ThS. TRẦN THANH TÚ
ThS. NGUYỄN XUÂN TRƯỜNG
PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH VƯỢNG
Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam
I. Thu thập, khảo sát, phân loại, xây đựng bộ cơ sở dữ liệu về tổng quan hiện trạng vùng nghiên cứu liên quan đến công trình đê, đường GTNT và đê đường GTNT kết hợp
1. Tổng quan: Bán đảo Cà Mau là một tiểu vùng thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, vị trí là 8o30’ – 10o20’ vĩ độ Bắc và 104o43’ – 106o13’ kinh độ Đông. Diện tích khu: 16,780 km2, 43% tổng diện tich ĐBSCL, gồm các tỉnh Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Tp. Cần Thơ và một phẩn tỉnh Kiên Giang. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 / mùa khô bắt đầu từ tháng 11.
* Các yếu tố khí hậu (xem bảng dưới đây). Nhiệt độ trung bình khoảng 26,5oC, cao nhất vào tháng 4 (27,6oC) và thấp nhất vào tháng 1 (25oC). Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 / mùa khô bắt đầu từ tháng 10.
Khí tượng thủy văn khu vực chịu chi phối bởi 02 mùa:
– Mùa khô: Ảnh hưởng bởi triều biển Đông và biển Tây kèm theo nước mặt đổ
về từ thượng nguồn.
– Mùa mưa: Ảnh hưởng bở chế độ lũ và nước lũ từ phía Bắc.
Chế độ triều: Gồm hai cơ chế triều cường chính là Triều Biển Đông và Triều Biển Tây.
– Triều Biển Đông: Biên độ dao động chân triều lớn (160-300cm), đỉnh triều nhỏ (80-100cm), Mực nước cao duy trì dài ngày hơn mực nước thấp, đường bình quân ngày gần với biên độ đỉnh triều.
– Triều biển Tây: Là dạng phức tạp hỗn hợp, thiên về nhật triều. Ngược với triều Biển Đông, triều Biển Tây có chênh lệch giữa hai đỉnh triều lớn, còn chênh lệch chân triều kém, triều cường chênh lệch lớn, còn triều kém ít chênh lệch.
* Các loại đất tại khu vực gồm đất phèn, đất mặn, đất líp, đất phù sa, đất than bùn và đất cát. Riêng tại tỉnh Cà Mau có đất phèn (52,53 %), đất mặn (39,95%), đất bãi bồi, đất líp, đất than bùn, đất đỏ vàng và đất cát sông rạch.
* Đặc trưng địa chất khu vực nghiên cứu
Trầm tích khu vực tỉnh Cà Mau được xác định là trầm tích trẻ hình thành từ quá trình bồi lắng phù sa (Trần Bá Hoằng, 2018). Kết quả khoan khảo sát thực tế và hình trụ mô tả hố khoan kết hợp số liệu thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nguyên dạng, đất nền tại một số cống khu vực tỉnh Cà Mau với độ sâu 30 m cho thấy khu vực có 03 lớp đất chính:
- Lớp 1: Bùn sét, màu xám, xanh xám đen lẫn hữu cơ. Có độ dày lớp từ mặt đất tự nhiên đến độ sâu trung bình là 21,5 m.
- Lớp 2: Sét, màu xám nâu vàng vân trắng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Nằm dưới lớp 1 đến độ sâu trung bình 25,8m.
- Lớp 3: Á sét, màu xám nâu vàng lẫn xám trắng, trạng thái dẻo cứng. Nằm dưới lớp 2 đến hết độ sâu hố khoan chưaxuất hiện đáy lớp.
Bản đồ phân bố thổ nhưỡng khu vực Bán Đảo
Cà Mau (TS. Trịnh Thị Long, 2015)
* GRDP trong năm 2018 khu vực Bán đảo Cà Mau đạt trên 360 nghìn tỷ VNĐ, tăng 7,44% so với cùng kỳ với các điểm nhấn kinh tế nổi trội như Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau. Riêng Cần Thơ đã đạt tăng trưởng 103.225 tỉ với các ngành kinh tế mũi nhọn như: Sản xuất ngư, nông, lâm nghiệp; Công thương nghiệp; Giao thông vận tải; Tài chính ngân hàng; Dịch vụ, du lịch, cùng với việc thu hút đầu tư vốn nước ngoài. Tuy nhiên, Bán Đảo Cà Mau cũng đang đối đầu với nhiều thách thức từ thiên nhiên: Hạn hán, xâm nhập mặn, suy thoái xâm thực bờ biển, sụt lún, ngập lụt; và từ hoạt động của chính con người: Cạn kiệt nguồn nước ngầm do khai thác quá mức, phát triển vùng chưa liên kết đồng bộ, hạ tầng kỹ thuật phát triển chậm, sự chuyển đổi hoạt động canh tác nông nghiệp.
– Nhóm tác giả đã tổ chức thí nghiệm, khảo sát địa hình một số khu vực:
Đường Tắc Thủ – Vàm Đá Bạc, Tỉnh lộ 965 – Kiên Giang; giếng khoan quan trắc mực nước ngầm: Vị trí 1- Đê biển Tây, Vị trí -. Đường Tắc Thủ, Vị trí 3- Tỉnh lộ 965.
-Tổng quan kết quả quan trắc mực nước ngầm tại các vị trí điển hình như sau:
- Nghiên cứu về thực trạng và nguyên nhân gây ra hiện tượng sụtlún đê, đường GTNT vùng Bán đảo Cà Mau trong điều kiện hạn hán
Năm 2016 địa bàn tỉnh Cà Mau xảy ra sạt lở, sụt lún nghiêm trọng, thiệt hại lên đến khoảng 1.500 tỷ đồng. Giai đoạn 2019-2020 đã xảy ra hiện tượng sụt lún các công trình hạ tầng như đê, đường giao thông, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn của các công trình đê, đường xây dựng trên nền đất yếu.
Thực trạng mực nước trên hệ thống kênh, rạch khô cạn rất nhanh kèm theo hạn hán khốc liệt kéo dài. Có đến hơn 1154 điểm ven kênh, rạch và đường giao thông ven kênh, rạch bị sụt lún, sạt lở với chiều dài hơn 24,998 km. Cụ thể là:
– Đầu năm 2020, sụt lún ở tuyến đường BT Tắc Thủ – Vàm Đá Bạc và nhiều vết nứt xuất hiện; ngày 18 và 23/2/2020 tuyến đê phòng hộ biển Tây đã xảy ra hiện tượng sụt lún mặt đê khá nghiêm trọng tại K58+135 đến K58+325. Đầu tháng 5/2020 đường tỉnh lộ 965 bị sụt lún, sạt lở dài trên 50m, nơi sâu nhất hơn 2m và sụt lún
toàn bộ chiều ngang mặt đường.
Qua kết quả nghiên cứu, tính toán kiểm tra ổn định công trình, các tài liệu thu thập về thiết kế, thi công, vận hành và di tu bảo dưỡng công trình, các cơ chế phá hoại thực tế tại các vị trí sụt lún từ đó đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định/gây sụt lún đê, đường giao thông nông thôn trong khu vực nghiên cứu như sau:
1. Nền đê, đường GTNT: Tất cả các tuyến đê, đường GTNT trong khu vực nghiên cứu được xây dựng trên nền đất yếu (sét có e ≥ 1,5, sét pha có e ≥ 1,0), lực kháng cắt ≤ 15 kPa, góc ma sát trong φ < 10° hoặc Cu ≤ 35 kPa, SPT là N < 5 ) nên có khả năng chịu tải rất kém, sức kháng cắt nhỏ, tính nén lún cao dẫn đến biến dạng rất lớn.
2. Mực nước trong kênh ven đê đường GTNT: Mực nước trong kênh dọc các đê, đường GTNT đóng vai trò hết sức quan trọng trong ổn định của công trình, áp lực nước trong kênh có vai trò phản áp chống trượt, sụt lún cho công trình
3. Cao trình đáy kênh và chiều rộng hành lang lưu không: Cao trình đáy kênh và chiều rộng hành lang lưu không là hai thông số rất quan trọng, ảnh hưởng rất lớn trong việc giữ ổn định công trình.
4. Sự thay đổi tính chất cơ lý của đất: Khi nắng nóng lâu dài đất đắp và đất khu vực lưu không bị bốc hơi và khô nứt, khi đó sẽ xảy ra hiện tượng co ngót gây ra các vết nứt..
5. Các vết nứt trên thân đê và trong hành lang lưu không: Sức kháng trượt của lớp đất trong phạm vi chiều sâu vết nứt bị triệt tiêu làm giảm lực chống trượt.
- Lựa chọn thông số địa kỹ thuật để tính toán thiết kế: Sử dụng các thông số của đất nền và đất đắp để tính
toán ổn định cho công trình là hết sức quan trọng cho việc ổn định trong quá trình thi công và vận hành công
trình.
7. Công tác vận hành, duy tu và bảo dưỡng: Khi công trình đã được đưa vào vận hành thì sự an toàn của công trình trong quá trình khai thác cần được lưu ý.
8. Biện pháp & thời gian thi công: Khi thi công các công trình đê, đường GTNT trong khu vực nghiên cứu
thường là dùng xáng cạp đào trong nước hoặc máy xúc đào đất dọc công trình để đắp nền, do đó sẽ có những vị trí đi qua các kênh mương, ao đìa, có đáy kênh, mái kênh và chiều rộng hành lang lưu không không đảm bảo với hồ sơ thiết kế được phê duyệt.
9. Tải trọng tác dụng lên công trình: Tải trọng tác dụng lên công trình càng tăng thì hệ số ổn định sẽ bị giảm và nguy cơ mất an toàn công trình càng cao.
10. Đứt giãy địa chất, đứt gãy kiến taọ & khai thác nước ngầm: Trong khu vực nghiên cứu có đứt gãy với
biên độ nhỏ và có sự khai thác nước ngầm, tuy nhiên biến dạng gây lún là cho tổng thể khu vực vì vậy hiện nay chưa có cơ sở. để khẳng định có hay không ảnh hưởng trực tiếp đến hiện tượng sụt lún công trình.
* TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT BẰNG PHẦN MỀM GEOSLOPE / PLAXIS
Công tác nghiên cứu, tính toán được thực hiện tại các vị trí điển hình, mỗi vị trí khảo sát 03 mặt cắt ngang dọc theo tuyến khảo sát. Kịch bản tính toàn được xây dựng dựa trên sự dao động mực nước trung bình và các đặc trưng chỉ tiêu cơ lý khảo sát được. Cụ thể:
– Kịch bản tính toán:
1. Mực nước phía biển: +2,00 m; Mực nước kênh nội đồng: -0,5 m.
2. Mực nước phía biển: +0,5 m; Mực nước kênh nội đồng: -0,5 m.
3. Mực nước phía biển: -0,5 m; Mực nước kênh nội đồng: -0,5 m.
4. Mực nước phía biển: +0,0 m; Mực nước kênh nội đồng: +0,0 m.
5. Mực nước phía biển: +0,0 m; Mực nước kênh nội đồng: -0,5 m.
6. Mực nước phía biển: +0,0 m; Mực nước kênh nội đồng: -1,0 m.
7. Mực nước phía biển: +0,00 m; Mực nước kênh nội đồng: -1,5 m.
8. Mực nước phía biển: +0,00 m; Mực nước kênh nội đồng: -2,0 m.
9. Mực nước phía biển: +0,0 m; Mực nước kênh nội đồng: -2,5 m.
10. Mực nước phía biển: +0,0 m; Mực nước kênh nội đồng: -3,00 m
– Cơ chế tính toán:
1. Trạng thái có tải trọng lưu thông / trạng thái không tải trọng lưu thông.
2. Trạng thái nguyên dạng không khe nứt / trạng thái có khe nứt.
. Vị trí 1. Đê biển Tây – Tỉnh Cà Mau
* Nguyên nhân chính dẫn đến sụt lún:
(1). Mực nước trong kênh ven đê đường GTNT: Do hạn hán kéo dài dẫn đến mực nước trong kênh ven đê bị hạ thấp quá mức làm mất áp lực chống trượt trong chân đê phía đồng (mực nước <-0,5m).
(2). Các vết nứt trên thân đê và trong hành lang lưu không: Sức kháng trượt của lớp đất trong phạm vi chiều sâu vết nứt bị triệt tiêu làm giảm lực chống trượt đặc biệt là khi mặt trượt đi qua lớp đất này. Quan sát tại hiện trường, không chỉ tại vị trí xảy ra sự cố mà hầu như trên toàn tuyến đê đề xuất hiện vết nứt với chiều sâu có chỗ lên đến hơn 1.5 m hoặc sâu hơn.
(3). Sự thay đổi tính chất cơ lý của đất: Khi nắng nóng lâu dài, đất đắp và đất khu vực lưu không bị bốc hơi và khô nứt, khi đó sẽ xảy ra hiện tượng co ngót, theo kết quả thí nghiệm thì đất trong khu vực nghiên cứu có độ co ngót thể tích với đất tự nhiên từ (39,06)% đến (43,23)%, quá trình co ngót không đồng nhất theo chiều sâu, dẫn đến xuất hiện các vết nứt trong công trình, đặc biệt là ở các vị trí xung yếu như trên thân đê và trong hành lang lưu không làm giảm sức kháng trượt của khối đất và giảm khả năng chống trượt của công trình.
(4). Cao trình đáy kênh và chiều rộng hành lang lưu không: Cao trình đáy kênh và chiều rộng hành lang lưu không là hai thông số rất quan trọng, ảnh hưởng rất lớn trong việc giữ ổn định công trình. Đáy kênh càng thấp, sâu (sâu hơn cao độ thiết kế -2,5m) và chiều rộng lưu không càng nhỏ (không đúng với hồ sơ thiết kế được phê duyệt) thì hệ số ổn định càng giảm và nguy cơ mất an toàn sụt lún càng cao.
3. Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật chủ động ngăn ngừa, hạn chế hiện tượng sụt lún và đề xuất các phương án xử lý thích hợp khi sự cố đã xảy ra
* Nhóm giải pháp công trình:
*ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐÊ, NỀN ĐƯỜNG GTNT
1. Xử lý nền bằng đệm cát:
– Giảm độ lún của nền công trình và độ lún không đều, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền khi chịu tải trọng ngoài.
– Làm tăng khả năng ổn định của đê, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng (trường hợp đê làm nhiệm vụ ngăn lũ), vì cát được nén chặt sẽ làm tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.
– Đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực phía dưới.
– Cường độ cắt của đất cát lớn do đó có khả năng chịu tải lớn.
2. Đắp đê có bệ phản áp:
Phạm vi áp dụng: Các tuyến đê đi qua ao hồ hoặc vùng bùn lầy, chiều dày lớp đất yếu > 3.0m. Khi cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để thi công đê theo từng giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công thì có thể áp dụng giải pháp này. Bệ phản áp còn làm tăng độ ổn định, giảm khả năng làm trồi đất ra hai bên, mặt khác còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng và chống thấm cho thân đê…Tuy nhiên, muốn cho bệ phản áp phát huy được hiệu quả để có thể xây dựng nền đắp một giai đoạn thì khối lượng của nó rất lớn. Vì vậy giải pháp đắp bệ phản áp chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp rẻ và phạm vi đất đắp không bị hạn chế.
3. Thay/đào nền đất yếu:
Ở những khu vực nền đê có độ dày tầng đất yếu dưới 3m nên áp dụng giải pháp thay nền đất yếu bằng các vật liệu khác có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn. Khi tầng đất yếu lớn hơn 3m, có thể áp dụng giải pháp nạo vét tầng đất yếu này đến một độ sâu phù hợp và kết hợp với các giải pháp khác như cọc tre, cừ tràm, đắp lăng thể phản áp hoặc gia cường bằng vải địa kỹ thuật …
4. Xử lý nền bằng vải địa kỹ thuật:
Phạm vi áp dụng : Đối với những đoạn đê tương đối cao, cần thi công trong một mùa qua vùng đất yếu, thích hợp hơn cả là dùng vải địa kỹ thuật để gia cố thân đê và cải tạo phân bố ứng suất đất nền. Việc đặt các lớp vải địa kỹ thuật lên bề mặt phân cách giữa thân đê và nền đê, đồng thời đặt các lớp vải địa kỹ thuật ở các cao trình khác nhau trong thân đê nằm song song với mặt nền. Lớp vải địa kỹ thuật đặt ở mặt nền có tác dụng phân cách nền đê và thân đê, làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của đất nền chống lại sự trượt tròn cho khối đất đắp, không bị lún chìm vào nền, áp lực đất đắp đê phân bố tương đối đồng đều vào mặt nền tạo điều kiện cho nền cố kết từ từ. Lớp vải đặt nằm ngang trong thân đê có tác dụng phân bố áp lực đều theo từng cao trình mặt cắt ngang đê, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp và giảm mặt cắt ngang đê. Cần chú ý đến thoát nước trong lớp vải ĐKT này.
5. Đắp đê trên bè cây:
– Mở rộng diện tích truyền tải trọng, làm cho nền thiên nhiên chịu một tải trọng phân bố đều.
– Có thể ngăn không cho mặt trượt sâu xuyên qua nền đê.
– Ngăn không cho cát, đất chìm sâu vào nền đất yếu và nước cuốn trôi đất đắp.
Các loại đất mềm yếu thường có tính nén lún lớn và mực nước ngầm cao do đó sau một thời gian ngắn nền lún cố kết bè có thể chìm xuống dưới mực nước ngầm sẽ khó mục nát nên thời gian sử dụng được kéo dài đến khi nền cố kết xong. Tuy nhiên phạm vi áp dụng hẹp cho những tuyến đê ngắn và đặc thù của từng địa phương.
6. Đắp từng lớp chờ cố kết (giải pháp đắp theo thời gian):
Tuyến đê có chiều cao không lớn đi qua các vùng đất yếu và cho phép kéo dài thời gian thi công nên áp dụng biện pháp đắp nâng cao dần để cho đất nền cố kết tăng khả năng chịu tải. Không áp dụng giải pháp này đối với những vùng đê trực tiếp với biển và chịu tác động trực tiếp của sóng biển.
7. Cố kết nền, thoát nước theo phương thẳng đứng (sử dung giếng cát hoặc bấc thấm):
Khi gặp phải tầng đất yếu có bề dầy khá lớn, để rút ngắn thời gian cố kết của tầng đất này có thể áp dụng giải pháp bố trí các hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng. Hành lang thoát nước phương thẳng đứng có thể là giếng cát, giếng cát dạng túi chứa hay bấc thấm. Giải pháp này thường phải kết hợp với gia tải trước.
8. Trụ gia cố chất liên kết vô cơ (Gia cố bằng phương pháp trộn xi măng với đất,..):
Gia cố bằng cột xi măng – đất theo phương pháp trộn sâu: cột xi măng – đất được tạo ra bằng cách trộn ximăng với đất nền tại vị trí nằm sâu dưới hố khoan. Thiết bị trộn sâu có thể là loại khoan với đầu khoan gắn với cánh trộn hoặc gắn với mũi phụt.
9. Cọc cát và các cọc (trụ) bằng vật liệu hạt rời khác :
Cọc cát hay cọc (trụ) đá dăm, cọc (trụ) cát sỏi khác với giếng cát ở chỗ khi thi công vật liệu làm cọc được đầm chặt, do vậy ngoài tác dụng tạo phương tiện thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng như với giếng cát ra, cọc (trụ) loại này còn có tác dụng thay thế một phần đất yếu tạo ra một nền móng tổ hợp có sức kháng cắt tổ hợp cao hơn của bản thân đất yếu vốn có, nhờ đó tăng thêm mức độ ổn định và giảm được độ lún của nền đường đắp phía trên.
* Đề xuất các phương án xử lý khi xảy ra sự cố
1. Bổ cập nước cho kênh ven đê để duy trì mực nước trong kênh ở mức ổn định;
2. Tiến hành bơm bùn san lấp cho kênh ven đê;
3. Sau khi đạt được ổn định, tiến hành công tác khôi phục hiện trạng tuyến đê;
* Đề xuất các giải pháp chủ động ngăn ngừa
1. Xây dựng cơ sở dữ liệu số, cập nhật và thông tin. Đặc biệt duy trì mực nước trong kênh ven đê để duy trì mực nước trong kênh ở mức ổn định bằng hoặc cao hơn mực nước thiết kế;
2. Hạn chế vết nứt trên thân đê và hành lang lưu không: Đề nghị trồng các loại cây phù hợp và có nhiều rễ sâu, để vừa giữ độ ầm cho lớp đất mặt đồng thời hệ thống rễ cây cũng là cốt gia cường tự nhiên làm gia tăng sức kháng cắt của lớp đất mặt.
3. Kiểm tra thực tế mặt cắt sau thi công: Chiều rộng hành lang lưu không; chiều sâu đáy kênh, thường xuyên theo dõi diễn biến bất thường …
4. Đắp cơ phản áp dưới chân đê để tăng hệ số an toàn đối mới mặt trượt đi qua hành lang lưu không./.
Để lại một phản hồi