BIỂN – BỜ

Diễn đàn về Cảng – Đường thuỷ – Thềm lục địa Việt Nam

MẤT ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRÊN NỀN ĐẤT YÊU – KSCC Trần Văn Dung

Posted by bienbo on 16.07.2009

 

 

Bài viết này dựa vào những tài liệu kỹ thuật nói về mất ổn định của các công trình kè dạng mái dốc trong công trình thủy trên nền đất yếu và những lý giải về mất ổn định của một số công trình đã xẩy ra tai Việt Nam

CÁC ĐỊNH NGHIẪ VỀ ĐẤT YẾU

Có rất nhiều tài liệu trong và ngoài nước nói về đất yếu, dưới đây xin nêu một số  tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuât nói về định nghĩa đất yếu của Việt Nam .

Theo Qui trình khảo sát địa chất công trình thuỷ (22TCN 260-2000), mục c “Khảo sát địa chất công trình khu vực đất yếu”:

a.”Điều 64. Tại các khu vực đát yếu thường gặp:

Đất có trạng thái dẻo chảy trở lên, không thể trực tiếp xây dựng công trình lên chúng được.

Bùn và than bùn.

Đất lún ướt và trương nở.

b. Đất có trạng thái dẻo chảy trở lên được xác định theo độ sệt Il , trong phụ lục 4 của qui trình này là:

        – Dẻo chảy: 0,75 <  Il    1,00.

        – Chảy       :             Il    >  1,00.

 

1.2. Theo 22TCN 207-92: Công trình bến cảng biển – Tiêu chuẩn thiết kế.

Điều 13.36 có đề cập đến loại đất có thời gian cố kết dài (độ ép lún lớn) cũng thuộc loại đất yếu, với các tiêu chí sau:

Độ no (bảo hoà) nước G ≥ 0,85.

Môdun biến dạng Eo ≤ 50 kg/cm2.

Hệ số cấp độ cố kết Cvo < 4,0.

Hệ số cố kết Cv ≤ 1.107 cm2/ năm.

Độ sệt Il ≥ 0,75.

 

1.3. Theo “Nền đường đắp trên nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam” của NXB Khoa học và kỹ thuật năm 1994.

– Đất có khả năng chịu tải nhỏ: 0,5-1,0  daN/cm2.~ 1,02kg/cm­­­­­­­­2

– Có tính nén lún lớn.

– Hầu như bảo hoà nước.

– Hệ số độ rỗng lớn:  e  >1.

– Môdun biến dạng thấp: Eo< 50 daN/cm2

– Lực chống cắt nhỏ.

1.4. Theo Tiêu chuẩn Thiết kế Cảng Nhật Bản (2):

Đất yếu là cát: Giá trị N theo SPT nhỏ hơn 4

Đất yếu là đất dính: Cường độ nén nở hông tự do nhỏ hơn 20kN/m2.

Trong thực tế xây dựng đất yếu thường gặp nhất là đất sét yếu bảo hòa nước.

1.5. Tổng hợp các đăc tính của đất sét yếu.

 

Các tiêu chí

 

Ký hiệu và

(đơn vị)

Trị số

Độ sệt

Hệ số độ rỗng

Độ no (bảo hoà) nước

Môduyn biến dạng  

Hệ số cấp độ cố kết

Hệ số cố kết

Khả năng chịu tải

Cường độ nén nở hông tự do

 Il 

 e 

 G

 Eo (kg/cm2)

 Cvo

 Cv (cm2/ năm).

daN/cm2

kN/m2

       0,75

     >  1

       0,85.

        50

     <   4,0

       1.107

     0,5-1,0

      <   20

 

II. SỨC KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT SÉT YẾU :

Để đánh giá độ ổn định kết cấu mái dốc khi đặt trên nền đất sét yếu, cần phái xác định  sức kháng cắt của chúng

a. “Với loại đất sét yếu, sức khỏng cắt (τ) phải xét cấp độ cố kết bằng cách lấy các đặc trưng của đất (gồm chỉ tiêu cơ lý về độ bền và các thông số về cắt φ và  c ứng với trạng thái có áp suất dư u của nước trong lỗ rỗng.

Các kết cấu mái dốc đặt trên nền đất yếu  chưa được cố kết, khi chịu tải trọng như lấp đất, các hoạt tải khác như: chồng xếp hàng hoá và vật liệu xây dựng, hoạt động của các phương tiện vận tải , bốc xếp…, sức kháng cắt ban đầu  được xác đinh:

τ = (q -u)tgφu + cu          (1)

u- Áp lực lỗ rỗng.

(q -u) – Ứng suất pháp có hiệu

     φu và cu – lấy  trong điều kiện không thoát nước.

b. Do đất yếu nên các mẫu thí nghiện khó có được mẫu nguyên dạng, dẫn đến độ tin cậy của các thông số thí nghiệm trong (1) thiếu chinh xác, nên khi gặp đất yếu, yêu cầu phải tiến hành thí nghiệm tại hiên trường mà được áp dung rộng rài là thí nghiệm theo phương pháp cắt cánh. Lực khỏng cắt được xác định theo công thức:

τ =M/K.                                       (2)

M- Lực xoắn khi cắt đất

K- Hằng số phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của cánh cắt đất.

c. Do không tin cậy lắm về giá trị của ứng suất có hiệu trong kết quả thí nghiệm, đối với đất yếu một số tiêu chuẩn kỹ thuât đã kiến nghi xác định sức chống cắt theo  phương pháp ma sát bằng không (theo 22TCN 207-92) hay lý thuyết φ bằng không (theo TCKT Cảng Nhật bản), tức là:

τ = cu.                   (3)

 

III. ỔN ĐỊNH CÁC CÔNG TRÌNH MÁI DỐC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

 

Về nguyên tắc, đất yếu không được dùng làm nền móng công trình, mà phải thay một phần hay hoàn toàn chúng bằng loại đất tốt hơn, hoặc phải có các biện pháp để cải thiện đất yếu bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Tuy nhiên, trong nhiều thập kỷ qua, ở Việt Nam đã xây dựng  một số công trình mái dốc (kè bờ) vần giữ nguyên nền đất yếu và cho tiến hành xây dựng công trình lên chúng .

Đánh giá ổn định của kè đều xuất phát từ nguyên lý cơ bản: Sức chống cắt của đất trên mặt trựơt có thể (trượt vòng cung, phẳng hay gãy khúc) phải lớn hơn các lực gây trượt. Thông qua các công trình đã xây dựng, có 2 trường hợp xây ra:

3.1.Theo tính toán, mái dốc mất ổn định nhưng thực tế công trình sau khi  hoàn công và khai thác công trình vẫn ổn đinh: Kè cảng Hà Nội, Kè cảng VO3  Quân cảng cảng Đà Nằng (TEDI thiết kế). Gần đây là kè cảng khu cảng Đình Vũ (trừơng Đại học Hàng hải thiết kế).

Để lý giả cho các quyết định này, người ta đã dựa vào các căn cứ sau:

a) Các nhà thiết kế đã dùng quan điểm lấy mái dốc tự nhiên đã tồn tại dốc hơn hoặc bằng mái dốc tính toán để quyết định mái dốc thiết kế mặc dầu tính toán là không ổn định

b) Kết quả thí nghiệm trong phòng về sức chống cắt của đất thấp hơn thực tế do phương pháp thí nghiệm và tính không nguyên dạng của mẫu thí nghiệm

c) Trong qúa trình thi công, đất nền dã được cải thiện bằng việc đắp đất tạo bãi từng bước làm tăng độ cố kết và giảm áp lực lỗ rỗng nên khả năng chống trượt của đất nền được tăng lên

d) Đưa những tính toán không nằm trong các tiêu chuẩn kỹ thuật vể đánh giá  ổn đinh. Độ dự trữ về an toàn thấp

3.2. Ngược lại với trường hợp trên, khi tính toán công trình ổn định, nhưng  bị sư cố trong khi thi công hay sau một thời gian khai thác. Ba công trình kè bị trượt gần  như cách nhau 9 năm: Trượt mái dốc kè ở cảng nhập than cảng Phả Lại khi tiến hành nạo vét thi công kè (khỏang 1984) và Cảng Xăng dầu Nhà Bè (1993), kè cảng Năm Căn (2002).  Đây là một lọai trượt quay theo ba phương điển hình như đã được mô  tả trong mục 54 (Hình 71c), Phần 1 của BS 6349.

Về trường hợp này chỉ có thể lý giải như sau:

a) Đánh giá sức chịu cắt trong thiết kế thấp hơn với thực tế, trong trường hợp dùng chỉ tiêu kháng cắt lấy từ kết quả thí nghiệm trong phòng.

b) Phương pháp thí nghiệm không phù hợp với điều kiện làm việc của đất nền: Ví dụ: Đất chưa cố kết đã chịu tải trong cắt, trong lúc đó lại sử dụng kết quả thí nghiệm cắt thoát nước cố kết

c) Phương pháp thí nghiệm trong phòng cũng như hiện trường phù hợp với điều kiên thiết kế, nhưng công trình vẫn mất ổn đình.

Trong trường hợp này chỉ có thể    có sự tăng áp lực lỗ rỗng trong quá trình thi công và khai thác.  Đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự cố cho các công trình mái dốc.

Áp lực lỗ rỗng tăng cao, dẫn đến áp suất pháp có hiệu bằng không (q -u) = 0, khi đó, không những sức kháng theo ma sát bằng không mà sức kháng dính cu cũng không tồn tại; trạng thái của đất lúc này gần như là một dung dịch nước đặc.

Dưới đây là những chỉ dẫn của các tiêu chuẩn nước ngoài nói về những nguyên nhân gây ra vệc tăng áp lực lỗ rỗng.

 

IV. CÁC  NGUYÊN NHÂN GÂY TĂNG ÁP  LỰC  LỖ  RỖNG

 

Tăng áp lực lỗ rỗng trong đất sét yếu xuất hiện do 2 nhóm nguyên nhân chủ yếu  với 19 trường hợp có thể như sau

4.1. Khách quan.

Khi tiến hành nghiên cứu và đánh giá điều kiện đất yếu, do không có điều kiện về thời gian và kinh phí hoặc chưa hình dung hết các khả năng tăng áp lực lỗ rỗng trong thời gian thi công và khai thác công trình, thể hiện qua các lý do sau:

a. Thay đổi mực nước do:

1)  Biến đổi thủy triều và gây ngập một phần:

Các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng cũng như hiện trường chưa phản ánh sự biến đổi của chúng trong trường hơp thủy triều thấp và cao hoặc nền đất không và  có ngập nước. Áp lực lỗ rỗng trong trường hợp sau có thể lớn trường hợp đầu.

2) Độ chênh mực nước ngầm do các nguồn nước từ phía bờ đất:

Dưới tác động của độ chênh này, hình thành một dòng nước ngầm chảy từ phía khu đất về phía khu nước.

Ven biển và vùng chịu ảnh hưởng triều ở miền Bắc và miền Nam đều có biên độ  lớn, không chỉ các công trình kè bờ mà các công trình cầu đường đặt trên đát yếu phải cẩn thận đánh giá khả năng tăng áp lực lỗ rông do tác động của ảnh hưởng này.

b. Giao đông tần số cao truyền tới đất nền:

Những giao động này được hình thành do tác động:

3) Phương tiện trên qua lai thường xuyên gây tạo rung, truyền vào nền đất yếu  trong quá trình thi công và khai thác.

4) Động đất: Tạo ra các sóng địa chấn truyền đến công trình và nền đất.

5) Sóng  (do gió bão, do tàu):

  Sóng làm tăng áp lực lỗ rỗng phía sau và sâu xuống đất của mái dốc do sự thay đổi thất thường và nhanh chóng của sóng khi mực nước thay đổi.

– Trong trường hợp mái dốc ngập trong nước, tác động của sóng cũng có thể gây tăng áp lực lỗ rỗng

c. Cấu trúc của đất đã tạo ra những chổ để nước thâm nhập như:

6) Xuất hiện các khe nứt.

7) Xuất hiện các lớp hoặc thấu kính đất thấm nằm kẹp giữa lớp đất không thấm (Đất bùn và cát mịn).

8) Biến đổi mực nước do tác động của sóng làm tăng áp lực lỗ rỗng phía sau và sâu xuống đất của mái dốc bị ảnh hường do sự thay đổi thất thường và nhanh chóng của sóng.

9) Trong trường hợp mái dốc ngập trong nước, cũng cần xem xét tác động của sóng gây tăng áp lực lỗ rỗng

d. Các ảnh hưởng khác gây mất ổn đinh mái dốc:

10) Chân mái dốc sâu hơn so với chân mái dốc thiết kế làm cho mái dốc trở nên dốc hơn. Nó sẽ xẩy ra khi:

      – Xói chân do tác động của dòng chảy, thủy triều, sóng tàu.

      – Sóng vỗ bờ gây moi ở nơi chân kè có vật liệu xấu.

        Do đổ vật liệu hoặc bồi tích tự nhiên lên mái dốc.

11) Tác động bởi sự vận chuyển của dòng bùn cát ven bờ, đặc biệt là lũ quét.

4.2. Chủ quan:

Chủ yếu do các biện pháp thi công không phù hợp

Các thao tác khi thi công không hợp lý cũng dẫn đến tăng áp lực lỗ rỗng:

12) Nạo vét mái dốc gầm bến trước khi đóng cọc: nên trong quá trình đóng sẽ gây ra dịch chuyển và xáo trộn, tạo điều kiện thậm nhập nước vào đất nền.

13) Đổ vật liệu lên đỉnh hoặc phía sau mái dốc một cách ồ ạt

14) Đổ vật liệu theo lớp qúa dày và hẹp gây biến dạng dẻo

15) Nạo vét chân mái dốc sâu hơn thiết kế

16) Naọ vét tạo thành một dốc đứng, để nó tự đổ xuống theo góc nghỉ tự nhiên, tạo ra máí dốc thiết kế. Đất tạo mái dốc này sẽ bị mềm hóa nên có chỉ tiêu cơ lý thấp hơn tính toán

17) Trình tự thi công không hợp lý, tạo ra các sóng bùn trong lõi vật liệu đắp

18) Không có các biện pháp thoát nước thích hợp, gây tích tụ nước

19) Nổ mìn hay đóng cọc  gây rung trong đất yếu.

20) Thiết bị nạo vét: Dùng tàu xén thổi sẽ tăng độ bảo hòa nước nhiều hơn khi sử dùng tàu cuốc.

Như vậy trong 20 trường hợp có thể làm tăng áp lực lỗ rỗng trong đất sét yếu, có đến 11 trường hợp là do khách quan và 9 trường hợp là do chủ quan.

Do vậy khi đánh giá nguyên nhân mất ổn định của công trình trên nền đất yếu cần phải xem xét các yếu tố đã nêu trên.

Phải chăng sự lún không dừng lại của cầu qua Văn Thánh và vụ sập cầu dẫn Cần Thơ cũng như các công trình trên nền đất yếu xẩy ra sự mất ổn định hoặc phá hoại,  cần xét từ nguyên nhân  của việc tăng áp lực lỗ rỗng và có thể xem là một rủi ro nghề nghiệp

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: