Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu chế tạo vật liệu phức hình kè mái đất công trình xây dựng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đỗ Nguyễn Tuấn Anh, Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng
tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được
người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Những nội dung tham khảo đều
được chú thích rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 03 tháng 04 năm 2017
TÁC GIẢ

Đỗ Nguyễn Tuấn Anh

1

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài “Nghiên cứu
chế tạo vật liệu phức hình kè mái đất công trình xây dựng” đã được hoàn thành
dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Phạm Toàn Đức - Trưởng khoa Xây
dựng - Đại học Hải phòng. Luận văn hoàn thành với hy vọng đóng góp một phần nhỏ

trong việc nghiên cứu chế tạo gạch phức hình có liên kết linh hoạt, thẩm mỹ, giá thành
cạnh tranh với mục đích thay thế các giải pháp kè truyền thống bằng đá hộc xếp khan
hoặc đá xây để bảo vệ mái dốc công trình, thúc đẩy việc tái sử dụng phế phẩm của
ngành công nghiệp nhiệt điện trong các lĩnh vực xây dựng, góp phần giải quyết các
vấn đề môi trường, an sinh xã hội. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy
Phạm Toàn Đức về sự giúp đỡ to lớn này.
Cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại trường Đại học Thủy lợi đã hết sức tạo điều kiện
giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè đồng
nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân tình của các thầy
cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các công tác nghiên cứu
khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình./.

Hà Nội, ngày 03 tháng 04 năm 2017
TÁC GIẢ

Đỗ Nguyễn Tuấn Anh

2

i


PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU: .................................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ............... 3
1.1. Mái dốc và các nguyên nhân gây mất ổn định [1] .....................................................................3
1.1.1. Do tác động của nước mặt .........................................................................................................3
1.1.2.Do tác động của trọng lực ........................................................................................................ 10
1.2. Tổng quan các phương pháp chống mất ổn định mái dốc ..................................................... 13
1.2.1.Giải pháp kè mái dốc từ đá hộc............................................................................................... 13
1.2.2.Giải pháp kè mái dốc khác ...................................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................... 25
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu............................................................................................ 25
2.1.1. Xi măng ..................................................................................................................................... 25
2.1.2. Tro bay ...................................................................................................................................... 27
2.1.3. Xỉ đáy. ....................................................................................................................................... 29
2.2. Phương pháp nghiên cứu. .......................................................................................................... 33
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tạo hình ......................................................................................... 33
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu chế dộ dưỡng hộ nhiệt ẩm thường. ........................................... 35
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................................................. 42
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG PHỨC HÌNH KÈ MÁI ĐẤT ........ 44
3.1. Chế tạo bê tông phức hình kè mái đất ...................................................................................... 44
3.2. Thiết kế cấp phối gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng...................................... 49
3.2.2. Thiết kết cấp phối gạch sử dụng tro bay, xỉ đáy của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. .... 49
3.2.3. Quy trình công nghệ chế tạo gạch phức hình kè mái đất công trình từ tro bay, xỉ đáy của
nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. ......................................................................................................... 52
3.2. Đánh giá một số tính chất cơ lý chính của bê tông phức hình kè mái dốc .......................... 57
3.2.1. Khối lượng thể tích .................................................................................................................. 57
3.2.2. Độ hút nước .............................................................................................................................. 57
3.2.3. Cường độ nén của gạch ........................................................................................................... 58
3.2.4. Cường độ uốn của gạch .......................................................................................................... 59
3.2.5. Độ mài mòn .............................................................................................................................. 60
3.2.6. Độ bền ....................................................................................................................................... 61
3.3. Ví dụ tính toán: ............................................................................................................................ 62

3

3


3.3.1. Giả thiết tính toán..................................................................................................................... 62
3.3.2. Mô hình tính toán ..................................................................................................................... 63
3.3.3. Hình thức liên kết ..................................................................................................................... 65
3.3.4. Tính toán bề dày của gạch phức hình lát mái kè.................................................................. 66
3.3.5. Tính áp lực sóng tác dụng lên mái kè. ................................................................................... 67
3.3.6. Tính ổn định lớp gia cố mái kè............................................................................................... 71
3.3.7. Tính toán ổn định theo bài toán ổn định mái dốc bằng phần mềm Geo-Slope. ............... 72
3.3.8. Hiệu quả kinh tế so với một số phương pháp kè khác. ....................................................... 79
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 80
KẾT LUẬN ......................................................................................................................................... 81
KIẾN NGHỊ......................................................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................83
Tiếng Việt ............................................................................................................................................ 83
Tiếng Anh ............................................................................................................................................ 84

4

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ vị trí đới bờ. .......................................................................................

3

Hình 1.2: Các giai đoạn hình thành bờ mài mòn và tích tụ (theo V.P.Zenkovits) ................

4

Hình 1.3: Các yếu tố cơ bản của sóng ...........................................................................

5

Hình 1.4: Dòng chảy ven bờ ........................................................................................

6

Hình 1.5: Hiện trạng sạt lở bờ sông ở Việt Nam. ..........................................................

10

Hình 1.6: Hiện trạng sạt lở mái đất đèo Hòn Giao và đèo Hải Vân. ................................

13

Hình 1.7: Kè mái dốc truyền thống bằng đá hộc. .........................................................

14

Hình 1.8: Kết cấu thảm FS. ......................................................................................

15

Hình 1.9: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn ................................

16

Hình 1.10: Kè bảo vệ bờ bằng GeoTube .....................................................................

17

Hình 1.11: Kè bảo vệ bờ bằng túi địa kỹ thuật.............................................................

17

Hình 1.12: Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa ............................................................

18

Hình 1.13:Trồng cỏ Vetiver bảo vệ mái dốc ................................................................

19

Hình 1.14:Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật ....................................

20

Hình 1.15: Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát triển
thực vật .................................................................................................................

20

Hình 1.16:Áp dụng công nghệ NeowebTM bảo vệ taluy. ...............................................

22

Hình 1.17: Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông ..............................................................

23

Hình 1.18: Rồng đá truyền thống và rồng đá cải tiến....................................................

23

Hình 1.19: Khối Hidroblock .....................................................................................

24

Hình 2.1: Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng ........................................................

29

Hình 2.2: Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng ..........................................................

31

Hình 2.3: Hệ số lèn chặt và độ rỗng cốt liệu từ xỉ đáy 0÷5 và 5÷10 mm. ..........................

33

Hình 2.3: Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm .....................................................................

40

Hình 2.4: Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế .....................................................................

41

Hình 3.1: Trồng cây, cỏ bảo vệ mái đất ......................................................................

44

Hình 3.2: Kết hợp lưới địa kỹ thuật 2 chiều kết hợp trồng cỏ.

5

5

....................................... 45


Hình 3.3: Phương án hình dạng gạch phức hình kè mái đất ..........................................

47

Hình 3.4: Hình thức liên kết gạch phức hình. ..............................................................

48

Hình 3.5: Kích thước viên gạch phức hình ..................................................................

49

Hình 3.6: Khuôn đúc gạch phức hình .........................................................................

49

Hình 3.8: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch kè mái đất .....................................................

53

Hình 3.9: Máy tạo hình gạch .....................................................................................

54

Hình 3.10: Sản phẩm gạch hoàn thiện ........................................................................

56

Hình 3.11: Thi công mái taluy cầu rào 2 – Hải Phòng ...................................................

56

Hình 3.12: Sơ đồ thí nghiệm cường độ nén và uốn của gạch xây ....................................

59

Hình 3.13: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy mài ....................................................

61

Hình 3.14: Mô hình tính toán ổn định mái kè. .............................................................

63

Hình 3.15: Liên kết móc xích giữa các viên gạch phức hình. ..........................................

65

Hình 3.16: Sơ đồ sóng vỗ vào mái. .............................................................................

67

Hình 3.17: Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên mái kè ........................................................

68

Hình 3.18: Kết quả tính toán mặt trượt cắt qua mái kè.................................................

77

Hình 3.19: Kết quả tính toán mặt trượt nguy hiểm nhất ...............................................

77

Hình 3.20: Kết quả tính toán mặt trượt cắt qua mái kè .................................................

78

Hình 3.21: Kết quả tính toán mặt trượt nguy hiểm nhất ...............................................

78

6

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của xi măng............................................... 26
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của xi măng ............................................................................ 26
Bảng 2.3 Thành phần khoáng của Xi măng.............................................................................. 26
Bảng 2.4 Tính chất cơ lý của xi măng ...................................................................................... 27
Bảng 2.5. Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng. ......................................... 29
Bảng 2.6 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng ...................................... 30
Bảng 2.7 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng.............................................. 30
Bảng 2.8 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy .................................... 31
Bảng 2.9: Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và 0,14÷5mm) theo phương pháp
Kirienco. ................................................................................................................................... 32
Bảng 2.10: Kết quả xác định khối lượng thể tích lèn chặt và đổ đống của cốt liệu ................. 33
Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền......................................................................................... 64
Bảng 3.2: Tính toán bề dày viên gạch phức hình ..................................................................... 67
Bảng 3.3: Tính toán áp lực sóng tác dụng lên mái kè .............................................................. 70
Bảng 3.4: Tính toán ổn định lớp gia cố mái khi mới thi công xong......................................... 71
Bảng 3.5: Tính toán ổn định lớp gia cố mái trong quá trình vận hành..................................... 72

7

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
C

Cát

Đ

Đá dăm

C/Đ

Tỷ lệ cát/đá

N/X

Tỷ lệ nước và xi măng

N

Nước

X hoặc XM Xi măng

C
C
Đ

Tỷ lệ Cát/(Cát+Đá), (mức ngậm cát)

R7, 28 (MPa) Cường độ nén ở tuổi 7 và 28 ngày của bê tông
BTCT

Bê tông cốt thép

CKD

Chất kết dính

CLN, CLL

Cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn

Dmax

Đường kính lớn nhất của cốt liệu

LS

Lượng lọt sàng

STL

Lượng sót tích lũy

TPH

Thành phần hạt

viii

8


MỞ ĐẦU:
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Hàng năm, cùng với quá trình đô thị hóa, xây dựng nâng cấp cơ sở hạng tầng thành
phố Hải Phòng, yêu cầu cấp thiết về nguồn năng lượng ngày càng cao, nguồn cung cấp
điện chiếm một tỉ trọng tương đối từ những nhà máy nhiệt điện trực thuộc thành phố.
Các nhà máy nhiệt điện Hải Phòng thải ra một lượng lớn tro xỉ ra môi trường xung
quanh mỗi năm (khoảng một triệu tấn tro và một phẩy năm triệu tấn xỉ đáy), gây ô
nhiễm nghiêm trọng không khí, đất và nguồn nước. Vì vậy việc tận thu, xử lý nguồn
tro xỉ nhiệt điện làm nguyên liệu phục vụ các công trình giao thông, thủy lợi, xây dựng
dân dụng và sản xuất các loại gạch không nung, thạch cao, bê tông nhẹ đang là xu
hướng hiện đại đạt được nhiều mục đích:
+ Giải quyết một phần bài toán ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
+ Tạo công ăn việc làm cho nhân dân địa phương.
+ Giảm diện tích đất sử dụng để chôn lấp tro xỉ.
+ Nâng cao được chất lượng công trình và sản phẩm sử dụng nguyên liệu tro xỉ.
Ngoài ra do thực trạng biến đổi khí hậu diễn ra phức tạp, hiện tượng lũ lụt, bão lốc,
sạt lở bờ sông, sườn núi, ta luy đường đang là vấn đề lớn. Giải pháp giữ mái đất không
bị sụt lở phố biến hiện nay là kè mái đất bằng đá hộc, vật liệu có ưu điểm là cường độ
lớn, vật liệu sẵn có và chỉ qua gia công là có thể sử dụng. Tuy nhiên việc kè mái đất
bằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:
+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện một vùng phá
hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền, đá hộc có kích thước và hình khối khá đồng đều
nên khi sụt lở sẽ lăn gây nguy hiểm.
+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng nặng và các
viên đá có kích thước không đều nhau.
+ Việc khai thác, vận chuyển đá hộc bằng nổ mình gây nguy hiểm và ô nhiễm môi


trường xung quanh, các mỏ đá khai thác nhiều năm cũng dần cạn kiệt.
Vì vậy, hướng nghiên cứu sản xuất chế tạo vật liệu phức hình nhằm tận dụng được một
phần tro xỉ thải của nhà máy nhiệt điện thải ra nhằm giải quyết bài toán môi trường,
sản phẩm tạo ra có khả năng thay thế đá hộc, khắc phục được những hạn chế của đá
hộc là xu hướng hiện đại đem lại hiệu quả kinh tế, khả năng chịu lực, kỹ thuật thi công
và tính thẩm mỹ. Từ những phân tích nêu trên nên em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
chế tạo vật liệu phức hình kè mái đất công trình xây dựng” làm đề tài luận văn thạc
sỹ của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chọn dược hình dạng, cấp phối vật liệu phức hình đảm bảo khả năng liên kết chặt chẽ,
bền đẹp, ổn định lâu dài, dễ thi công lắp đặt, thay thế cho kè truyền thống sử dụng đá
hộc áp dụng cho các công trình:
+ Kè mái taluy đường giao thông, mố cầu.
+ Kè mái thượng lưu, hạ lưu đập vật liệu địa phương
+ Kè mái bờ sông
+ Kè mái kênh…
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Phân tích nguyên nhân sạt lở mái đất công trình, giới thiệu các giải pháp kè mái đất
công trình xây dựng.
+ Chọn được hình dáng và cấp phối gạch kè mái đất.
+ Đánh giá tính chất cơ lý hóa của gạch kè mái đất.
+ Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật việc sử dụng gạch kè mái đất.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Tổng kết các tài liệu liên quan. Kết hợp giữa nghiên cứu tạo hình sản phẩm và thực
nghiệm.

2

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI
DỐC
1.1. Mái dốc và các nguyên nhân gây mất ổn định [1]
1.1.1. Do tác động của nước mặt
1.1.1.1. Xói lở phá hoại bờ biển, hồ chứa nước
A. Khái niệm chung:
Bờ biển và bờ hồ chứa nước luôn bị thay đổi hình dạng do tác dụng của sóng vỗ, thủy
triều, các dòng chảy có hướng và dọc theo bờ cũng như tác dụng vật lí, hóa học của
nước, của sinh vật sống trong nước lên đất đá bờ. Quá trình làm thay đổi hình dáng bờ
biển chủ yếu do sóng vỗ gọi là hiện tượng mài mòn.
Đường tiếp xúc giữa đất (lục địa) và vực nước (biển) gọi là đường bờ. Vị trí đường bờ
hoặc thay đổi từ thời địa địa chất này sang thời địa địa chất khác (do các chuyển động
hiện đại và gần đây nhất của vỏ Trái Đất, do các dao động đơn thuần của mực nước
đại dương), cũng như trong các khoảng thời gian ngắn (năm, mùa, tháng, ngày đêm…)
liên quan với sóng, thủy triều. Đường bờ có thể dịch chuyển sâu vào lục địa hoặc ra
biển hàng chục, hàng trăm mét thậm chí hàng km hoặc hàng chục km.

I
MN Biển
Bờ

Sườn bờ ngầm

Đường bờ

Hình 1.1: Sơ đồ vị trí đới bờ.
Dải lục địa tương đối hẹp, tiếp giáp với đường bờ, có dạng địa hình do biển tạo nên
với mực nước trung bình hiện tại của biển gọi là bờ. Ranh giới của bờ được đánh dấu
bằng chỗ có cát do sóng biển đem vào lục địa. Tác dụng qua lại giữa biển lục địa được

3

3


thể hiện trong sự tạo thành các dạng địa hình nhất định: vách bờ, đới các thềm biển
“nâng”, đới các bình nguyên ven biển dạng bậc thềm, đới các vách bờ cổ hơn tạo
thành đới ven bờ.
Tùy thuộc vào các quá trình và hiện tượng địa chất chiếm ưu thế trong đới bờ, chia ra
thành bờ mài mòn và bờ tích tụ. Bờ mài mòn thường sâu, dốc cấu tạo chủ yếu là đá
gốc chịu tác dụng xói lở và phá hoại mạnh mẽ. Các yếu tố hình thái chủ yếu của loại
bờ này là: vách bờ (1), ngấn sóng vỗ (2), bãi bồi (3). Bờ tích tụ thường nông thoải gồm
cát, sỏi hiếm khi cuội nhỏ. Các yếu tố hình thái chủ yếu của bờ này là: thềm tích tụ nổi
(1), đê bờ (2), bãi bồi (3), thềm tích tụ ngầm (4) – các gờ bờ ngầm (5) hoặc đê bờ (6)
lộ trên mặt nước, đôi khi ngăn thành các vũng (7).

Hình 1.2: Các giai đoạn hình thành bờ mài mòn và tích tụ (theo V.P.Zenkovits)
B. Các yếu tố ảnh hưởng đến bờ:
+ Sóng do gió: Trong các nhân tố tham gia tích cực vào việc tạo bờ, đáng quan tâm
nhất là các sóng do gió vì chúng có sức phá hủy lớn hơn so với các sóng do thủy triều,
do dao động áp suất khí quyển, do động đất…


Tốc độ các dòng không khí, đặc biệt là tốc độ cơn gió thường không đều, có tính chất
của chuyển động rối và dẫn đến áp suất không khí lên mặt nước phân bố không đều,
sóng sẽ có độ cao và chiều dài khác nhau, đồng thời các sóng nhỏ dần nhường chỗ cho
các sóng lớn hơn vì các sóng lớn giữa được năng lượng do gió truyền cho tốt hơn. Khi
có bão, từ những gợn nhỏ lăn tăn phát triển thành những sóng khổng lồ.
Các yếu tố cơ bản của sóng gồm có: chiều dài sóng L – khoảng cách từ đỉnh sóng này
tới đỉnh sóng tiếp theo (m); chiều cao sóng h – độ cao của đỉnh sóng so với đáy sóng
(m); chu kì của sóng T – thời gian sóng dời chỗ được một khoảng cách bằng chiều dài
sóng (s); tốc độ lan truyền v – đoạn đường mà sóng đi được trong một đơn vị thời
gian.

Hình 1.3: Các yếu tố cơ bản của sóng
Năng lượng E do sóng được xác định theo công thức:
E =

1
*h2L
8

Chiều cao sóng phụ thuộc vào chiều dài hành trình:
h = 0,37

D

Ở đới sóng vỗ, sau khi đổ nhào dưới dạng “bạc đầu”, sóng trườn lên bờ, thành từng
ngọn đầy bọt, làm cho nước tung tóe lên. Lúc đó tốc độ, chiều cao trườn lên của sóng
phụ thuộc tốc độ lan truyền và chiều cao sóng, độ dốc và độ gồ ghề của mái dốc bờ. Ở
các bờ nông thoải đới sóng vỡ có bề rộng thay đổi phụ thuộc khoảng cách từ bờ đến
nơi sóng sập đổ. Ở các bờ dốc khá sâu, đới sóng vỗ rất hẹp hoặc không có vì khi đáy
nước sâu, sóng bị sập ở gần bờ và như vậy đới sóng tung nước tiếp liền đới sóng sập.


Mặc dù sự tán xạ có chiều hướng thay đổi hướng di chuyển sóng để cho sóng đến gần
vuông góc với bờ nhưng ta vẫn quan sát thấy được các sóng tới nghiêng. Chuyển động
này tạo nên dòng nước dọc bờ song song với bờ biển. Dòng dọc bờ không liên tục mà
thường dứt quãng thành các đoạn giới hạn bởi các dòng chuyển động nhanh từ bờ ra
biển gọi là dòng xoáy. Địa hình đáy biển có thể quyết định vị trí các dòng xoáy. Tuy
nhiên, hướng và các đặc trưng của sóng đến cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của
chúng ở dọc bờ. Một trong những ảnh hưởng quan trọng nhất của dòng dọc bờ là sự di
chuyển cát dọc theo bờ. Sự trôi dạt dọc bờ này là sự di chuyển của các ở vùng ven bờ
bởi các dòng dọc bờ. Sự vận chuyển thực tế diễn ra có dạng zích zắc. Vật liệu trầm
tích do sóng đến với góc nghiêng mang lên bờ, sau đó bị chuyển trở lại nước theo
hướng vuông góc với bờ trong dòng nước ngược. Vì thế có một thành phần chuyển
động dọc theo bờ biển. Sự tương tác giữa công trình ven bờ với dòng chảy ven bờ là
một trong những vấn đề quan trọng nhất trong xây dựng ven biển.

Hình 1.4: Dòng chảy ven bờ
+ Thủy triều: Trong các bờ biển, thủy triều là một nhân tố quan trọng nhiều quá trình.
Có khá nhiều yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thủy triều nhưng yếu tố chủ yếu là lực
hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Nguyên nhân của thủy triều chính là sự khác
nhau giữa lực hấp dẫn tổng và lực hấp dẫn cục bộ. Mặt trời dù có khối lượng lớn
nhưng ở cách xa Trái Đất nên không ảnh hưởng lớn đến thủy triều. Thủy triều lớn nhất
khi Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời cùng đường thẳng, còn thủy triều nhỏ khi Mặt
Trăng và Mặt Trời vuông góc với Trái Đất.


C. Hiện tượng xói lở và phá hoại bờ:
Xói lở và phá hoại bờ là một quá trình địa chất được biểu hiện bằng sự thay đổi hình
thái: thay đổi mặt cắt, hình dáng bờ và tính ổn định của nó.
Hiện tượng xói lở và phá hoại bờ có các đặc trưng sau:
-Tác dụng mài mòn của vực nước thể hiện sự rửa xói sườn bờ của sóng dẫn đến sự
hình thành phần mài mòn của thềm bờ ngầm; dọc theo thềm bờ ngầm về phía bờ hình
thành đới sóng trườn. Sự vận chuyển vật liệu rời rạc do các dòng chảy có hướng dọc
theo bờ, trong một số trường hợp cũng thúc đẩy sự hình thành thềm bờ mài mòn.
-Tích tụ vật liệu do tác dụng của rửa xói bờ, vật liệu đó một phần được lắng đọng tạo
nên phần tích tụ của thểm bờ.
-Vật liệu tích tụ do các dòng chảy có hướng dọc theo bờ và một số trường hợp do
sông.
1.1.1.2. Xói lở phá hoại bờ sông
A.Các nhân tố quyết định hoạt động xói lở của sông.

a. Chế độ thủy văn
Chế độ thủy văn bao gồm chế độ mực nước, sự thay đổi lưu lượng cũng như tốc độ
chảy của sông, các sông đều có nguồn cung cấp nước chủ yếu là mưa khí quyển. Vào


mùa mưa, lượng mưa nhiều và kéo dài làm mực nước sông dâng cao, lưu lượng tăng
hàng chục đến hàng trăm lần, tốc độ dòng chảy tăng cao nên hiện tượng mài mòn phát
triển mạnh kèm theo phá lở bờ nghiêm trọng, ngập lụt và các hiện tượng khác.
b. Địa mạo thung lũng sông
Địa mạo thung lũng sông, kích thước và hình dạng của các lưu vực là yếu tố quan
trọng nhất đối với hoạt động xói mòn của sông. Ở vùng núi, mưa nhiều bề mặt địa
hình dốc hơn, dòng chảy dễ tập trung và có lưu tốc lớn thúc đầy hiện tượng xói mòn.
Địa hình vùng đồng bằng thường có tác dụng kìm giữ nước mặt, lưu tốc dòng chảy
nhỏ hơn nên khả năng xói mòn phát triển chậm hơn.
Ở các khúc sông bị uốn, đoạn bờ lõm bị rửa xói mạnh hơn do tác dụng của lực li tâm.
c. Cấu trúc địa chất
Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực và địa phương của thung lũng sông có ảnh hưởng
đặc biệt tới quá tình xói mòn. Thành phần và trạng thái đất đá ở lòng và bờ sông có ý
nghĩa to lớn, tại những đoạn đất đá mềm yếu, phong hóa nhiều, đất đá dễ bị hòa tan và
rửa xói thì quá trình xói mòn thể hiện rõ rệt.
d. Hoạt động kinh tế của con người
Con người xây đập, tạo hồ chứa nước điều chỉnh dòng chảy của sông cũng như công
tác đào sâu đáy sông, nạo vét lòng sông, khai thác vật liệu trên các bờ, bãi bồi, thềm
sông... các công tình nắn dòng giữ bờ lấy nước làm thay đổi đáng kế chế độ thủy văn
của sông ngòi, do vậy tác động đến hoạt động xói mòn của nó. Trong phạm vi lưu vực
tập trung nước, việc triệt phá, hoặc trồng cây gây rừng... cũng ngây nhiều ảnh hưởng.
Việc điều tiết hồ đập, ngăn lũ sản xuất điện phục vụ tưới ảnh hưởng nghiêm trọng đến
hạ lưu của sông, gây ngập lụt xói lở mạnh hơn vào mùa lũ.
Tóm lại, các nguyên nhân sạt lở bờ sông có thể là khách quan như: bờ sông cấu tạo bởi
vật liệu có tính cơ lý thấp, lũ lớn, triều cường, mưa cường độ cao, gió xoáy, lốc xoáy,
bão... hoặc chủ quan như phá rừng đầu nguồn, khai thác sử dụng nước sông không hợp


lý, lấn chiếm lòng sông ven bờ phục vụ sản xuất, xây dựng bến cảng, khái thác cát sỏi
lòng sông, xây dựng các công trình gia tải nặng trên bờ sông đều gây ra sạt lở bờ sông.
B. Hiện trạng sạt lở, nguyên nhân mất ổn định mái đất một số sông lớn ở Việt Nam
a. Sông Hồng và sông Thái Bình
Tốc độ dòng chảy và địa chất lòng sông là yếu tố quan trọng đẩy nhanh quá trình sạt
lở: do sự thay đổi khí hậu toàn cầu vùng với nạn phá họa rừng đầu nguồn làm thay đổi
chế độ thủy văn dòng chảy và chế độ bùn cát của hệ thống sông gây tác dụng xấu đến
diến biến lòng dẫn, do cấu tạo của lòng sông Hồng và Thái Bình chủ yếu là cát mịn dễ
bị xói lở; xói lòng sông sẽ làm chân mái bờ bị hạ thấp, bị khoét sâu mất ổn định kéo
theo bờ bị sạt lở mạnh, thời gian sạt lở mạnh thường vào cuối mùa lũ, và khi nước lũ
rút, mực nước ngầm ở bờ bị hạ thấp dẫn đến hiện tượng trượt mái bờ rất mạnh, do lấn
chiếm bãi sông, xây nhà đắp đất mở rộng khu canh tác, xây dựng các công trình cầu
bến cảng bến phà làm thu hẹp diện tích thoát lũ của sông.
b. Hệ thống sông ngòi Miền Trung và Tây Nguyên
Nếu so sánh tổng quát với vùng đồng bằng miền Bắc và miền Nam của Việt Nam,
vùng Miền Trung – Tây Nguyên là vùng đất có chung đặc điểm là khu vực hẹp, đất đai
nghèo dinh dưỡng, địa hình dốc, dễ sạt lở và thường bị chia cắt bởi nhiều nhánh sông
ngắn. Các khu vực ven biển của miền Trung thường xuyên bị hiện tượng bão lốc, gió
nóng, khô hạn, mưa lớn bất thường, tình trạng xâm nhập mặn và xâm thực biển ngày
càng tạo ra những đe doạ liên tục cho sinh kế và cư trú của người dân. Sự khác biệt về
lượng mưa trong mùa mưa và mùa khô trên lưu vực khác biệt khá lớn (từ 2 – 4 lần).
Do chênh cao mực nước lớn trên dòng sông nên con người đã phát triển rất nhiều thủy
lợi vừa và nhỏ gây ra nhiều hệ lụy cho vùng hạ du. Con người làm biến đổi thủy văn
dòng chảy, đặc biệt việc vận hành hồ đập thủy điện trong mùa mưa bão gây ra những
trận lũ lớn làm tổn hại đến cuộc sống của nhân dân vùng hạ lưu đồng thời gây sạt lở,
phá bờ nghiêm trọng hơn.
c. Hệ thống sông ngòi miền Nam trung bộ và đồng bằng sông Cửu Long
Hệ thống sông ngòi vùng này có cấu tạo địa chất bởi các đất trầm tích phù sa trẻ với bề
dày khá lớn. Địa tầng cấu trúc chủ yếu 2 lớp: Lớp 1 là bùn sét chứa hạt mịn trạng thái


chảy. Lớp 2 Cát hạt nhỏ kém chặt đến chặt vừa, các hạt có kích thước đều nhau, tròn
cạnh, cấu trúc xốp dễ bị di chuyển gây ra hiện tượng xói ngầm. Việc xây dựng các đập
trên hệ thống sông làm thay đổi chế độ dòng chạy, làm lắng đọng bùn cát trước đập, và
dòng chảy về hạ lưu sau đập có lượng bùn cát ít nên để cân bằng dòng chảy sẽ làm xói
lở lòng sông và bờ sông phía hạ du.

Hình 1.5: Hiện trạng sạt lở bờ sông ở Việt Nam.
1.1.2.Do tác động của trọng lực
1.1.2.1. Hiện tượng trượt
Trượt lở đất đá trên sườn dốc là một dạng của tai biến địa chất, thực chất đó là quá
trình dịch chuyển trọng lực các khối đất đá cấu tạo sườn dốc từ trên xuống phía dưới
chân sườn dốc do tác động của các nguyên nhân (trọng lượng bản thân khối đất đá
trượt, tải trọng ngoài, áp lực thủy tĩnh, áp lực thuỷ động, lực địa chấn và một số lực
khác) làm mất trạng thái cân bằng ứng suất trọng lực và biến đổi tính chất cơ lý của
đất đá đến mức làm mất ổn định sườn dốc.


Trượt chỉ có thể phát sinh khi cân bằng đất đá bị phá hủy là do các nguyên nhân sau
đây:
- Độ dốc quá lớn của sườn, mái dốc khi cắt xén khai đào bị xói lở hoặc khi thi công
khối đắp (đê, đập)... Khi các điều kiện khác như nhau, độ dộc quá lớn của sườn hay
mái dốc là một trong những nguyên nhân cơ bản, chủ yếu trong sự phá hủy cân bằng
của khối đất đá tạo nên sườn dốc, mái dốc.
- Sự giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi ẩm ướt, trương nở, giảm
độ chặt, phong hóa, phá hoại kết cấu tự nhiên cũng như liên quan với quá trinh phát
triển hiện tượng từ biến.
Sự tẩm ướt đất đá trước hết làm tăng khối lượng và gây them tác động trọng lực lên
đất đá đó, kèm theo giảm độ bền liên kết kiến trúc, độ sệt chuyển sang dẻo hay chảy
dẫn đến lực ma sát và lực dính của đất đá giảm. Do vậy trượt phát sinh rộng và mạnh
trong thời gian mưa lớn kéo dài làm mực nước ngầm dâng cao, đất đá bị tẩm ướt bão
hòa nước.
Trương nở xẩy ra trong một vài loại đất sét làm giảm đột ngột sức chống cắt của đất.
Quá trình phong hoá có ảnh hưởng rất lớn đến sự biến đổi trạng thái vật lý của đất đá ở
sườn dốc, mái dốc. Tủy thuộc vào mức độ phong hóa, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ
khe nứt, độ hấp thụ nước và độ bền biến đổi. Khi bị phong hóa đá cứng biến thành đá
nửa cứng và tiếp tục bị phá hủy thành đất rời xốp hoặc đất loại sét mềm dính. Đá nửa
cứng và đất loại sét đều có tính lưu biến - khả năng biến đổi độ bền, biến dạng theo
thời gian và do vậy làm cho nhiều quá trình khác phát triển đặc biệt là quá trình trượt.
- Tác động của lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá gây ra biến dạng thấm trong đất
đá, làm biến đổi ứng suất của đất đá trên sườn dốc, mái dốc. Vào thời kì mưa lũ mực
nước sông dâng lên đột ngột và làm ngập phần dưới của sườn dốc hay mái dốc thì đất
đá ở trạng thái đẩy nổi và trọng lượng không đủ để giữ yên các khối đất đá ở trên. Đất
đá nằm trên gần như mất điểm tựa và làm cho phần đất đá ở trạng thái đẩy nổi bị trượt.
Vào mùa mưa lũ, nước dâng cao đột ngột và ngập dưới sườn của sườn dốc hay mái
dốc và sau đó lại hạ thấp đột ngột thì trong đất đá thấm nước, đặc biệt thấm yếu sinh ra


áp lực thủy động, áp lực thủy động làm xói ngầm làm trôi đất hoặc làm xốp đất rời,
mái dốc mất điểm tựa và bắt đầu di chuyển gây ra hiện tượng trượt.
- Biến đổi trạng thái ứng suất của đá, khi môi trường xung quanh thay đổi thì ứng suất
trong đá sẽ giảm xuống và bị phân tán làm giảm độ bền của đá dẫn đến sườn dốc bị
mất ổn định.
- Sự tăng tải trên sườn dốc, mái dốc và các khu vực kền cận với mép sườn, các dao
động địa chấn, các lực tác động tĩnh và động, lâu dài và tạm thời bên ngoài khác. Ví
dụ như hoạt động xây nhà ở, công trình trên sườn dốc, kho bãi vật liệu, vun đắp bãi
thải. đắp đường, hoạt động của nhiều các loại máy móc, công tác khoan nổ mình…
thường làm giảm độ ổn định và làm đất đá dịch chuyển.
Các nguyên nhân trên làm tăng tương đối vai trò của lực cắt và giảm một phần độ bền
của đất đá, khi lực cắt lớn hơn dộ bền của đất đá tạo nên sườn dốc và mái dốc sẽ phá
hủy độ ổn định của chúng gây ra hiện tượng trượt.
1.1.2.2. Hiện tượng đá đổ
Đá đổ là hiện tượng sập đổ các tảng, các khối riêng biệt, cũng như thể tích rất lớn đá
cứng và tương đối cứng từ các vết lộ nằm ở sườn núi cao phía trên mép mái dốc hoặc
từ phần trên rất dốc, dốc đứng của sườn núi có kèm theo hiện tượng lăn, lật nhào và
đập vỡ các tảng đá hoặc khối đá dịch chuyển đó.
Nguyên nhân cơ bản phát sinh hiện tượng đá đổ là sự phá hủy cân bằng của các khối
đất đá trên sườn dốc. Sự phá hủy độ ổn định đó gây ra bởi thành phần gây dịch chuyển
của trọng lực- tác động thường xuyên và các lực tác động tạm thời theo chu kỳ như áp
lực thủy tĩnh của nước lấp đầy trong khe đá, ứng suất địa chấn phát sinh khi động đất
và các chấn động khác gây ra do xe cộ qua lại, nổ mìn... các tác động đó kết hợp với
sự phong hóa của đá bởi khí hậu theo thời gian khiến cho lực chống dịch chuyển và
chống cắt của chúng không đủ cân bằng với tác động của các lực bên ngoài.
Sự tạo thành đá đổ chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi: Các yếu tố khí hậu quyết định tốc độ
và tình chất phong hóa đất đá, các đặc điểm địa hình khu vực và địa phương, thành


phần trạng thái vật lý của đất đá, vận động kiến tạo mới và hiện đại, mức độ địa chấn
của khu vực, hoạt động xây dựng và kinh tế của con người.
1.1.2.3. Hiện tượng đất sụt
Đất sụt là hiện tượng các khối dăm, sạn tách khỏi sườn dốc, rơi tự do hay lăn theo
sườn dốc. Khối đất đá sụt tập trung ở chân sườn dốc gọi là đống sụt.
1.1.2.4. Hiện trạng trượt lở chủ yếu do tác động của trọng lực

Hình 1.6: Hiện trạng sạt lở mái đất đèo Hòn Giao và đèo Hải Vân.
1.2. Tổng quan các phương pháp chống mất ổn định mái dốc
1.2.1.Giải pháp kè mái dốc từ đá hộc
Giải pháp giữ mái đất không bị sụt lở phố biến hiện nay là kè mái đất bằng đá hộc. Đá
hộc có ưu điểm là cường độ lớn, vật liệu sẵn có và chỉ qua gia công là có thể sử dụng.
Tuy nhiên việc kè mái đất bằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:


+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện một vùng phá
hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền.
+ Kích thước đá hộc hình khối tương đối đồng đều nên khi sụt lở sẽ lăn, gây nguy
hiểm.
+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng nặng và các
viên đá có kích thước không đều nhau.
Một số công trình áp dụng kè mái dốc bằng đá hộc:

Hình 1.7: Kè mái dốc truyền thống bằng đá hộc.
1.2.2.Giải pháp kè mái dốc khác
1.2.2.1. Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu mỏ, hóa chất, từ những sản
phẩm phụ của dầu mỏ, một hoặc hai loại Polymer tùy theo hợp chất và cách cấu tạo
tạo ra được các loại vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp có những đặc tính cơ lý hóa như sức


chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi khác nhau. Ứng dụng của vải
địa kỹ thuật như làm lớp phân cách gia cố đất, ổn định đất gia cố nền đất yếu, bảo vệ
mái dốc taluy đường; với khả năng lọc, tạo hệ thống thoát nước cho các kè sông, mái
thượng lưu đập, sân tiêu năng sau tràn; bảo vệ và chống xói mòn, được sử dụng rộng
rãi trong công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển.
+ Một số loại thảm bảo vệ mái và chống xói đáy: Để tăng cường tính ổn định và mềm
dẻo của khối bảo vệ mái, từ lâu đã có nhiều nghiên cứu chế tạo các loại thảm được chế
tạo từ vải địa kỹ thụât, vải bằng sợi tổng hợp có cường độ cao, sợi nilon...để chứa
bêtông hoặc chứa đất, cát làm thảm bảo vệ mái bờ sông và chống xói đáy chân bờ
sông như là thảm phủ bằng vải địa kỹ thụât, thảm bêtông túi khuôn, thảm túi cát, ống,
túi địa kỹ thuật....
Một dạng khác của thảm bêtông túi khuôn là thảm bê tông FS, [3], cũng là dạng thảm
bêtông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao. Thảm được trải lên
mái công trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm,
thảm có chiều dày 10cm ¸ 25cm. Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàn
toàn cứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái công trình.

Hình 1.8: Kết cấu thảm FS.


Tương tự với loại trên nhưng tiết kiệm hơn là loại túi cát ni lông hoặc sợi tổng hợp có
độ bền cao chứa cát. Hiện nay ở Mỹ, Trung Quốc, Nhật đã sử dụng.
Ở Việt Nam, Tiến sỹ Trịnh Công Vấn – TP Hồ CHí Minh đã nghiên cứu ứng dụng
loại kết cấu này vào một đoạn bờ sông Sài Gòn – chân cầu Bình Phước và cho kết quả
khá tốt.

Hình 1.9: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn
Các ống địa kỹ thuật (Geo-Tube hoặc Geocontainer): Các loại ống địa kỹ thụât
(GeoTube) được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất, cát tạo thành
những cấu kiện được xếp chồng lên nhau, dùng để gia cố chân, mái bờ, lòng sông hoặc
làm kè mỏ hàn. Phía ngoài các GeoTube có thể được phủ bằng các vật liệu như đất,
cát, đá hộc để tăng cường ổn định và bảo vệ ống.
Các túi địa kỹ thuật (Bagwork): Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ
thụât cường độ cao để chứa đất, cát hoặc bêtông tạo thành những cấu kiện dùng để gia
cố chân, mái bờ, lòng sông. Các túi có kích thước nhỏ được chế tạo như chiếc gối
thường được ghép nối với nhau bằng các khớp nối nhựa . Loại túi có kích thước lớn,
độc lập thường được xếp chồng lên nhau.


Hình 1.10: Kè bảo vệ bờ bằng GeoTube

Hình 1.11: Kè bảo vệ bờ bằng túi địa kỹ thuật


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×