Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sụt lún mặt đê từ km25+600 đến k25+750 đê Hữu Cầu, Bắc Phú, Sóc Sơn, Hà Nội

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết tìm hiểu sự hình thành các vết nứt dọc theo thân đê có thể do nhiều nguyên nhân cơ học (do sự lún không đều trong thân đê, do trượt và lún từ biến, do động đất v.v ) cũng như các quá trình vật lý bên trong thân đê (nước bốc hơi làm khô đất, tính trương nở của đất), hoặc do sự kết hợp của một số các tác nhân trên. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sụt lún mặt đê từ km25+600 đến k25+750 đê Hữu Cầu, Bắc Phú, Sóc Sơn, Hà Nội

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN S CỐ SỤT LÚN MẶT ĐÊ TỪ KM25+600 ĐẾN K25+750 ĐÊ HỮU C U, BẮC PHÚ, SÓC SƠN, HÀ NỘI TRẦN THẾ VIỆT*, HOÀNG VIỆT HÙN ** BÙI VĂN TR ỜN *** , ĐỖ CHÍNH PH ƠN **** Study on critical subsidence incident of Huu Cau dike in Soc Son district, Ha Noi Abstract: In early September 2018, a critical subsidence incident happened to the HuuCau dike surface in the area of Bac Phu commune, Soc Son district, Ha Noi. From the top, cracks separated the dike body into two parts along its length, the settlements of the part from the center to the field site were between 0,2 to 1,0 m. The concrete structure on the top of the dike was destroyed and broken along the longitudinal dimension, cracks induced were wide and deep. They were observed to be presented in the elevation from +5.0m to +9.0m. This study applies Geostudio v2019 and Plaxis combining some key dike conditions including the geology, hydrology, soils parameters obtained from laboratory and loads induced by transportation verhiclesto initially analyze and determine the causes of dike failure. The result would thereby help managers to find out appropriate solutions to ensure safety life, property, and stability for people living near by the area. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Tuyến đê Hữu Cầu chạy dọc theo song Cầu, ở Lịch sử phát triển của miền bắc nƣớc ta gắn khu v c gặp s cố, chân đê cách mép song từ liền với s hình thành và phát triển của các hệ 20m đến 100m tùy từng vị trí, ngoài đê là các thống đê [1]. Các s cố gây sạt trƣợt, hƣ hỏng bãi xen l n ao h , thùng đấu đê liên quan đến nền đê mới chỉ đƣợc phát hiện và đi sâu nghiên cứu vào những năm 90 của thế kỷ XX 2 Khu v c nghiên cứu là vùng bãi ven sông, thuộc lƣu v c Sông Cầu, đoạn xã Bắc Phú huyện Sóc Sơn đoạn từ K25+500 đến K25+750 (Hình 1). Khu v c này có địa hình khá bằng ph ng, có xu thế thấp dần từ Tây sang Đông Xen l n các gò bãi là ruộng lúa và ao h * B môn ị k th h Cô g t h i học Th y lợi D : 0986492582 **,*** B môn ị k th h Cô g t h i học Th y lợi **** h Cô g h i học Th y ợi Hình 1. Vị trí khu v c ê bị c ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 89
Đầu tháng 9/2018, thân đê đoạn từ K25+500 Mái đê phía đ ng xuất hiện các vết nứt cắt đến K25+750 dài 250m, nằm phía bờ Hữu song chạy dọc theo thân đê, phạm vi các vết nứt rộng Cầu thuộc xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn diễn ra và không liên tục, dao động từ cao trình +5,0m sụt lún rất nghiêm trọng Đỉnh đê bị sụt lún tách đến cao trình +9,0m (Hình 3) làm 2 phần theo chiều dọc đê (Hình 2a), một Theo đánh giá, quá trình sụt lún liên tục mở phần từ tim đê về phía song cao trình đỉnh đê rộng về quy mô, phát triển theo chiều dài và v n giữ nguyên 10 45m; phần từ tim đê về phía chiều sâu Ban đầu phát hiện là ngày 1/9/2018 đ ng bị sụt lún từ 0,2 đến 1,0m Mặt đê bê tong đỉnh đê bị lún 0,2m, phạm vi khoảng 50m, đến bị lún sụt từ 10 đến 20cm, tạo thành vết nứt dọc ngày 3 10 2018 phạm vi đến 150m, chiều sâu đê rộng 3-5cm với chiều dài khoảng 50m. Kết lún đến 1,0m Hiện tại,theo quan sát phạm vi cấu bê tong đỉnh đê bị phá hủy gãy theo chiều dọc theo chiều dài đê, lún thân đê tiếp tục phát dọc đê, các khe nứt dọc đê phát triển rất rộng và triển, tính đến ngày 5 10 2018 phạm vi lún sâu, theo quan sát chƣa đánh giá hết đƣợc chiều 150m từ K25+600 đến K25+750, sang ngày sâu khe nứt (Hình2b) 7 10 2018 phạm vi lún đã thành 250m, diễn tiến từ K25+500 đến K25+750m Điều cần lƣu ý là c ng tại vị trí này (đoạn k25+750), năm 2016 c ng đã xuất hiện cung sạt phía sông dài khoảng 50 m với đỉnh cung trƣợt ở cao trình + 9,5 m S cố sạt trƣợt này đã đƣợc Chi cục đê điều phòng chống lụt bão Hà Nội xử lý cấp bách vào tháng 3/2017. Nói chung, s hình thành các vết nứt dọc theo thân đê có thể do nhiều nguyên nhân cơ học (do s lún không đều trong thân đê, do trƣợt và lún từ biến, do động đất v v ) c ng nhƣ các quá trình vật lý bên trong thân đê (nƣớc bốc hơi Hình 2. Vế ợ ê ỉ h ê làm khô đất, tính trƣơng nở của đất), hoặc do s kết hợp của một số các tác nhân trên Vào mùa mƣa bão, m c nƣớc sông Cầu lên xuống thất thƣờng Khi xảy ra mƣa lớn, ở thƣợng ngu n các thủy điện xả l , m c nƣớc sông Cầu lên cao, nguy cơ vỡ đê rất có thể xảy ra Ngoài ra, đê Hữu Cầu ngoài nhiệm vụ ngăn l , bảo vệ dân cƣ còn là tuyến đƣờng giao thông liên xã, phục vụ nhu cầu đi lại và phát triển kinh tế cho thị trấn Sóc Sơn và các vùng lân cận Hiện tƣợng sạt trƣợt đã từng xảy ra và nay lại bị lại, do đó,để đảm bảo an toàn cho đê, đảm bảo giao thông đi lại của ngƣời dân, việc khảo sát tìm hiểu nguyên nhân, và đầu tƣ xử lý s cố đoạn đê K25+500 đến K25+750 nằm phía bờ Hữu sông Cầu thuộc xã Việt Long, huyện Sóc Sơn là hết sức cần H h 3. Vế ứ trên mái ê phía ồ g thiết và cấp bách 90 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
2. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA màu nâu đỏ, l n ít sạn, có màu xám vàng, xám CÔNG TRÌNH ghi, trạng thái d o cứng - d o mềm 2.1. Cá t số t i t - Lớp 1a: Đất lấp - Sét nhẹ, màu xám ghi, Căn cứ tiêu chuẩn Việt Nam TCVN xám đen, d o mềm - d o chảy 9902:2016 [3] Công trình thuỷ lợi – yêu cầu - Lớp 1: Sét pha nhẹ, màu vàng xám, xám thiết kế đê sông thì cấp công trình và các chỉ xanh, xám nâu, d o mềm - d o cứng tiêu thiết kế của đê nhƣ sau: - Lớp 2: Sét pha nặng, sét nhẹ, màu xám + Công trình cấp III; đen, xám ghi, d o chảy - d o mềm, đôi chỗ + Tần suất m c nƣớc l thiết kế: P = 1,0% l n hữu cơ + Tần suất m c nƣớc l kiểm tra: P = 0,6% - Lớp 3: Sét pha nặng, sét nhẹ màu xám + Hệ số ổn định chống trƣợt cho phép: tải vàng, xám ghi, d o cứng - d o mềm trọng cơ bản K =1,25; tải trọng đặc biệt - Lớp 4: Sét pha, màu xám vàng, xám ghi, [K]=1,15. d o mèm - d o chảy + Cao trình đỉnh đê thiết kế: +10,50m - Lớp 4a: Sét nhẹ, màu xám vàng, xám ghi, + Mặt cắt ngang thân đê và các lớp địa chất d o cứng đƣợc thể hiện trong Hình 4 - Lớp 4b: Sét nhẹ, sét pha, nâu vàng, màu xám vàng, d o cứng - nửa cứng - Lớp 5a: Cát mịn, đôi chỗ l n cát pha, màu xám vàng, xám nâu, xám ghi, chặt vừa - Lớp 5b: Cát hạt trung, màu xám xanh, xám ghi, chặt vừa - Lớp 5c: Cát hạt thô, l n sỏi, sạn, màu xám vàng, xám ghi, chặt vừa - chặt - Lớp 6a: Sét pha nặng, sét nhẹ, màu xám đen, xám xanh, d o chảy - d o mềm - Lớp 6b: Sét pha nặng, màu xám ghi, xám xanh, d o mềm - d o cứng H h 4. M c ị chấ tính toán c ê sau - Lớp 7a: Cát hạt nhỏ, đôi chỗ l n hạt trung, khi bị màu xám vàng, xám ghi, chặt vừa - Lớp 7b: Cát hạt thô, l n sỏi, cuội, màu xám 2.2. Điều iệ địa ất vùng dự án vàng, xám ghi, chặt - rất chặt Địa chất thân đê, nền đê từ trên xuống dƣới Các chỉ tiêu cơ lý của đất dung trong tính (Hình 4) phân bố nhƣ sau: toán đƣợc liệt kê trong Bảng 1 - Lớp D: Đất đắp đê - Đất sét pha, sét nhẹ ả 1. C ỉ tiêu lý tính toán ủa các ớ đất Trọng lƣợng L c Góc Giới Giới Hệ số thấm Hệ số nén Lớp đất riêng bão hòa dính C ma sát hạn hạn SPT (cm/s) (cm2/kG) (kN/m3) (kN/m2) trong chảy d o Đất đắp 18,4 19,84  0,037 42 25 9 1a 18,5 19,17  0,038 42 25 8 1 18,3 21,1  0,038 44 26 8 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 91
Trọng lƣợng L c Góc Giới Giới Hệ số thấm Hệ số nén Lớp đất riêng bão hòa dính C ma sát hạn hạn SPT (cm/s) (cm2/kG) (kN/m3) (kN/m2) trong chảy d o 2 17,1 9,74  0,117 52 32 5 3 18,4 21,11  0,038 43 26 10 4 18,64 14,6  0,03 33 21 6 4a 18,64 22,0  0,03 42 25 14 4b 18,6 17,04  0,027 39 23 18 5a 18,7 8,60  … … … 29 5b 18,3 23,0 ' … … … 14 5c 18,3 29,0  … … … 21 6a 18,0 16,7 ' 0,044 45 27 5 6b 18,0 18,8 ' 0,043 41 25 10 7a 18,0 21,42 ' … … … 27 2.3. Điều iệ địa ất t ủ vă n.G q Căn cứ vào m c nƣớc lớn nhất th c đo trạm B.l Chã từ năm 1977 đến 2017, xây d ng đƣờng tần B  n.b  (n  1)d  e suất thiết kế Trên cơ sở đó truyền độ dốc m c n: Số xe tối đa có thể xếp đƣợc trên phạm vi nƣớc về vị trí tuyến công trình Kết quả tính bề rộng nền đƣờng toán đƣợc thể hiện trong Bảng 2 G: Trọng lƣợng một xe (T) B: Bề rộng phân bố ngang của các xe (m) Bảng 2. Mực ớc lớn nhất tại tuy n công l: Phạm vi phân bố tải trọng xe theo hƣớng trình ứng với các tần suất thi t k (cm) dọc (m) Đọan nền đƣờng có bề rộng nền đƣờng Bđê Vị trí H1,0% H2,0% H5% H10% =7m Tải trọng tối đa của xe G = 24 tấn, b = 1,8 Trạm Chã 1133 1110 1070 1031 m, l=6,6m. Tuyến công 986 962 922 883 Trong khi mô phỏng mô hình, tính toán cho trình trƣờng hợp bất lợi, xe chỉ chạy một làn bên đê, do đó chọn d=1,3m, e=0,5m và n=1. 2.4 H ạt tải tính toán Hoạt tải tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000 4 , hoạt Hệ số vƣợt tải tham khảo mục 3 2 2 của tải tính toán đƣợc tính theo sơ đ nhƣ Hình (5) 22TCN 211-06 đƣợc l a chọn làn là 1,2. Khi đó, bề rộng tính toán hoạt tải là: B  1.1,8  (1 1).1,3  0,5  2,3m Hoạt tải tính toán là: e /2 b d b e /2 1.24 q  1,58 (T/m²) B 2,3.6, 6 3. MÔ HÌNH TÍNH VÀ CÁC PHÂN TÍCH LỰ CHỌN Sử dụng phần mềm Plaxis và Geostudio để l phân tích nguyên nhân s cố đê Trong đó, H h 5. Mi h họ ơ ồ tính toán ải ọ g xe phần mềm Plaxis đƣợc dung để phân tích biến 92 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
dạng của đê và xác định vùng phá hoại trong pháp tính ổn định mái dốc đƣợc sử dụng phổ nền do tác dụng của hoạt tải giao thông Với biến nhất trên thế giới Phƣơng pháp này áp phần mềm Geostudio, modul SEEP/W [5] dụng lý thuyết phân thỏi, sử dụng điều kiện đƣợc dung để phân tích thấm và module cân bằng mô men với trƣờng hợp mặt trƣợt SLOPE/W [6] đƣợc dung để phân tích ổn định trụ tròn 7 Điểm mấu chốt của phƣơng pháp mái dốc này là bỏ qua tác dụng của l c tƣơng tác theo Hệ số an toàn ổn định đƣợc xác định theo phƣơng đứng (XL = XR = 0) (Hình 6) Hệ số phƣơng pháp Bishop đơn giản trong module an toàn ổn định Fs đƣợc xác định theo điều SLOPE W Đây là một trong những phƣơng kiện cân bằng mô men quanh tâm O. Hình 6. L c tác dụ g lên hỏi và giác c theo h ơ g há Bi h ơ giả Trong nghiên cứu này, tính năng tối ƣu hóa trƣợt Fully Specified Slip Surface (Hình7a) mặt trƣợt trong SLOPE/W c ng đƣợc áp dụng Bƣớc tiếp theo, điểm kết thúc của các đoạn Theo đó, sau khi xác định đƣợc mặt trƣợt theo th ng này sẽ đƣợc dịch chuyển để xác định khả một trong các phƣơng pháp truyền thống, năng tìm đƣợc hệ số an toàn thấp hơn Quy trình SLOPE/W cho phép tối ƣu hóa mặt trƣợt vừa này bắt đầu với điểm giao của mặt trƣợt với mặt xác định để chính xác hóa lời giải Bƣớc đầu đất Điểm này sẽ di chuyển lên và xuống một tiên trong quy trình tối ƣu hóa là chia mặt trƣợt cách ng u nhiên dọc theo mặt trƣợt (Hình7b) vừa tìm đƣợc ra thành các đoạn th ng Về cơ cho tới khi tìm đƣợc hệ số an toàn nhỏ nhất bản mặt trƣợt sau khi đƣợc chia sẽ tƣơng t nhƣ Quy trình này đƣợc áp dụng với tất cả các điểm khi phân tích dung tính năng định trƣớc mặt dọc theo mặt trƣợt Hình7. . M ợ yề h g bê trái) và b. ợ i bê hải [5] ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 93
4. TR ỜN HỢP TÍNH TO N VÀ ẾT sang đ ng. Dòng thấm nàygây ra l c thấm làm QUẢ TÍNH TO N tăng nguy cơ mất ổn định đê Qua khảo sát hiện trƣờng, phân tích tài liệu  Các nguyên nhân khác có thể là do trong địa chất và các điều kiện làm việc th c tế của đê quá trình đào, cắt phục vụ sản xuất nông nghiệp. có thể thấy những nguyên nhân chính gây mất Nhƣ đã đề cập, nghiên cứu này sẽ đánh giá ổn định đê có thể do: tất cả các nguyên nhân trên bằng phần mềm  S hiện diện của lớp đất yếu với chiều dày Plaxis 2D và Geostudio 2019. có s thay đổi lớn (lớp số 2) ngay dƣới nền đê 4.1. Điều iệ ứ suất – i dạ tr và các lớp đất yếu khác bên dƣới (Hình 4) t đê d tải trọ ia t  Do ảnh hƣởng từ các xe quá tải trọng cho Để phân tích điều kiện ứng suất – biến dạng phép (biến cấm xe dƣới 12tấn tuy nhiên, căn cứ trong thân đê, phần mềm Plaxis đƣợc dùng Xét vào th c tế sử dụng của tuyến đê, có rất nhiều trƣờng hợp khi m c nƣớc phía sông dâng cao xe tải trọng lớn thƣờng xuyên hoạt động trên đến cao trình + 9,86 m, Trên đỉnh đê có tải trọng tuyến đƣờng này Do đó kiến nghị l a chọn tải do xe H24 chạy phía đ ng Hình 8 thể hiện kết trọng tối đa của xe G = 24 tấn) quả phân tích biến dạng của thân và nền đê khi  Do đang trong mùa mƣa, m c nƣớc sông chịu tải trọng giao thông dâng cao gây ra dòng thấm hình thành từ sông Hình 8. ế q ả tính biế d g thân và ề ê với ổ hợ ải ọ g nguy hi hấ . Kết quả trên có thể thấy vùng trong lớp đất mặt đê Kết quả phân tích vùng biến dạng d o yếu chịu s dịch chuyển lớn nhất (khoảng 0,25 hình thành trong nền đê (Hình 9) c ng cho thấy m) Đây có thể là nguyên nhân gây ra sụt lún hầu nhƣ toàn bộ nền đất trong lớp 2 bị phá hoại Hình 9. Vùng biế d gd sau gia ải 94 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021
4.2 Phân tích ổ đị mái ạ u đê (Hình 10) cho hệ số an toàn ổn định FS = 1,259 Xét trƣờng hợp 1: M c nƣớc sông ở cao trình > [FS] = 1.25. Chứng tỏ vào mùa khô, mái đê +5,0m, trên đỉnh đê có xe tải H24 chạy lệch làn phía hạ lƣu ổn định ngay cả khi có xe tải chạy phía đ ng Kết quả tính ổn định mái hạ lƣu trên mặt đê Hình 10. Hệ ổ ị h FS hi c ớc sông hấ Xét trƣờng hợp 2, khi m c nƣớc sông dâng quả tính hệ số an toàn ổn định mái phía đ ng thể cao đến cao trình + 9,86 m. Trên đỉnh đê có tải hiện ở hình 11. trọng do xe H24 chạy lệch làn phía đ ng Kết Hình 11. Hệ ổ ị h khi c ớc ô g c trình +9,86m Từ hình11 có thể thấy, trong trƣờng hợp này, nhân s cố sụt trƣợt tuyến đê nhƣ sau: hệ số an toànổn định mái hạ lƣu đê giảm xuông Đoạn đê s cố nằm trên nền đất yếu có cấu rất thấp, nhỏ hơn giá trị giới hạn là [FS] = 1,15. trúc địa chất rất phức tạp Thân đê đƣợc đắp trên Kết hợp thêm với các yếu tố tác động gây trƣợt lớp đất yếu khá dày (lớp 2) là lớp đất sét pha, nhƣ các hoạt động đào cắt của con ngƣời thì trạng thái d o chảy đôi chỗ l n hữu cơ nhƣng diễn tiến trƣợt lở mà đã quan sát đƣợc ở hiện chƣa đƣợc xử lý Đất đắp đoạn đê này, đƣợc đào trạng đê là phù hợp ở hai bên chân đê thành các thùng ao khá sâu 5. ẾT LUẬN Quá trình cố kết lớp đất yếu có chiều dày biến Qua kết quả khảo sát th c địa và phân tích đổi ở nền đê, làm gia tăng quá trình lún, lún trên theo mô hình số có thể kết luận nguyên không đều và nứt mái đê, thân đê ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021 95
Các phƣơng tiện giao thông lƣu thông trên đê 2 Trần Văn Tƣ, Đào Minh Đức, Trần Linh làm gia tăng tải trọng, tải trọng xung kích làm Lan. (2011) Đặc điểm địa chất công trình nền các kẽ nứt ngày càng cắt sâu và làm chia cắt đê song H ng khu v c Hà Nội và các tai biến thân đê thành khối Hoạt tải xe lớn làm cho hệ địa chất liên quan Tạp chí các khoa học về trái thống kẽ nứt ngày càng mở rộng, cắt sâu và làm đất 33 (480 – 492). chia cắt mặt đê thành những sống đất dọc theo [3] TCVN 9902: 2016 - Công trình thủy lợi - đê và dọc theo bề mặt kẽ nứt, áp l c hông khối Yêu cầu thiết kế đê sông. đất bị suy giảm, khối đất hoàn chỉnh ở thân đê [4] 22 TCN 262-2000: Quy trình khảo sát bị phá vỡ hình thành các khối độc lập tác động thiết kế nền đƣờng ô tô đắp trên đất yếu tr c tiếp vào lớp đất yếu (lớp 2) ở nền đê, kết [5] Geoslope International Ltd. (2019). hợp m c nƣớc phía sông dâng cao tạo thành Seep/W user's guide for finite element analyses. dòng thấm trong thân và nền đê Dòng thấm này Calgary, Alberta, Canada. mở rộng vùng bão hòa trong thân và nền đê làm [6] Geoslope International Ltd. (2019). mềm hóa đất và gây l c thấm tác động mái phía Slope/W user's guide for finite element đ ng gây mất ổn định, sụt lún đê nhƣ đã xảy ra analyses. Calgary, Alberta, Canada. vừa qua [7] Tran The Viet, Trinh Minh Thu, Giha Lee, Sewook Oh, Nguyen Thi Hai Van. (2015). TÀI LIỆU TH M HẢO Effect of extreme rainfall on cut slope stability: case study in Yen Bai City, Vietnam. Journal 1 Phan Khánh, Từ Mạo, Nguyễn Gia of the Korean Geo-Environmental Society. Vol Quang (1995) Đê điều Việt Nam Nhà xuất bản 16 (4). Pp. 23 - 32. Nông nghiệp Ng i hả biệ : PGS, TS PHÙNG VĨNH N 96 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2021