Các giải pháp chống sạt - trượt tiêu biểu của Nhật Bản

Là một trong những quốc gia nằm ở vùng lục địa không ổn định, Nhật Bản thường xuyên hứng chịu các trận động đất lớn - nhỏ cùng với những lần núi lửa phun trào, kéo theo mưa lớn, ngập lụt, sóng thần và hậu quả của chúng là những đợt trượt lở đất.

Chính vì vậy, quốc gia này có rất nhiều kinh nghiệm trong việc chống sạt - trượt.

Năm 2017, Bộ luật Chống sạt - trượt của Nhật đã có hiệu lực 57 năm. Bộ luật này cung cấp một nền tảng pháp lý đặc biệt cho những người làm công việc ngăn chặn và điều khiển nạn sạt - trượt. Từ đó tới nay, đất nước này đã có nhiều thành tựu trong việc kiểm soát thảm họa sạt - trượt, bao gồm cả việc điều tra, theo dõi, phân tích, lập kế hoạch và đặc biệt là thiết kế những biện pháp kiểm soát.

Có khá nhiều biện pháp kiểm soát sạt - trượt đang được Nhật Bản áp dụng và có thể nhân rộng tại nhiều quốc gia có địa hình đồi dốc như ở Việt Nam như đặt cọc, gia cố bằng neo, bằng khung sườn bêtông, đinh đá, bằng tường chặn, kiểm soát nước mặt...

Đặt cọc

Được giới thiệu từ những năm 1950 bởi kiến trúc sư Fernando Lizzi, phương pháp gia cố bề mặt đồi dốc thông qua đặt cọc liên tiếp đã liên tục được cải tiến. Trọng tâm của phương pháp này là khoan những cọc có đường kính nhỏ hơn 300mm, có thành thép, sau đó đổ bêtông vào để gia cố. Mục đích là nối những mảng/khối đất sạt - trượt với khối đất ổn định, chống trượt sâu.

Thiết kế của cọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chuyển động trượt của đất, vị trí đào cọc, thiết kế lỗ, nguyên nhân trượt, độ dày của đới trượt, tính chất của khối đất ổn định dưới và trên đới trượt, mối tương tác giữ lớp đất đá với cọc... Thường cọc được bố trí trên mái/sườn dốc nhằm tạo thành tường chắn dạng hàng hoặc so le.

Hình 1. Vụ sạt trượt ở làng Minamiaso, tỉnh Kumamoto, Nhật tháng 4/2016

Ngoài cọc nhỏ, các kỹ sư Nhật còn áp dụng đào cọc bêtông lớn đường kính từ 1,5-6,5m, cấu trúc gần giống giếng thoát nước. Chúng được gia cố bằng bêtông và được thiết kế để nối những phần đất không ổn định với phần đất ổn định. So với cọc nhỏ, cọc bêtông đường kính lớn có khả năng chống chịu lực tốt hơn rất nhiều. Tuy nhiên, nó cũng có điểm yếu.

“Rất nhiều phương pháp thiết kế ổn định đất, chống sạt - trượt sử dụng biện pháp cọc đường kính lớn đang dựa vào lý thuyết áp lực bên của đất (Lateral earth pressure) để tính toán xây dựng cấu trúc giữ đất. Tuy nhiên, với những diện tích sạt - trượt lớn và yêu cầu có sự ổn định trong tính toán lực bên, cách tiếp cận này có thể dẫn tới việc hình thành các moment uốn cao, dẫn tới những giải pháp xử lý đắt tiền và không khả thi” - nhóm tác giả Mỹ có bài tham luận trong hội nghị Sạt - trượt Bắc Mỹ lần thứ nhất năm 2007, gồm Vernon R.Schaefer thuộc Đại học bang Iowa, Robert L. Schuster thuộc Cục Khảo sát địa chất Mỹ và A. Keith Turner thuộc Đại học mỏ Colorado - nhận xét.

Gia cố bằng neo, đinh đá và tường đá

Ngoài việc dùng cọc, một số phương pháp chống sạt - trượt dựa trên các cấu trúc hỗ trợ như neo, đinh đá hay tường đá.

Phương pháp gia cố bằng neo được thực hiện dựa trên nguyên tắc là các neo sử dụng sức căng của cơ neo đính khối đất đá dễ bị sạt - trượt trên bề mặt vào khối đá tảng ổn định (phần đất ổn định phía dưới đới trượt). Những neo này cũng được đính thành khối chặn trên bề mặt. Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra một lực giữ khá lớn từ những mấu neo sử dụng.

Đinh đá cũng có nguyên tắc hoạt động tương tự như phương pháp gia cố bằng neo.

Biện pháp xây dựng tường đá được sử dụng để ngăn những vụ sạt lở quy mô nhỏ hoặc các vụ sạt lở phái sinh ở phần chân của vụ sạt lở lớn. Do sự chấn động của vỏ trái đất và rất nhiều hoạt động đàn hồi diễn ra ở địa hình sạt - trượt, người ta ưu tiên sử dụng những bức tường chắn kiểu rọ linh động hơn là sử dụng tường chắn gia cố bằng bêtông truyền thống.

Thoát nước

Một nguyên nhân khiến hiện tượng sạt - trượt xảy ra là đới trượt chịu sức nặng của nước bề mặt, vì vậy thoát nước là một giải pháp để loại bỏ nguyên nhân.

Đánh giá ưu điểm của biện pháp thoát nước, nhà khoa học Mihail E. Popescu thuộc Viện Công nghệ Illinois, Mỹ và Katsuo Sasahara thuộc Đại học Kochi, Nhật trong bài nghiên cứu có tựa đề: “Các biện pháp kỹ thuật làm giảm hậu quả hiện tượng sạt - trượt” cho biết: “Nhờ hiệu quả ổn định cao so với giá thành, phương pháp thoát nước bề mặt và nước ngầm được sử dụng rộng rãi nhất và cũng là phương pháp ổn định bề mặt thành công nhất”.

Lúc này, nước bề mặt được thoát ra khỏi địa hình dốc yếu, không ổn định bằng mương, bằng hệ thống ống. Họ có thể đào các kênh dẫn nước, nối với hàng loạt các giếng đào sâu trong lòng đất. Ngoài ra, họ cũng có thể sử dụng rất nhiều giếng nước dọc nối với hệ thống lỗ khoan ngang để thoát nước.

GEOTECH T&A