Luận Văn Thạc Sĩ Về Ổn Định Công Trình Kè Trên Đất Yếu Ở Huyện Kế Sách, Tỉnh Sóc Trăng

• Tác giả: PGS. TS Võ Phán
• Trường học: Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Công Trình
• Đề tài: Phân Tích Ổn Định Công Trình Kè Trên Đất Yếu Tại Huyện Kế Sách, Sóc Trăng
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Sóc Trăng

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết
• 2.2. Cơ sở thực tiễn
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Thiết kế mô hình nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Phân tích ổn định công trình kè
• 4.2. Đánh giá tác động của nền đất yếu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Kiến nghị
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Bài viết này tập trung vào việc phân tích ổn định của công trình kè trên đất yếu tại huyện Kế Sách, Sóc Trăng. Các công trình kè thường gặp phải tình trạng không ổn định do nhiều nguyên nhân khác nhau. Đặc biệt, việc thiếu cọc không được chôn sâu qua các lớp đất yếu có thể dẫn đến sự không ổn định của công trình. Mục tiêu của nghiên cứu này là sử dụng các mô hình mô phỏng để đánh giá sự ổn định của các công trình kè, từ đó đề xuất các biện pháp gia cố thích hợp.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, việc xây dựng các công trình kè ở các khu vực có đất yếu đang là một thách thức lớn. Các công trình này không chỉ phải chịu tải trọng từ chính bản thân mà còn phải chịu ảnh hưởng từ các yếu tố môi trường bên ngoài như nước, gió, và sự chuyển động của đất. Việc đánh giá đất yếu và biện pháp gia cố là rất cần thiết nhằm đảm bảo tính ổn định của công trình trong suốt quá trình thi công và sử dụng. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào việc khảo sát địa chất và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định của công trình.

II. Phương pháp nghiên cứu

Để tiến hành phân tích ổn định cho các công trình kè, nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mô hình hóa 2D và 3D. Các số liệu khảo sát địa chất được thu thập từ khu vực nghiên cứu nhằm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất. Sau đó, các mô hình được xây dựng trên phần mềm chuyên dụng để mô phỏng sự tương tác giữa công trình và đất nền. Kết quả từ các mô hình này sẽ giúp đánh giá được mức độ ổn định của công trình dưới các điều kiện khác nhau.

2.1. Khảo sát địa chất

Khảo sát địa chất là bước đầu tiên trong quá trình phân tích ổn định. Các mẫu đất được lấy từ nhiều vị trí khác nhau trong khu vực huyện Kế Sách để xác định các đặc tính cơ lý như độ ẩm, mật độ, và sức chịu tải. Việc thí nghiệm địa chất sẽ cung cấp thông tin cần thiết để đánh giá khả năng chịu tải của nền đất và từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp cho công trình.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ các mô hình mô phỏng cho thấy rằng sự không ổn định của công trình kè chủ yếu xuất phát từ việc thiếu cọc và không kiểm soát được độ sâu của chúng. Các mô hình cũng chỉ ra rằng việc hạn chế đào sâu và điều chỉnh chiều cao của công trình sẽ giúp tăng cường tính ổn định. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây và góp phần khẳng định tầm quan trọng của việc đánh giá ổn định công trình trong thiết kế và thi công.

3.1. Đề xuất giải pháp

Dựa trên các kết quả thu được, nghiên cứu đề xuất một số giải pháp nhằm cải thiện tính ổn định của công trình. Các biện pháp như gia cố cọc, tăng cường độ sâu chôn cọc và cải thiện hệ thống thoát nước xung quanh công trình được khuyến nghị. Việc áp dụng các biện pháp này không chỉ giúp tăng cường độ bền của công trình mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng.

IV. Kết luận

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc phân tích ổn định công trình kè trên đất yếu là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng. Việc áp dụng các mô hình mô phỏng và khảo sát địa chất sẽ giúp đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý, từ đó nâng cao tính ổn định và an toàn cho công trình tại huyện Kế Sách, Sóc Trăng.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mới trong giám sát và đánh giá tình trạng ổn định của công trình theo thời gian. Sự kết hợp giữa công nghệ cảm biến và mô hình hóa có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong việc quản lý và bảo trì các công trình kè trong tương lai.

Tổng quan nghiên cứu

Việc xây dựng kè bờ sông trên nền đất yếu là một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và quản lý công trình thủy lợi. Theo ước tính, khoảng 90% các công trình kè tại các vùng đồng bằng sông Cửu Long gặp phải hiện tượng lún không đều và biến dạng lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và hiệu quả sử dụng công trình. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào phân tích sự ổn định của kè cứng xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt là tại khu vực ven sông thuộc tỉnh Sóc Trăng, với phạm vi nghiên cứu từ năm 2018 đến 2023. Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của kè, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao độ bền và khả năng chịu lực của công trình. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu rủi ro sạt lở, bảo vệ đất đai và tài sản, đồng thời góp phần phát triển bền vững hạ tầng thủy lợi tại các vùng đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai mô hình lý thuyết chính trong phân tích ổn định công trình kè trên nền đất yếu:

1. Mô hình Coulomb về sức kháng ma sát của đất: Mô hình này dựa trên giả thiết đất có sức kháng ma sát nội tại và sức kết dính, được biểu diễn qua các tham số góc ma sát trong ($\phi$) và sức kết dính (c). Công thức tính áp lực đất theo Coulomb được sử dụng để xác định lực tác động ngang lên kè.

2. Mô hình Rankine về áp lực đất: Mô hình này giả định đất không có sức kết dính, chỉ chịu lực ma sát, giúp đánh giá áp lực đất tối đa và tối thiểu tác động lên công trình. Các khái niệm chính bao gồm áp lực đất chủ động, bị động và áp lực đất tĩnh.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: áp lực đất chủ động (P_a), áp lực đất bị động (P_p), góc ma sát trong của đất ($\phi$), sức kết dính (c), độ lún công trình, và hệ số an toàn ổn định.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực địa tại khu vực xây dựng kè ven sông Sóc Trăng, bao gồm đặc tính địa chất, kết quả thí nghiệm đất và số liệu biến dạng công trình trong quá trình thi công. Cỡ mẫu khảo sát gồm 50 điểm lấy mẫu đất với phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có trọng số nhằm đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ khu vực nghiên cứu.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm mô phỏng địa kỹ thuật Plaxis 2D, kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử của nền đất và công trình kè dưới tác động của tải trọng và áp lực đất. Timeline nghiên cứu kéo dài trong 24 tháng, từ khảo sát, thu thập dữ liệu, phân tích mô hình đến đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện tượng lún không đều và biến dạng ngang lớn: Kết quả mô phỏng cho thấy, kè có thể bị lún trung bình khoảng 1,9 m với biến dạng ngang tối đa lên đến 1,1 m, trong khi biến dạng ngang tối thiểu là -1,04 m. Tỷ lệ lún này vượt quá giới hạn cho phép 5% theo tiêu chuẩn thiết kế, gây nguy cơ mất ổn định công trình.

2. Ảnh hưởng của chiều sâu cọc và chiều cao kè: Việc hạn chế đào sâu và giới hạn chiều cao kè giúp giảm đáng kể biến dạng ngang và lún công trình, nâng cao hệ số an toàn lên khoảng 1,15 so với trường hợp không kiểm soát.

3. Tác động của áp lực đất ngang: Áp lực đất chủ động và bị động được xác định lần lượt là khoảng 0,6 m và 0,9 m chiều cao tương đương áp lực, cho thấy áp lực ngang từ nền đất yếu là nguyên nhân chính gây biến dạng công trình.

4. Hiệu quả của các giải pháp gia cố nền đất: Sử dụng các biện pháp gia cố như cọc xi măng và xử lý nền đất bằng phương pháp ép cọc bê tông giúp giảm lún trung bình xuống còn khoảng 0,8 m, tăng độ ổn định công trình lên 20% so với phương án không gia cố.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng lún và biến dạng lớn là do nền đất yếu có đặc tính cơ lý kém, khả năng chịu tải thấp và áp lực ngang lớn từ dòng chảy sông. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành xây dựng thủy lợi về các công trình kè trên nền đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long. Việc áp dụng mô hình Coulomb và Rankine giúp dự báo chính xác áp lực đất và biến dạng công trình, từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến dạng theo thời gian và bảng so sánh hệ số an toàn giữa các phương án gia cố.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Kiểm soát chiều sâu đào và chiều cao kè: Hạn chế đào sâu quá 0,8 m và giới hạn chiều cao kè không vượt quá 1,5 m nhằm giảm áp lực ngang và biến dạng công trình. Thời gian thực hiện trong giai đoạn thiết kế và thi công, chủ thể là nhà thầu và tư vấn thiết kế.

2. Áp dụng gia cố nền đất bằng cọc xi măng hoặc bê tông: Triển khai gia cố tại các vị trí nền đất yếu trọng điểm để nâng cao khả năng chịu tải, giảm lún trung bình ít nhất 20%. Thời gian thực hiện trong giai đoạn chuẩn bị mặt bằng, chủ thể là nhà thầu thi công.

3. Sử dụng phần mềm mô phỏng địa kỹ thuật trong thiết kế: Áp dụng Plaxis 2D để mô phỏng và đánh giá biến dạng công trình trước khi thi công nhằm tối ưu thiết kế và dự báo rủi ro. Chủ thể là đơn vị tư vấn thiết kế, thời gian áp dụng xuyên suốt quá trình thiết kế.

4. Theo dõi và giám sát biến dạng công trình trong quá trình thi công: Thiết lập hệ thống quan trắc biến dạng và lún để kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công, đảm bảo an toàn công trình. Chủ thể là chủ đầu tư và nhà thầu thi công, thời gian giám sát liên tục trong suốt quá trình thi công.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Chuyên gia và kỹ sư xây dựng thủy lợi: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để thiết kế và thi công kè trên nền đất yếu hiệu quả.

2. Nhà quản lý dự án và chủ đầu tư công trình thủy lợi: Giúp đánh giá rủi ro và lập kế hoạch quản lý chất lượng công trình, giảm thiểu chi phí sửa chữa và bảo trì.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật xây dựng và địa kỹ thuật: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng mô hình lý thuyết và phần mềm mô phỏng trong phân tích công trình.

4. Các đơn vị tư vấn thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Hỗ trợ trong việc lựa chọn phương án thiết kế và thi công phù hợp với điều kiện nền đất yếu, nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nền đất yếu lại ảnh hưởng lớn đến sự ổn định của kè?
   Nền đất yếu có khả năng chịu tải thấp, dễ bị lún và biến dạng dưới tác động của tải trọng công trình và áp lực đất ngang, dẫn đến mất ổn định và hư hỏng công trình.

2. Mô hình Coulomb và Rankine khác nhau như thế nào trong phân tích áp lực đất?
   Mô hình Coulomb tính đến sức kết dính và ma sát nội tại của đất, trong khi Rankine giả định đất không có sức kết dính, chỉ chịu ma sát, giúp đánh giá các trạng thái áp lực đất khác nhau.

3. Gia cố nền đất bằng cọc xi măng có hiệu quả ra sao?
   Gia cố bằng cọc xi măng tăng cường khả năng chịu tải của nền đất, giảm lún và biến dạng công trình từ khoảng 1,9 m xuống còn khoảng 0,8 m, nâng cao độ ổn định công trình.

4. Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Plaxis 2D mô phỏng ứng xử của nền đất và công trình dưới tải trọng thực tế, giúp dự báo biến dạng, áp lực đất và đánh giá hiệu quả các giải pháp kỹ thuật.

5. Làm thế nào để giám sát biến dạng công trình trong quá trình thi công?
   Thiết lập hệ thống quan trắc biến dạng và lún bằng các thiết bị đo chuyên dụng, theo dõi liên tục để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường và điều chỉnh biện pháp thi công kịp thời.

Kết luận

• Nền đất yếu là nguyên nhân chính gây lún và biến dạng lớn cho công trình kè ven sông, ảnh hưởng đến độ bền và an toàn công trình.
• Mô hình Coulomb và Rankine cùng phần mềm Plaxis 2D là công cụ hiệu quả trong phân tích áp lực đất và biến dạng công trình.
• Giới hạn chiều sâu đào và chiều cao kè, kết hợp gia cố nền đất bằng cọc xi măng giúp nâng cao độ ổn định và giảm lún công trình.
• Việc giám sát biến dạng trong quá trình thi công là cần thiết để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.
• Khuyến nghị áp dụng các giải pháp kỹ thuật và công nghệ mô phỏng trong thiết kế và thi công kè trên nền đất yếu nhằm phát triển bền vững hạ tầng thủy lợi.

Hành động tiếp theo: Chủ đầu tư và đơn vị thi công nên triển khai ngay các giải pháp gia cố và giám sát biến dạng, đồng thời áp dụng mô hình mô phỏng trong thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả công trình.