trình gia cố và giải pháp thoát nước (thoát nước mặt và tháo khô nước ngầm); thiết kế dựa trên đúng loại hình trượt, cấu trúc đứt gãy kiến tạo và đặc điểm thạch học phong hóa.
  • Luận chứng giải pháp cho các dạng trượt đặc thù:
    1. Trượt do đứt gãy kiến tạo hiện đại (điểm km368T+798): Do nền taluy âm bị sụt lún hạ thấp 0,7–1,0 m dọc đứt gãy ĐaKrông – A Lưới, tác giả luận chứng giải pháp neo gia cố kết hợp cọc chịu lực và tôn cao, hoàn trả nền đường bằng vật liệu thoát nước.
    2. Xử lý hiện tượng đá đổ, đá rơi (điểm km489T): Thiết kế bạt bớt mái dốc cục bộ, tính toán bề rộng sân hứng đỡ đá đổ dưới chân taluy; tại các vị trí vách đá dốc đứng sát mép đường đề xuất xây dựng hành lang mái che bê tông bảo vệ nền đường kết hợp bọc lưới thép định vị.
    3. Xử lý các điểm trượt đất quy mô lớn, trượt sâu:
      • Điểm trượt km444T+500: Áp dụng giải pháp tường chắn cọc khoan nhồi ngàm sâu vào tầng đá gốc tươi $IIB$, kết hợp hệ dầm mũ liên kết và hệ thống thoát nước ngầm khoan ngang qua thân cọc; tính toán ổn định ban đầu cho thấy mái dốc mất ổn định ($F_s < 1,0$), sau khi đưa hệ tường cọc vào mô hình, hệ số an toàn đạt yêu cầu ($F_s \ge 1,3$).
      • Điểm trượt km388T+180: Thiết kế hệ thống neo đất dự ứng lực (neo chủ động) chốt giữ khối trượt xuyên qua mặt trượt vào tầng đá ổn định; hệ số an toàn mái dốc sau xử lý được cải thiện vượt ngưỡng cân bằng giới hạn.
      • Điểm trượt km427T+350: Vách trượt cao 30 m; phương án đề xuất gồm bạt mái hạ tải thành nhiều bậc giật cấp, gia cố chân khay bằng tường rọ đá phản áp, kết hợp hệ thống rãnh đỉnh đón nước mặt và tầng lọc thoát nước ngầm. Kết quả kiểm toán ổn định theo phương pháp Janbu cho khối trượt km427T+350:
Trạng thái tính toán Phương pháp tính Hệ số an toàn ($F_s$) Đánh giá ổn định
Tự nhiên (chưa xử lý, có xét mực nước ngầm dâng cao) Janbu 0,862 Mất ổn định, phát sinh trượt
Sau khi bạt mái giảm tải phân tầng Janbu 1,124 Ổn định tạm thời
Hoàn thiện bạt mái + Thoát nước rãnh đỉnh + Bệ phản áp rọ đá Janbu 1,348 Đảm bảo ổn định lâu dài 
 - Các điểm km362T+160 và km318T+600: Kiểm toán thiết kế đào bạt kết hợp hệ rãnh dẫn nước đỉnh sườn; ghi nhận công trình giữ được độ ổn định sau 02 năm đưa vào vận hành.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  • Làm sáng tỏ một cách toàn diện và có hệ thống các nguyên nhân, yếu tố thúc đẩy và cơ chế động lực của các loại hình trượt đất đá trên dải tuyến 250 km đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ.
  • Xác định mối liên hệ trực tiếp giữa hoạt động của đứt gãy kiến tạo hiện đại ĐaKrông – A Lưới và thành phần khoáng vật mẫn cảm với nước của đá biến chất hệ tầng A Vương đối với sự hình thành các khối trượt quy mô lớn có hiện tượng bùng trồi mặt đường.
  • Ứng dụng thành công mô hình vật lý máng trượt kết hợp kỹ thuật phân tích phần tử tứ giác 4 nút để mô phỏng diễn biến dịch chuyển, xác định quy luật biến đổi áp lực nước lỗ rỗng và tính toán lực gây trượt cơ học, góp phần hoàn thiện phương pháp luận nghiên cứu trượt lở mái dốc đường miền núi.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu số hóa bản đồ địa chất và hiện trạng các điểm trượt lở tỷ lệ 1:50.000 trên toàn bộ đoạn tuyến ĐaKrông – Thạnh Mỹ từ km250T đến km500T.
  • Luận chứng và thiết lập tổ hợp các giải pháp kỹ thuật xử lý thích ứng cho từng dạng trượt điển hình: xử lý sụt nền do đứt gãy kiến tạo tại km368T+798; hành lang che chắn và sân đón đá rơi tại km489T; tường chắn cọc khoan nhồi ngàm sâu tại km444T+500; neo đất ứng suất trước tại km388T+180; đào bạt giật cấp kết hợp rãnh đỉnh và bệ phản áp rọ đá tại km427T+350 và km362T+160.
  • Kết quả nghiên cứu là tài liệu kỹ thuật phục vụ công tác thiết kế, xử lý bền vững hóa mái dốc đường Hồ Chí Minh và cung cấp quy trình tham khảo cho các tuyến giao thông vùng miền núi có điều kiện tự nhiên tương đồng.

Kiến nghị đề xuất:

  • Cần áp dụng đồng bộ giải pháp thoát nước mặt (rãnh đỉnh, dốc nước) kết hợp khoan hạ thấp mực nước ngầm khi thi công các công trình gia cố kết cấu.
  • Đối với các đoạn đi qua đới đứt gãy đang hoạt động và đá phong hóa hệ tầng A Vương, cần khảo sát chi tiết thế nằm khe nứt để bố trí hướng neo hoặc cọc vuông góc với phương mặt trượt trượt tiềm năng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Phạm vi khảo sát và xử lý của luận án chỉ tập trung vào các khối trượt trên taluy đào (taluy dương) của nền đường, chưa đi sâu nghiên cứu toàn diện các biến dạng trượt lở trên mái dốc taluy âm (nền đắp sườn đồi).
  • Mô hình vật lý máng trượt thực hiện với vật liệu đất đồng nhất đầm nén trong điều kiện tỷ lệ thu nhỏ hình học, chưa mô phỏng hết tính dị hướng phức tạp của hệ thống đứt gãy kiến tạo và các lớp xen kẹp thạch học ngoài thực địa.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các hiện tượng sạt trượt nền đường phía taluy âm và các đoạn tuyến lân cận thuộc nhánh Tây đường Hồ Chí Minh.
  • Ứng dụng công nghệ quan trắc viễn thám, radar giao thoa (InSAR) kết hợp cảm biến địa kỹ thuật truyền dữ liệu thời gian thực để nâng cao độ chính xác trong dự báo và cảnh báo sớm nguy cơ trượt lở.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng:

  • Các cơ quan quản lý nhà nước và chủ đầu tư công trình giao thông (Cục Đường bộ Việt Nam, Khu Quản lý đường bộ II, Ban Quản lý dự án đường Hồ Chí Minh): Cung cấp bức tranh hiện trạng và nguyên nhân sạt trượt trên toàn dải tuyến km250T – km500T, hỗ trợ công tác lập kế hoạch vốn duy tu, sửa chữa và phòng chống thiên tai hàng năm.
  • Các đơn vị tư vấn khảo sát và thiết kế công trình giao thông miền núi: Cung cấp thông số cơ lý chi tiết của 5 đới vỏ phong hóa, quy trình kiểm toán ổn định bằng phần mềm GeoStudio/GeoSlopeW theo phương pháp Janbu, và giải pháp cấu tạo chi tiết cho tường cọc khoan nhồi, neo đất, sân đón đá rơi.
  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Địa kỹ thuật, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, Địa chất công trình: Cung cấp phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm bằng mô hình vật lý máng trượt 1-g và phương pháp số hóa bản đồ địa chất phục vụ đánh giá ổn định mái dốc.

Các nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản gồm: Chương 2 về phân tích chi tiết điều kiện địa chất – thạch học của hệ tầng A Vương và tương quan mưa – trượt lở; Chương 3 về quy trình lắp đặt đầu đo áp lực nước lỗ rỗng và quan trắc chuyển vị trên mô hình máng trượt; và Chương 4 về bảng tính kiểm toán ổn định hệ số an toàn cho các điểm trượt cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

1. Những yếu tố tự nhiên nào đóng vai trò chính kích hoạt trượt đất đá trên đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ?
Ba yếu tố chính gồm:

  • Địa hình phân cắt sâu với ba đoạn đèo núi cao và độ dốc sườn tự nhiên từ 30° đến 55°.
  • Cấu trúc địa chất phức tạp đi qua hơn 30 phân vị địa tầng, đặc biệt là đá phiến thạch anh – sericit của hệ tầng A Vương chứa nhiều khoáng vật dễ phong hóa trong nước (felspat, sericit, clorit, biotit) cùng hệ thống đứt gãy ĐaKrông – A Lưới đang hoạt động.
  • Lượng mưa trung bình năm vượt quá 4.000 mm, tập trung chủ yếu vào các tháng 9–11, với lượng mưa ngày và mưa giờ cực đoan làm dâng cao mực nước ngầm và suy giảm nhanh lực kháng cắt của đất đá.

2. Điểm trượt tại km368T+798 có đặc điểm gì đặc biệt so với các vị trí khác?
Điểm trượt km368T+798 dài khoảng 100 m, xảy ra trên nền taluy âm cấu tạo bởi trầm tích sông $aQ_{IV}$ có cường độ khá tốt. Hiện tượng sạt trượt tại đây làm tách và hạ thấp 1/2 nền đường phía taluy âm từ 0,7 m đến 1,0 m. Nguyên nhân trực tiếp là do hoạt động dịch chuyển hạ xuống của đới đứt gãy kiến tạo hiện đại ĐaKrông – A Lưới.

3. Tại sao đoạn tuyến km380T – km397T thường xuyên xảy ra hiện tượng đẩy trồi mặt đường?
Đoạn này cắt qua tầng phong hóa của đá phiến sét – sericit thuộc hệ tầng A Vương. Khi có mưa lớn kéo dài, nước mặt ngấm sâu theo các hệ khe nứt giao nhau ($35^\circ \angle 80^\circ$ và $310^\circ \angle 80^\circ$) làm mực nước ngầm dâng cao. Áp lực thủy tĩnh và áp lực nước lỗ rỗng tăng vọt, kết hợp với các khoáng vật ngậm nước làm phá vỡ cân bằng ứng suất, đẩy trồi mặt đường lên cao từ 0,5 m đến 1,0 m trên chiều dài khoảng 30 m (điển hình tại km386T+490 và km395T+100).

4. Mô hình vật lý máng trượt tại Viện KH&CN GTVT sử dụng những thiết bị quan trắc nào?
Hệ thống quan trắc gồm:

  • Các đầu đo áp lực nước lỗ rỗng chôn sâu 60 cm trong tầng đất đắp (được bão hòa trước khi thử nghiệm).
  • Đầu đo chiều cao mực nước ngầm.
  • Ba thiết bị cảm biến đo dãn dài điện tử (EX1, EX2, EX3) ghi nhận tốc độ và độ dịch chuyển của khối đất theo thời gian.
  • Lưới điểm đánh dấu trên bề mặt sườn dốc kết hợp hệ thống camera ghi hình để phân tích trường chuyển vị của các phân tố tứ giác 4 nút.

5. Luận án đề xuất giải pháp kỹ thuật nào cho điểm trượt sâu tại km444T+500 và điểm đá đổ tại km489T?

  • Tại km444T+500 (trượt đất sâu): Luận án đề xuất kết cấu tường chắn cọc khoan nhồi ngàm vào đá gốc $IIB$, liên kết bằng dầm mũ bê tông cốt thép kết hợp khoan thoát nước ngầm ngang qua thân cọc; nâng hệ số an toàn mái dốc từ trạng thái mất ổn định lên $F_s \ge 1,3$.
  • Tại km489T (đá đổ, đá rơi do phong hóa không đều làm hẫng chân taluy): Luận án đề xuất bạt mái cục bộ, thiết kế sân hứng đỡ đá rơi dưới chân dốc, bọc lưới thép định vị bề mặt và xây dựng hành lang mái che bảo vệ mặt đường.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Huỳnh Thanh Bình đã giải quyết một cách toàn diện bài toán tai biến trượt đất đá trên 250 km đường Hồ Chí Minh đoạn ĐaKrông – Thạnh Mỹ. Bằng việc kết hợp điều tra địa chất chi tiết tỷ lệ 1:50.000, thí nghiệm cơ lý 5 đới phong hóa và thực nghiệm trên mô hình vật lý máng trượt 1-g có kiểm chứng mô phỏng số GeoStudio, tác giả đã làm rõ cơ chế động lực trượt do mưa ngấm và đứt gãy kiến tạo. Công trình cung cấp hệ thống giải pháp xử lý kết cấu đồng bộ (tường cọc khoan nhồi, neo đất dự ứng lực, bạt mái phân tầng, bệ phản áp và sân hứng đá rơi) có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao cho công tác xây dựng, bảo trì đường giao thông miền núi.