LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết trình bày luận văn thật, có nguồn gốc rõ ràng chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả Trần Văn Dương i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành thành cố gắng, nỗ lực giúp đỡ tận tình thầy môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt hướng dẫn khoa học thầy TS Nguyễn Văn Lộc Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, tận tâm hướng dẫn khoa học suốt trình từ chọn đề tài, xây dựng đề cương đến hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình giúp đỡ tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy cô thư viện trường Đại học Thủy lợi toàn thể cán cơng tác Chi cục Thủy lợi tỉnh Thái Bình tạo điều kiện cung cấp tài liệu thời gian để tác giả hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Trần Văn Dương ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Các tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA TUYẾN ĐÊ BIỂN 1.1 Tổng quan ổn định tuyến đê biển giới Việt nam 1.2 Tổng quan giải pháp ổn định đê biển giới 1.3 Tổng quan giải pháp ổn định đê biển Việt Nam .9 1.4 Kết luận chương I 11 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1 Các tính chất lý đất .13 2.1.1 Sự hình thành đất 13 2.1.2 Các thành phần chủ yếu đất 13 2.1.3 Kết cấu đất 16 2.1.4 Xác định tiêu lý đất 17 2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng, tiêu chuẩn phá hoại .22 2.3 Cơ sở lý thuyết cố kết thấm 23 2.4 Lý thuyết phân tích ổn định mái dốc 28 2.4.1 Mái dốc ổn định mái dốc 28 2.4.2 Biểu thức tổng quát tính tốn ổn định tổng thể cơng trình 30 2.4.3 Hình dạng mặt trượt 33 2.4.4 Các phương pháp tính tốn, phân tích ổn định mái dốc 40 2.5 Ứng dụng mơ hình Geo-slope tính tốn ổn định mái dốc cơng trình .44 2.5.1 Giới thiệu mơ hình Geo-slope .44 2.5.2 Ứng dụng mơ hình Geo-slope để tính tốn ổn định mái đê luận văn 45 2.6 Kết luận chương II 46 iii CHƯƠNG III: PHÂNTÍCH ỔN ĐỊNH TUYẾN ĐÊ BIỂN HUYỆN THÁI THỤY TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TĂNG TẢI TRỌNG GIAO THÔNG 47 3.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên tỉnh Thái Bình 47 3.1.1 Vị trí địa lý 47 3.1.2 Khí tượng 47 3.1.3 Đặc điểm chế độ thủy, hải văn 48 3.2 Khái quát chung cơng trình nâng cấp đê biển số đoạn K37+600 đến K39+200 huyện Thái Thụy - tỉnh Thái Bình 49 3.2.1 Vị trí tuyến cơng trình 49 3.2.2 Cấp cơng trình 49 3.2.4 Điều kiện địa chất cơng trình 50 3.2.5 Điều kiện thủy văn cơng trình 52 3.2.6 Nội dung thiết kế giải pháp kỹ thuật chủ yếu 52 3.3 Phân tích tính tốn ổn định mái đê biển gia tăng tải trọng giao thông thời điểm 57 3.3.1 Số liệu tải trọng 57 3.3.2 Trường hợp tính tốn 57 3.3.3 Kiểm tra ứng suất đê chưa xử lý 57 3.3.4 Tính tốn kiểm tra ổn định mái đê biển chưa xử lý 60 3.4 Tính tốn ổn định mái đê áp dụng giải pháp tăng ổn định gia tăng tải trọng giao thông điều kiện ảnh hưởng thủy triều 62 3.4.1 Phân tích biện pháp xử lý 62 3.4.2 Biện pháp thay đất 62 3.4.3 Dùng hệ cọc bệ bê tông cốt thép (sàn giảm tải) 63 3.4.4 Dùng cọc cát 63 3.4.5 Đắp phản áp 64 3.4.6 Dùng cọc xi măng đất 65 3.4.7 Thay đất kết hợp vải gia cố đắp phản áp 67 3.4.8 Lựa chọn phương án xử lý 67 3.5 Tính tốn ổn định mái đê áp dụng giải pháp tăng ổn định gia tăng tải trọng giao thông điều kiện mưa bão 78 iv 3.5.1 Tính tốn phương án xử lý cọc xi măng đất 79 3.5.2 Tính tốn phương án xử lý phương pháp thay đất kết hợp vải địa kỹ thuật .81 3.6 Kết luận chương III 84 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .86 Kết luận kiến nghị 86 Một số điểm tồn .87 Hướng nghiên cứu 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Quan điểm xây dựng đê biển lợi dụng tổng hợp thân thiện với môi trường sinh thái Hà Lan Hình 1.2: Đê an toàn cao Edogawa – Tokyo, Nhật Bản Hình 1.3: Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan mái đê biển Norderney (biển Bắc, nước Đức) Hình 1.4: Giải pháp gia cố phù hợp với trạng tuyến đê biển tỉnh Thái Bình 10 Hình 2.1: Cách xác định đường kính hạt đất 14 Hình 2.2: Kết cấu hạt đất 16 Hình 2.3: Thí nghiệm 23 Hình 2.4: Sơ đồ tính tốn 24 Hình 2.5: Mặt cắt ngang mái dốc 28 Hình 2.6: Hình cung trượt 31 Hình 2.7: Mặt trượt giả định 35 Hình 2.8: Lực tác động lên mặt trượt thông qua khối trượt với mặt trượt tròn 37 Hình 2.9: Lực tác động lên mặt trượt thông qua khối trượt với mặt trượt tổ hợp 37 Hình 2.10: Lực tác dụng lên thỏi đa giác lực theo phương pháp Bishop 42 Hình 3.1: Mặt cắt điển hình đoạn đê 51 Hình 3.2: Mặt cắt điển hình đoạn đê cũ 52 Hình 3.3: Mặt đê tuyến 56 Hình 3.4: Mặt đê tuyến cũ 56 Hình 3.5: Chi tiết cấu kiện bảo vệ mái đê 57 Hình 3.6: Sơ đồ tính tốn áp lực đáy móng 58 Hình 3.7: Kết tính tốn ổn định mái đê 60 Hình 3.8: Kết tính tốn ổn định mái ngồi đê 61 Hình 3.9: Phương án sử dụng sàn giảm tải cơng trình 63 Hình 3.10: Phương án sử dụng cọc cát 64 Hình 3.11: Phương án sử dụng đắp phản áp 65 Hình 3.12: Phương án sử dụng cọc Xi măng đất 66 Hình 3.13: Phương án thay đất kết hợp vải gia cố đắp phản áp 67 vi Hình 3.14: Mặt cắt đại diện 68 Hình 3.15: Sơ đồ tính ổn định mái đê trường hợp 71 Hình 3.16: Kết tính ổn định trường hợp 71 Hình 3.17: Sơ đồ tính tốn ổn định mái đê trường hợp 72 Hình 3.18: Kết tính tốn ổn định mái đê phía đồng trường hợp 72 Hình 3.19: Kết tính tốn ổn định mái đê phía biển trường hợp 73 Hình 3.20: Mặt cắt đại diện xử lý đê biển 75 Hình 3.21: Kết phân tích ổn định trường hợp thiết kế 76 Hình 3.22: Sơ đồ phân tích ổn định trường hợp thiết kế 77 Hình 3.23: Kết phân tích ổn định mái đê phía đồng trường hợp thiết kế 77 Hình 3.24: Kết phân tích ổn định mái đê phía biển trường hợp thiết kế .78 Hình 3.25: Mặt cắt đại diện xử lý cọc xi măng đất 79 Hình 3.26: Sơ đồ phân tích ổn định mái đê 80 Hình 3.27: Kết tính ổn định mái đê phía đồng .80 Hình 3.28: Kết tính ổn định mái đê phía biển 81 Hình 3.29: Mặt cắt đại diện xử lý biện pháp thay đất kết hợp gia cường vải địa kỹ thuật 82 Hình 3.30: Sơ đồ phân tích ổn định mái đê 83 Hình 3.31: Kết tính ổn định mái đê phía đồng .83 Hình 3.32: Kết tính ổn định mái đê phía đồng .84 vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Tên hạt đất gọi theo đường kính trung bình 14 Bảng 3-1: Chỉ tiêu lý lớp đất 50 Bảng 3-2: Bảng tính kiểm tra ổn định mái đê biển chưa xử lý 60 Bảng 3-3: Chỉ tiêu lý đất đê 69 Bảng 3-4: Chỉ tiêu lý đất tương đương 70 Bảng 3-5: Kết phân tích ổn định trường hợp 72 Bảng 3-6: Kết phân tích ổn định trường hợp 73 Bảng 3-7: Chỉ tiêu lý đất đê 75 Bảng 3-8: Kết phân tích ổn định trường hợp thiết kế 76 Bảng 3-9: Kết phân tích ổn định mái đê trường hợp thiết kế 78 Bảng 3-10: Chỉ tiêu lý đất tương đương 79 Bảng 3-11: Kết phân tích ổn định mái đê 81 Bảng 3-12: Chỉ tiêu lý đất đê 82 Bảng 3-13: Kết phân tích ổn định mái đê 84 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong xu hội nhập phát triển ngày nay, việc nâng cao an toàn ổn định cho tuyến đê biển tiến hành mạnh mẽ nước ta Thái Bình địa phương giáp biển có hệ thống tuyến đê dài bao quanh, việc nâng cấp xây dựng tuyến đê biển kết hợp giao thông việc làm cần thiết phát triển kinh tế xã hội Đê biển nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho cơng trình đất liền tác động bão lũ, triều cường phải làm nhiệm vụ kết hợp giao thơng nơng thơn hình thành mạng lưới giao thơng đồng khu vực Để đảm bảo an toàn hệ thống đê biển vào mùa mưa bão ổn định hệ thống đê gia tăng tải trọng giao thông mặt đê, việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo ổn định an toàn hệ thống đê đoạn đất yếu điều kiện tác động tải trọng phía mặt đê cần thiết cấp bách, có ý nghĩa thực tiễn Để tuyến đê ổn định chịu tác động mưa bão tải trọng bên mặt đê cần biện pháp xử lý Vì vậy, giải pháp kỹ thuật xử lý tuyến đê nằm đất yếu quan trọng, định đến ổn định công trình tính khả thi dự án Cùng với tiến khoa học kỹ thuật nói chung, giải pháp nâng cao ổn định mái đê ngày cải tiến hồn thiện Hiện nay, có nhiều giải pháp áp dụng như: vải địa kỹ thuật, cọc xi măng đất, khoan , giải pháp có ưu điểm nhược điểm riêng Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp tối ưu kinh tế, kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế phải tính tốn so sánh giải pháp xử lý đất yếu với Dự án nâng cấp tuyến đê biển đoạn từ KM37+600 đến KM39+200 thuộc tuyến đê biển số huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình nằm đất yếu Để tuyến đê có độ ổn định cao đặc biệt đoạn nắn tuyến điểm đầu KM37+600 điểm cuối KM38+200 có chiều dài L= 600m, sử dụng lâu dài ổn định chịu tác động mưa bão tải trọng giao thông mặt đê giảm giá thành xây dựng mục đích đặt phải nghiên cứu, lựa chọn giải pháp xử lý móng tối ưu Thực tế giải pháp xử lý cơng trình có nhiều giải pháp xử lý cơng trình Các giải pháp phụ thuộc vào nhiều điều kiện xung quanh mà mức độ ổn định giá thành xây dựng khác nhiều Giải pháp sử dụng cọc xi măng đất đất để xử lý giải pháp áp dụng nước ta Tuy chưa mức độ phổ biến phản ánh nhiều ưu điểm vượt trội giải pháp Vì ‘‘Nghiên cứu giải pháp tăng ổn định tuyến đê biển kết hợp giao thông - áp dụng cho đoạn Km37+600 đến Km39+200 huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình” có tính khoa học thực tiễn, giải cấp bách tình trạng thực tế xây dựng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Giải pháp ổn định cho tuyến đê biển điều kiện gia tăng tải trọng giao thông phía mặt đê - Ứng dụng xử lý tuyến đê, đoạn từ KM37+600 đến KM38+200 Các tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu thiết kế sở,…) để làm rõ điều kiện địa chất cơng trình tổ hợp tải trọng; - Phân tích lựa chọn giải pháp hợp lý để xử lý cơng trình; - Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra ổn định lún biến dạng Kết dự kiến đạt - Hiểu biết sở lý thuyết tính tốn, đề xuất giải pháp tăng ổn định cho tuyến đê; - Phân chia cấu trúc địa chất tuyến đê phù hợp với điều kiện làm việc, u cầu nghiên cứu, tính tốn ổn định cơng trình; - Ứng dụng chọn giải pháp tăng ổn định đê biển Thái Thụy K37+600 – K38+200 gia tăng tải trọng giao thông ... trội giải pháp Vì ‘ Nghiên cứu giải pháp tăng ổn định tuyến đê biển kết hợp giao thông - áp dụng cho đoạn Km37+600 đến Km39+200 huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình có tính khoa học thực tiễn, giải. .. nghiên cứu - Giải pháp ổn định cho tuyến đê biển điều kiện gia tăng tải trọng giao thơng phía mặt đê - Ứng dụng xử lý tuyến đê, đoạn từ KM37+600 đến KM38+200 Các tiếp cận phương pháp nghiên cứu. .. ổn định đê biển Thái Thụy K37+600 – K38+200 gia tăng tải trọng giao thông CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA TUYẾN ĐÊ BIỂN 1.1 Tổng quan ổn định tuyến đê biển giới Việt nam Đê