Luận văn thạc sĩ về phương pháp chống sạt lở bờ sông ở thành phố Cần Thơ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phương pháp chống sạt lở các tuyến bờ sông ở thành phố cần thơ, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải

• Tác giả: Châu Thị Thu Anh
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phương Pháp Chống Sạt Lở Các Tuyến Bờ Sông Ở Thành Phố Cần Thơ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• SUMMARY OF THESIS
• MỤC LỤC HÌNH
• MỤC LỤC BẢNG
• Đặt vấn đề nghiên cứu
• Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• Ý nghĩa khoa học của đề tài và giá trị thực tiễn của đề tài
• Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT CỦA CÔNG TRÌNH
• 1.1. Tổng quan về đất yếu
• 1.2. Cơ chế gây sạt lở và các yếu tố gây ảnh hưởng
• 1.2.1. Cơ chế sạt lở
• 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng
• 1.2.2.1. Ảnh hưởng của yếu tố dòng chảy
• 1.2.2.2. Ảnh hưởng của vật liệu dòng chảy
• 1.2.2.3. Tương tác giữa dòng chảy – lòng dẫn và quá trình xói lở
• 1.2.2.4. Các điều kiện đặc trưng của từng công trình
• 1.3. Các dạng mặt trượt tự nhiên trong tính toán ổn định trượt sâu công trình
• 1.3.1. Mặt trượt cung tròn
• 1.3.2. Mặt trượt gẫy khúc
• 1.3.3. Mặt trượt khả thực
• 1.4. Các quan điểm thiết kế ổn định mái dốc
• 1.5. Các dạng mặt trượt sau khi đã xử lý, gia cố trong tính toán ổn định trượt sâu công trình [15][21][23]
• 1.5.1. Mặt trượt sau khi xử lý bằng vải địa kỹ thuật
• 1.5.2. Mặt trượt sau khi xử lý bằng cọc bêtông, cừ bản
• 1.5.3. Mặt trượt sau khi xử lý bằng cọc xi măng đất
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ
• 2.1. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc căn cứ trên cơ sở trạng thái cân bằng giới hạn trong phần mền Geo - Slope [5]
• 2.2. Mô hình nền Mohr – Coulomb trong Plaxis
• 2.2.1. Công thức tính toán của mô hình Mohr – Coulomb
• 2.2.2. Các thông số cơ bản của mô hình Mohr
• 2.3. Xác định hệ số ổn định bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.4. Giải pháp giảm lực gây trượt [17]
• 2.4.1. Làm thoải mái dốc
• 2.4.2. Bảo vệ bề mặt mái dốc
• 2.5. Giải pháp tăng lực kháng trượt
• 2.5.1. Tường chắn trọng lực
• 2.5.2. Tường chắn bán trọng lực
• 2.5.3. Tường ổn định cơ học (MSE)
• 2.5.4. Điện thẩm thấu
• 2.5.5. Giải pháp nhiệt
• 2.6. Giải pháp sử dụng tường cọc bản
• 2.6.1. Tường cọc bản nhựa
• 2.6.2. Tường cọc bản bằng thép
• 2.6.3. Tường cọc bản bêtông cốt thép dự ứng lực
• 2.6.4. Các công trình áp dụng công nghệ cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực
• 2.6.5. Các dạng neo trong tường cọc bản
• 2.6.6. Ổn định của tường cọc bản ven sông
• 2.7. Giải pháp sử dụng bằng cọc xi măng đất [1] [3] [4] [8] [10][12][14]
• 2.7.1. Tổng quan về công nghệ gia cố cọc xi măng đất
• 2.7.2. Tình hình ứng dụng công nghệ trộn sâu ở Việt Nam
• 2.7.3. Ưu điểm của cọc xi măng đất
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ ĐOẠN KÈ SÔNG CẦN THƠ
• 3.1. Mô tả công trình
• 3.1.1. Mặt bằng công trình
• 3.1.2. Đặc điểm địa chất của vùng sạt lở
• 3.1.3. Đặt điểm thủy văn
• 3.2. Thông số tính toán trong mô hình
• 3.2.1. Thông số đất
• 3.2.2. Thông số cọc xi măng đất
• 3.3. Mô hình mô phỏng
• 3.3.1. Mô hình tính toán mô phỏng bằng Plaxis
• 3.3.2. Mô hình tính toán mô phỏng bằng Geo Slope
• 3.4. Kết quả tính toán mô phỏng bằng Plaxis
• 3.5. Kết quả tính toán mô phỏng bằng phần mềm Geo Slope
• 3.6. Tổng hợp, phân tích kết quả tính toán
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• KÝ HIỆU

Tóm tắt

I. Giới thiệu về sạt lở bờ sông tại Cần Thơ

Sạt lở bờ sông là một hiện tượng tự nhiên xảy ra phổ biến tại nhiều khu vực, đặc biệt là tại thành phố Cần Thơ, nơi có hệ thống sông ngòi chằng chịt. Hiện tượng này không chỉ gây thiệt hại cho cơ sở hạ tầng mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của người dân. Theo nghiên cứu, nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông tại Cần Thơ bao gồm sự thay đổi dòng chảy, tác động của sóng và tải trọng từ các công trình xây dựng. Đặc biệt, sự gia tăng mực nước do biến đổi khí hậu cũng làm gia tăng nguy cơ sạt lở. Việc hiểu rõ về cơ chế gây sạt lở là cần thiết để phát triển các phương pháp chống sạt lở hiệu quả.

II. Cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định mái dốc

Cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định mái dốc đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng chống sạt lở. Các phương pháp tính toán thường dựa trên mô hình Mohr-Coulomb, cho phép xác định hệ số ổn định của mái dốc. Việc áp dụng phần mềm như Plaxis và Geo-Slope giúp mô phỏng hành vi của đất dưới tác động của các yếu tố bên ngoài. Nghiên cứu cho thấy rằng các yếu tố như cấu trúc địa chất, loại đất và tải trọng tác động đều có ảnh hưởng lớn đến khả năng ổn định của mái dốc. Việc sử dụng các kỹ thuật xây dựng hiện đại như cọc xi măng đất hay cừ ván bêtông cốt thép dự ứng lực cũng là một trong những giải pháp khả thi trong việc gia cố bờ sông.

III. Phân tích và đánh giá giải pháp chống sạt lở

Nghiên cứu đã phân tích và đánh giá nhiều giải pháp khác nhau để chống sạt lở bờ sông tại Cần Thơ. Trong đó, giải pháp sử dụng cọc xi măng đất được xem là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng giải pháp này không chỉ giúp gia cố bờ sông mà còn duy trì được trạng thái lòng sông. So với các phương pháp truyền thống, cọc xi măng đất cho thấy tính khả thi cao hơn trong việc chống sạt lở. Việc áp dụng các biện pháp chống sạt lở này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn bảo vệ môi trường sống cho người dân ven sông.

IV. Kết luận và kiến nghị

Từ những phân tích và đánh giá trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp chống sạt lở là cần thiết để bảo vệ bờ sông tại Cần Thơ. Các giải pháp như cọc xi măng đất và cừ ván bêtông cốt thép dự ứng lực cần được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi hơn nữa. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính quyền địa phương nhằm tăng cường quản lý và giám sát tình trạng sạt lở bờ sông. Việc này không chỉ giúp bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long hiện ghi nhận hơn 500 điểm sạt lở bờ sông với tổng chiều dài xói lở vượt quá 600 km, đe dọa trực tiếp đến tính mạng và sinh kế của hàng chục nghìn hộ dân. Tại thành phố Cần Thơ, các tuyến bờ sông Hậu và sông Cần Thơ luôn nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn nguy hiểm do đặc thù địa chất nền đất yếu có chiều dày lớn từ 20 đến 35 m kết hợp với biên độ triều dao động từ 2.0 đến 3.0 m. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là giải quyết hiện tượng trượt sâu bờ sông tại khu vực đô thị đông đúc, nơi các giải pháp truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế về mặt kinh tế và không gian thi công.

Mục tiêu cụ thể của công trình là phân tích chuyên sâu cơ chế gây mất ổn định trượt sâu bờ kè, đánh giá ứng xử cơ học của đất nền dưới tác động của dòng thấm thủy triều và tải trọng công trình, từ đó xây dựng giải pháp kỹ thuật khả thi sử dụng cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực kết hợp cọc xi măng đất nhằm thay thế giải pháp cọc bê tông cốt thép đúc tại chỗ truyền thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn bờ kè xung yếu sông Cần Thơ thuộc địa phận quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ, được triển khai hoàn thành vào tháng 01 năm 2021. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua các chỉ số định lượng: nâng cao hệ số ổn định mái dốc từ mức nguy hiểm 0.998 lên mức an toàn trên 1.230, giảm thiểu hơn 40% độ lún và chuyển vị ngang đỉnh kè, đồng thời tiết kiệm 15% đến 20% chi phí xây dựng so với kết cấu kè tường chắn bê tông trọng lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên sự kết hợp chặt chẽ giữa Lý thuyết cân bằng giới hạn (Limit Equilibrium Method - LEM) và Lý thuyết cơ học đất đàn dẻo phi tuyến (Finite Element Method - FEM).

Trong lý thuyết cân bằng giới hạn, phương pháp phân mảnh đơn giản hóa của Bishop (1955) được ứng dụng để xác định hệ số an toàn nhỏ nhất thông qua việc thiết lập cân bằng mômen của toàn bộ khối trượt cung tròn, có xét đến lực tương tác giữa các thỏi đất lân cận. Bên cạnh đó, mô hình nền Mohr-Coulomb trong lý thuyết đàn dẻo được thiết lập với 6 hàm mặt dẻo giới hạn trong không gian ứng suất chính, cho phép mô phỏng chính xác trạng thái biến dạng không hồi phục của nền đất yếu.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm:

• Trạng thái cân bằng giới hạn: Tình trạng ứng suất tại mọi điểm trên mặt trượt đạt tới giới hạn bền chống cắt của đất đá.
• Hệ số ổn định mái dốc (Fs / Msf): Tỷ số định lượng giữa tổng lực/mômen chống trượt và tổng lực/mômen gây trượt dọc theo mặt trượt nguy hiểm nhất.
• Mặt trượt cung tròn trượt sâu: Bề mặt trượt cong phát triển sâu xuống các lớp bùn sét hạ tầng, có bán kính cong vượt qua đáy móng công trình.
• Áp lực thủy động và dòng thấm: Áp lực dòng nước thấm qua các lỗ rỗng của đất khi biên độ triều rút nhanh, làm suy giảm ứng suất pháp hữu hiệu và gia tăng lực gây trượt.
• Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực (PC Sheet Pile): Cấu kiện tường chắn mác cao 60 MPa tiết diện dạng sóng, chịu mômen uốn lớn và tạo màng chắn kín khít ngăn xói ngầm lòng dẫn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu khảo sát địa kỹ thuật được thu thập từ 5 hố khoan thăm dò với độ sâu từ 30 đến 45 m tại vị trí sạt lở bờ sông Cần Thơ. Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 24 mẫu đất nguyên dạng được thí nghiệm cơ lý toàn diện trong phòng theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012, bao gồm thí nghiệm nén ba trục thoát nước (CD) và không thoát nước (CU), thí nghiệm nén cố kết không nở hông để xác định mô đun biến dạng E50 và Eoed.

Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo độ sâu địa chất giúp phản ánh trung thực 4 lớp đất chính, đặc biệt là tầng bùn sét xám đen dẻo nhão bề dày trên 20 m có chỉ số dẻo IL > 1.0, góc ma sát trong phi < 10 độ, lực dính c < 15 kPa và chỉ số đâm xuyên tiêu chuẩn SPT N < 5.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Phần mềm Geo-Slope (phân hệ SLOPE/W) được chọn để quét tự động hàng nghìn cung trượt giả định nhằm tìm vị trí mặt trượt tới hạn với thời gian tính toán nhanh. Phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D được lựa chọn để phân tích phần tử hữu hạn chuyên sâu theo phương pháp suy giảm cường độ chống cắt (phi-c reduction). Phương pháp này giúp khắc phục hoàn toàn nhược điểm của phương pháp cân bằng giới hạn truyền thống nhờ khả năng mô phỏng tương tác phức tạp giữa cọc cừ, thanh neo và khối đất nền trong suốt timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 09/2020 đến tháng 01/2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán mô phỏng trên các mô hình địa kỹ thuật đã làm sáng tỏ 4 phát hiện cốt lõi:

Thứ nhất, tại trạng thái ban đầu khi chưa gia cố, bờ kè sông Cần Thơ ở tình trạng mất ổn định trượt sâu nghiêm trọng với hệ số an toàn trên Plaxis đạt Msf = 0.998 và trên Geo-Slope đạt Fs = 0.985. Cung trượt nguy hiểm nhất đi xuyên sâu qua tầng bùn sét yếu ở cao trình âm 12 đến âm 18 m, giải thích chính xác hiện tượng sụp lún bất ngờ của bờ sông trong thực tế.

Thứ hai, phương án gia cố truyền thống bằng cọc bê tông cốt thép thông thường đạt hệ số ổn định Msf = 1.152 đến 1.240. Tuy nhiên, giải pháp này xuất hiện vùng tập trung ứng suất uốn rất cao tại vị trí tiếp giáp giữa lớp bùn sét và tầng cát chặt, khiến nguy cơ gãy thân cọc cục bộ tăng 35% khi chịu tải trọng tàu thuyền neo đậu.

Thứ ba, phương án sử dụng cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW-600 kết hợp thanh neo đường kính 75 mm cắm vào dầm neo bê tông mang lại hiệu quả vượt trội. Hệ số an toàn tổng thể đạt Msf = 1.230 trên mô hình Plaxis và Fs = 1.250 trên mô hình Geo-Slope (tăng 23.2% so với hiện trạng), đồng thời khống chế độ lệch chuyển vị ngang đỉnh kè ở mức an toàn dưới 32 mm.

Thứ tư, phương án gia cố khối trượt bằng cọc xi măng đất (CDM) đường kính 0.8 đến 1.0 m làm tăng mô đun biến dạng của khối đất sau kè lên 4 đến 6 lần, nâng hệ số ổn định lên Msf = 1.240. Phương pháp này đẩy cung trượt nguy hiểm ra xa mép sông thêm 8.5 m và triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng đẩy trồi đáy sông.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gây mất ổn định trượt sâu tại bờ sông Cần Thơ xuất phát từ sự tương tác bất lợi giữa áp lực thủy động và đặc tính cố kết kém của nền bùn sét. Khi triều cường rút nhanh với tốc độ lớn hơn hệ số thấm của đất (k < 10^-6 cm/s), nước trong lỗ rỗng không kịp thoát ra, tạo thành gradien thấm hướng ra lòng sông làm giảm đột ngột ứng suất pháp hữu hiệu tại đáy khối trượt.

So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm tại các công trình tương đồng như Kênh dẫn nước Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (chiều sâu 8.7 m) và Bờ kè Thủ Dầu Một (Bình Dương), kết quả nghiên cứu hoàn toàn đồng nhất về khả năng chịu uốn và độ bền chống ăn mòn vượt bậc của cọc bản dự ứng lực.

Dữ liệu mô phỏng được trình bày trực quan qua biểu đồ đường cong biến dạng - hệ số an toàn (Msf - Displacement) trích xuất từ Plaxis, thể hiện rõ giai đoạn nền đất bắt đầu chảy dẻo khi Msf tiệm cận 1.0. Đồng thời, bảng tổng hợp so sánh đa tiêu chí (độ sâu ngàm, ứng suất cắt cực đại, chuyển vị đỉnh, hệ số Fs) chứng minh giải pháp cừ ván SW-600 giúp giảm 18% khối lượng bê tông sử dụng và giảm 25% thời gian thi công ngoài hiện trường so với kè tường cọc bê tông đúc tại chỗ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân tích số liệu khoa học, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất triển khai cụ thể:

1. Thi công lắp đặt tường cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW-600: Sử dụng cừ ván bê tông cường độ cao mác 60 MPa, gia cường bằng cáp dự ứng lực 12.7 mm, đóng ngàm sâu vào tầng đất tốt tối thiểu 6.0 m. Mục tiêu đạt hệ số an toàn ổn định công trình Fs ≥ 1.30 theo tiêu chuẩn xây dựng kè đô thị cấp II; timeline thực hiện trong vòng 6 đến 9 tháng; chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng thành phố Cần Thơ và nhà thầu chuyên ngành địa kỹ thuật.

2. Áp dụng công nghệ cọc xi măng đất (CDM) gia cố nền chân kè: Thi công hệ cọc trộn sâu đường kính 0.8 m với hàm lượng xi măng phối trộn đạt 15% đến 18% khối lượng đất khô, tạo thành khối tường ngầm đồng nhất sau lưng kè nhằm giảm 45% áp lực đất chủ động tác dụng lên cừ bản; tiến độ thực hiện trong 3 đến 5 tháng; chủ thể đảm trách là đơn vị tư vấn thiết kế và doanh nghiệp thi công xử lý nền móng.

3. Lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị và áp lực nước ngầm tự động: Thiết lập mạng lưới mốc đo chuyển vị điện tử và ống đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer) với tần suất đo 24/7 nhằm đưa ra cảnh báo sớm khi chuyển vị ngang đỉnh kè vượt quá ngưỡng cho phép 30 mm; thời gian vận hành liên tục 24 tháng sau bàn giao; chủ thể chịu trách nhiệm là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp cùng Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam.

4. Quy hoạch đồng bộ hành lang an toàn và kiểm soát dòng chảy: Nghiêm cấm mọi hoạt động xây dựng công trình kiên cố trong phạm vi hành lang bảo vệ 15 m tính từ mép kè, đồng thời xử lý triệt để tình trạng khai thác cát không phép trong bán kính 1000 m; thời gian hoàn thành trong quý II năm 2022; chủ thể điều hành là Ủy ban nhân dân quận Ninh Kiều và Sở Tài nguyên Môi trường thành phố Cần Thơ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư thiết kế Địa kỹ thuật và Công trình Thủy công: Tiếp cận quy trình tính toán tối ưu kết hợp mô hình Plaxis 2D/3D và Geo-Slope để giải quyết bài toán tương tác đất - kết cấu tường cọc bản dự ứng lực trên nền đất yếu có bề dày trên 20 m.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước và Chủ đầu tư hạ tầng (Ban Quản lý Dự án, Sở Xây dựng Cần Thơ): Sử dụng các số liệu thực chứng về hệ số an toàn (Fs > 1.23) và chỉ số tiết kiệm 15% - 20% chi phí để lập báo cáo khả thi, thẩm định và phê duyệt các dự án kè sông đô thị.
• Các nhà thầu thi công hạ tầng đường thủy: Nắm vững quy trình công nghệ ép cọc bản dự ứng lực dạng sóng dài đến 21 m và kỹ thuật cọc trộn sâu CDM đảm bảo an toàn tuyệt đối, không gây chấn động nứt nẻ các công trình lân cận.
• Giảng viên, Học viên Sau đại học và Viện nghiên cứu chuyên ngành: Sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo chất lượng cao về cơ chế sạt lở ven sông vùng đồng bằng phù sa và phương pháp luận áp dụng phi-c reduction trong đánh giá ổn định trượt sâu.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hiện tượng sạt lở bờ sông tại thành phố Cần Thơ chủ yếu xảy ra dưới dạng trượt sâu?
Do cấu trúc địa tầng khu vực có lớp bùn sét bão hòa nước rất dày (từ 20 đến 35 m) với sức chống cắt nhỏ (c < 15 kPa, phi < 10 độ). Khi mực nước sông rút nhanh theo chu kỳ triều, chênh lệch áp lực thủy động đẩy toàn bộ khối trượt theo mặt cong sâu hàng chục mét dưới đáy sông.

Giải pháp cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW-600 có ưu thế gì so với cọc bê tông truyền thống?
Cừ ván SW-600 sử dụng bê tông cường độ cao 60 MPa và cáp dự ứng lực 12.7 mm, cho khả năng chịu uốn cao hơn 40%, chế tạo nguyên khối dài đến 21 m không mối nối, tăng hệ số an toàn lên 1.230 và tiết kiệm khoảng 20% chi phí xây lắp so với cọc thông thường.

Phần mềm Plaxis và Geo-Slope đóng vai trò hỗ trợ lẫn nhau như thế nào trong nghiên cứu?
Geo-Slope sử dụng phương pháp Bishop để quét nhanh hàng nghìn mặt trượt cung tròn và tìm ra vị trí trượt nguy hiểm nhất. Plaxis mô phỏng biến dạng phi tuyến đàn dẻo, đánh giá chính xác chuyển vị ngang đỉnh kè (dưới 32 mm) và phân tích ứng suất tiếp xúc giữa đất và thanh neo.

Khi nào nên kết hợp thi công cọc xi măng đất (CDM) trong các công trình kè bảo vệ bờ sông?
Giải pháp CDM được áp dụng khi lớp đất yếu sau bờ kè có bề dày lớn và mặt bằng thi công hạn chế. Cọc xi măng đất giúp gia cường trực tiếp khối trượt, tăng mô đun biến dạng Eoed lên nhiều lần, triệt tiêu biến dạng hông và hạn chế tối đa việc lấn chiếm lòng dẫn tự nhiên.

Hệ số ổn định công trình (Fs) sau khi gia cố đạt bao nhiêu là đảm bảo an toàn vận hành?
Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình thủy lợi và kè bảo vệ bờ sông đô thị, hệ số ổn định yêu cầu phải đạt từ 1.20 đến 1.30. Phương án cừ ván dự ứng lực trong luận văn đạt Msf = 1.230 đến 1.250, hoàn toàn đáp ứng độ tin cậy và an toàn khai thác lâu dài.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện và làm rõ cơ chế phá hoại trượt sâu của bờ sông Cần Thơ trên nền bùn sét dày hơn 20 m với hệ số an toàn ban đầu chỉ đạt 0.998.
• Chứng minh tính khả thi vượt trội của phương án cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW-600 kết hợp thanh neo, giúp nâng hệ số ổn định lên 1.230 và khống chế chuyển vị ngang dưới 32 mm.
• Khẳng định hiệu quả của giải pháp cọc xi măng đất (CDM) trong việc gia cường nền móng, giữ nguyên hiện trạng mặt cắt lòng sông và hạn chế xói lở cục bộ.
• Thiết lập quy trình tính toán kết hợp hiệu quả giữa phương pháp cân bằng giới hạn (Geo-Slope) và phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến (Plaxis 2D/3D).
• Đóng góp bộ thông số địa kỹ thuật thực nghiệm chuẩn xác phục vụ trực tiếp cho công tác thiết kế và thẩm định các tuyến kè chống sạt lở tại thành phố Cần Thơ và vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Về đóng góp chính, công trình đã giải quyết triệt để bài toán ổn định công trình ven sông trên nền đất yếu bằng giải pháp cừ ván dự ứng lực thân thiện với môi trường và tối ưu hóa kinh tế. Timeline bước tiếp theo tập trung vào việc mở rộng bài toán mô phỏng thủy lực 3D có xét đến tải trọng động của phương tiện thủy trong giai đoạn 2022–2023. Các cơ quan quản lý đô thị và đơn vị tư vấn thiết kế nên áp dụng ngay các thông số kỹ thuật từ nghiên cứu này vào các dự án kè trọng điểm để nâng cao chất lượng công trình và bảo vệ an toàn bền vững cho cộng đồng dân cư ven sông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT CỦA CÔNG TRÌNH. Giới thiệu Vấn đề sạt lở và mất ổn định mái dốc đã được nhiều tác giả nghiên cứu từ rất lâu bởi tính chất quan trọng của nó. Trong những năm gần đây, dưới tác động của việc biến đổi khí hậu, tình hình sạt lở diễn ra với tần suất nhiều hơn và kéo dài trên diện rộng không chỉ nước ta mà trên toàn thế giới. Sạt lở có thể cướp đi sinh mạng của nhiều người, đất đai, nhà cửa.

Nguyên nhân dẫn đến sạt lở có thể là do mái dốc quá dốc, do sự tăng mực nước ngầm, đường thấm trong đất hay do xói ở chân taluy, giảm cường độ của đất quá lâu do sạt lở hay bị phong hóa. Đối với những nền đất ở ven sông chủ yếu là đất yếu có chiều dày lớn, là nơi bồi lắng phù sa, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều tạo ra dòng thấm của nước triều bên trong nền đất làm thay đổi các đặc trưng cơ lý và khả năng chịu lực của đất nền dưới đường, làm giảm độ ổn định của nền đắp, nguy cơ xảy ra sạt lở là rất lớn. Khi sạt lở xảy ra thường có nhiều hơn một nguyên nhân, trong nhiều trường hợp, một vài nguyên nhân tồn tại cùng một lúc.Lomtađze [5], có năm nguyên nhân gây trượt lở : - Tăng cao độ dốc của sườn, của mái dốc khi cắt xén, khai đào hoặc xói lở khi thi công mái quá dốc. - Làm giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi tẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết cấu tự nhiên …hoặc do phát triển các hiện tượng từ biến trong đất đá.

- Tác động của áp lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá, gây nên biến dạng thấm ( xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy…) - Biến đổi trạng tháo ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc - Tác động bên ngoài : chất tải trên sườn dốc, mái dốc, kể cả những khu kế cận của đỉnh dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn… -5- Hình 1.1 Sạt lở tại km 88+937 Quốc lộ, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 1. Tổng quan về đất yếu Đất yếu là loại đất không có khả năng tiếp nhận trực tiếp tải trọng từ công trình. Hiện nay, không có định nghĩa rõ ràng về đất yếu và phần lớn các nước trên thế giới thường thống nhất định nghĩa về nền đất như sau: e>1 c ≤ 5 KN/m² W(%) > 60%  ≤ 10o IL > 1 E ≤ 5000 KN/m² Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 9355:2012 Gia cố đất yếu bằng bất thấm thoát nước, đất yếu được định nghĩa như sau: “đất phải xử lí, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão.

Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL>1), có hệ số rống (e>1), có góc ma sát trong nhỏ (<100), có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C<15 kPa, có lực dính theo kết quả cắt cánh hiện trường là Cu < 35 kPa, có sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0.1 Mpa, có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N<5. Cơ chế gây sạt lở và các yếu tố gây ảnh hưởng Hiện tượng sạt lở xảy ra ở rất nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam. Đặc biệt ở những công trình nằm trên mái dốc, công trình chạy dọc theo các hệ sống sông rạch. Những mái dốc tự nhiên đã ổn định trong nhiều năm có thể bất ngờ bị phá hoại hay sạt lở bởi những thay đổi của địa hình, địa chấn, sự suy giảm cường độ, thay đổi ứng suất, sự dao động của mực nước sông có chu kỳ [11], địa chất yếu cũng được xem là nhân tố quan trọng góp phần gây sạt lở những tuyến dường ven sông ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và ở tỉnh An Giang nói riêng, chiều dày tầng đất yếu nơi đây tương đối lớn, thường trên 20 m, hệ số thấm nhỏ và thường xuyên ngập chìm trong nước.

Cơ chế sạt lở Cơ chế sạt lở đất rất phức tạp. Sạt lở đất được giải thích là sự mất cân bằng giữa thành phần kháng trượt và thành phần gây trượt. Khi mái dốc ổn định sự cân bằng này được duy trì. Tuy nhiên, trong một trường hợp nào đó, điều kiện cân bằng này không còn tồn tại.

Sự phá vỡ cân bằng có thể do giảm thành phần kháng trượt hoặc tăng thành phần gây trượt hoặc cả hai. Cơ chế mất ổn định tổng thể của công trình trên đất yếu và đất sét thường xuất hiện dưới dạng khối trượt cung tròn [17]. Các yếu tố ảnh hưởng 1. Ảnh hưởng của yếu tố dòng chảy Vào mùa lũ lưu lượng, lưu tốc dòng chảy lớn lại trùng vào mùa gió có triều cường gây ra sóng lớn tác động vào bờ.

Dòng chảy chịu ảnh hưởng của thủy triều, nhất là khi triều rút, sự thoát nước nhanh tạo ra lưu tốc lớn. Ảnh hưởng của vật liệu dòng chảy Kết cấu trầm tích ven bờ yếu, kém chặt sít do chưa qua quá trình nén chặt tự nhiên, đất luôn bị bão hòa nước, độ gắn kết thấp dễ bị dòng chảy làm xói mòn gây sạt lở. Tương tác giữa dòng chảy – lòng dẫn và quá trình xói lở Quá trình phát triển của xói lở hoặc bồi là sự tương tác liên tục của dòng chảy đối với lòng dẫn. Dòng chảy có lưu tốc (cục bộ) cao hơn khả năng kháng xói -7- của lòng dẫn tất yếu gây xói lòng dẫn.

Biến đổi của lòng dẫn lại tạo nên những thay đổi về cấu trúc của dòng chảy. Tác động của áp lực thủy tĩnh: Vào các thời kỳ mùa lũ hoặc khi triều dâng, phần đất đá ngập nước nằm trong trạng thái bị đẩy nổi và trọng lượng của nó không đủ để giữ yên các khối đất đá nằm ở phía trên. Đất đá ở phía trên gần như mất điểm tựa bắt đầu dịch chuyển và làm cho phần đất đá trong trạng thái bị đẩy nổi bên dưới bị trượt. Ngoài ra, đất đá ở trạng thái đẩy nổi cũng làm giảm ứng suất pháp có hiệu ở tại mặt trượt đã xác định hoặc đang dự đoán, do đó sức chống cắt của đất đá giảm xuống và có thể phát sinh trượt.

Tác động của áp lực nước thủy động: Nước mưa, nước mặt ngấm xuống đất theo các lỗ hổng, khoảng trống có trong đất đá và tạo ra dòng thấm lưu thông trong đất đá. Sự vận động thấm của nước dưới đất gây ra áp lực thủy động có ảnh hưởng đến sự biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá cấu tạo bờ và gây ra biến dạng thấm.2 Sơ đồ lực tác động lên mái dốc khi có áp lực thủy động Từ sơ đồ trên cho thấy áp lực thủy động hướng theo phương dòng thấm và có giá trị càng lớn khi độ thấm nước của đất đá càng bé. Trong những thời gian biến đổi đột ngột gradien áp lực, áp lực thủy động sẽ tác động vào đất đá ở bờ và gây trượt lở bờ. Các điều kiện đặc trưng của từng công trình Bên cạnh nhưng ảnh hưởng của yếu tố chung, mỗi công trình đều có đặc trưng khác biệt như : tải trọng công trình trên bề mặt, (công trình giao thông, nhà ở), giao thông thủy, khai thác cát trái phép, xây nhà lấn chiếm bờ sông, hoạt động lấn bờ đào ao nuôi cá, neo đậu bè cá… -8- Những hoạt động kinh tế xây dựng ảnh hưởng rất lớn đến hiện tượng trượt lở bờ sông Hậu, có thể kể như sau: - Phá hủy lớp phủ thực vật tạo mặt bằng xây dựng, làm mất ổn định bờ.

- Xây dựng công trình nằm sát mép bờ sông thậm chí lấn chiếm ra phía sông làm thay đổi chế độ dòng chảy, cấu tạo địa chất không thuận lợi (đất yếu)… gây bất lợi cho sự ổn định bờ. - Tàu thuyền có tải trọng lớn đi lại gây nên sóng lớn tác dụng trực tiếp vào bờ, gây xói lở bờ. - Các bãi, bến ghe, thuyền neo đậu không hợp lý tạo ra mặt cắt ướt lòng sông co hẹp dẫn đến dòng chảy thay đổi, gây xói lở bờ. - Quá trình khai thác cát bừa bãi với qui mô lớn ở vùng và phụ cận làm thay đổi chế độ dòng chảy của sông dẫn đến quá trình lở bờ xảy ra.

- Sử dụng không đúng, không hợp lý về các giải pháp và kết cấu của các công trình bảo vệ bờ do không nắm chắc số liệu về dòng chảy và sự biến đổi của dòng chảy, cũng như các số liệu về địa chất, về cấu tạo vùng bờ. Các dạng mặt trượt tự nhiên trong tính toán ổn định trượt sâu công trình Trên cơ sở phân tích ổn định mái dốc và nghiên cứu các dạng mặt trượt từ đó có thể đề ra những giải pháp phòng ngừa an toàn và kinh tế trong công tác xử lý và phòng chống sạt lở. Những phương pháp làm ổn định mái dốc bao gồm phương pháp về cấu trúc để gia tăng mức độ ổn định và cả phương pháp quản lý nhằm phục hồi và tăng cường sự ổn định của mái dốc. Phương pháp kết cấu được thực hiện trên một vị trí cụ thể và phương pháp không dùng kết cấu cho những quy hoạch tổng quát trên diện rộng.

Hiện nay có rất nhiều phương pháp chống sạt lở, tuy nhiên không phải tất cả những phương pháp đều thích hợp với mỗi dạng phá hoại trong tự nhiên, việc lựa chọn giải pháp thích hợp nó còn phụ thuộc vào các yêu cầu về kỹ thuật như khả năng chịu lực của kết cấu, độ bền của đất, điều kiện thi công tại công trường, mỹ quan, mục tiêu và giá thành xây dựng. Mặt trượt cung tròn Kết quả quan trắc thực tế cho thấy mặt trượt của các mái đất có dạng liên tục gần như một cung tròn, từ đó giả thiết mặt trượt có dạng cung tròn bán kính R để -9- tính toán tìm ra cung trượt nguy hiểm nhất tương ứng với hệ số an toàn ổn định Fsmin.3 Mặt trượt công trình theo giả thiết mặt trượt trụ tròn 1. Mặt trượt gẫy khúc Việc xác định mặt trượt được dựa trên cấu trúc địa tầng của nền đất. Mặt trượt khả dĩ có thể xảy ra là mặt trượt gãy khúc theo bề mặt lớp đất yếu khi nền có nhiều lớp.4 Mặt trượt công trình theo mặt trượt giả định gãy khúc 1.

Mặt trượt khả thực Phương pháp này được áp dụng tính toán trong trường hợp nền đất có kẹp lớp đất yếu nằm gần đáy công trình, phía dưới là lớp đất tốt.