Đặt vấn đề Trong công cuộc đổi mới, hiện đại hoá và công nghiệp đất nước, nhà nước ta đã có những đầu tư rất lớn vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt là các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, công trình giao thông. Nhiều công trình đang được xây dựng với chỉ tiêu kỹ thuật ngày càng cao trên khắp mọi miền đất nước. Một số công trình đi qua vùng có địa hình, địa chất, thuỷ văn phức tạp dẫn đến thường xuyên xảy ra các hiện tượng sụt trượt làm mất ổn định mái dốc. Vì vậy việc xây dựng các công trình phòng hộ chống sụt trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điên, tường, kè, mái dốc đường giao thông v.
chiếm một tỷ lệ đáng kể trong quá trình xây dựng. Hiện tại nhiều biện pháp chống sụt trượt đang được sử dụng phổ biến để nâng cao ổn định mái dốc như: Đào giật cấp trên mái dôc, tường chắn bê tông cốt thép, đá xây, kè rọ đá v. Tuy nhiên qua thực tế tình hình sụt trượt vẫn xảy ra tại các mái dốc đã được ra cố. Ứng dụng neo trong đất đá để chống trượt mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện là một giải pháp mới, giải quyết triệt để hơn vấn đề ổn định với mái dốc đào sâu.
Ngoài ra, kết cấu neo kết hợp với khung bê tông, tường chắn, cọc khoan nhồi v.làm cho kết cấu thanh mảnh, có tính thẩm mỹ cao, đồng thời làm giảm đáng kể khối lượng đào đắp đất đá và việc thi công neo trong đất cũng không đòi hỏi mặt bằng lớn. Trước những năm 50 của thế kỷ 20, thanh neo trong đá đã được ứng dụng trong kết cấu vỏ hầm. Năm 1958 một công ty của Đức lần đầu tiên dùng neo giữ tường chắn đất để thi công hố móng sâu. Các kỹ thuật neo đã được phát triển mạnh mẽ trong hơn 40 năm qua đến mức nó đã được dùng rộng rãi trong ứng dụng tạm thời và lâu dài trên khắp thế giới, không chỉ tăng về số lượng neo lắp đặt mà phạm vi sử dụng cũng đã mở rộng đáng kể.
Công nghệ neo đất ứng suất trước bằng thép cường độ cao được ứng dụng cho các loại công trình ngầm trong thuỷ lợi, thuỷ điện, ổn định mái dốc, neo giữ tháp và móng cầu v. -2- Ở Việt Nam công nghệ neo trong đất đã được dùng trong các công trình như: Hầm thuỷ điện Hoà Bình, hầm đường bộ qua đèo Hải Vân. Gần đây, công nghệ neo trong đất được ứng dụng để bảo vệ mái dốc cửa hầm Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), hầm A Roàng, mái dốc đường Hồ Chí Minh, cảng Tiên Sa ( Thành Phố Đà Nẵng). Hầu hết các công trình này đều do Tư vấn nước ngoài thực hiện dựa trên cơ sở kinh nghiệm và thí nghiệm kéo thử tại hiện trường.
Qua thực tế xử lý chống sụt trượt mái dốc cửa hầm Hải Vân, giải pháp neo trong đất tỏ ra là một giải pháp kỹ thuật có nhiều ưu điểm cần được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Do vậy, đề tài "Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thuỷ lợi, thuỷ điện" có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất và góp phần nhỏ vào việc phổ biến ứng dụng neo trong đất nói chung và trong xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện nói riêng. Phạm vi ứng dụng của neo trong đất rất rộng, trong luận văn này tác giả chỉ đi sâu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ neo trong đất để tăng cường ổn định mái dốc chống sụt trượt mái dốc. Mục đích nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu: a.
Mục đích nghiên cứu - Tổng quan hiện tượng sụt trượt. - Tổng quan lý thuyết về ổn định mái dôc, các biện pháp xử lý ở Việt Nam và trên Thế giới. - Nghiên cứu lý thuyết tính toán neo và tổng quan các quy trình thiết kế neo cố tăng cường ổn định mái dốc của một số nước trên thế giới. - Vận dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế tăng cường ổn định bằng neo ứng suất trước trên cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ.
Đối tượng nghiên cứu -3- - Lý thuyết ổn định mái dôc. - Công nghệ neo tăng cường ổn định mái dôc. - Cửa hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ 3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Thu thập, các tài liệu có liên quan.
- Nghiên cứu các dạng sụt trượt. - Nghiên cứu lý thuyết về ổn định mái dốc và tính toán của giải pháp neo tăng cường ổn định mái dốc. Vận dụng lý thuyết để tính toán neo trong đất tăng cường ổn định mái dốc hầm công trình thuỷ lợi Rào Trổ 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài Góp phần nghiên cứu bản chất hiện tượng sụt trượt và ứng dụng công nghệ neo trong đất vào lĩnh vực ổn định mái dốc phục vụ công tác xử lý đất sụt trượt mái dốc cửa hầm các công trình Thuỷ lợi, thuỷ điện.
-4- CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG SỤT TRƢỢT MÁI DỐC 1. Phân loại hiện tƣợng đất sụt trƣơt mái dốc (cửa hầm) ở Việt Nam Theo kết quả thống kê thực tế cho thấy, các dạng sụt trượt phụ thuộc vào đặc điểm về địa hình, địa chất công trình, thủy văn, địa chất thủy văn và khí hậu. Có thể phân loại hiện tượng sụt đất nói chung ra 4 loại đặc trưng sau đây: 1. Dạng 1: Trượt đất Trượt đất là hiện tượng di chuyển của khối đất đá (thường là đất đá loại sét) theo một mặt trượt nhất định, thường có dạng hình trụ tròn (khối trượt đất xảy ra trong nền đào hoặc nền đắp có cấu trúc đất tương đối đồng nhất) hoặc có mặt trượt gãy khúc phụ thuộc vào dạng bề mặt tầng đá gốc ở lớp dưới sâu.
Khối đất đá dịch chuyển gọi là khối trượt. Chiều dài khối trượt có thể tới vài trăm mét, thể tích có thể tới hàng triệu mét khối hoặc hơn nữa. Về nguyên lý, hiện tượng trượt đất này khi hoạt động thì toàn bộ khối đất nằm trong lăng thể trượt đều bị di chuyển đồng thời, đất đá nằm trong khối trượt ít bị xáo trộn. Cây cối hoặc công trình trên bề mặt bị nghiêng và cùng bị di chuyển với khối trượt.
Trên bề mặt địa hình sẽ để lại một vách trượt hay bậc trượt rõ rệt kèm theo vết nứt của vách trượt. Theo phân loại của Giáo sư N.Maxlốp loại trượt đất này gần tương đương với dạng “sập đổ, vừa cắt, vừa quay”. Tùy thuộc vào một vài dấu hiệu khác trong cơ chế trượt mà còn có các phụ hạng như trượt cổ, trượt sâu, trượt nông, trượt phẳng (trượt tầng phủ), trượt theo mặt đá gốc, trượt dòng… Trong số các loại trượt đất, dạng trượt sâu tuy không phổ biến, nhưng nếu đã xảy ra thì rất nguy hiểm. Khối lượng đất trượt và hậu quả thường gây ra rất lớn.
Nhiều chỗ mất đi nửa quả núi, làm mất hoặc xê dịch một đoạn nền đường dài hàng trăm mét. Ví dụ như trượt cổ ở Km 112 và 119 trên quốc lộ 4D (Lào Cai – Sa Pa), Km 27 trên quốc lộ 37 (thị xã Yên Bái) … Khi xuất hiện hầu hết các loại trượt đất này thường gây nên những hậu quả nghiêm trọng, làm đổ vỡ nhiều nhà cửa của dân trong khu vực ảnh hưởng, thậm chí -5- có thể gây thiệt mạng cho người và hủy hoại các phương tiện giao thông khi qua đường. Dạng 2: Xói sụt Xói sụt đất là hiện tượng biến dạng cục bộ của mái dốc dưới tác động trực tiếp của dòng chảy mưa rào từ lưu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của dòng chảy ngầm, lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bong tróc từng mảng ở phía đỉnh mái dốc, sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo chiều dòng chảy và tỷ lệ với lưu tốc dòng chảy. Mức độ hoạt động gây xói thường chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói sụt.
Khối lượng xói sụt thường không lớn và tùy thuộc vào mức độ phong hóa của đất đá, độ dốc của mái dốc, lượng nước ngầm, nước mặt. Hậu quả cuối cùng của hiện tượng này thường để lại trên mặt mái dốc những rãnh xói, mương xói hoặc những hang hốc. Sản vật của xói sụt đất thường là những đống đất chất đống ở chân dốc. Một dạng xói khác thường gặp trong thực tế, đó là hiện tượng dòng bùn đá chảy từ các vách núi hoặc từ các khe tụ thủy xuống mặt đất.
Trận lũ bùn đá xảy ra vào tháng 10/2000 trên Quốc lộ 27 Lâm Đồng đã gây nên những hậu quả nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp, làm hư hại hàng chục Km đường và gây nên thiệt hại tới hàng chục tỷ đồng 1. Dạng 3: Sụt lở đất Về bản chất, sụt lở đất đá là giai đoạn cuối cùng của hiện tượng xói sụt đã nêu trên. Trong thực tế, đối với sụt lở khó phát hiện thấy các dấu hiệu vách sụt, mặt trượt một cách rõ ràng. Sản vật đất sụt lở có xu hướng dịch chuyển xuống chân mái dốc, đất đá nằm trong khối đất sụt bị xáo trộn kèm cây cối thường đổ ngổn ngang.
Khi sụt lở đất diễn ra thường xảy ra rất nhanh và làm cho khối đất xung quanh bị biến dạng, nứt rạn, ảnh hưởng đến độ ổn định của các khối đất tiếp cận nó. Khối lượng sụt loại này cũng có thể đạt tới mức độ khá lớn và có thể tràn xuống lấp hẳn -6- một đoạn đường. Đây là một dạng đất sụt phổ biến nhất trên các mái dốc ở vùng núi ở nước ta. Dạng 4: Đá đổ, đá lăn Đây là hiện tượng đất đá bị lở và lăn xuống từng khối, từng mảng từ đỉnh dốc xuống chân mái dốc, xuống mặt đường.
Tùy thuộc vào độ dốc địa hình, mái dốc và tính chất của đất đá mà mức độ đá đổ với tốc độ và quỹ đạo khác nhau. Hiện tượng này xuất hiện phổ biến nhất vào mùa mưa một thời gian, thậm chí có thể xảy ra khi trời nắng ráo. Khối lượng đất đá không lớn nhưng nguy hiểm và dễ gây tai nạn, ùn tắc giao thông. Những điều kiện dẫn đến sụt trƣợt mái dốc (cửa hầm) 1.
Điều kiện về địa hình địa mạo Hoạt động mãnh liệt của kiến tạo, tính đa dạng của thạch học, quá trình ngoại lực phức tạp và lâu đời, mà đặc biệt là hoạt động xâm thực đã để lại trên mặt đất của toàn lãnh thổ một địa hình rất phức tạp. Đặc điểm đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình địa chất động lực mà trước hết là trượt đất. Khi mức độ phân cắt mạnh (khe xói nhiều, độ dốc núi lớn) thì số lượng và khối lượng sụt trượt càng nhiều.