Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc kháng trượt và khả năng ứng dụng giải pháp cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc kháng trượt và khả năng ứng dụng giải pháp cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy" với mục tiêu tổng quan hiện tượng sụt, trượt mái taluy ở Việt Nam, những điều kiện và nguyên nhân gây nên sụt, trượt, tổng quan các giải pháp gia cố ổn định mái taluy; ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng cách sử dụng phần mềm địa kỹ thuật Flaxis 8.2 để tính toán thiết kế cọc kháng trượt dùng gia cố ổn định mái taluy nền đường một dự án thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc kháng trượt và khả năng ứng dụng giải pháp cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy

1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề - Sụt, trươ ̣t mái taluy chỉ một hiện tượng địa hình địa mạo do các nguyên nhân tự nhiên, con người gây nên làm ảnh hưởng đến kết cấu tự nhiên của địa chất gây mất cân bằng ổn định mái taluy. Dẫn đến theo chiều trượt sườn dốc xuất hiện một tiết diện bị giảm yếu tạo ra cung trượt nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn. Khi mái taluy ở trạng thái cân bằng giới hạn chỉ cần tác dụng một lực nhỏ sẽ gây trượt. - Khi bị sụt, trượt sẽ gây nên nhiều thiệt hại như: chậm trễ tiến độ thi công; gây mất an toàn lao động; thiệt hại về kinh tế; nguy hiểm cho phương tiện tham gia lưu thông trên tuyến và những hậu quả về mặt xã hội. - Giải pháp xử lý sụt, trượt nhằm đảm bảo ổn định mái taluy có tính quyết định đến giá thành dự toán xây dựng công trình, tính thẩm mỹ - mỹ quan. - Các tuyến đường, các công trình xây dựng, thủy lợi, thủy điện có địa hình phức tạp, đặc biệt là vùng đồi núi có độ cao mái taluy âm và mái taluy dương rất lớn, điều kiện địa hình và cấu trúc địa chất yếu kết hợp với lượng mưa nhiều, độ dốc dòng chảy lớn sẽ dễ dàng xảy ra sự cố sụt, trượt lớn: + Có thể xảy ra ngay trong quá trình thi công nằm ngoài tính toán của thiết kế, ngoài dự đoán của Chủ đầu tư gây mất an toàn thi công, tăng giá thành xây dựng công trình dẫn đến phải thay đổi giải pháp thiết kế, thay đổi các yếu tố hình học công trình…; + Có thể xảy ra trong quá trình vận hành khai thác sử dụng gây nguy hiểm cho người và phương tiện khai thác công trình, tăng giá thành duy tu, bảo dưỡng nằm ngoài tính toán các chỉ tiêu vận doanh khai thác. - Các giải pháp gia cố ổn định mái taluy chủ yếu là nhằm các mục đích sau: “tránh”, “thoát”, “chắn”, “cố kết”, “thực”:
2 + “Tránh” là thiết kế tuyến tránh các vị trí này. + “Thoát” là thiết kế hệ thống thoát nước đảm bảo thoát nước tốt nhất cho khối trượt. + “Chắn” là thiết kế hệ thống chắn mang tính chống đỡ như: tường chắn, cọc kháng trượt. + “Cố kết” là dùng các phương pháp cố kết bề mặt mái taluy. + “Thực” là giải pháp trồng cây tạo rừng để giúp giữ được đất và nước tốt. Trong những giải pháp gia cố ổn định dựa trên những nguyên lý trên, giải pháp kết cấu chắn có tốc độ phát triển nhanh và ngày càng được ứng dụng rộng rãi với nhiều phương pháp mới, vật liệu mới được nghiên cứu ứng dụng. - Hiện nay trên thế giới nhiều giải pháp mới được nghiên cứu ứng dụng trong gia cố ổn định mái taluy và bước đầu được chuyển giao công nghệ và ứng dụng trong các ngành xây dựng của Việt Nam như: công nghệ neo trong đất, đá; đinh đất, đá kết hợp các loại lưới gia cố bề mặt mái taluy; tường chắn đất có cốt; các loại tường chắn kiểu mới trong gia cố ổn định mái taluy… . - Ở Việt Nam, đã có nhiều giải pháp xử lý đảm bảo ổn định mái taluy. Nhưng nhìn chung vẫn là sử dụng các phương pháp cổ điển. Đối với những trường hợp mức độ phức tạp cao, chiều cao mái taluy lớn, tình hình địa chất thủy văn phức tạp thì những giải pháp này vẫn còn hạn chế nhiều mặt. Dẫn đến nguy cơ sụt, trượt không được triệt tiêu hoàn toàn mà luôn tiềm tàng trong quá trình khai thác sử dụng. Ngoài ra, sử dụng các giải pháp công nghệ cũ còn bị một số hạn chế: diện tích chiếm đất lớn, tuổi thọ thấp, tính mỹ quan thấp, ảnh hưởng đến yếu tố môi trường nhiều. - Các giải pháp thiết kế đã và đang áp dụng hiện nay trong vấn đề xử lý ổn định taluy vẫn thực sự chưa phát huy hết hiệu quả, vẫn xuất hiện nhiều hiện tượng sụt, trượt trên các tuyến đường giao thông. Nhằm từng bước giải
3 quyết và tiến tới đảm bảo xử lý triệt để ổn định cho các mái taluy đường miền núi chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, các giải pháp mới trong vấn đề xử lý ổn định, đánh giá và so sánh để chọn ra một giải pháp hợp lý, đảm bảo ổn định lâu dài, có giá thành hợp lý để xây dựng công trình. Từ đó phát triển thành quy trình quy phạm trong thiết kế gia cố ổn định mái taluy trong điều kiện Việt Nam là một vấn đề thiết thực quan trọng. Cọc kháng trượt là một giải pháp kết cấu bảo đảm ổn định cho mái taluy hiện được sử dụng nhiều, có diện tích chiếm đất thi công nhỏ so với giải pháp tường chắn, ít ảnh hưởng phá vỡ môi trường, tốc độ thi công xây dựng nhanh, công nghệ thi công không quá phức tạp. Cọc kháng trượt là một giải pháp có nhiều ưu thế và hiện nay đang được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản, Trung Quốc, các nước châu Âu… . Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc kháng trượt và khả năng ứng dụng giải pháp cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy là một trong những đề tài thiết thực quan trọng để qua đó phát triển thành quy trình quy phạm đưa vào trong hệ thống các tiêu chuẩn ngành hiện nay. * Ưu điểm cọc kháng trượt: - Công nghệ thi công đơn giản, có thể thi công bằng các thiết bị máy móc đơn giản kết hợp thủ công; - Khả năng chịu lực kéo uốn của cọc lớn; - Diện tích chiếm đất thi công ít; - Giá thành xây dựng thấp, hiệu quả kinh tế cao; - Ít ảnh hưởng điều kiện môi trường, cảnh quan xung quanh; - Tăng tính mỹ quan cho công trình. * Khả năng ứng dụng cọc kháng trượt: - Các công trình giao thông qua vùng đồi núi, độ dốc và độ cao mái taluy lớn, địa chất thủy văn phức tạp, nguy cơ trượt sườn và trượt khối cao… mà
4 việc sử dụng các giải pháp thông thường gặp nhiều hạn chế thì giải pháp cọc kháng trượt sẽ đem lại nhiều nhiều ưu điểm và hiệu quả để sử dụng. - Đối với các công trình thủy lợi, đập thủy điện có chiều cao mái taluy lớn, nếu sử dụng được công nghệ kháng trượt thay cho giải pháp tường chắn trọng lực và các giải pháp cổ điển sẽ có nhiều ưu điểm: tiến độ thi công nhanh, giá thành hạ, công nghệ và biện pháp tổ chức thi công đơn giản hơn. - Đặc biệt, hiện nay giải pháp cọc kháng trượt đã được ứng dụng rộng rãi thành công ở Trung Quốc trên các tuyến đường cao tốc. Điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, các yếu tố thời tiết khí hậu, con người, phương tiện lao động, các điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội Trung Quốc và Việt Nam có nhiều điểm tương đồng; Vậy, nghiên cứu lý thuyết tính toán, các yêu cầu về cấu tạo cọc kháng trượt, thiết kế tính toán cốt thép cọc, chỉ dẫn kỹ thuật thi công cọc kháng trượt để làm cơ sở cho việc ứng dụng giải pháp cọc kháng trượt trong thiết kế xử lý ổn định mái taluy nền đường phù hợp với điều kiện Việt Nam là nội dung chính của luận văn cần đạt được. 2. Mục đích nghiên cứu - Tổng quan hiện tượng sụt, trượt mái taluy ở Việt Nam. - Những điều kiện và nguyên nhân gây nên sụt, trượt. - Tổng quan các giải pháp gia cố ổn định mái taluy . - Giải pháp cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy. - Phương pháp tính toán cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy. - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng cách sử dụng phần mềm địa kỹ thuật Flaxis 8.2 để tính toán thiết kế cọc kháng trượt dùng gia cố ổn định mái taluy nền đường một dự án thực tế. 3. Đối tượng nghiên cứu - Phương pháp tính toán ổn định mái dốc.
5 - Lý thuyết tính toán cọc kháng trượt trong gia cố ổn định mái taluy. - Áp dụng cụ thể vào công trình nền đường bị sụt, trượt. 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan. - Nghiên cứu các dạng sụt, trượt, những điều kiện và nguyên nhân dẫn đến nguy cơ sụt, trượt. - Nghiên cứu lý thuyết về ổn định mái taluy và lý thuyết tính toán của giải pháp cọc kháng trượt trong gia cố ổn định mái taluy để tìm kiếm khả năng ứng dụng của cọc kháng trượt trong điều kiện xây dựng Việt Nam. Vận dụng lý thuyết trên cơ sở sử dụng Phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ứng dụng Plaxis 8.2 để tính toán một công trình cụ thể. 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Góp phần nghiên cứu bản chất hiện tượng sụt, trượt và ứng dụng công nghệ cọc kháng trượt vào lĩnh vực gia cố ổn định mái taluy phục vụ công tác xử lý sụt, trượt trong xây dựng nói chung và xây dựng đường nói riêng. 6. Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan về sụt, trượt và các giải pháp ổn định mái taluy. Chương 2: Lý thuyết tính toán cọc kháng trượt trong ổn định mái taluy. Chương 3: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán thiết kế cọc kháng trượt cho một công trình thực tế và xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật, thi công, nghiệm thu cọc kháng trượt. Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỤT, TRƯỢT VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI TALUY Tình hình nghiên cứu sụt, trượt mái taluy trong ngành Xây dựng nói chung và ngành Xây dựng giao thông nói riêng đã có những bước chuyển biến và tiến bộ rõ rệt trong những năm gần đây. Tuy nhiên, các sự cố công trình trong quá trình thi công và khi khác thác sử dụng vẫn tiếp tục xảy ra hàng năm với tỷ lệ lớn, đặc biệt là các công trình tuyến đi qua vùng đồi núi có độ dốc sườn và độ cao mái taluy lớn thường xảy ra sụt, trượt nặng sau mùa mưa lũ. Việc nghiên cứu tổng quan về hiện tượng sụt, trượt và nghiên cứu tổng quan một số giải pháp ổn định sụt, trượt là cơ sở quan trọng để lựa chọn giải pháp tốt nhất trong gia cố ổn định mái taluy cho các công trình xây dựng trong điều kiện Việt Nam. 1.1. Tổng quan về sụt, trượt mái taluy ở Việt Nam Để lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý cho ổn định mái taluy nền đường cần phải tiến hành phân loại hiện tượng sụt, trượt. Việc phân loại giúp cho việc định hướng quá trình tìm hiểu, đánh giá các điều kiện và nguyên nhân chính gây ra các dạng cụ thể của sụt, trượt; phân tích và giải thích được nguyên nhân phát sinh, phát triển, cơ chế phá hoại của hiện tượng sụt, trượt. Từ đó đề xuất các phương án lựa chọn giải pháp xử lý sụt, trượt được triệt để. Nguyên tắc phân loại các hiện tượng sụt, trượt được dựa vào những tiêu chí sau: - Bản chất, cơ chế phát sinh, quá trình phát triển và đặc điểm dịch chuyển của đất đá trên mái taluy. - Các điều kiện và nguyên nhân chính phát sinh ra hiện tượng sụt, trượt.
7 a. Trượt đất: Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 12% tổng số các điểm sụt, trượt. Trượt đất là hiện tượng nguyên cả khối đất đá nằm trên sườn đồi hay mái taluy bị dịch chuyển như một cố thể theo nguyên lý trọng lực, hướng di chuyển tịnh tiến xuống phía dưới trên một mặt liên tục, gẫy khúc hoặc có dạng cung tròn trong lòng đất gọi là mặt trượt. Đất đá và cây cối nằm bên trên khối trượt, trong quá trình bị dịch chuyển, không bị xáo trộn. Cây cối mọc trên thân khối trượt vẫn còn nguyên nhưng sẽ bị nghiêng đều theo một hướng (còn gọi là hiện tượng cây say, rừng say). Trong đó, đất đá trên thân khối trượt và phía dưới bề mặt trượt vẫn có độ ẩm bình thường, nhưng đất tại mặt trượt thì có độ ẩm cao, tăng vọt, và trạng thái đất đá tại đó bị cà nát, vò nhàu, vỡ vụn. b. Sụt lở đất đá: Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 70% tổng số các điểm sụt trên tuyến, thực tế rất khó phát hiện các dấu hiệu như vách trượt, mặt trượt, trụ trượt một cách rõ ràng. Khối đất sụt có xu hướng dịch chuyển xuống cuối dốc. Đất đá trong khối trượt bị xáo trộn cùng với cây cối. Tốc độ sụt lở thường diễn ra khá nhanh ảnh hưởng đến độ ổn định của các khối đất kề bên. Lượng đất sụt có thể chiếm một thể tích khá lớn, có thể tràn lấp hẳn một đoạn đường. Đây là loại sụt, trượt phổ biến trên các tuyến đường miền núi nước ta. c. Xói sụt đất đá: Do tác động bào xói của nước mặt và áp lực thủy động của nước ngầm gây ra, chiếm tỷ lệ khoảng 15% các điểm sụt, trượt. Đây là hiện tượng biến dạng cục bộ của sườn đồi hoặc mái taluy dưới tác động trực tiếp của dòng chảy từ lưu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của dòng chảy ngầm. Đối với nền đường đào, lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bóc từng mảng ở phia trên đỉnh ta luy sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo dòng chảy và tỷ lệ với lưu tốc dòng chảy.
8 Mức độ hoạt động gây xói thường chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói sụt. Khối lượng xói sụt không lớn và tuỳ thuộc vào mức độ phong hoá của đất đá, độ dốc của sườn mái taluy, lượng nước ngầm, nước mặt. Hậu quả cuối cùng của hiện tượng này thường để lại trên mặt địa hình những rãnh xói, hoặc những hang hốc. Sản phẩm của xói sụt đất là những đống đất đá ở chân dốc, lấp mặt đường hoặc lấp suối. d. Đá đổ, đá lăn: Là hiện tượng các tảng đá, các khối đá từ trên cao sườn đồi hoặc mái taluy bị lở và rơi tự do, đổ thẳng xuống mặt đường tạo thành từng đống vụn, từng tảng hoặc thành từng khối lớn có kích thước từ vài cm đến hàng chục mét, gây mất ổn định cho mái taluy và cản trở giao thông, đe dọa đến an toàn giao thông cho người và các phương tiện tham gia giao thông trên đường. Hình 1.1. Sơ đồ trượt đất Hình 1.2. Trượt đất trên Đường HCM
9 Hình 1.3. Sơ đồ sụt lở đất đá Hình 1.4. Sụt lở đất đá Đường HCM Hình 1.5. Sơ đồ xói sụt đất đá Hình 1.6. Xói sụt đất đá Hình 1.7. Sơ đồ đá lở, đá lăn Hình 1.8. Đá lở gần đầu cầu Đắk Rông 1.2. Các điều kiện và nguyên nhân dẫn đến hiện tượng trượt đất 1.2.1. Điều kiện về địa chất và địa chất công trình
10 Trong thực tế tại bề mặt tự nhiên của các loại Macma (Granit), biến chất (Gơnai, quăczit, trầm tích, đá vôi, cát kết, bột kết, sét kết tầng dày,…) thì ngay trong mùa mưa lũ hiện tượng đất sụt cũng rất ít phát sinh, chỉ có hiện tượng đất lở hoặc đá đổ nhưng khối lượng không nhiều. Trong lúc đó gặp nhiều trường hợp mà các yếu tố hình học như nhau nhưng ở đâu có loại đá phiến sét màu đen, đá phiến Xêrixit, sét kết màu nâu, gan trâu (đèo Ma Thi Hồ, Phong Thổ – Lai Châu, đèo PêKe đường Hồ Chí Minh) thì ở đấy đất sụt phát sinh trầm trọng. Lớp đất phong hoá ở đây dày, thành phần chủ yếu là đá dăm sắc cạnh, kích cỡ không đồng đều thường là dẹt và dài (vốn là từ đá phiến sét bở ra) xen lẫn đất sét. Ngoài ra do mưa nhiều và mưa dài ngày tầng phong hoá dày, dung trọng đất bị bão hòa làm cho lực kháng cắt, lực dính giảm. Đây là nguyên nhân cơ bản để phát sinh đất sụt. 1.2.2. Điều kiện về địa hình, địa mạo Hoạt động mãnh liệt của kiến tạo, tính đa dạng của thạch học, quá trình ngoại lực phức tạp và lâu đời, mà đặc biệt là hoạt động xâm thực đã để lại trên mặt đất của toàn lãnh thổ một địa hình rất phức tạp. Đặc điểm đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình địa chất động lực mà trước hết là trượt đất. Khi mức độ phân cắt mạnh (khe xói nhiều, độ dốc núi lớn) thì số lượng và khối lượng sụt, trượt càng nhiều. Khe xói, eo núi, thung lũng là kết quả của sự xâm thực bóc mòn. Cho nên vùng nào đồi núi cấu tạo từ đá gốc có thành phần thạch học và cấu trúc đồng nhất như Granit, Rhyolit, Bazan,… thường tròn trĩnh với địa hình “bát úp”, sườn thoải, đỉnh tròn và tương đối phẳng, ít bị chia cắt. Tuỳ thuộc mức độ phong hoá của đất đá và chiều cao, độ dốc nền đường mà ở loại hình này thường ít bị sụt, trượt. Trong đó sườn núi là đất đá không đồng nhất về thành phần và cấu trúc như đá trầm tích, cát kết, sét kết hoặc sét kết lẫn diệp thạch, vôi sét hoặc đá vôi tầng mỏng thì mặt địa hình gồ ghề, nhiều khe xói với địa hình chân chim và bị chia cắt mạnh. Đối với loại
11 địa hình này, hiện tượng đất sụt bao gồm 4 dạng cơ bản nêu trên phát triển với mức độ mạnh. Nếu như mức độ phân cách sâu càng lớn thì khối lượng đất sụt càng nhiều. Mặt khác khi con người tác động vào thiên nhiên sẽ làm ảnh hưởng đến ổn định mái taluy, biểu hiện ở một số mặt như sau: + Đào núi làm đường, phá vỡ thế ổn định tự nhiên của sườn đồi thiên nhiên. Đặc biệt là những đoạn đào sâu tạo nên những vách taluy nguy hiểm có độ cao từ 10m trở lên; + Đào vách núi làm đường hoặc khai thác mỏ với độ dốc mái taluy không hợp lý, không xét đến những yếu tố có ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn định của khối đất đá; + Sử dụng mìn quá tiêu chuẩn để nổ phá, gây chấn động làm phá vỡ kết cấu nguyên dạng của khối đất đá; + Khai thác, canh tác đốt rẫy, làm mương, phá rừng,… làm thay đổi chế độ nước mặt, nước ngầm của khu vực. Vì vậy địa hình địa mạo là yếu tố quan trọng không những liên quan đến kinh tế đường mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định trong xây dựng và khai thác đường. 1.2.3. Điều kiện về khí hậu, thủy văn công trình Trong công tác nghiên cứu khi đánh giá mức độ ổn định và xây dựng công trình phòng chống đất sụt cần chú ý đặc biệt đến điều kiện khí hậu thời tiết, vì trong thực tế tồn tại mối quan hệ rất chặt chẽ giữa lượng mưa và mật độ phân bố sụt. Điều kiện về khí hậu ẩm ướt, nguồn nước có ảnh hưởng trực tiếp đến mất cân bằng và dịch chuyển của khối đất đá trên mái taluy. - Do nguồn nước mặt: Độ dốc của địa hình kết hợp với lượng mưa lớn tạo nên những dòng chảy có lưu tốc lớn. Vì vậy vào mùa mưa dòng nước lớn gây ra sự phá huỷ và làm xói mòn đất đá ở hai bên dòng suối và chân dốc.
12 Hiện tượng trên đây xảy ra thường xuyên và mãnh liệt nhất vào mùa mưa lũ. Hình ảnh này có thể thấy rõ trên đường sắt Yên Bái – Lào Cai mạn sông Hồng, trên đường vành đai biên giới Tây – Tây Bắc… . - Nước mưa: Nước mưa không những là nguồn cung cấp cho nước mặt mà còn tạo thành dòng chảy trên bề mặt địa hình, làm bào xới, cuốn trôi đất đá, những sản vật phong hoá và cả những mảng núi lớn. Kết quả là tạo ra những hiện tượng xói sụt và sụt, trượt, hoặc hình thành lúc đầu là các mương xói, rãnh xói và về sau gây những sụt, trượt lớn. Ngoài ra nước mưa còn là nguồn cung cấp cho nước ngầm nhất là những nơi đất đá có hệ số thấm lớn. - Nước ngầm: Ngoài biểu hiện làm biến đổi lâu dài các tính chất cơ lý của đất đá theo một cơ chế giống như quá trình phong hoá vỏ trái đất. Nước ngầm ở thời điểm bất lợi (chẳng hạn lúc mưa) có tác động tức thời ở các mặt: + Làm tăng trọng lượng thể tích của đất đá; + Làm giảm sức kháng cắt mà chủ yếu là lực dính kết; + Tăng áp lực thuỷ động; + Xói ngầm. Những nhân tố nêu trên góp phần tăng thêm lực gây trượt, mô men trượt và làm thay đổi điều kiện cân bằng giới hạn của khối đất đá. 1.3. Một số giải pháp gia cố ổn định mái taluy 1.3.1. Giải pháp xử lý bề mặt a. Biện pháp thoát nước Biện pháp thoát nước nhằm mục đích giảm hoặc loại trừ hiện tượng ẩm ướt đất đá trên khu vực đất sụt hoặc khu vực có thể phát sinh đất sụt. Sự ẩm ướt đất đá là yếu tố nguy hiểm thường gây biến đổi trạng thái vật lý, độ bền, giảm đố dính c, góc nội ma sát  và nhiều tính chất khác của đất đá. Biện pháp thoát nước là một trong những biện pháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình phòng chống đất sụt.
13 Biện pháp thoát nước bao gồm thoát nước mặt và thoát nước ngầm cụ thể như sau: + Tạo rãnh đỉnh, rãnh dọc, rãnh thoát nước trên cơ, bậc nước, dốc nước, mương thấm, rãnh thấm; + Tầng lọc ngược sau lưng tường chắn, mương dẫn nước ra khỏi khu vực sụt, trượt, tăng cường hệ thống thoát nước ngang đường (cống qua đường), chọn các loại công trình thoát nước hợp lý. * Ưu điểm: là một giải pháp xử lý thông thường, thi công đơn giản, dễ áp dụng, giá thành xây dựng thấp. * Nhược điểm: áp dụng những với địa hình độ dốc không nhỏ, không sử lý triệt để nguy cơ sụt, trượt. Hình 1.9. Thoát nước mặt mái taluy và rãnh cơ b. Biện pháp bảo vệ mặt mái taluy chống xói lở Biện pháp này nhằm điều chỉnh vận tốc dòng nước mặt hợp lý, làm giảm tác dụng gây xói mòn của nước và giảm tốc độ phong hoá đất đá cũng như tăng cường sức kháng cắt của đất đá. Biện pháp bảo vệ bề mặt mái taluy thường sử dụng: - Gia cố bề mặt mái taluy bằng đá hộc xây; - Gia cố bề mặt mái taluy bằng khung bê tông cốt thép (BTCT) kết hợp với đá hộc xây hoặc trồng cỏ; - Gia cố bề mặt mái taluy bằng chất kết dính vô cơ và hữu cơ;
14 - Gia cố bề mặt mái taluy bằng tấm bê tông (BT) lắp ghép; - Gia cố bề mặt mái taluy bằng lưới thép phun BT; - Gia cố bề mặt mái taluy bằng trồng cỏ: cỏ vetiver, cỏ thông thường tạo thảm bề mặt; - Gia cố bề mặt mái taluy bằng lưới Enkamat kết hợp với trồng cỏ. Hình 1.10. Gia cố bề mặt bằng cỏ vertiver, ốp đá hộc, tấm bê tông * Ưu điểm: chống xói lở đất đá trên bề mặt mái taluy, ngăn cản nước mặt thấm xuống lòng đất là nguyên nhân chính làm giảm các chỉ tiêu cơ lý c,  của đất dẫn đến gây mất ổn định mái taluy. * Nhược điểm: chỉ dùng với những mái taluy thông thường để bảo vệ bề mặt, không có tác dụng chống sụt, trượt nếu đã hình thành cung trượt. Không sử dụng đối với những mái taluy có mực nước ngầm cao. 1.3.2. Giải pháp hình học - Biện pháp đào giật bậc Thiết kế mặt cắt hình học của mái taluy hợp lý nhằm giảm tải trọng và ứng suất gây trượt của khối đất đá, tăng hệ số ổn định của mái taluy. Đây là biện pháp phổ biến và thường được áp dụng nhiều nhất đối với các công trình miền núi có độ cao mái taluy lớn. Các biện pháp thiết kế mặt cắt hình học hợp lý gồm có: - Thay đổi độ dốc taluy nền đào cho phù hợp với điều kiện địa chất; - Đào giật bậc để giảm tải mái taluy;
15 * Ưu điểm: thi công đơn giản, giá thành rẻ, tiến độ thi công nhanh. * Nhược điểm: chiếm đất lớn, ảnh hưởng đến cảnh quan và môi trường, không xử lý triệt để sụt, trượt trong quá trình khai thác, sử dụng. Hình 1.11. Sơ đồ đào giật bậc mái taluy Hình 1.12. Đào giật bậc mái taluy 1.3.3. Giải pháp kết cấu – Các loại tường chắn, neo, cọc kháng trượt a. Biện pháp sử dụng các kết cấu chịu lực gia cường Biện pháp này có tác dụng tăng cường mức độ ổn định chung tổng thể của mái taluy, làm giảm lực cắt, tăng lực chống trượt của khối đất đá. Thường sử dụng các loại sau: - Tường chắn: tường chắn đá xếp khan, tường rọ đá (rọ đá thường và rọ đá Maccaferri), tường đá hộc xây vữa, tường bê tông xi măng, tường bê tông cốt thép, tường bê tông cốt thép kết hợp móng cọc bê tông (hoặc móng cọc thép, cọc khoan nhồi)…; - Tường ốp mái bằng đá hộc xây hoặc bê tong xi măng, tường áo;
16 - Dùng vải địa kỹ thuật gia cường. Phương pháp này thường sử dụng cho nền đắp. Hình 1.13. Tường chắn trọng lực BTCT * Ưu điểm: tăng đáng kể khả năng ổn định tổng thể của mái taluy, là một trong những biện phòng chống sụt, trượt được sử dụng nhiều hiện nay. * Nhược điểm: giá thành xây dựng tương đối cao, mặt bằng thi công lớn, ảnh hưởng nhiều đến môi trường, tiến độ dài, mỹ quan thấp. b. Biện pháp neo gia cố Những năm gần đây, công nghệ neo gia cố mái taluy đã được áp dụng thành công trong lĩnh vực xử lý sụt, trượt nền đường trên thế giới và bước đầu đã được nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam. b.1. Neo Neo được lắp đặt để truyền tải trọng kéo do áp lực chủ động của đất đá sau tường chắn gây ra. Neo được cắm vào đến một lớp đất đá có khả năng chịu tải, giữ cho khối đất đá ổn định. Thường được sử dụng để gia cố kết hợp với các loại tường chắn trong các trường hợp nhà có tầng hầm, các hố đào sâu, các tường chắn mái taluy đắp hoặc đào của nền đường, các vai đập, hố móng của công trình thủy điện.
17 Cấu tạo của neo trong đất gồm có một đầu neo, chiều dài neo tự do và bầu neo (hình 1.14). Âáöu neo Ch Âãûm neo iãöu da ìi th án n eo Dáy neo Thanh dáùn Ch iãöu Tæåìng da ìi b áöu ne Pháön tæû do o Væîa neo öu n ênh Pháön neo bá ìng k eo å Âæ Hình 1.14. Cấu tạo của neo trong đất Đầu neo: là một bộ phận có khả năng truyền tải trọng kéo từ dây neo đến mặt đất hoặc kết cấu chống đỡ. Đầu neo thường bao gồm một đầu căng kéo trong đó dây neo được neo lại và một bản đỡ thông qua đó lực từ dây neo được phân bố vào kết cấu công trình. Bầu neo: là phần ngàm của dây neo vào trong đất. Chiều dài neo bám của dây neo trong bầu neo nhỏ hơn chiều dài của bầu neo. Bầu neo được tạo ra bằng cách khoan vào đất và bơm vữa xi măng áp lực cao trong lỗ khoan. Ma sát giữa bầu neo và đất quanh bầu neo tạo ra sức chịu tải chống nhổ của neo. Dây neo: là bộ phận chịu lực chính của neo trong đất, làm bằng thanh thép hoặc bó cáp cường độ cao. Dây neo có nhiệm vụ truyền tải trọng từ bầu neo lên kết cấu công trình. Chiều dài dây neo chia làm hai phần: Chiều dài dây neo tự do: là chiều dài tách khỏi vùng căng kéo, là khoảng cách từ đầu neo đến gần điểm đầu của bầu neo.
18 Chiều dài neo bám: là chiều dài dây neo neo bám trực tiếp vào vữa neo. Vữa neo lỗ khoan: là vữa xi măng cát có cường độ R28  30Mpa (đối với mẫu vuông 100x100mm). Cường độ của vữa có liên quan đến sức chịu tải của neo tại giao diện vữa - đất. Để tăng cường sức chịu tải của neo người ta thường bơm vữa tạo neo ở áp lực cao để xâm nhập vào đất nền xung quanh, lấp kín các lỗ rỗng, khe nứt trong đất. Bố trí neo để gia cố tường chắn như hình (1.15). Maïi däúc Tæåìng chàõn Tæåìng chàõn Màût âæåìng Màût âæåìng Neo Neo Hình 1.15. Ứng dụng neo để gia cố tường chắn a) Tường chắn thẳng đứng có neo b) Tường chắn có neo cho mái taluy đứng Hình 1.16. Neo an ke thép D32, L = 11,7m trong đá b.2. Đinh đất Kỹ thuật gia cố tường chắn bằng đinh đất được nghiên cứu xây dựng đầu tiên ở Pháp vào năm 1972 và sau đó được ứng dụng tại Đức năm 1976, và
19 hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng tường chắn và khả năng phát triển rất nhanh chóng. Đinh đất là những thanh cốt thép có đường kính từ (20  30)mm đặt vào các lỗ khoan sẵn đường kính từ (100  300)mm và khoảng cách giữa các thanh thép từ 1 đến 2m, chiều dài của đinh từ (70  100)% chiều cao tường chắn. Đinh đất được sử dụng để nâng cao độ ổn định cho tường chắn, áp lực đất tác dụng lên tường chắn được chuyển thành lực kéo trong đinh và lực kéo này truyền vào đất qua lực ma sát của đinh và đất xung quanh. Cấu tạo của đinh đất như (hình 1.17). Bª t«ng mÆt t-êng §Üa thÐp VËt liÖu tho¸t n-íc TÊm thÐp xiªn §o¹n nèi c¸ch nhau lín nhÊt lµ 3 m Thanh thÐp Bu l«ng > 150 mm MÆt t-êng hoµn thiÖn V÷a Mòi ®inh L = Ch Ren cña ®inh Tæng chiÒu dµi cña ®in iÒu dµi h trong cña ®in h ®Êt lç khoan Hình 1.17. Cấu tạo đinh đất gia cố tường chắn Thanh cốt thép: là thành phần chính của công nghệ gia cố tường chắn bằng đinh đất. Những phần tử này được đặt vào trong các lỗ khoan và bơm vữa đầy vào khoảng trống còn lại. Áp lực đất được truyền vào đinh và nhờ vào ma sát giữa đinh và nền đất làm tăng tính ổn định, chống chuyển vị của tường khi chịu áp lực đất. Vữa: Vữa được bơm vào để trám các kẻ hở giữa đinh và lỗ khoan, có tác dụng bảo vệ đinh và gián tiếp truyền áp lực đất vào đinh. Đầu đinh: là đầu mút của đinh, có ren để siết bu lông được kéo dài ra khỏi mặt tường.
20 Các tấm thép: gồm tấm thép xiên và tấm thép ngoài gắn đầu đinh và bản tựa siết bu lông gắn đinh vào mặt tường chắn. Mặt tường: làm bằng kết cấu bê tông cốt thép để bảo vệ mặt ngoài của đất và làm điểm tựa cho các tấm thép bên ngoài để siết bu lông đinh. Vật liệu thoát nước: các vật liệu composit, vải địa kỹ thuật bố trí sát mặt trong của tường để đảm bảo thoát nước cho tường chắn. Bố trí đinh đất gia cố tường chắn: Raînh bã täng Màût sæåìn däúc Âáút âaî âæåüc Dáöm cáöu âaìo boí âi Váût liãûu Váût liãûu Màût tæåìng thoaït næåïc thoaït næåïc Âáút âaî âæåüc boí âi Màût âæåìng Âinh âáút Âinh âáút Màût âæåìng äúng Mæång thoaït næåïc thoaït næåïc Mæång thoaït næåïc truû chäúng mäú cáöu a) Tường chắn mái đất nền đường b) Tường chắn cho mố cầu Hình 1.18. Gia cố tường chắn bằng kỹ thuật đinh đất Việc sử dụng đinh đất để gia cố tường chắn có những ưu điểm sau: - Khi xây dựng ít ảnh hưởng đến giao thông và ít tác động đến môi trường hơn những phương pháp xây dựng khác. - Ít làm ứ đọng đất ở đáy hố đào hơn so với các biện pháp chắn giữ hố đào khác. - Tiến độ thi công nhanh và tốn ít vật liệu hơn so với phương pháp dùng neo đất. - Dễ định vị và điều chỉnh được độ nghiêng của đinh khi gặp phải sự tắc nghẽn do sỏi sạn hoặc đá cản trở.