Bài giảng thiết kế đê

CÔNG TRÌNH THỦY LỢIĐịnh nghĩa CTTL : Đó là những công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước.Phân loại CTTL: theo tính chất tác dụng của công trình lên dòng chảy CTTL đượcphân ra làm

BÀI BÀI GiẢNG GiẢNG THIẾT KẾ ĐÊ THIẾT KẾ ĐÊ

MỤC LỤC CHƯƠNG I : KIẾN THỨC CHUNG VỀ ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ CHƯƠNG III : THIẾT KẾ ĐÊ

CHƯƠNG IV : KÈ BẢO VỆ MÁI DỐC

CHƯƠNG V : CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ.

CHƯƠNG VI : GIA CỐ, SỬA CHỮA VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ ĐÊ.

(GHI CHÚ:

(GHI CHÚ: BÀI GIẢNG BÀI GIẢNG GỒM 5 CHƯƠNG VÀ 215 TRANG) GỒM 5 CHƯƠNG VÀ 215 TRANG)

CHƯƠNG I

KIẾN THỨC CHUNG

VỀ ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ

I CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Định nghĩa CTTL : Đó là những công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước.Phân loại CTTL: theo tính chất tác dụng của công trình lên dòng chảy CTTL đượcphân ra làm 4 loại chính:

+ Công trình dâng nước: các loại đập (đập bê tông, đập đất, đập đá, đập cao su…)+ Công trình điều chỉnh dòng chảy: đê, đập mỏ hàn, kè, tường hướng dòng…

+ Công trình dẫn nước: kênh mương, đường hầm, đường ống, cầu máng…

+ Công trình chuyên môn: nhà máy thuỷ điện, công trình thuỷ nông, công trình giaothông thuỷ, công trình nuôi trồng thuỷ sản…

Đê và công trình bảo vệ bờ thuộc dạng các công trình điều chỉnh dòng chảy, là mộtdạng của CTTL Do vậy việc qui hoạch, thiết kế đê và các công trình bảo vệ bờ tuântheo các nguyên tắc chung về qui hoạch và thiết kế các CTTL Ngoài ra còn phải xétđến các nét đặc thù của đê điều và công trình bảo vệ bờ do lịch sử hình thành, điềukiện chịu lực và phạm vi ảnh hưởng của chúng

II SỰ CẦN THIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Đông Nam á, chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu lục địa Trung Ấn với hai hệ thống sông lớn liên quốc gia theo hướng Tây Bắc – Đông Nam là sông Hồng và sông Cửu Long, lại chịu ảnh hưởng trực tiếp khí hậu biển Đông từ phía đông và phía nam, đồng thời nằm giữa ổ bão biển Đông là một trong 5 ổ bão lớn nhât thế giới Mỗi năm trung bình nước ta chịu khoảng 8-10 trận bão, trong những năm gần đây cường độ bão có xu hướng ngày càng mạnh lên do sự biến đổi của khí hậu toàn cầu theo chiều hướng xấu.

Mùa bão trùng với mùa mưa, kết hợp với điều kiện địa hình phức tạp, đồng bằng hẹp và trũng, núi cao sườn dốc, cây rừng lại bị tàn phá ngày càng nghiêm trọng Do đó lũ bão luôn là mối đe doạ thường xuyên đối với đời sống sinh hoạt và sản xuất của nhân dân.

Hệ thống sông suối ở Việt Nam có tổng chiều dài khoảng 25000 km tập trung thành

3 hệ thống khá rõ rệt: hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình ở bắc bộ, hệ thống cácsông miền Trung và hệ thống sông Cửu Long, Đồng Nai ở nam bộ Do địa hình cácmiền khác nhau, các sông ở nam bộ thì hiền hoà, các sông ở bắc bộ có độ dốc vừaphải, các sông ở miền trung vừa ngắn, vừa có độ dốc lớn Lượng mưa phân bốkhông đều là nguồn gốc sinh ra các con lũ ở các triền sông

Tình hình lũ bão xảy ra ngày càng nghiêm trọng và có chiều hướng ra tăng (cả về sốlượng và cường độ): Lũ năm 1945 làm vỡ 79 quãng đê, gây ngập 11 tỉnh, 312000 hađất canh tác, 4 triệu người bị ảnh hưởng; Lũ năm 1971 làm vỡ 3 đoạn đê lớn, ngập250000ha và 2,7 triệu người bị ảnh hưởng; Trận lũ năm 1986 gây vỡ một đoạn đêsông Hồng ở Đan Phượng – Hà Tây, sập 1 cống dưới đê sông Cầu ở Quế Võ – HàBắc; cơn bão số 7 năm 2005 đã làm vỡ 275m đê biển ở các tỉnh Nam Định, HảiPhòng, Thanh Hoá và gây sạt lở hàng chục nghìn m đê ở nhiều tỉnh ven biển; cơnbão số 2 năm 2007 mặc dù không đổ bộ trực tiếp vào nước ta nhưng đã gây nên lũlụt cho các tỉnh miền trung (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình) gây thiệt hại nặng nề

về người và tài sản

Xói lở bờ biển các tỉnh ven biển nước ta diễn ra rất phổ biến gây lở mất đất, thiệt hại về sản xuất, tài sản, cơ sở hạ tầng của các địa phương Đặc biệt, xói

lở bờ biển khi có bão lớn, do lũ quét ở các tỉnh miền trung gây ra thiệt hại rất nặng nề.

Cho đến nay, nước ta có khoảng 6000km đê sông, 2000km đê biển, gần 600 kè các loại

và 3000 cống dưới đê, 500km bờ bao chống lũ sớm và ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, hệ thống đê đã được hình thành từ rất lâu, không có sự lựa chọn tuyến một cách chặt chẽ về các điều kiện địa hình, địa chất và dòng chảy Cao trình các tuyến

đê hầu hết chưa đảm bảo được yêu cầu chống lũ, nước dâng và sóng tràn khi bão lớn, hầu hết các công trình bảo vệ bờ còn ở mức qui mô nhỏ, đơn giản, chưa đủ mức chống lại các tác động lớn đảm bảo an toàn về người và của cho các địa phương Ngân sách nhà nước hàng năm phục vụ việc đắp mới, gia cố, sửa chữa hệ thống đê và các CT BVB còn mang tính chất tình thế, ứng cứu cho những vị trí cấp thiết Do kinh phí có hạn, có nơi phải chọn phương án lùi đê, để ngỏ cho xói lở lấn đất liền như Hải Hậu Nam Định

Hệ thống quan trắc và cơ sở dữ liệu phục vụ qui hoạch, thiết kế, xây dựng đê và các công trình BVB còn rất thiếu, chưa được đầu tư đúng mức Việc bổ sung làm mới, nâng cấp hệ thống đê, xây dựng các công trình bảo vệ bờ là yêu cầu cấp thiết đảm bảo cuộc sống bình yên cho nhân dân và sự phát triển kinh tế xã hội trong nhiều thập kỷ tới Việc chuẩn bị về đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật bậc đại học và sau đại học, cũng như công tác điều tra quan trắc, xây dựng cơ sở dữ liệu, tiến hành nghiên cứu ứng dụng, qui hoạch xây dựng công trình được đặt lên hàng đầu.

I MẶT CẮT NGANG ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÊ

k1

k 2

MNL

MNK

Thân đê chịu tác dụng của cột nước H trong mùa lũ, chiều rộng đáy B

Mực nước sông mùa lũ (MNL) ngập trên bãi bồi;

Mực nước sông mùa kiệt (MNK) thường thấp dưới đáy lớp phủ

Đất nền được tổng hợp thành 2 lớp: Lớp phủ phía trên (loại đất á sét) có hệ số thấmnhỏ, chiều dày từ 1 đến 6m Lớp thấm nước phía dưới (loại đất á cát, cát) có hệ sốthấm lớn, chiều dày thay đổi từ 20 đến 60m

k 2

II ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐÊ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ.

Tuyến đê: Do quá trình hình thành các tuyến đê là quá trình tự phát, nhân dân tự làmvới trình độ nhận thức và công cụ lao động rất thô sơ, không có sự lựa chọn tuyếnmột cách chặt chẽ về các điều kiện địa hình, địa chất và dòng chảy

Địa hình hai bên ven đê: Địa hình có xu thế thấp dần từ thượng nguồn về phía biển

Bề mặt địa hình ven đê phía đồng nhiều nơi bị phân cắt do việc lấy đất đắp đê hoặcphục vụ các mục đích khác tạo thành thùng đấu hoặc các hồ đầm gây nguy hiểm cho

sự làm việc của đê trong mùa lũ Địa hình ven đê phía sông thay đổi theo thời giantuỳ thuộc chế độ dòng chảy và lượng phù sa, các bãi bồi có nơi được tôn cao và mởrộng nhưng có nơi lại bị bào mòn xói lở

Địa chất nền đê: Các lớp đất nền đê có nguồn gốc bồi tích hiện đại kỷ đệ tứ, phân bố

từ trên xuống dưới

Địa chất thuỷ văn: Nước ngầm ở tầng chứa nước thứ nhất có quan hệ với nước mặt: dâng cao về mùa mưa và hạ thấp về mùa khô, biên độ dao động giữa mùa kiệt và mùa lũ là 4 – 5m Quá trình vận động của dòng ngầm có thể mang theo các hạt có đường kính nhỏ, quá trình này lặp đi lặp lại trong nhiều năm làm cho nền đê bị biến dạng Ở những nơi nền đê có cát, lớp phủ phía đồng mỏng không thắng được áp lực dòng thấm sẽ xuất hiện các mạch sủi, bãi sủi.

Cấu tạo thân đê: Thân đê được tôn cao, mở rộng trong quá trình hình thành và phát triển của hệ thống đê Được đắp từ các loại đất không được chọn lựa, việc đầm nện cũng không theo qui chuẩn nên thân đê có tính không đồng nhất cao Ngoài ra thân đê còn chịu tác động xấu của các động vật đào hang như chuột, mối tạo thành các hang hốc, lỗ rỗng.

Sự làm việc của đê sông: Đê là công trình chỉ làm việc theo mùa, mùa khô đê có tác dụng như đường giao thông (nếu có yêu cầu giao thông), nó chỉ ngăn và chắn nước trong mùa lũ, ngay cả trong mùa lũ thời gian làm việc của đê cũng rất ngắn.

Tác động của con người vào hệ thống đê: Vừa tác động tích cực (giữ gìn, tôn cao, sửa chữa ), vừa tác động tiêu cực (đào các ao hồ, xây dựng các công trình gần đê ).

III PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐÊ.

Điều kiện làm việc của đê có thể phân chia theo mùa:

Mùa khô, nước sông thấp không ngập bãi bồi.

Mùa mưa, mực nước lũ lên cao tạo cột nước H lên thân đê, lúc đó đê làm việc như một đập đất.

Các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn của đê:

Loại khả năng phá hoại bình thường: Dạng phá hoại mà nguyên nhân có tính qui luật, có thể dùng các lý thuyết cơ học để tính toán.

Loại khả năng phá hoại đặc biệt: Dạng phá hoại xuất phát từ những nguyên nhân không có tính qui luật hoặc những nguyên nhân đặc biệt, trong điều kiện đặc biệt, không thể dùng các lý thuyết cơ học để tính toán.

1 Loại khả năng phá hoại bình thường.

a Mùa khô:

- Trượt mái dốc đê (phía sông và phía đồng)

- Trượt mái dốc đê cùng với một phần nền (phía sông và phía đồng)

k 1

k 2

MNK

b Mùa lũ:

-Trượt mái dốc đê cùng với nền (phía đồng)

-Xói lở đất trên đoạn rỉ nước AB.

-Trường hợp mực nước lũ rút nhanh, mái đê phía sông có thể bị trượt dưới tác dụng của dòng thấm đi ngược về phía mái dốc.

-Dòng thấm trong lớp thấm nước gây áp lực lên lớp phủ phía đồng, nếu lớp phủ mỏng sẽ gây nên các dạng mạch đùn, mạch sủi.

k 1

k MNL

k 1

k 2

MNL

A B

k 1

k 2

MNL

2 Loại khả năng phá hoại đặc biệt.

- Do loại đất đắp đê là không đồng nhất, có những vùng trong thân đê có tính thấmlớn, dòng thấm sẽ đi theo con đường ngắn nhất nối liền các vùng này và có thể gâytrượt hoặc sạt lở đoạn mái dốc có dòng thấm tập trung thoát ra

- Do động vật đào hang, hoặc do những nguyên nhân bất thường nào đó mà trongthân đê tồn tại những hang thấm tập trung gây nguy hiểm cho đê

-Tại chỗ tiếp giáp giữa các công trình bê tông với đất (cống lấy nước qua đê, đường

-Tại chỗ tiếp giáp giữa các công trình bê tông với đất (cống lấy nước qua đê, đườngống trong thân đê, tường biên các công trình…) thường có dòng thấm tập trung dothiết kế hoặc thi công không đảm bảo Sự phá hoại rất dễ xảy ra tại những vị trí này

-

MNL

Các công trình này được xây dựng để bảo vệ bờ sông, bờ biển khỏi tác dụng pháhoại của dòng chảy trong sông, dòng ven biển và của sóng gió.

1 Công trình bảo vệ bờ sông.

Bao gồm: kè bảo vệ mái, đập mỏ hàn để điều khiển dòng chảy trong sông, mỏ hànmềm để điều khiển bùn các đáy, gây bồi, chống xói bờ và chân dốc, các hệ thống láidòng đặc biệt để hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói bãi bồi…

Các công trình này được xây

dựng để bảo vệ bờ sông khỏi bị

xói lở, biến dạng do dòng chảy

mặt và để lái dòng chảy mặt

hay dòng bùn cát đi theo những

hướng xác định theo mục đích

chỉnh trị sông

2 Công trình bảo vệ bờ biển.

Các công trình bảo vệ bờ biển chịu tác động của hai yếu tố chính là sóng gió

và dòng ven bờ Dòng ven bờ có thể mang bùn cát bồi đắp cho bờ hay làm xói chân mái dốc dẫn đến sạt lở bờ Ngoài ra các công trình bảo vệ bờ biển được xây dựng trong môi trường nước mặn nên cần được lựa chọn vật liệu thích hợp.

Bao gồm: các loại kè biển, các loại công trình giảm sóng ngăn cát (rừng cây ngập mặn, đê đập mỏ hàn, đê dọc đứt khúc xa bờ, các mỏ hàn dạng chữ T, chữ Y).

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ ĐÊ

I Cấp công trình.

Gồm 5 cấp: đặc biệt, I, II, III, IV.

Cơ sở để xác định như bảng 3-1 GT Thiết kế đê.

1 Đối với đê sông.

Mức độ quan trọng phụ thuộc vào tính chất vùng bảo vệ (thành phố hay nông thôn), số lượng nhân khẩu và diện tích canh tác trong vùng được bảo

vệ (qui mô vùng được bảo vệ).

Ví dụ: đê X bảo vệ vùng nông thôn có N = 300000 người; F = 10000 ha Cấp CT theo N: cấp II; theo F: cấp III Tổng hợp đê X là công trình cấp II Cấp của các công trình cắt qua đê ≥ cấp đê.

2 Đối với đê biển.

Cấp đê phụ thuộc vào tính chất hoặc diện tích được bảo vệ.

II Các chỉ tiêu thiết kế.

1 Tiêu chuẩn phòng lũ (thời kỳ xuất hiện lại): phụ thuộc vào cấp đê (bảng 3-2)

2 Độ gia cao an toàn: không cho phép sóng vượt hoặc nước tràn qua (bảng 3-3)

3 Gradien thấm trung bình cho phép (độ bền thấm đặc biệt)

- Của nền

- Của thân đê

- Của tường tâm, tường nghiêng, sân phủ bằng đất dính (GT)

4 Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê, của tường phòng lũ, của tường chắn

sóng: phụ thuộc cấp công trình, tổ hợp tải trọng, điều kiện sử dụng, loại đất nền

5 Hệ số an toàn ổn định chống lật của tường phòng lũ, tường chắn sóng: phụ thuộc

cấp công trình, tổ hợp tải trọng

1 Khí tượng thuỷ văn.

- Khí tượng: nhiệt độ, gió, mưa, độ ẩm, bốc hơi

- Thuỷ văn:

+ Quá trình diễn biến lòng sông, bờ bãi

+ Thống kê nhiều năm về mực nước, lưu lượng, bùn cát+ Quá trình mực nước, lưu lượng của năm điển hình và lũ thiết kế.+ Tài liệu về dòng chủ lưu, thuỷ triều, sóng

2 Kinh tế xã hội.

- Khái quát về kinh tế xã hội

- Môi trường sinh thái

- Tình hình thiên tai

- Dân sinh kinh tế

- Đê sửa chữa, nâng cấp: Tận dụng các tài liệu có sẵn, bổ xung thêm phần tài liệuđiều tra về hiện trạng trong thân đê (các khuyết tật như mạch đùn, mạch sủi…).

I Tuyến.

1 Nguyên tắc chọn tuyến.

Lựa chọn theo nguyên tắc chung nhất là đảm bảo các điều kiện sử dụng tổng hợp tàinguyên (nước, đất) của khu vực trong và ngoài đê, thông qua so sánh kinh tế kỹthuật các phương án để chọn

Một số điểm cụ thể:

- Phù hợp với hướng chảy của thế sông, khoảng cách giữa 2 bờ không có đột biến(mở rộng hoặc thu hẹp)

- Tuyến trơn tru, không có gãy khúc, uốn cong gấp

- Tận dụng tuyến đê sẵn có và địa hình thuận lợi, tránh vùng đất mềm yếu, thấmmạnh, ngập nước sẵn, có hố xói…

- Qui mô giải phóng mặt bằng nhỏ, dễ thực hiện

- Tại các ngã ba sông, biển: tuyến đê cong trơn, xuôi thuận

2 Khoảng cách giữa 2 tuyến đê ở 2 bờ.

Đây là bài toán kinh tế kỹ thuật có xét đến địa hình, địa vật cụ thể 2 bên bờ sông.

- Tuyến càng gần nhau thì tiết kiệm được nhiều đất, song đê phải cao (do MNL cao và đáy thấp)(B1).

- Tuyến xa nhau thì ngược lại (B2).

B1 B2

MNL1

MNL2

II Loại hình kết cấu đê: Có thể xem xét các loại sau:

1 Đê đất (đê đồng chất hoặc có tường nghiêng, tường tâm chống thấm).

- Điều kiện: Khi địa hình đủ rộng, thuận lợi; Khi có đủ đất đắp (số lượng và chấtlượng), không phải đào thùng đấu quá nhiều, giải phóng mặt bằng quá nhiều

- Ưu điểm: + Tận dụng vật liệu tại chỗ

+ Kết cấu đơn giản, dễ thi công+ Yêu cầu xử lý nền không cao+ Dễ mở rộng, tôn cao

- Nhược điểm: + Choán nhiều diện tích (mặt cắt lớn)

+ Cần có lớp bảo vệ mái chống xói lở+ Khả năng chứa các ẩn hoạ nhiều (tổ mối, hang cầy cáo, …)+ Dễ bị con người xâm hại (đào bới, xây dựng công trình trên đê)

2 Đê bê tông, bê tông cốt thép, đá xây.

- Điều kiện: Khi địa hình chật hẹp; Khi không đủ đất đắp với chất lượng cần thiết;Khi yêu cầu về độ mỹ quan và kiên cố cao (ví dụ như đê qua thành phố)

- Ưu điểm: + Choán ít diện tích

+ Mức độ bền vững cao, khả năng ẩn hoạ ít+ Có thể tạo mỹ quan, đẹp

- Nhược điểm: + Vật liệu đắt, không tận dụng được vật liệu địa phương

- Nhược điểm: + Vật liệu đắt, không tận dụng được vật liệu địa phương

+ Yêu cầu xử lý nền cao+ Khó mở rộng, tôn cao

- Các loại kết cấu: + Đá xây: khi đá sẵn, chiều cao không lớn

+ BT, BTCT đổ tại chỗ: dạng tường, sử dụng khi có điều kiện thicông thuận lợi

+ BTCT lắp ghép: áp dụng khi có điều kiện thi công khó khăn(vùng biển, thuỷ triều lên xuống hàng ngày)

3 Các loại đê hỗn hợp

Khắc phục nhược điểm của hai loại trên

- Đê sông: thường là phương án đê đất có tường chắn sóng ở đỉnh (bằng đá xây, BT, BTCT).

- Đê biển: loại hỗn hợp tường đứng + mái nghiêng có thể gồm:

+ Đê đất + tường BT, đá xây (giống đê sông) + Đê bằng đá đổ + tường BTCT đổ tại chỗ hoặc lắp ghép + Đê kiểu cọc cừ: thân đê bằng cọc đóng xuống nền để giữ ổn định, đỉnh đê có khối BTCT đổ tại chỗ, lắp ghép hay lát đá hộc.

Loại đầu áp dụng với đê ven bờ.

Hai loại sau áp dụng với đê mỏ hàn, đê xa bờ.

§¸ héc Bao t¶i c¸t Cäc

Các loại hình kết cấu hỗn hợp của đê biển

1 Qui định chung

- Yêu cầu: Đáp ứng điều kiện an toàn ổn định chống trượt và thấm, không biến dạng, sử dụng vật liệu tại chỗ, dễ thi công, giá thành hạ, thuận lợi cho quản lý, cứu hộ.

- Nội dung: Xác định mặt cắt thân đê, cao trình đỉnh và kết cấu đỉnh, mái và bảo vệ mái, thiết bị tiêu nước thân đê, mái đê, nền đê, biện pháp chống thấm, vật liệu đắp đê, biện pháp thi công.

- Mặt cắt đại biểu: Trên toàn chiều dài đê, có thể chia thành từng đoạn có các điều kiện tương tự nhau (địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng), mỗi đoạn chọn mặt cắt đại biểu để tính toán Cần có đoạn chuyển tiếp trơn giữa các đoạn có mặt cắt khác nhau.