Tài liệu Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý ổn định nền đường quanh hồ bún xáng – thành phố cần thơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP. CẦN THƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP. CẦN THƠ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông M số: 52.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. ĐỖ HỮU ĐẠO Đà Nẵng - Năm 2019 -i- LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý ổn định nền đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ đƣợc thực hiện trên cơ sở tổng hợp kiến thức khi học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng. Bên cạnh những cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên nhiệt tình của quý thầy cô, các bạn đồng nghiệp và gia đình xuyên suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, cán bộ tham gia giảng dạy lớp Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông K36.XGT.TV đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ. Xin tri ân và gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Đỗ Hữu Đạo, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, động viên và đồng hành cùng tôi khi nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài. Luận văn này đã đƣợc nghiên cứu và hoàn thành nhƣng do kiến thức có hạn nên vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, rất mong nhận đƣợc góp ý, phê bình của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để kịp thời hiệu chỉnh và hoàn thiện hơn. TP. Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 HỌC VIÊN LÊ QUỐC VIỆT - ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu trong luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả của luận án chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình khoa học nào. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án. TP. Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 HỌC VIÊN LÊ QUỐC VIỆT - iii - TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT Hiện nay, thành phố Cần Thơ đƣợc đánh giá là một trong 5 thành phố sẽ bị ảnh hƣởng nặng nề nhất bởi biến đổi khí hậu. Dƣới ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng cùng với tác động của quá trình phát triển kinh tế – xã hội, tình hình mất ổn định các công trình ven sông tại thành phố Cần Thơ đã và đang diễn biến rất phức tạp và có xu thế gia tăng cả về phạm vi và quy mô. Nhiều hiện tƣợng sạt trƣợt bờ sông nghiêm trọng xảy ra tại thành phố Cần Thơ ảnh hƣởng chất lƣợng công trình giao thông thuỷ bộ, sập nhà cửa, cƣớp mất tài sản và sinh mạng ngƣời dân. Để ứng phó với biến đổi khí hậu, hàng năm thành phố Cần Thơ đã phải đầu tƣ hàng trăm tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông, chống ngập lụt. Tuy nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các công trình này vẫn chủ yếu dựa vào giải pháp truyền thống, thiên về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển nhƣ kè lát mái, kè mỏ hàn bằng đá hộc, đá xây, tấm bêtông đơn giản. Chƣa có giải pháp đảm bảo ổn định lâu dài cho các công trình ven bờ sông, bờ hồ. Hiện tƣợng mất ổn định, sụp lún, sạt trƣợt vẫn tiếp tục diễn ra. Thực hiện chiến lƣợc phát triển đô thị quốc gia thích ứng với biến đổi khí hậu, thành phố Cần Thơ xây dựng hồ Bún Xáng (hồ điều hòa) trong lòng thành phố có diện tích 12,76ha và xây dựng hệ thống giao thông xung quanh bờ hồ với chiều dài 3,5km. Khu vực này tiếp giáp với sông Hậu có địa chất rất yếu, bờ hồ luôn trong trạng thái mất ổn định sẽ dễ dẫn đến sạt trƣợt bất cứ lúc nào. Do đó, nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế gây sạt trƣợt, mất ổn định của nền đƣờng quanh hồ Bún Xáng là rất cần thiết. Từ đó đề xuất các giải pháp xử lý đất yếu, gia cƣờng nền đƣờng phù hợp với địa chất đất yếu tại thành phố Cần Thơ. Quá trình nghiên cứu dựa trên số liệu thu thập thực tế. Mô phỏng, tính toán các giải pháp đề xuất bằng các phần mềm Plaxis và Geo - Slope cho khu vực nghiên cứu. - iv - SUMMARY OF THESIS ABSTRACT Nowadays, Can Tho City be assessed as one of the five cities that will be most severely affected by climate change. Under the influence of climate change, rising sea levels and the impacts of socio-economic development, the instability of riverine constructions in Can Tho City has been complicated. and tend to increase both in scope and scale. Many serious river bank erosion occurred in Can Tho City, affecting the quality of waterway transport works, house collapse, property loss and people's lives. Confrontation climate change, every year, Can Tho City has to invest hundreds of billions Viet Nam dongs construct to protect river side and flood control. However, the technology used to build these works are still largely based on traditional solutions, favoring the classical types of material structures such as roof revetments, grove revetments, concrete slabs. That’s temporary solution. Landslides, depression, unstable still continues. The national urban development strategy to adapt to climate change, Bun Xang lake project (Detention basin) are built at city center area of 12.76ha and over 3.5Km road around. This area next to Hau river, that’s soft soild’s area. Banks lake are often in a state of unstable may be depression and sliding. That’s study necessary the causes and mechanisms of roadbed around Bun Xang lake of landslides, unstable. From process, propose ways to improve the fost soil at Can Tho City. This thesis base on actual data. Simulation, calculation of proposed solutions using Plaxis and Geo - Slope tool to study. -v- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ........................................................................... iii SUMMARY OF THESIS ......................................................................................... iv MỤC LỤC ...................................................................................................................v DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. xi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài: ....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ..............................................................................2 2.1. Mục tiêu chung:....................................................................................................2 2.2. Mục tiêu cụ thể: ....................................................................................................2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu:........................................................................................3 5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài ............................................................3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ GIA CƢỜNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ ...........................................................................................4 1.1 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ ..........................................................4 1.1.1 Tổng quan về thành phố Cần Thơ ......................................................................4 1.1.2. Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ ......................................................4 1.2 Thực trạng sạt lở tại TP. Cần Thơ .........................................................................5 1.2.1 Điều kiện khí hậu thủy văn của TP. Cần Thơ ....................................................5 1.2.2 Thực trạng sạt lở tại TP. Cần Thơ ......................................................................6 1.3 Các phƣơng pháp tăng cƣờng ổn định nền đất yếu ...............................................7 1.3.1 Giải pháp cọc tre cọc tràm .................................................................................7 1.3.2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép ...........................................................................7 1.3.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật ..................................................................................8 1.3.4 Giải pháp cọc đất gia cố ximăng [4] .................................................................9 - vi 1.4 Một số cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định. .......................................................13 1.4.1 Phƣơng pháp cân bằng giới hạn [5] .................................................................13 1.4.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn .........................................................................15 1.5 Kết luận chƣơng 1 ...............................................................................................17 Chƣơng 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG ........................................................................18 2.1 Hiện trạng công trình quanh hồ Bún Xáng .........................................................18 2.2 Địa chất khu vực đƣờng quanh hồ Bún Xáng. ....................................................19 2.3 Đề xuất giải pháp gia cố nền đƣờng quanh hồ Bún Xáng ..................................22 2.3.1 Xử lý bằng cọc tràm .........................................................................................23 2.3.2 Giải pháp giếng cát...........................................................................................24 2.3.3 Giải pháp bấc thấm...........................................................................................27 2.3.4 Giải pháp hút chân không ................................................................................28 2.3.5 Giải pháp bệ phản áp ........................................................................................29 2.3.6 Giải pháp đệm vật liệu rời/đệm cát ..................................................................31 2.3.7 Giải pháp vải địa kỹ thuật ................................................................................32 2.3.8 Xử lý bằng hệ cọc đóng bêtông cốt thép 30x30cm ..........................................33 2.3.9 Xử lý bằng sàn giảm tải bêtông cốt thép trên hệ móng cọc 30x30cm .............34 2.3.10 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng ..............................35 2.3.11 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng ..............................35 2.4 Kết luận chƣơng 2 ...............................................................................................37 Chƣơng 3. THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU GIA CỐ XIMĂNG ............................................................................................................38 3.1 Mục đích..............................................................................................................38 3.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên .....................................38 3.2.1 Lấy mẫu thí nghiệm .........................................................................................38 3.2.2 Các thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên .......................39 3.3 Thí nghiệm xác định các đặc trƣng cơ học của đất gia cố ximăng .....................41 3.3.1 Chế tạo mẫu thử ...............................................................................................41 3.3.2 Thí nghiệm nén một trục có nở hông ...............................................................44 - vii 3.3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp ...................................................................................48 3.3.4 Thí nghiệm nén cố kết ......................................................................................50 3.4 Kết luận chƣơng 3 ...............................................................................................54 Chƣơng 4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XIMĂNG XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG ...............................55 4.1 Mục đích..............................................................................................................55 4.2 Đặc điểm địa chất, thủy văn ................................................................................55 4.2.1 Đặc điểm địa chất .............................................................................................55 4.2.2 Chế độ thủy văn ...............................................................................................56 4.3 Ứng dụng mô phỏng để kiểm tra ổn định tại vị trí hố khoan BH-11 ..................56 4.3.1 Lựa chọn mô hình đất nền và thông số cọc đất ximăng ...................................57 4.3.2 Mô phỏng vấn đề bằng phần mềm Plaxis 2D ..................................................59 4.3.3 Mô phỏng vấn đề bằng phần mềm Geo - Slope ...............................................61 4.3.4 Đánh giá yếu tố kinh tế kỹ thuật các phƣơng án ..............................................67 4.4 Kết luận chƣơng 4 ...............................................................................................68 KẾT LUẬN ...............................................................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................71 - viii - DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Bản đồ hành chính khu vục TP. Cần Thơ ...................................................4 Hình 1.2. Một số hình ảnh sạt lở ven sông, hồ tại thành phố Cần Thơ .......................6 Hình 1.3. Vải địa kỹ thuật gia cƣờng lớp nền đắp [3]................................................8 Hình 1.4. Sơ đồ giải pháp cọc đất gia cố ximăng [2] ...............................................10 Hình 1.5. Sơ đồ quy trình thi công cọc đất gia cố ximăng ........................................11 Hình 1.6. Lực tác dụng lên phân tố đất trong trƣờng hợp mặt trƣợt trụ tròn. ...........13 Hình 1.7 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trƣờng hợp mặt trƣợt tổ hợp ..............14 Hình 1.8 Lực tác dụng lên phân tố đất trong trƣờng hợp mặt trƣợt gãy khúc ..........14 Hình 1.9. Cấu trúc chƣơng trình phần mềm Slope/W...............................................14 Hình 1.10. Cấu trúc chƣơng trình phần mềm Plaxis .................................................15 Hình 1.11 Nút và điểm ứng suất trong mô hình phần tử hữu hạn.............................16 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí hồ Bún Xáng ...........................................................................18 Hình 2.2 Hiện trạng đƣờng giao thông bờ Nam hồ Bún Xáng .................................19 Hình 2.3 Hình trụ hố khoan BH06 ............................................................................20 Hình 2.4 Hình trụ hố khoan BH11 ............................................................................21 Hình 2.5 Mặt cắt kết cầu kè xử lý bằng cừ tràm ......................................................24 Hình 2.6 Kết quả ổn định công trình xử lý bằng cừ tràm .........................................24 Hình 1.3. Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát ....................................................25 Hình 1.4. Sơ đồ giếng cát hình tam giác đều ............................................................26 Hình 1.5. Sơ đồ giếng cát hình vuông .......................................................................26 Hình 1.6. Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm ....................................................27 Hình 1.7 Sơ đồ bấc thấm hình tam giác đều và hình vuông .....................................28 Hình 1.8 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm .....................................................29 Hình 1.9 Sơ đồ bệ phản áp ........................................................................................30 Hình 1.10 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giải pháp đệm cát .....................................31 Hình 1.11. Vải địa kỹ thuật gia cƣờng lớp nền đắp [4].............................................32 Hình 2.7 Mô hình xử lý bằng hệ cọc bêtông cốt thép ...............................................34 Hình 2.8 Mô hình xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc bêtông cốt thép ...................34 Hình 2.9 Mô hình xử lý nền đƣờng bằng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phƣơng ngang từ bờ hƣớng ra hồ ....................35 Hình 2.10 Mô hình xử lý nền đƣờng bằng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phƣơng ngang từ bờ hƣớng ra hồ ....................35 Hình 3.1 Mẫu đất thí nghiệm ....................................................................................38 - ix Hình 3.2 Thí nghiệm xác định giới hạn chảy theo phƣơng pháp Casagrand ............39 Hình 3.3 Máy trộn tiêu chuẩn XIYI JJ-5 ..................................................................42 Hình 3.4 Đất thí nghiệm đƣợc gia công phục vụ công tác thí nghiệm .....................43 Hình 3.5 Thí nghiệm nén một trục nở hông ..............................................................44 Hình 3.6 Mẫu đất bị phá hoại trong thí nghiệm nén một trục nở hông .....................45 Hình 3.7 Quan hệ cƣờng độ kháng nén và biến dạng của đất tự nhiên ....................45 Hình 3.8 Quan hệ cƣờng độ kháng nén và biến dạng của mẫu đất trộn 7 ngày tuổi ...................................................................................................................................46 Hình 3.9 Quan hệ cƣờng độ kháng nén và biến dạng của mẫu đất trộn 14 ngày tuổi ...................................................................................................................................46 Hình 3.10 Quan hệ cƣờng độ kháng nén và biến dạng .............................................46 Hình 3.11 Quan hệ giữa cƣờng độ kháng nén và hàm lƣợng ximăng ......................47 Hình 3.12 Quan hệ giữa cƣờng độ kháng nén và thời gian bảo dƣỡng ....................47 Hình 3.13 Quan hệ giữa E50 và thời gian bảo dƣỡng ................................................48 Hình 3.14 Quan hệ lực dính và hàm lƣợng ximăng ..................................................49 Hình 3.15 Quan hệ góc ma sát và hàm lƣợng ximăng ..............................................50 Hình 3.16 Quan hệ Cs và hàm lƣợng ximăng............................................................52 Hình 3.17 Quan hệ Cc và hàm lƣợng ximăng ...........................................................53 Hình 3.18 Quan hệ Cs và thời gian bảo dƣỡng mẫu..................................................53 Hình 3.19 Quan hệ Cc và thời gian bảo dƣỡng mẫu .................................................53 Hình 4.1 Mặt cắt địa chất tại vị trí nghiên cứu..........................................................55 Hình 4.2 Mặt cắt ngang đại diện ...............................................................................57 Hình 4.3 Dãy cọc đất trộn ximăng thi công trong thực tế .........................................57 Hình 4.4 Dãy cọc đất gia cố ximăng đƣợc quy đổi thành lớp vật liệu tƣơng đƣơng 57 Hình 4.4 Mô phỏng công trình tại cao trình mực nƣớc tự nhiên bằng phần mềm Plaxis .........................................................................................................................59 Hình 4.5 Mô phỏng công trình tại cao trình mực nƣớc thấp nhất -0.76m bằng phần mềm Plaxis ................................................................................................................60 Hình 4.6 Mô hình đất nền đƣợc gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng bằng phần mềm Plaxis ................................................................................................................60 Hình 4.7 Kết quả mô phỏng đất nền gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng bằng phần mềm Plaxis ................................................................................................................60 Hình 4.8 Mô phỏng công trình ở trạng thái tự nhiên ................................................61 Hình 4.9 Mô phỏng công trình ở mực nƣớc thấp nhất bằng phần mềm Geo-Slope .61 Hình 4.10 Mô hình đất nền đƣợc gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng ..................62 Hình 4.11 Kết quả mô phỏng đất nền gia cố bằng hệ cọc đất gia cố ximăng ...........62 -xHình 4.12 Kết quả mô phỏng phƣơng án 1 bằng Geo-Slope ....................................63 Hình 4.13 Kết quả mô phỏng phƣơng án 1 bằng Plaxis ...........................................63 Hình 4.14 Kết quả mô phỏng phƣơng án 2 bằng Geo-Slope ....................................64 Hình 4.15 Kết quả mô phỏng phƣơng án 2 bằng Plaxis ...........................................64 Hình 4.16 Kết quả mô phỏng phƣơng án 3 bằng Geo-Slope ....................................65 Hình 4.17 Kết quả mô phỏng phƣơng án 3 bằng Plaxis ...........................................65 Hình 4.18 Kết quả mô phỏng phƣơng án 4 bằng Geo-Slope ....................................66 Hình 4.19 Kết quả mô phỏng phƣơng án 4 bằng Plaxis ..........................................66 - xi - DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Chỉ tiêu cơ lý điển hình đƣờng giao thông quanh hồ Bún Xáng ...............22 Bảng 2.2: Đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất ..................................................36 Bảng 3.1 Các thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên............................39 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm ........................................................40 Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng ...................................................................41 Bảng 3.4 Hàm lƣợng ximăng pha trộn ......................................................................42 Bảng 3.5 Các thí nghiệm trên mẫu đất gia cố ximăng ..............................................44 Bảng 3.6 Cƣờng độ kháng nén các mẫu thử theo thời gian ......................................45 Bảng 3.7 Kết quả tính toán giá trị modul đàn hồi các mẫu thử ................................48 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm C, mẫu đất gia cố ximăng .......................................49 Bảng 3.9 Chỉ tiêu thu đƣợc từ thí nghiệm nén cố kết hàm lƣợng 10% ximăng ........51 Bảng 3.10 Chỉ tiêu thu đƣợc từ thí nghiệm nén cố kết hàm lƣợng 14% ximăng ......51 Bảng 3.11 Chỉ tiêu thu đƣợc từ thí nghiệm nén cố kết hàm lƣợng 18% ximăng ......51 Bảng 3.12 Chỉ tiêu thu đƣợc từ thí nghiệm nén cố kết hàm lƣợng 22% ximăng ......51 Bảng 3.13 Chỉ số nén, nở ..........................................................................................52 Bảng 3.14 Tỷ lệ Cc/Cs các mẫu thử ...........................................................................52 Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất ...........................................................................56 Bảng 4.2 Các thông số của mô hình đất nền .............................................................58 Bảng 4.3 Các thông số của vật liệu tƣơng đƣơng .....................................................59 Bảng 4.4 Hệ số ổn định của mái dốc phân tích bàng Geo-Slope và Plaxis ..............63 Bảng 4.5 Bảng khái toán chi phí thi công 1md cọc đất gia cố 22% ximăng ............67 Bảng 4.6 Kết quả đánh giá các phƣơng án tính toán ................................................67 -1- MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Thành phố Cần Thơ nằm trên bờ sông Hậu, là trung tâm địa lý của vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long. Nơi đây nằm trong khu vực bồi tụ phù sa hàng năm của hệ thống sông Mê Kông, có địa hình rất đặc trƣng của đồng bằng, cao trình phổ biến từ +0,8m đến +1,0m. Bên cạnh đó, Thành phố Cần Thơ có hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.500 km. Vùng hạ lƣu sông Mêkông có các đợt triều cƣờng đặc biệt lớn, theo Trung tâm Dự báo Khí tƣợng thủy văn Cần Thơ đỉnh triều cuờng tại Cần Thơ là 2,03m (ngày 27/10/2007). Hàng năm vào mùa mƣa, đặc biệt là giai đoạn từ tháng 7 đến tháng 11 nhiều khu vực ở Cần Thơ bị ngập úng, với độ sâu ngập phổ biến từ 0,3m - l,5m. Tình trạng ngập úng ở Thành phố Cần Thơ xảy ra ngày càng nghiêm trọng trên diện rộng, diễn ra thƣờng xuyên và kéo dài hơn, môi trƣờng bị ô nhiễm trầm trọng. Theo một khảo sát của Bộ Xây dựng, nếu nhƣ mùa lụt lịch sử từ tháng 7 đến tháng 11/2000, Cần Thơ chỉ có một vài vùng ven bị ngập từ 30cm trở xuống thì mùa mƣa lũ năm 2006 đã có hơn 80% diện tích thành phố bị ngập, nhiều khu vực ngập sâu 0,5 m. Hậu qủa của việc ngập úng và biến đổi khí hậu đã gây ra tình trạng sạt lở nghiêm trọng tại Đồng bằng sông Cửu Long. Hiện trạng khu vực nghiên cứu: Hồ Bún Xáng có tổng diện tích khoảng 12,76 ha, bề rộng của lòng hồ dao động từ 50-200m. Hồ Bún Xáng nằm giữa trung tâm thành phố Cần Thơ, có chức năng điều tiết mực nƣớc và thoát nƣớc thải sinh hoạt. Hiện nay lòng hồ đã bị bồi lắng do lớp bùn rất lớn (khoảng 3m). Mực nƣớc cao nhất của hồ Bún Xáng khoảng +2,03. Cao độ hiện trạng xung quanh hồ trung bình khoảng +1,5m đến +1,9m, khả năng bị ngập khi xảy ra mƣa lớn và triều cƣờng. Hệ thống đƣờng giao thông quanh hồ chƣa đảm bảo. Bờ trái là khu dân cƣ có hệ thống đƣờng đất và đƣờng bê tông, chiều rộng trung bình 2,5m3,0m, đã bị sạt lở. Bờ phải có một số đoạn đƣờng bê tông nhựa có chiều rộng 55,5m nhƣng chƣa tạo thành một hệ thống kết nối chặt chẽ và đồng nhất. Về địa chất: thành phố Cần Thơ đƣợc hình thành chủ yếu qua quá trình bồi lắng trầm tích biển và phù sa của sông Cửu Long, trên bề mặt ở độ sâu 50m có hai loại trầm tích: Holocen (phù sa mới) và Pleistocene (phù sa cổ). Đặc điểm địa chất tại khu vực Hồ Bún Xáng đƣợc mô tả trong Báo cáo khảo sát địa chất thực hiện vào tháng 09/2014, theo kết quả khảo sát địa chất cho thấy khu vực xây dựng nền đƣờng đắp hoàn toàn trên nền đất yếu và đa số các đoạn tuyến hoàn toàn mới, chỉ một vài vị trí trùng trên nền đƣờng giao thông nông thôn cũ. Lớp đất yếu này là sét lẫn hữu cơ, một số điểm lẫn cát, trạng thái chảy - dẻo -2chảy, bề dày thay đổi từ 19,2m đến 29,5m, giá trị SPT rất thấp từ 0 ~ 7; dung trọng tự nhiên khá thấp (0,016 kg/cm3), độ ẩm tự nhiên lớn (64,1%), hệ số rỗng e = 1,735 > 1, độ sệt B=1,13 > 1 và chỉ số nén a = 0,18 > 0,1 kg/cm2. Theo đặc tính của lớp bùn yếu, sức chịu tải bé, dung trọng tự nhiên không cao. Việc đắp trực tiếp tiếp nền đƣờng trên lớp đất yếu này sẽ không đảm bảo kỹ thuật, cần thiết phải xử lý gia cố nền nền đất hiện trạng. Dƣới tác dụng tải trọng đắp nền đƣờng và hoạt tải sẽ gây ra lún và mất ổn định nền. Để xử lý vấn đề này, có thể sử dụng rất nhiều giải pháp, mỗi giải pháp đề có những ƣu – nhƣợc điểm khác nhau. Vì vậy, việc phân tích và đề xuất một giải pháp phù hợp là nhiệm vụ khó cần có nhiều nghiên cứu và đóng góp của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc. Bên cạnh đó, do đặc thù của công trình sử dụng nguồn vốn vay (WB) kết hợp vốn đối ứng của địa phƣơng, trong bối cảnh nợ công tăng cao và hạn chế của Luật Đầu tƣ công, vấn đề cần xử lý hiện nay không chỉ là yếu tố kỹ thuật mà còn là chi phí của Dự án. Nhƣ vậy, đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định nền đƣờng quanh hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” sẽ tập trung phân tích các vấn đề về kỹ thuật, kinh tế để đề xuất giải pháp ổn định nền đƣờng phù hợp nhất cho công trình đƣờng quanh Hồ Bún Xáng. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 2.1. Mục tiêu chung: Đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định nền đƣờng quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” sẽ phân tích cơ sở lý thuyết về thực trạng sạt lở ở đồng bằng sông Cửu Long, các phƣơng pháp gia cƣờng đất yếu, đánh giá lựa chọn giải pháp gia cố nền đƣờng quanh Hồ Bún Xáng và tính toán ổn định của giải pháp. Từ đó có các kiến nghị và đề xuất ứng dụng vào thiết kế và thi công cho công trình ven sông, hồ tại vùng đồng bằng sông Cửu Long. 2.2. Mục tiêu cụ thể: Đánh giá thực trạng và số liệu địa chất của khu vực nghiên cứu, từ đó đƣa ra các nhóm giải pháp gia cƣờng nền đất để làm đƣờng quanh Hồ Bún Xáng. Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các giải pháp và lựa chọn giải pháp phù hợp cho địa chất công trình. Thực hiện thí nghiệm xác định tính chất cơ học của vật liệu gia cƣờng. Nghiên cứu tính toán ổn định nền đƣờng bằng phƣơng pháp sử dụng phần mềm Plaxis và Geo-Slope. -33. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu: nghiên cứu về ổn định của nền đƣờng quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ; xác định các tính chất cơ học của vật liệu gia cƣờng. Phạm vi nghiên cứu: đƣờng và mái taluy quanh bờ Hồ Bún Xáng. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: Thu thập dữ liệu: Ghi nhận số liệu hiện có, chọn lọc và phân loại theo yêu cầu của đề tài. Phân tích: Phân tích các dữ liệu hiện có, xác định mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu cũng nhƣ số liệu trung gian cần thiết của đề tài. Thí nghiệm: Thực hiện thí nghiệm trên mẫu đất nguyên trạng và mẫu phối trộn, từ đó xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất và các đặc trƣng cơ học của đất gia cố ximăng, sàng lọc và xử lý số liệu có đƣợc từ thí nghiệm thu đƣợc các thông số cần thiết cho bài toán mô phỏng công trình. Mô phỏng số: Thực hiện mô phỏng đối tƣợng nghiên cứu bằng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis và phần mềm cân bằng giới hạn Slope/W. Xử lý, so sánh số liệu thu đƣợc để xác định kết quả nghiên cứu. Nhận định: Nhận xét và kết luận về mặt định lƣợng của giải pháp nghiên cứu, đề xuất hƣớng nghiên cứu mở rộng và kết hợp. 5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài Nội dung của luận văn gồm có 04 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về xử lý gia cƣờng nền đất yếu tại TP. Cần Thơ Chƣơng 2: Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp gia cố nền đƣờng quanh Hồ Bún Xáng Chƣơng 3: Thí nghiệm một số tính chất cơ học của đất sét yếu gia cố ximăng Chƣơng 4: Tính toán ổn định của giải pháp dùng cọc đất gia cố ximăng xử lý ổn định nền đƣờng quanh Hồ Bún Xáng. -4- Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ GIA CƢỜNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 1.1 Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ 1.1.1 Tổng quan về thành phố Cần Thơ Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm của vùng đồng bằng sông Cửu Long, cách thành phố Hồ Chí Minh 170km về hƣớng đông bắc (theo quốc lộ 1A), cách các đô thị lân cận cự ly từ 60 - 120km. Phía đông giáp tỉnh Đồng Tháp và Vĩnh Long, phía tây giáp tỉnh Kiên Giang, phía nam giáp tỉnh Hậu Giang và phía bắc giáp tỉnh An Giang. Diện tích tự nhiên của thành phố là 1.400,96 km 2, trong đó 5 quận nội thành là Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng, Ô Môn và Thốt Nốt khoảng 294km2, 4 huyện ngoại thành là Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh và Thới Lai khoảng 1.106,96 km2. Mạng lƣới đƣờng thủy trên địa bàn thành phố Cần Thơ có tổng chiều dài 1.157km và 4 tuyến đƣờng sông do thành phố quản lý là kênh Thốt Nốt, kênh Bà Đầm, rạch Cầu Nhiếm, rạch Ba Láng với tổng chiều dài 81,45km. Hình 1.1. Bản đồ hành chính khu vục TP. Cần Thơ 1.1.2. Tổng quan về địa chất Thành phố Cần Thơ Thành phố Cần Thơ đƣợc hình thành từ trầm tích phù sa và bồi lắng dần qua những kỹ nguyên thay đổi mực nƣớc biển. Các phân vị địa chất có tuổi từ Devon đến Holocen. Các trầm tích này có kiến trúc hạt trung đến mịn, cấu tạo nằm ngang -5song song hoặc xiên nghiêng, kết cấu tƣơng đối chặt. Bề dày các lớp trầm tích thay đổi từ 0,5m đến 50m, bao gồm các lớp nhƣ sau: [1] - Lớp 1: (CH/CL) Sét rất dẻo, lẫn hữu cơ đôi chỗ lẫn cát, màu xám xanh - đen trạng thái chảy - dẻo chảy. Bề dày lớp quan sát đƣợc thay đổi từ 19.2m đến 29.5m. - Lớp 2a: (CH) Sét rất dẻo lẫn hữu cơ, màu xám xanh - xám đen, trạng thái dẻo mềm. Bề dày lớp quan sát đƣợc là từ 1.0m đến 17.4m. - Lớp 3: (CL) Sét ít dẻo, màu nâu vàng - nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng - nửa cứng. Bề dày lớp quan sát đƣợc là 4.0m đến 20.4m và chƣa kết thúc tại đáy hố khoan . Thí nghiệm hiện trƣờng cho giá trị N30 từ 7 đến 22 búa. - Lớp 4: S(CL) Sét ít dẻo pha cát, màu nâu vàng, trạng thái dẻo cứng. Bề dày lớp quan sát đƣợc là từ 1.2m đến 6.0m. - Lớp 5: (SC-SM)/SC Cát bụi cát sét, màu nâu vàng - xám vàng - nâu, kết cấu chặt vừa - chặt. Bề dày lớp quan sát đƣợc là 3.5m (BH37) đến 10.8m (BH31) và chƣa kết thúc tại đáy hố khoan. - Lớp 6: (CL) Sét ít dẻo, màu nâu vàng, trạng thái nửa cứng – cứng. Bề dày lớp quan sát đƣợc là 3.5m đến 8.0m và chƣa kết thúc tại đáy hố khoan. Căn cứ vào kết quả khảo sát địa chất cho thấy địa chất khu vực thành phố Cần Thơ chủ yếu là đất yếu không thuận lợi đặt móng công trình. Do đó, khi đầu tƣ xây dựng công trình phải tiến hành khảo sát kỹ lƣỡng và bắt buộc phải sử dụng các biện pháp gia cố, xử lý đất yếu. 1.2 Thực trạng sạt lở tại TP. Cần Thơ 1.2.1 Điều kiện khí hậu thủy văn của TP. Cần Thơ 1.2.1.1. Điều kiện khí hậu: Khí hậu Cần Thơ mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, có tính chất cận xích đạo và thể hiện rõ ảnh hƣởng của hệ thống hoàn lƣu Tây Nam từ Ấn Ðộ Dƣơng tới. Nhiệt độ không khí thay đổi theo mùa, trong năm có hai mùa rõ rệt, tuy nhiên sự chênh lệch giữa các tháng trong năm không lớn (khoảng 2,50C). Nhiệt độ trung bình năm là 26,60C; Độ ẩm trung bình là 83%, lƣợng mƣa trung bình 1.635 mm, nhiệt độ trung bình 27°C ; Lƣợng mƣa bình quân hàng năm là 1.946 mm. 1.2.1.2. Đặc điểm thủy văn: Thành phố Cần Thơ có hệ thống sông ngòi kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.500 km. Mật độ sông rạch khá lớn: 1,8 km/km2, vùng ven sông Hậu thuộc quận Ninh Kiều, Ô Môn, Cái Răng và huyện Thốt Nốt lên tới trên 2 km/km2. -6Hàng năm vào mùa mƣa, đặc biệt là giai đoạn từ tháng 7 đến tháng 11 nhiều khu vực ở Cần Thơ bị ngập úng, ngập triều với độ sâu ngập phổ biến từ 0,3m - l,5m (tuỳ khu vực, thời gian), thời gian ngập úng 2 ÷ 6 tháng. Các khu vực ngập sâu là Bắc lộ Cái Sắn, các huyện Vĩnh Thạnh, Cờ Đỏ. Vùng ngập triều, mƣa chủ yếu là nội ô thành phố Cần Thơ. Tình trạng ngập úng ở TP Cần Thơ xảy ra ngày càng nghiêm trọng trên diện rộng, ngập úng diễn ra thƣờng xuyên và kéo dài hơn, môi trƣờng bị ô nhiễm trầm trọng. Theo một khảo sát của Bộ Xây dựng, nếu nhƣ mùa lụt lịch sử từ tháng 7 đến tháng 11/2000, Cần Thơ chỉ có một vài vùng ven bị ngập từ 30cm trở xuống thì mùa mƣa lũ năm 2006 đã có hơn 80% diện tích thành phố bị ngập, nhiều khu vực ngập sâu 0,5 m. Hệ thống tiêu thoát nƣớc Thành phố Cần Thơ chƣa hoàn chỉnh và còn nhiều hạn chế thành phố tuy mới phát triển nhƣng do trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, tầm nhìn và vốn đầu tƣ khác nhau, nên đến nay hệ thống cơ sở hạ tầng nói chung và tiêu thoát nƣớc nói riêng chƣa đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nƣớc. Thêm vào đó các hệ thống tiêu thoát (cống tiêu, kênh tiêu...), nhất là ở khu nội thành, đã cũ kỹ, hƣ hỏng, không hoặc chƣa đƣợc duy tu, bảo dƣỡng thƣờng xuyên, cho nên khi có mƣa (dù là mƣa vừa) cũng đã gây nên ngập úng nhiều khu vực của thành phố. 1.2.2 Thực trạng sạt lở tại TP. Cần Thơ Thành phố Cần Thơ nằm ven sông Hậu, chiều dài sông hơn 65km, có gần 1.200km kênh rạch cấp 1 và cấp 2. Dân cƣ sống tập trung ven theo các con sông, rạch nên việc sạt lở bờ sông, rạch đã và đang đe dọa đến tính mạng, tài sản ngƣời dân. Điều đáng nói là tình hình sạt lở trên địa bàn vẫn chƣa dừng lại và tiếp tục diễn biến phức tạp. Hình 1.2. Một số hình ảnh sạt lở ven sông, hồ tại thành phố Cần Thơ Theo kết quả thu thập đƣợc [14], tại thành phố Cần Thơ, từ năm 2010 đến năm 2018 đã xuất hiện 159 điểm sạt lở, với chiều dài sạt lở trên 6km, làm thiệt hại -7về nhà, đƣờng, kè và các công trình khác. Diễn biến sạt lở bờ sông, kênh rạch trên địa bàn thành phố ngày một nghiêm trọng, phức tạp, gia tăng cả về cƣờng độ và số lƣợng. Ngoài những điểm đã sạt lở, Cần Thơ còn có trên 100 vị trí có nguy cơ sạt lở cao với tổng chiều dài khoảng 52 km. Các điểm nóng sạt lở gồm: sông Cần Thơ, sông Ô Môn, sông Bình Thủy và Trà Nóc, sông Thốt Nốt và các cồn trên sông Hậu nhƣ: cồn Sơn, cồn Khƣơng (quận Bình Thủy), cồn Tân Lộc (quận Thốt Nốt), cồn Ấu (quận Cái Răng)… Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng này là do đa số công trình giao thông ở khu vực đều xây dựng trên nền đất yếu, nền công trình đƣợc đắp cao, khả năng chịu tải thực của đất nền (chƣa xử lý) không tốt, dẫn đến mất ổn định. Trƣớc tình trạng sạt lở diễn ra ngày càng phức tạp, thành phố Cần Thơ đang nghiên cứu xây dựng các tuyến kè bảo vệ bờ sông, kênh rạch, kết hợp làm đƣờng giao thông và công trình công cộng phục vụ dân sinh. 1.3 Các phƣơng pháp tăng cƣờng ổn định nền đất yếu Hiện nay có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng thành công trong nƣớc và trên thế giới. Tuy nhiên, tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và TP. Cần Thơ nói riêng, do điều kiện địa chất đặc thù, các nhà khoa học thƣờng sử dụng một số giải pháp nhƣ sau: 1.3.1 Giải pháp cọc tre cọc tràm Cọc tre, cọc tràm là giải pháp mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tre và cọc tràm có chiều dài từ 3-6m, đƣợc đóng để gia cƣờng nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Hiện tại chƣa có lý thuyết tính toán cụ thể, nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phƣơng pháp tính toán theo thông lệ. Không đóng cọc tre cọc tràm trong đất cát vì đất cát không giữ đƣợc nƣớc, thƣờng chỉ đóng trong nền đất sét có nƣớc, thông thƣờng đóng 16-25 cây/m2. Cọc tre cọc tràm có thể đóng thủ công hoặc bằng máy, chỉ thi công đƣợc ở những nơi có mực nƣớc ngầm cao để tránh mối, mọt… gây ảnh hƣởng cọc trong quá trình sử dụng. Chỉ sử dụng tại những công trình có yêu cầu không lớn về tải trọng. 1.3.2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép Phạm vi áp dụng: công trình có yêu cầu khả năng chịu tải lớn; Sử dụng ở những vùng có nƣớc và khí xâm thực, các công trình vùng biển và những vùng có nƣớc ngầm lên xuống.