MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Sự phát triển về kinh tế của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) gắn liền với sự phát triển của hệ thông giao thông đường thủy (sông, kênh rạch). Hơn nữa do đặc thù về cao độ mặt đất tự nhiên và điều kiện vật liệu xây dựng nên hầu hết các đường giao thông sử dụng đất đắp địa phương nên các tuyến giao thông đường bộ thường kế cận kênh đào. Những năm gần đây tình hình sạt lở cục bộ xảy ra tại nhiều điểm trên khắp địa bàn khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) ngày càng nhiều, đặc biệt ở khu vực ven sông. Việc phân tích đánh giá ổn định của đường trên đất yếu ven sông có ý nghĩa thực tiễn đối với khu vực các tỉnh ĐBSCL.
Đó cũng là các vấn đề cấp bách và cần thiết khi xây dựng, cải tạo đường giao thông hay nạo vét kênh rạch. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá ổn định công trình đường đắp trên đất yếu ở ven sông. - Phân tích một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định như thủy triều, kích thước hình học công trình. Phương pháp nghiên cứu Để tiến hành nghiên cứu tác giả sẽ tiến hành thực hiện những nội dung sau: Tổng hợp một số phương pháp đánh giá ổn định công trình đường trên đất yếu.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) phương pháp cân bằng giới hạn (Geoslope) để mô phỏng phân tích và đánh giá khả năng ổn định của nền đường đắp và đất yếu dưới công trình đường ven sông có xét đến ảnh hưởng của các yếu tố như địa hình và sự thay đổi mực nước sông. Ngoài ra, sử dụng các phương pháp tính khác để đánh giá khả năng ổn định của nền. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn Phân tích, đánh giá ổn định nền đắp trên đất yếu là cần thiết vì nhu cầu phát triển khu vực gắn liền với các công trình giao thông và cơ sở hạ tầng tại các vùng có nền địa đất 2 yếu còn rất cao. Trong các tính toán thiết kế thông thường có vẻ như chưa xem xét đủ các điều kiện thiết yếu.
Việc đơn giản hóa giả thiết tính toán bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng như địa hình lân cận hay thủy triều có thể làm cho kết quả tính toán thiếu tin cậy, là kênh tham khảo giúp các nhà thiết kế mái dốc đưa ra những thiết kế an toàn và kinh tế. Giới hạn nghiên cứu của đề tài - Chỉ đi sâu vào đánh giá ổn định của đất nền dưới công trình đường với thông số địa chất ở tỉnh Cà Mau. - Khi đánh giá sự thay đổi của mực nước tác động lên mái đốc, đã bỏ qua tác động của vận tốc của dòng chảy và bỏ qua quá trình nghiên cứu xói mòn do dòng chảy gây ra. - Việc phân tích hạn chế trong kết quả mô phỏng phá hoại, chưa có điều kiện so sánh với kết quả quan trắc công trình thực tế.
3 TỔNG QUAN CÁC TRƯỜNG HỢP MẤT ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN SỬ DỤNG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH 1.1 Các sự cố mất ổn định công trình đắp trên đất yếu xảy ra tại Việt Nam Việc xây dựng nền đắp trên đất yếu đến nay vẫn đặt ra nhiều vấn đề phức tạp, cần được nghiên cứu nghiêm túc. Những vấn liên quan đến sự ổn định luôn được đánh giá và xem xét trước tiên. Những thiếu sót trong công tác khảo sát thiết kế hoặc thi công mà nền đắp thường bị phá hoại vì mất ổn định, có thể xảy ra trong quá trình thi công hoặc trong quá trình khai thác, sử dụng.1 Các sự cố lún, sụt tại tỉnh Cà Mau Cà Mau là tỉnh duy nhất trong vùng ĐBSCL và cả nước có ba mặt giáp biển, kéo dài từ biển Đông sang biển Tây với bờ biển dài 254 km, phần lớn diện tích của tỉnh thuộc vùng đất ngập nước ven biển và có đến 87 cửa sông thông ra biển. Đầu mùa khô 2020, hàng loạt vụ sạt lở, sụt lún xảy ra trên địa bàn Cà Mau đến nay chưa khắc phục hết hậu quả.
Hiện trường cho thấy sụt lún diễn ra tức thời, chiều sâu sụt lún đến 2 m, chiều ngang gần nửa lộ nhựa, dài 18 m. Gần một tuần sau, cách điểm sụt lún trên gần 1 km lại xảy ra một vụ sụt lún sâu tới 2,5 m, dài gần 30 m và chiều ngang hơn nửa lộ nhựa.1 Hiện trường sụt lún tại ấp Cơi Năm A, xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời [1] Tiếp đó, đoạn đường bê tông kiên cố trên đê biển Tây, cũng thuộc huyện Trần Văn Thời bị sụt lún tương tự, sâu xuống lòng đất, dài trên 100 m.2 Hiện trường vụ sụt lún đường bê tông trên đê biển Tây Cà Mau [1] 5 Nhiều vụ sụt lún trên đã cắt đứt hoàn toàn đường ô tô về khu du lịch, khu di tích quốc gia Hòn Đá Bạc - khu du lịch nổi tiếng thứ nhì tỉnh Cà Mau, sau mũi Cà Mau. Tổng hợp từ tỉnh Cà Mau, mùa khô năm 2020, tỉnh đã có gần 1.000 điểm sụt lún, sạt lở, tổng chiều dài hơn 21 km.[1] Hiện Cà Mau đã áp dụng nhiều biện pháp phòng, chống sạt lở, cả giải pháp công trình và phi công trình như xử lý khắc phục sạt lở nhiều vị trí xung yếu với chiều dài gần 29.000 m; các đoạn kè gây bồi tạo bãi đã tạo được bãi bồi ven biển phía bên trong kè, khôi phục hàng trăm hecta rừng phòng hộ ven biển.[1] Tuy nhiên, việc xác định nguyên nhân, cơ chế gây ra sạt lở để có biện pháp xử lý chưa được làm rõ; một số giải pháp công trình gây bồi tạo bãi có hiệu quả nhưng suất đầu tư còn rất cao, bình quân 20 tỉ đồng/km, vượt quá khả năng cân đối ngân sách của tỉnh.2 Các sự cố lún, sụt tại tỉnh An Giang Quốc lộ 91 có chiều dài 142 km bắt đầu từ TP.Cần Thơ nối lên cửa khẩu Tịnh Biên, An Giang. Đây cũng là con đường huyết mạch nối từ thành phố Long Xuyên (An Giang) lên thành phố Châu Đốc và ngược lại.
Trong những năm qua, quốc lộ 91 liên tục sạt lở nghiêm trọng, đặc biệt vào ngày 27/7/2019, người dân phát hiện vết nứt trên tuyến quốc lộ 91 đoạn qua ấp Bình Tân, xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú rộng khoảng 1cm dài khoảng 30 m, vết nứt lan rộng dần những ngày sau đó. Ðến ngày 31/7/2019, vết nứt mở rộng 22 cm dài khoảng 60 m. Ðến đêm ngày 01/8/2019 khu vực này đã sạt lở nghiêm trọng, làm sụt một phần ba mặt đường nhựa xuống dòng sông Hậu.3 Cảnh sạt lở tuyến quốc lộ 91 tại xã Bình Mỹ, huyện Châu Phú, An Giang [2] Để khắc phục sự cố sạt lở nghiêm trọng Quốc lộ 91, tỉnh An Giang đã triển khai thả bao tải cát nhằm gia cố, ổn định đường bờ, gia cố mái ta luy với chiều dài 160 m, với tổng khối lượng cát tương ứng khoảng 26. Tuy nhiên, sau khi thi công được khoảng 90% khối lượng, công trình bất ngờ sụt lún toàn bộ xuống lòng sông Hậu.2 Các vấn đề về ổn định của công trình đắp trên đất yếu Ổn định của đất là khái niệm nói về tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải của đất đối với các lực và các đặc trưng phá hoại trong đất do tải trọng bản thân của đất và tải trọng ngoài gây ra.
Độ bền của đất trên một diện bất kỳ, của một điểm phân bố bất kỳ trong đất được xác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất.1 Độ bền sức chống cắt và tương quan độ ổn định Ổn định của đất nói chung là muốn nói đến tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải và sự làm việc bình thường của công trình dưới tác dụng của tải trọng ngoài và các yếu tố tác động trực tiếp có thể gây phá hoại cho công trình.4 Điều kiện cân bằng giới hạn của Coulomb Theo C. Coulomb thì độ bền sức chống cắt của đất trên một tiết diện bất kỳ của một phân tố đất được xác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất theo biểu thức sau: 𝜏𝑓 = 𝜎.1) Trong đó: - ứng suất pháp; - góc ma sát trong của đất; c - lực dính. Terzaghi sức chống cắt của đất bão hoà nước được xác định theo các thành phần ứng suất hữu hiệu như sau: 𝜏𝑓 = (𝜎 − 𝑢).2) Trong đó: - ứng suất do tải trọng trọng bản thân của đất và tải trọng ngoài gây ra; u - áp lực nước lỗ rỗng; 8 ’ - góc ma sát trong của đất ứng với áp lực hữu hiệu; c’ - lực dính của đất ứng với áp lực hữu hiệu. Độ ổn định của đất trên một diện nào đó phụ thuộc vào tương quan giữa sức chống cắt của đất và (f) và ứng suất cắt ().
Độ ổn định của điểm phân tố được đánh giá theo điều kiện cân bằng giữa: góc lệch max và góc ma sát trong của đất . Trong đó: max - góc lệch lớn nhất của một điểm bất kỳ trong đất dính theo biểu thức sau: 𝜎1 −𝜎3 𝑆𝑖𝑛𝜃𝑚𝑎𝑥 = (2.𝑐𝑜𝑡 𝜑 , 3 - các ứng suất chính lớn nhất và bé nhất tác dụng lên phân tố đang xét; Nền công trình đắp bị mất ổn định tổng thể nếu các điểm phân tố mất ổn định xảy ra trong một phạm vi đáng kể. Xét về ổn định của các công trình đắp dạng đường - đê trên đất yếu, có thể có các trường hợp mất ổn định trình bày dưới đây.2 Các dạng mất ổn định thường gặp của công trình đắp trên nền đất yếu Hai dạng phá hoại thường được quan sát được tại các sự cố công trình đắp là: phá hoại do lún trồi và phá hoại do trượt sâu. [6] Phá hoại do lún trồi là sự hình thành các bè đất gần chân taluy khối đắp do quá trình toàn bộ nền đắp bị lún võng vào nền đất yếu đẩy trồi nền đất yếu tại phía dưới trọng tâm khối đất đắp sang hai bên taluy.
Với trường hợp này vùng phá hoại (chứa các điểm mất ổn định) trong nền đất yếu đã xuất hiện nhưng chưa đạt tới mức có thể gây ra một mặt trượt liên tục xé rách nền đất yếu và nền khối đắp.5 Phá hoại của nền đắp do lún trồi [6] Phá hoại do trượt sâu là kiểu phá hoại mà đã xảy ra một mặt trượt liên tục xé rách công trình đắp và đẩy đất yếu trượt trồi lên phía chân taluy.6 Phá hoại dạng đường cong tròn [6] Quá trình phá hoại của khối đắp cao trên nền đất yếu thường xảy ra nhanh chóng khi thi công hoặc sau khi thi công một thời gian ngắn.