PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện tƣợng sạt lở, sạt trƣợt trên mái taluy của nền đƣờng ô tô xảy ra khá phổ biến trên các tuyến đƣờng ô tô, đặc biệt các tuyến đƣờng trong vùng địa hình miền núi, nhƣ ở miền Bắc Việt Nam. Sạt lở mái taluy nền đƣờng không chỉ làm suy giảm chất lƣợng khai thác của tuyến đƣờng, gây ách tắc các tuyến đƣờng, mà trong nhiều trƣờng hợp là các rủi ro dẫn đến tai nạn giao thông. Sạt trƣợt mái taluy nền đƣờng là hiện tƣợng hƣ hỏng nghiêm trọng, phạm vi ảnh hƣởng lớn hơn đối với tuyến đƣờng, thậm chí có thể dẫn đến việc phá hủy một đoạn tuyến.
Đối với nền đƣờng đắp sạt trƣợt trên mái taluy nền làm cho nền đƣờng kém ổn định, gây nên các vết rạn nứt cho nền đƣờng, làm cho nền đƣờng bị biến dạng là nguyên nhân giảm năng lực thông hành. Biến dạng của nền, mặt đƣờng gây cảm giác khó chịu cho ngƣời tham gia giao thông, mất an toàn cho các phƣơng tiện khi tham gia giao thông. Ngoài ra, biến dạng nền, mặt đƣờng làm phát sinh tải trọng xung kích, trùng phục phụ thêm tác dụng lên mặt đƣờng, gây tốn kém về kinh phí cho công tác duy tu bảo dƣỡng. Thái Nguyên, Bắc Kạn là tỉnh vùng núi cao, có địa hình phức tạp, cơ sở vật chất và kỹ thuật thấp.
Đây là vùng có các tuyến đƣờng đi tƣơng đối khó khăn: Hai bên đƣờng là những dãy taluy dƣơng khá cao, thêm vào đó lớp đất bị phong hóa nhiều, rất dễ bị sạt trƣợt vào mùa mƣa bão. Hiện tƣợng trƣợt lở xảy ra tại các tuyến đƣờng trong tỉnh với tần xuất và cƣờng độ gia tăng ngày càng cao trong mùa mƣa đang là mối lo của ngƣời dân. Vấn đề sụt trƣợt taluy rất cần đƣợc giải quyết để đảm bảo sự khai thác bình thƣờng và lâu dài của các tuyến đƣờng. Trên các công trình này, hàng năm nhà nƣớc phải chi ra hàng ngàn tỉ đồng cho các công tác “bền vững hóa”, “kiên cố hóa” nhƣng hiệu quả là không cao, sụt trƣợt vẫn thƣờng xuyên xảy ra, đặc biệt là vào mùa mƣa lũ.
V Hiện nay có nhiều giải pháp truyền thống đƣợc sử dụng để gia cố bề mặt giảm xói, sạt nở taluy nền đƣờng, từ các giải pháp đơn giản đến phức tạp nhƣ: Sửa mặt bờ dốc; thoát nƣớc bờ dốc; giữ bờ dốc không bị phong hóa, làm chắc đất đá, làm các công trình chống trƣợt, các biện pháp đặc biệt. Với mong muốn nghiên cứu, ứng dụng giải pháp kỹ thuật Neoweb, hệ thống gia cố vải địa kỹ thuật đƣợc thiết kế theo dạng ô sợi để gia cố chống xói bề mặt mái taluy dƣơng nền đƣờng áp dụng cho tuyến cao tốc Thái Nguyên- Chợ Mới, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Neoweb gia cố taluy dƣơng nền đƣờng trên tuyến cao tốc Thái Nguyên - Chợ Mới” làm nội dung nghiên cứu của luận văn. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu hiện tƣợng sụt trƣợt taluy dƣơng đƣờng ô tô trên tuyến cao tốc Thái Nguyên –Chợ Mới. - Một số giải pháp xử lý sạt trƣợt taluy nền đƣờng và phƣơng pháp tính.
- Xử lý một điểm sạt trƣợt trên tuyến cao tốc Thái Nguyên- Chợ Mới ứng dụng vật liệu Neoweb gia cố taluy dƣơng nền đƣờng. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp tính toán, thử nghiệm số 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu sạt trƣợt taluy dƣơng trên tuyến cao tốc Thái Nguyên- Chợ Mới ứng dụng vật liệu Neoweb. VI Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ SẠT TRƢỢT TALUY NỀN ĐƢỜNG VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 1.
Vấn đề sạt trƣợt taluy nền đƣờng. Trƣợt đất Trƣợt đất là hiện tƣợng cả nguyên khối đất đá nằm trên sƣờn đồi hay mái dốc bị dịch chuyển nhƣ một cố thể theo nguyên lý trọng lực, hƣớng di chuyển tịnh tiến xuống phía dƣới trên một mặt liên tục, gẫy khúc hoặc có dạng cung tròn trong lòng đất gọi là mặt trƣợt. Đất đá và cây cối nằm bên trên khối trƣợt, trong quá trình bị dịch chuyển, không bị xáo trộn. Cây cối mọc trên thân khối trƣợt vẫn còn nguyên nhƣng sẽ bị nghiêng đều theo một hƣớng (còn gọi là hiện tƣợng cây say, rừng say).
Trong đó, đất đá trên thân khối trƣợt và phía dƣới bề mặt trƣợt vẫn có độ ẩm bình thƣờng, nhƣng đất tại mặt trƣợt thì có độ ẩm cao, tăng vọt và trạng thái đất đá tại đó bị cà nát, vò nhàu, vỡ vụn. Sơ đồ trƣợt đất 1. Sạt lở đất đá Hình 1. Sơ đồ sạt lở đất đá 1 Khối đất sạt có xu hƣớng dịch chuyển xuống cuối dốc.
Đất đá trong khối trƣợt bị xáo trộn cùng với cây cối. Tốc độ sạt lở thƣờng diễn ra khá nhanh ảnh hƣởng đến độ ổn định của các khối đất kề bên. Lƣợng đất sạt có thể chiếm một thể tích khá lớn, có thể tràn lấp hẳn một đoạn đƣờng. Đây là loại sạt trƣợt phổ biến trên các tuyến đƣờng miền núi nƣớc ta.
Xói sạt đất đá Do tác động bào xói của nƣớc mặt và áp lực thủy động của nƣớc ngầm gây ra. Đây là hiện tƣợng biến dạng cục bộ của sƣờn đồi hoặc mái dốc dƣới tác động trực tiếp của dòng chảy từ lƣu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của dòng chảy ngầm. Đối với nền đƣờng đào, lúc đầu xuất hiện hiện tƣợng xói đất và đất bị bóc từng mảng ở phia trên đỉnh taluy sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dƣới dọc theo dòng chảy và tỷ lệ với lƣu tốc dòng chảy. Xói sạt đất đá 2 Hình 1.
Sơ đồ xói sạt đất đá Mức độ hoạt động gây xói thƣờng chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói sạt. Khối lƣợng xói sạt không lớn và tuỳ thuộc vào mức độ phong hoá của đất đá, độ dốc của sƣờn mái dốc, lƣợng nƣớc ngầm, nƣớc mặt. Hậu quả cuối cùng của hiện tƣợng này thƣờng để lại trên mặt địa hình những rãnh xói, hoặc những hang hốc. Sản phẩm của xói sạt đất là những đống đất đá ở chân dốc, lấp mặt đƣờng hoặc lấp suối.
Đá đổ, đá lăn Đá đổ, đá lăn là hiện tƣợng các tảng, các khối đá từ trên cao sƣờn đồi hoặc mái dốc bị lở và rơi tự do, đổ thẳng xuống mặt đƣờng tạo thành từng đống vụn, từng tảng hoặc thành từng khối lớn có kích thƣớc từ vài cm đến hàng chục mét, gây mất ổn định cho mái dốc và cản trở giao thông, đặc biệt đe dọa đến an toàn giao thông cho ngƣời và các phƣơng tiện tham gia giao thông trên đƣờng.Đá rơi dạng của lở đất Hình 1. Một số giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đƣờng 1. Hót sạt, bạt mái hạ dốc mái taluy phối hợp hệ thống thoát nƣớc Trong trƣờng hợp bờ dốc đã bị trƣợt thƣờng phải xử lý khối trƣợt bằng phƣơng pháp hạ thấp góc dốc của bờ. Thực chất chất của phƣơng pháp này là giảm tải trọng gây trƣợt.
Góc nghiêng của bờ dốc sẽ đƣợc tính toán để sao cho trọng lƣợng bản thân của khối đá ở bờ tạo đƣợc thế cân bằng giữa lực gây trƣợt và lực chống trƣợt. Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng rộng rãi và đỡ tốn kém.1 Hót sạt Khi có khối đất đá sạt xuống lấp tắc rãnh dọc, phải hót sạch, hoàn trả lại mái ta luy và kích thƣớc ban đầu của rãnh dọc đảm bảo thoát nƣớc. Đất đá sụt cần đƣợc vận chuyển và đổ đến vị trí thích hợp. Không san gạt ra lề đƣờng làm tôn cao lề đƣờng, gây đọng nƣớc trên mặt đƣờng.
Mái taluy đứng trên đƣờng Hình 1. Sạt trƣợt đất đá Hình 1. Hót phần đất đá sạt trƣợt Hình 1. Hình ảnh sau hót sạt 4 1.2 Bạt mái hạ dốc Biện pháp đào bạt tạo dốc với độ dốc hợp lý của mái dốc giảm đƣợc ứng suất tiếp (ứng suất gây trƣợt) của khối đất đá, tăng hệ số ổn định của mái dốc.
Đây là biện pháp đơn giản và có hiệu quả cao trong thiết kế xử lý đất sạt. Khi điều kiện công trình cho phép, nên ƣu tiên sử dụng biện pháp đào bạt tạo dốc. Các loại mái dốc khi triển khai đào bạt dốc làm ảnh hƣởng công trình lân cận hoặc có công trình kiến trúc trên mái dốc, mái dốc có nƣớc ngầm phát triển mạnh, mái dốc có ổn định kém thì không nên dùng biện pháp đào bạt tạo dốc. Các biện pháp này bao gồm: Đào bạt giảm độ dốc ta luy nền đào cho phù hợp với điều kiện địa chất, đánh cấp để giảm tải mái dốc.
R·nh ®Ønh R·nh biªn Hình 1. Phƣơng án đào bạt mái Hình 1. Rãnh thoát nƣớc Đối với mái dốc đất và đá, trị số cho phép của nó cần căn cứ vào kinh nghiệm, căn cứ nguyên tắc so sánh các công trình đồng thời kết hợp với những mái dốc đã ổn định để tiến hành phân tích, xác định. Khi không có điều kiện thí nghiệm, địa chất mái taluy tƣơng đối đồng đều, nguồn nƣớc ngầm ít, không có loại đất yếu và điều kiện địa chất đơn giản thì có thể tham khảo theo trị số của bảng 1.Trị số cho phép tạo dốc đối với mái dốc đất [13] Loại mái dốc Giá trị cho phép tạo dốc (tỷ lệ cao – rộng) Trạng thái đất Mái dốc cao <5m Mái dốc cao từ 5- 10m Chặt chẽ 1:0,75 – 1:1,0 1:1,0 – 1:1,25 Đất lẫn đá Trung bình 1:1,0 – 1:1,25 1:1,25 – 1:1,50 Tƣơng đối chặt 1:1,25 – 1:1,50 1:1,50 – 1:1,75 Cứng 1:1,0 – 1:1,25 1:1,25 – 1:1,50 Đất sét Nửa cứng 1:1,25 – 1:1,50 1:1,50 – 1:1,75 Đất dặm sạn Giá trị cho phép tạo dốc phải căn cứ vào góc nghỉ Rời rạc lẫn đất cát (góc chết) của thể tự nhiên để xác định Bảng 1.
Trị số cho phép tạo dốc đối với mái dốc đá [13] Loại mái dốc Mức độ phong Giá trị cho phép tạo dốc (tỷ lệ cao – rộng) đá hóa H < 8m 8m ≤ H <5 15m ≤ H <25 Đá cứng Phong hóa ít 1:0– 1:0,10 1:0,10 – 1:0,15 1:0,15 – 1:0,25 Phong hóa vừa 1:0,10 – 1:0,15 1:0,15 – 1:0,25 1:0,25 – 1:0,35 Đá cứng vừa Phong hóa ít 1:0,15 – 1:0,25 1:0,25 – 1:0,50 1:0,25 – 1:0,35 Phong hóa vừa 1:0,25 – 1:0,50 1:0, 50 – 1:0,75 1:0,35 – 1:0, 50 Đá mềm Phong hóa ít 1:0, 50 – 1:0,75 1:0,75 – 1:1,00 Phong hóa vừa 1:0,75 – 1:1,00 1:1,00 – 1:1,25 Đá rất mềm Phong hóa ít 1:1,00 – 1:1,25 1:1,25 – 1:1,50 Phong hóa vừa 1:1,25 – 1:0,75 Đá có mặt kết cấu mềm yếu Giá trị cho phép tạo dốc phải căn cứ vào góc nghiêng Nghiêng ra ngoài của thế tự nhiên để xác định 1.