Xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công các công trình giao thông đường bộ (dự án điển hình đường cao tốc nội bài – lào cai)

Kinh nghiệm thực tế từ hoạt động giám sát, quản lý thi công tại dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai cho thấy xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa là một trong những tác độn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

PHẠM NGỌC TRANG

XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT KIỂM SOÁT XÓI MÒN VÀ BỒI LẮNG TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ

(DỰ ÁN ĐIỂN HÌNH: ĐƯỜNG CAO TỐC NỘI BÀI LÀO CAI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

PHẠM NGỌC TRANG

XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT KIỂM SOÁT XÓI MÒN VÀ BỒI LẮNG TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ

(DỰ ÁN ĐIỂN HÌNH: ĐƯỜNG CAO TỐC NỘI BÀI LÀO CAI)

Chuyên ngành: Môi trường và phát triển bền vững

(Chương trình đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN MẠNH KHẢI

Hà Nội – Năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Để có được bản luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc tới Trung tâm Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành

đề tài “Xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công các công trình giao thông đường bộ (dự án điển hình: đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai)”

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo – những nhà khoa học đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức khoa học chuyên ngành môi trường trong những năm nghiên cứu tại Trung tâm Tài nguyên và Môi trường

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, kỹ sư trong công

ty Getinsa Ingenieria S.L bao gồm ông Fracisco Javier de Bonifaz – Tư vấn trưởng; ông Sergio Mata Gallego – Chuyên gia Môi trường Cao cấp; ông Jose Ignacio Gonzalez Soriano – Kỹ sư Thường trú nhóm 1; ông Romeo Pineda – Kỹ sư kết cấu cao cấp; ông Mai Triệu Quang – Phó tư vấn trưởng, Kỹ sư đường cao cấp; ông Nguyễn Vĩnh Phú – Phó tư vấn trưởng, Chuyên gia xã hội cao cấp; ông Đỗ Văn Mạnh – Kỹ sư hiện trường dự án Nội Bài – Lào Cai đã hợp tác, giúp đỡ và hỗ trợ tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi cũng xin ghi nhận sự quan tâm và đóng góp quý báu, nhiệt tình của các bạn học viện lớp CH10, Trung tâm Tài nguyên và Môi trường trong quá trình nghiên cứu tại Trung tâm Đặc biệt là sự quan tâm, động viên sâu sắc của gia đình tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị và cá nhân đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Phạm Ngọc Trang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.1 Cơ sở lý luận 3

1.1.1 Khái niệm xói mòn và trầm tích 3

1.1.2 Quá trình xói mòn và bồi lắng 4

1.1.3 Phân loại xói mòn và trầm tích 5

1.2 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong thi công các công trình GTĐB 9

1.2.1 Trên thế giới 9

1.2.2 Tại Việt Nam 12

1.2.3 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công tại khu vực nghiên cứu14 CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 16

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 16

2.1.2 Điều kiện tự nhiên môi trường khu vực nghiên cứu 17

2.1.3 Thời gian nghiên cứu 19

2.2 Phương pháp luận 20

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23

3.1 Phân loại đất xây dựng và phân cấp tính xói mòn đất 23

3.1.1 Phân loại đất xây dựng và quy định về đất xây dựng nền đường của dự án đường cao tốc NB - LC 23

3.1.2 Phân cấp tính xói mòn của đất 24

3.2 Tình hình xói mòn và bồi lắng do mưa dòng chảy nước mưa trong khi thi công tại khu vực nghiên cứu 25

3.2.1 Tác động của mưa và dòng chảy nước mưa đến xói mòn tại khu vực nghiên cứu 25

3.2.2 Các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy

nước mưa đã được áp dụng tại khu vực nghiên cứu 28

3.3 Một số biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa được xây dựng áp dụng cho khu vực nghiên cứu 35

3.3.1 Biện pháp thiết kế và lập kế hoạch 35

3.3.2 Các biện pháp kiểm soát dòng chảy nước mưa 35

3.3.3 Các biện pháp kiểm soát xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa 36

3.3.4 Các biện pháp kiểm soát trầm tích 37

3.4 Đặc điểm kỹ thuật của một số biện pháp kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa 38

3.4.1 Thiết kế sắp xếp công trường: 38

3.4.2 Lập kế hoạch thi công 39

3.4.3 Hào và bờ điều hướng tạm thời 41

3.4.4 Đập chặn 43

3.4.5 Rãnh thoát nước mái dốc tạm thời 44

3.4.6 Bảo tồn thảm thực vật hiện hữu 46

3.4.7 Tạo bậc và làm gồ ghề mái dốc 48

3.4.8 Che phủ 50

3.4.9 Đá xếp 52

3.4.10 Phục hồi lại thảm thực vật 53

3.4.11 Kiểm soát trầm tích bằng bờ đá xếp/rọ đá 54

3.4.12 Rào chắn bằng bao sỏi và cát 55

3.4.13 Bẫy trầm tích tạm thời 57

3.4.14 Lưu vực giữ trầm tích 59

3.4.15 Rào cản bằng kiện rơm 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt

(Ngân hàng Phát triển châu Á)

(Thực hành quản lý tốt nhất)

(Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Liên hiệp quốc)

Administration (Cơ quan Đại dương và Khí quyển Quốc gia – Hoa Kỳ)

(Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ)

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Phân loại trầm tích theo kích thước hạt 8

Bảng 2.1: Kết quả phân tích một số mẫu đất khu vực dự án 19

Bảng 3.1: Đất và phân cấp tính xói mòn đất 24

Bảng 3.2: Một số vị trí bị tác động điển hình bởi xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa 32

Bảng 3.3: Các biện pháp kiểm soát dòng chảy nước mưa tạm thời 36

Bảng 3.4: Các biện pháp kiểm soát xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa 36

Bảng 3.5: Kiểm soát xói mòn và che phủ đất 37

Bảng 3.6: Các biện pháp kiểm soát trầm tích 38

Bảng 3.7: Kích thước đá xếp và chiều dài thềm đá xếp theo năng lực tiêu thoát của rãnh thoát 46

Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Quá trình xói mòn 4

Hình 2.1: Sơ đồ tuyến đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai, đoạn Km 0 – 48+680 22

Hình 3.1: Phân loại đất theo thành phần hạt cát, bụi và sét được sử dụng bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ 25

Hình 3.2: Biểu đồ lượng mưa các tháng trong năm 2012 tỉnh Vĩnh Phúc 26

Hình 3.3: Sơ đồ xói mòn bề mặt do mưa và dòng chảy nước mưa 27

Hình 3.4: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 23+900 – Km 25+000 28

Hình 3.5: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 41+600 – Km 41+900 29

Hình 3.6: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 47+200 – Km 47+900 30

MỞ ĐẦU

Hạ tầng giao thông đường bộ là bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng xã hội nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng, cần được phát triển trước một bước để tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của Đảng và Nhà nước, đáp ứng quá trình hội nhập khu vực và quốc tế, góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất nước Chính vì lẽ

đó, trong nhiều năm vừa qua hạ tầng giao thông Việt Nam đã được đầu tư và có những định hướng phát triển vượt bậc

Theo Quyết định số 1327/QĐ-TTg ngày 24/8/2009 của Thủ tướng Chính phủ

về việc quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, Quyết định số 1734/QĐ-TTg ngày 01/12/2008 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đến năm 2020 và tầm nhìn sau năm 2020, dự kiến nhu cầu vốn đầu tư để thực hiện các

dự án giao thông chính yếu giai đoạn 2010-2025 vào khoảng 75 tỷ USD (khoảng 5

tỷ USD/năm, tương đương với 90.000 tỷ đồng/năm)

Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ gây ra các tác động không tránh khỏi lên môi trường xung quanh, đặc biệt trong quá trình thi công Kinh nghiệm thực tế từ hoạt động giám sát, quản lý thi công tại dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai cho thấy xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa là một trong những tác động chính, tác động nghiêm trọng lên môi trường đất, nước mặt nơi dự

án đi qua ảnh hưởng đến đếntài sản của người dân, ô nhiễm môi trường đất và nước sản xuất nông nghiệp, hủy hoại và giảm năng suất cây trồng nông nghiệp và thủy sản, mất nhiều chi phí và thời gian đề xử lý và gây bức xúc mạnh mẽ trong cộng đồng

Với nhu cầu cũng như thực tiễn phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ nhanh chóng tại Việt Nam, việc xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn

và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong quá trình thi công nhằm giảm thiểu tối đa các tác động của chúng đến môi trường xung quanh là rất cần thiết và có

ý nghĩa thực tiễn cao

Luận văn tập trung nghiên cứu vào các mục tiêu sau:

- Làm rõ đặc điểm của quá trình xây dựng công trình GTĐB cũng như xói

mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn xây dựng công trình GTĐB tại dự án điển hình

- Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn cho từng biện pháp kiểm soát

xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn xây dựng phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại khu vực dự án cũng như các công trình GTĐB tương tự

Đối tượng nghiên cứu:

- Xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn thi

công các công trình giao thông đường bộ và một số biện pháp kiểm soát Phạm vi nghiên cứu:

- Đề tài tập trung nghiên cứu xói mòn, bồi lắng do mưa và dòng chảy nước

mưa trên đoạn tuyến Km 0 ~ Km 48+680, tuyến đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai; đánh giá tác động của xói mòn, bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn thi công; đề xuất các biện pháp kỹ thuật khả thi kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa tại khu vực dự án điển hình

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Đóng góp ban đầu cho việc hình thành một bộ biện pháp kỹ thuật với các

tiêu chuẩn cụ thể nhằm kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong thi công các công trình GTĐB của Việt Nam

- Giảm thiểu, hạn chế tối đa tác động môi trường gây ra bởi xói mòn và trầm

tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong thi công các công trình GTĐB

- Góp phần đảm bảo, giữ gìn sinh kế, tài sản và an ninh trật tự cho các cộng

đồng lân cận khu vực dự án

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý luận

1.1.1 Khái niệm xói mòn và trầm tích

Xói mòn

Trong địa mạo và địa chất, xói mòn là hoạt động của các quá trình ngoại sinh (như dòng nước hoặc gió) mà loại bỏ đất đá từ một vị trí trên vỏ trái đất, sau đó vận chuyển nó đến một vị trí mà tại đó nó được lắng xuống.Trầm tích bị xói mòn có thể được vận chuyển chỉ một vài mm, hoặc hàng ngàn cây số

Trong khi xói mòn là quá trình tự nhiên, thì các hoạt động của con người đã làm tăng 10 – 40 lần tỷ lệ xói mòn xảy ra trên toàn cầu.Xói mòn quá mức gây ra cả các vấn đề “tại chỗ” lẫn “bên ngoài”.Các tác động tại chỗ bao gồm làm giảm năng suất nông nghiệp và (về cảnh quan thiên nhiên) sụp đổ hệ sinh thái, bởi vì sự mất mát của lớp đất giầu dinh dưỡng phía trên Trong một vài trường hợp, kết quả cuối cùng là sa mạc hóa Các ảnh hưởng bên ngoài bao gồm bồi lắng các tuyến đường thủy và hiện tượng phú dưỡng các thực thể nước, cũng như thiệt hại do trầm tích liên quan tới đường giao thông và nhà ở Xói mòn do gió và nước là hai nguyên nhân chính gây ra tình trạng suy thoái đất; kết hợp lại, chúng gây ra 84% suy thoái đất ở mức độ toàn cầu, làm cho xói mòn quá mức là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất trên toàn thế giới[9]

Thâm canh nông nghiệp, phá rừng, đường giao thông, mở rộng đô thị và biến đổi khí hậu (BĐKH) do con người nằm trong những hoạt động đáng kể nhất của con người kích thích xói mòn [17] Tuy nhiên, có rất nhiều các biện pháp phòng chống và khắc phục hậu quả có thể ngăn chặn hoặc hạn chế xói mòn của những khu vực đất dễ bị tổn thương

Trầm tích

Trầm tích là một loại vật liệu xuất hiện tự nhiên bị chia nhỏ bởi các quá trình phong hóa và xói mòn, và sau đó được vận chuyển bởi các tác động của gió, nước, hoặc băng, và/hoặc bởi lực hấp dẫn

Trầm tích thường được vận chuyển bằng nước (quy trình sông), gió (quy trình gió) và sông băng.Cát ở bãi biển và bồi lắng lòng sông là những ví dụ về vận chuyển sông và bồi lắng, mặc dù trầm tích cũng lắng ra khỏi các dòng chảy chậm hay nước tĩnh trong các hồ và đại dương Các dụn cát sa mạc và hoàng thổ là những

ví dụ về vận chuyển do gió và lắng đọng Lắng đọng băng tích trong các dòng sông băng là trầm tích được vận chuyển do nước đá

1.1.2 Quá trình xói mòn và bồi lắng

a) Quá trình xói mòn

Quá trình xói mòn có thể chia làm 3 giai đoạn bao gồm: (i) các hạt vật chất

bị tách rời, (ii) sự vận chuyển, và (iii) sự lắng đọng

Các quy trình sông: sông, suối và các dòng chảy trên mặt đất

Các dòng sông hay suối mang trầm tích trong những dòng chảy của chúng Trầm tích có thể ở trong những vị trí khác nhau của dòng chảy, phụ thuộc và sự cân bằng giữa vận tốc dòng chảy hướng lên các hạt (lực nâng và lôi kéo), và vận tốc

Hạt vật chất bị

tách rời

Vận chuyển

Lắng đọng

lắng của hạt Các mối quan hệ này được thể hiện trong bảng sau cho số Rouse, là một tỷ lệ giữa vận tốc rơi của trầm tích với vận tốc dòng chảy hướng lên

và được vận chuyển một đoạn ngắn, sau đó lại lắng xuống) Nếu vận tốc dòng chảy hướng lên lớn hơn so với vận tốc lắng thì trầm tích sẽ được vận chuyển ở phía trên

bề mặt của dòng chảy

Quy trình gió: Gió đưa đến sự vận chuyển các hạt trầm tích nhỏ, mịn và sự hình

thành các cánh đồng cát và đất từ bụi lơ lửng trong không khí

Quy trình sông băng: Sông băng vận chuyển trầm tích với nhiều kích cỡ khác nhau

và lưu trữ nó trong băng tích

1.1.3 Phân loại xói mòn và trầm tích

Phân loại xói mòn

Xói mòn là kết quả của nhiều quá trình vật lý khác nhau như mưa, dòng chảy

bề mặt, sông suối, lũ lụt, gió, bong tróc, sét đánh, trọng lực…Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài sẽ tập trung xem xét các loại xói mòn do mưa và dòng chảy nước

mưa

Mưa và dòng chảy nước mưa

Mưa và dòng chảy bề mặt do mưa là nguyên nhân gây ra 4 loại xói mòn chính bao gồm xói mòn xới, xói mòn bề mặt, xói mòn dòng chảy chậm bề mặt và xói mòn rãnh Xói mòn xới nhìn chung là bước đầu tiên và ít nguy hại nhất trong quá trính xói mòn đất, diễn tiến tiếp theo là xói mòn bề mặt, sau đó là xói mòn dòng chảy chậm bề mặt và cuối cùng là xói mòn rãnh [28]

Xói mòn xới là do tác động của hạt mưa tạo trên bể mặt đất một hố nhỏ, tách rời các hạt đất Hạt đất bị tách rời có thể bắn cao 0,6m theo chiều thẳng đứng và 1,5m theo chiều ngang so với bề mặt

Khi đất bão hòa nước, hay khi lượng mưa lớn hơn tốc độ nước thâm nhập vào trong đất, dòng chảy bề mặt sẽ xuất hiện, nếu dòng chảy có đủ năng lượng nó sẽ vận chuyển các hạt đất bị tách rời theo chiều dốc gây ra xói mòn bề mặt Xói mòn

bề mặt là sự vận chuyển của các hạt đất bị tách rời do dòng chảy tràn trên bề mặt [19]

Xói mòn do dòng chảy chậm bề mặt xuất hiện khi các dòng chảy yếu trênbề mặt phát triển và tập trung lại với nhau Độ sâu của dòng chảy này thường là một vài cm hay nhỏ hơn

Xói mòn rãnh xảy ra khi xuất hiện các dòng chảy bề mặt tập trung và chảy nhanh hơn trong những rãnh hẹp trong suốt hay ngay lập tức sau khi có mưa lớn hoặc tuyết tan chảy, di rời đất và tạo một rãnh sâu đáng kể

Các dòng sông và suối

Xói mòn bờ là bờ của các dòng sông, suối bị cuốn đi.Điều này khác với các thay đổi ở đáy của nguồn nước.Xói mòn và những thay đổi về hình dáng của bờ

sông có thể được xác định bằng cách cắm mốc giới trên bờ sông và đánh dấu bị trí của bề mặt bờ cùng các mốcgiới tại các thời điểm khác nhau

Xói mòn gió

Xói mòn do gói là một loại ảnh hưởng địa mạo chủ yếu, đặc biệt ở những vùng khô hạn hoặc bán khô hạn Nó cũng là nguyên nhân chính gây suy thoái đất, bốc hơi, sa mạc hóa, bụi bẩn có hại, và thiệt hại cây trồng – đặc biệt sau khi được tăng cường hơn xa tỷ lệ tự nhiên do những hoạt động của con người như phá rừng,

đô thị hóa và nông nghiệp [11]

Xói mòn gió có 2 dạng chính bao gồm: sự ăn mòn (deflation) – khi gió cuốn lên mà mang đi những hạt vật chất nhỏ, liên kết yếu); và mài mòn (abrasion) – khi

bề mặt bị bắn phá, mài mòn bởi các hạt vật chất mang theo trong gió Sự ăn mòn được chia thành 3 loại bao gồm: (i) trượt trên bề mặt (5-25%), nơi các hạt vật chất nặng hơn và lớn hơn trượt hoặc lăn dọc trên bề mặt; (ii) nảy lên (50-70%), nơi các hạt vật chất được nâng lên trong không khí và đưa đi một đoạn ngắn, rồi lại rơi xuống và cứ như thế bị vận chuyển đi trên mặt đất; và (iii) lơ lửng (30-40%), khi những hạt rất nhỏ và nhẹ được nâng lên vào không khí bởi gió và thường được mang đi một khoảng xa [8, 9]

Xói mòn gió nặng nề hơn rất nhiều ở những khu vực khô cằn và trong thời gian bị hạn hán; ví dụ như ở Great Plains, ước tính lượng đất mất đi do xói mòn gió

có thể nhiều hơn 6100 lần so với trong những năm ẩm ướt [27]

mà các tác nhân gây xói mòn như dòng nước có thể mang vật liệu xuống độ cao thấp hơn nữa

Phân loại trầm tích: Trầm tích có thể được phân loại dựa vào kích thước hạt hay

thành phần của nó

Bảng 1.1: Phân loại trầm tích theo kích thước hạt

1.2 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưatrong thi công các công trình GTĐB

1.2.1 Trên thế giới

Đường giao thông, trong và sau khi xây dựng, có nhiều tác động bất lợiđối với môi trường xung quanh, đặc biệt là các tác động do xói mòn và trầm tích.Từ nhiều năm qua, tác động của xói mòn và bồi lắng từ hoạt động của các công trình GTĐB đã được đánh giá và xem xét kỹ lưỡng với nhiều nghiên cứu đến từ các nhà khoa học, các tổ chức khác nhau trên thế giới

Xói mòn trong và sau quá trình xây dựng các công trình GTĐB có thể mang đến một lượng lớn trầm tích, bùn trong các dòng chảy mà có thể làm suy giảm chất lượng nước dẫn đến hủy hoại môi trường sống của các động vật thủy sinh và các vấn đề sinh thái khác [26]

Trong bài báo nghiên cứu được đăng trên tạp chí Streamline, [14] và các cộng sự đã cho thấy dù các hệ thống đường bộ được thiết kế tốt cũng có thể làm thay đổi dòng chảy sông suối và khối lượng trầm tích Các con đường có thể làm gia tăng mất mùa và là nguồn trầm tích lâu dài hay lặp đi lặp lại do xói mòn bề mặt Bằng cách thay đổi tỉ lệ và vị trí xói mòn và bồi lắng, các con đường có thể tác động đến thủy văn và địa mạo, cũng như tác động tiêu cực đến chất lượng nước và môi trường sống thủy sinh

Các con đường mang đến trầm tích do xói mòn gây ra từ các mái dốc đào, đắp, trên bề mặt đường và do chuyển hướng các dòng chảy Các con đường mòn khai thác gỗ tạm, giống như đường rừng, có thể là nguồn trầm tích trong các khu vực nước mặt Chúng cũng ảnh hưởng đến thủy văn tầng dưới do sự gia tăng mật độ khối đất và làm suy giảm độ dẫn thủy lực [7]

Việc xây dựng và sử dụng các con đường rừng dẫn đến sự thay đổi cảnh quan nơi chúng đi qua Tất cả các loại hoạt động lâm sinh, xây dựng không phù hợp

và duy trì không hợp lý “các con đường khai thác gỗ” là nguồn chủ yếu gây ra xói mòn và bồi lắng do con người [26] Hư hỏng đường và xói mòn bề mặt có thể gây

ra một tác động to lớn đối với tài nguyên thiên nhiên và có thể gây ra mất mát kinh

tế nghiêm trọng do các dòng suối bị chặn, suy giảm chất lượng nước, phá hủy các cây cầu và phần đất lưu hai bên đường, khu vực sinh sản bị hủy hoại, giảm đất sản xuất và thiệt hại tài sản [19]

Đường bị hư hại có thể mang cả trầm tích thô và mịn vào các dòng chảy, và

sự tích lũy của nó trong các cơn bão lớn có thể có những ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng, như bồi lấp các ao hồ và làm giảm độ phức tạp của môi trường sống Các nghiên cứu chỉ ra rằng các con đường có thể mang 50-80% trầm tích vào trong những dòng chảy Lượng trầm tích được mang đến từ các con đường rừng có thể lớn hơn 300 lần tại những khu vực đất rừng không bị xáo trộn Những con đường trên đất trang trại và dẫn đến những khu vực nông thôn và ngoại thành cũng có thể mang đến các vấn đề về trẩm tích trong các lưu vực sông [18]

Xói mòn bề mặt từ các con đường có thể cung cấp nguồn trầm tích mịn thường xuyên mà có thể làm suy giảm sự thành công của hoạt động sinh sản của cá hồi.Trầm tích nhỏ từ các con đường thâm nhập vào các con suối lấp đầy các khe hở giữa các viên sỏi dưới đáy, làm giảm khả năng sống sót của trứng các hồi và các côn trùng thủy sinh [18]

Cedarholm đã phát hiện ra rằng trầm tích mịn trong những kẽ sỏi ở bãi đẻ của cá hồi tăng từ 2,6 – 4,3 lần trong những lưu vực sông với tỷ lệ nhiều hơn 4,1 dặm đường trên một dặm vuông đất Matthewsđã kết nối sự gia tăng mật độ đường giao thông với sự gia tăng lượng trầm tích ở sông Noyo Các nghiên cứu khu vực từ lưu vực nội sông Columbia đã chỉ ra rằng cá hồi nước ngọt giống đực không xuất hiện trong những lưu vực sông với tỷ lệ nhiều hơn 1,7 dặm đường trên một dặm vuông đất và NOAA vào năm 1995 đã thiết lập các giới hạn cho mật độ đường trên những khu vực đất rừng quốc gia trong lưu vực sông Columbia không quá 2,5 dặm/1 dặm vuông Cơ quan Dịch vụ cá biển quốc gia Hoa Kỳ (1996) đã ra hướng dẫn cho lưu vực sông đặc trưng cho môi trường sống của cá hồi với mật độ đường giao thông lớn hơn 3 dặm trên 1 dặm vuông tại khu vực lưu vực sông là “chức năng

không phù hợp”, trong khi “điều kiện chức năng phù hợp” được xác định với mật

độ đường tối đa là 2,5 dặm/dặm vuông, với không hoặc một vài đường phụ trợ [18]

Ngoài ra, đô thị hóa có ảnh hưởng lớn đến các quá trình xói mòn, đầu tiên là

sự lột bỏ thảm thực vật che phủ trên mặt đất, thay đổi các mô hình thoát nước, và đầm nén đất trong quá trình xây dựng; và tiếp theo là che phủ đất với lớp bê tông hoặc bê tông nhựa không thấm làm tăng số lượng dòng chảy bề mặt và tăng tốc độ gió [21] Phần lớn trầm tích được mang vào dòng chảy từ các khu vực đô thị (đặc biệt là đường giao thông) bị ô nhiễm nghiêm trọng với nhiên liệu, dầu, và các chất hóa học khác [23] Việc gia tăng dòng chảy này, ngoài việc làm xói mòn và suy thoái đất nơi nó chảy qua, nó cũng gây ra sự gián đoạn lớn xung quanh các lưu vực sông do thay đổi khối lượng và tốc độ nước chảy qua chúng, và lấp đầy chúng với trầm tích bị ô nhiễm các chất hóa học Sự gia tăng dòng chảy qua đường thủy nội địa cũng gây ra một sự gia tăng lớn trong tỷ lệ xói mòn bờ [16]

Văn phòng Di sản và Môi trường thuộc Văn phòng Thủ tướng và Nội các của Úc, trong tài liệu của mình, cho thấy xói mòn và bồi lắng dài hạn từ các con đường không được rải nhựa là không thể tránh khỏi Tuy nhiên, quản lý một cách có hiệu quả có thể giảm thiểu xói mòn và bồi lắng và qua đó làm giảm tất cả chi phí về bảo dưỡng, các rủi ro an toàn công cộng tiềm tàng và các tác động môi trường [24]

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình công nghiên cứu tại các nước phát triển như Hoa Kỳ, Canada, New Zealand… về kiểm soát xói mòn và trầm tích trong thi công các công trình GTĐB được ban hành dưới dạng luật hay hướng dẫn thực hành quản lý trong thi công.Có thể kể ra đây các công trình như “Kiểm soát xói mòn và trầm tích đối với các con đường không rải nhựa” của Văn phòng Di sản

và Môi trường Úc; “Sổ tay Thực hành quản lý tốt nhất cho các công trường xây dựng tại Honolulu” của Sở các dịch vụ môi trường Honolulu; “Sổ tay quản lý chất lượng nước mưa” của Sở GTVT bang California, Hoa Kỳ; hay “Sổ tay các con đường và môi trường” của WB…

Một số bang tại Hoa Kỳ thậm chí còn ban hành Luật Kiểm soát Xói mòn và Trầm tích để ngăn chặn sự hủy hoại tài sản và các nguồn tài nguyên thiên nhiên do xói mòn, trầm tích và dòng chảy phi nông nghiệp gây ra (như Luật Kiểm soát Xói mòn và Trầm tích của bang Virginia, Hoa Kỳ có hiệu lực bắt đầu từ ngày 01 tháng 7 năm 2013)

1.2.2 Tại Việt Nam

Các công trình nghiên cứu bảo vệ đất đầu tiên đựơc tiến hành từ những năm

1960, do Viện Nông hoá thổ nhưỡng - trường Đại học Tổng hợp, trường Đại học Nông nghiệp, trường Đại học Lâm nghiệp, Đại học Sư phạm Hà Nội và một số trung tâm khác thực hiện

Tuy nhiên, do nghiên cứu bảo vệ đất thường đòi hỏi kinh phí lớn và phương tiện hiện đại, nên những công trình nghiên cứu còn ít và chưa hệ thống, các phương tiện nghiên cứu còn đơn giản; nên vẫn còn rất ít ỏi những thông tin về xói mòn ở Việt Nam, chưa đủ thông tin cho việc phân tích quy luật để dự báo xói mòn, xây dựng biện pháp bảo vệ đất ở Việt Nam

Theo Nguyễn Quang Mỹ, lịch sử nghiên cứu xói mòn ở nước ta có thể chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Trước năm 1954

Giai đoạn này xói mòn đất hầu như chưa được nghiên cứu đưa lên thành lý luận.Một số biện pháp canh tác chống xói mòn mang tính sơ khai như làm ruộng bậc thang, kè cống… mới bước đầu xuất hiện [4]

- Giai đoạn 2: Từ 1954 đến 1975

Nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ những năm 1960.Trong thời gian này, miền Bắc xây dựng nhiều nông trường, nông trang, các hợp tác xã nông nghiệp Ở khu vực trung du và miền núi nước ta chủ yếu là đất đá, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có hiệu quả đất đai được nhiều người chú ý, nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trường Sơn v.v Ở các

nông trường, nông trang đã đã ra hàng loạt các biện pháp chống xói mòn [4]

Giai đoạn này đã bắt đầu xuất hiện một số công trình nghiên cứu về xói mòn đất, nổi bật là công trình nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Bình (1962), Nguyễn Quý Khải (1962), Cao Văn Bính (1962) về ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa ra các tiêu chí bảo vệ pất, sử dụng và khai thác đất đai Các tác giả Tôn Gia Huyên, Chu Đình Hoàng, Nguyễn Xuân Kỳ, Nguyễn Quý Khải, Bùi Ngạnh (1963) [3] v.v đã tập trung nghiên cứu về xói mòn khu vực và biện pháp, công trình trồng cây xanh che phủ đất chống xói mòn ở Tây Bắc, Bắc Thái (cũ), Phú Thọ (cũ), Sơn La và Lào Cai

- Giai đoạn 3: Từ 1975 đến nay

Nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất được triển khai trong giai đoạn này và áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, xây dựng hàng loạt các khu quan trắc kiên cố như trạm nghiên cứu xói mòn An Châu (Hữu Lũng – Lạng Sơn), trạm Ekmat (Buôn Ma Thuột), trạm nghiên cứu xói mòn đất Tây nguyên Trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu đã đi theo hướng định lượng như công trình nghiên cứu của Phạm Ngọc Dũng (1991) [6] về ứng dụng phương trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm năng xói mòn đất và đưa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây Nguyên

Đi sâu vào nghiên cứu kiểm soát xói mòn và bồi lắngtrong xây dựng hệ thống GTĐB thì hầu như chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về vấn đề kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn thi công các công trình này

Về khung quy định và luật pháp, Nhà nước Việt Nam cũng đã xây dựng một

hệ thống quy định pháp lý chặt chẽ nhằm đảm bảo việc bảo vệ môi trường khi triển khai các dự án bao gồm Hiến pháp, Luật Bảo vệ môi trường, các nghị định và thông

tư hướng dẫn liên quan Luật Bảo vệ môi trường (BVMT) năm 2014 cung cấp khung pháp lý chung và cơ bản cho các quy định về môi trường tại Việt Nam Luật

BVMT quy định các hoạt động bảo vệ môi trường, chính sách, biện pháp và nguồn lực để bảo vệ môi trường; quyền hạn chung của chính quyền trung ương và địa phương đối với việc bảo vệ môi trường; quyền và nghĩa vụ của tổ chức, hộ gia đình

và cá nhân trong việc bảo vệ môi trường Hiến pháp (các Điều 29 và 31) và các luật khác, trong đó bao gồm Luật BVMT 2014, hướng dẫn đối với sự phòng tránh, tối thiểu và giảm thiểu các tác động tiêu cực; thúc đẩy sư bền vững của môi trường; và thúc đẩy việc ra các quyết định thông báo về bảo vệ môi trường

Ngoài ra, đối với các dự án được tài trợ bởi Ngân hàng Thế giới hay Ngân hàng Phát triển Châu Á hay các tổ chức tài chính khác, trong các báo cáo Đánh giá Môi trường thường đưa ra các chỉ dẫn tương đối cụ thể đối với các những tác động môi trường và các biện pháp ứng phó, giảm nhẹ hay giảm thiểu bao gồm cả những vấn đề liên quan đến kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa Các tài liệu này chỉ, một phần hoặc đầy đủ, nêu ra tên gọi của các biện pháp còn những hướng dẫn kỹ thuật chi tiết cho các biện pháp thì không nằm trong nhiệm vụ và phạm vi của những báo cáo này

1.2.3 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công tại khu vực nghiên cứu

Các ghi chép tại dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai cho thấy trong giai đoạn thi công thì xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa gây ra là một trong những tác động môi trường nghiêm trọng nhất, đặc biệt tại những khu vực không có hay các biện pháp kiểm soát chúng được coi là không có hiệu quả Nhiều diện tích đất canh tác nông nghiệp và nước mặt nuôi trồng thủy sản bị ô nhiễm và lấp đầy bởi trầm tích do xói mòn từ dự án Một số khu dân cư nằm sát chân taluy đường có tài sản bị hủy hoại bởi xói mòn và bồi lắng Ngoài ra, một số đoạn đi qua hay chạy dọc các lưu vực sông, trầm tích là một vấn đề nghiêm trọng tác động đến hướng và tốc độ dòng chảy góp phần gây ra xói lở bờ và làm suy thoái môi trường sống thủy sinh hạ lưu

Trong các tài liệu hợp đồng như Tiêu chuẩn kỹ thuật, ĐTM, hay các kế hoạch bảo vệ môi trường (KHBVMT) của dự án đều không đưa ra được các chỉ dẫn

rõ ràng cho các biện pháp kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa Việc triển khai các biện pháp này trên thực tế có các mức độ hiệu quả khác nhau phụ thuộc vào kinh nghiệm và sự cam kết của các nhà thầu thi công cũng như hiệu quả của hoạt động tư vấn, giám sát và quản lý của chủ đầu tư Tuy nhiên, nhìn chung hiệu quả của các biện pháp này là không cao

CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai là một phần của hành lang giao thông Côn Minh – Hải Phòng với điểm đầu nối với đường vành đai 3 trên đường cao tốc Thăng Long – Nội Bài và đường cao tốc Nội Bài – Hạ Long, đi qua thành phố Hà Nội, các tỉnh Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Yên Bái và Lào Cai Điểm cuối đặt tại tổ 13, làng Ân Quang, xã Kim Quang, huyện Bát Xát tỉnh Lào Cai Điểm cuối này được nối với đường cao tốc Côn Minh – Hà Khẩu

Toàn bộ tuyến đường nằm trong khu vực miền Đông Bắc và được chia ra làm 4 đoạn, bao gồm đoạn Nội Bài – Việt Trì, đoạn Việt Trì – Yên Bái, đoạn Yên Bái – Lào Cai và đoạn tuyến thuộc tỉnh Lào Cai Tuyến đường cao tốc chủ yếu băng qua các khu vực cánh đồng lúa, các khu rừng trồng và hệ thống đồi núi thấp với độ cao trung bình so ới mặt nước biển trong khoảng 0 – 150m Địa hình đoạn tuyến từ Nội Bài tới Việt Trì có độ cao trung bình dưới 100 mét so với mặt nước biển, đoạn tuyến từ Việt Trì tới Lào Cai có độ cao trung bình từ 120 đến 150 m

Địa điểm nghiên cứu bao gồm gói thầu A1 và A2, trong đoạn từ Sóc Sơn hết địa phận tỉnh Vĩnh Phúc.Tuyến xuất phát từ Km 0 từ vành đai III trên đường Bắc Thăng Long – Nội Bài và là điểm đầu của đường cao tốc Nội Bài – Hạ Long) sau

đó tuyễn rẽ trái vượt QL2 ở Km 1+590 (trùng với lý trình Km 8+450 của QL2) Từ

Km 2 đến Km 6 tuyến cao tốc đi bên phải và cách QL2 hiện tại khoảng 0,8 – 1 km, cắt đường vành đai 4 (quy hoạch) tại Km 5+000 Từ Km 6 đến Km 15 tuyến đi bên phải đường sắt Hà Nội – Lào Cai tránh thị xã Phúc Yên và thị trấn Hương Canh, bám đường tỉnh 302 bên trái song Bòn, giao cắt với đường tỉnh 302 gần phía Nam cầu Bòn (Km 19+790, tương ứng lỹ trình Km 5+500 của tỉnh lộ 302) Từ Km 15 đến Km 34 tuyến đi theo sường phải Bắc núi Đinh, tránh các khu vực quy hoạch của thành phố Vĩnh Yên, giao cắt với QL2B (Km 25+740, tương ứng lỹ trình Km 5+200 của QL2B) phía Nam cầu Hữu Thủ, tuyễn tiếp tục đi theo hướng Đông – Tây

qua thôn Cẩm Trạch, xã Đạo Tú và giao cắt với QL2C (Km 30+760, tương ứng lỹ trình Km 6+200 của tỉnh lộ 310), vượt sông Phó Đáy tại vị trí cách cầu Bến Gạo khoảng 1 km về phía thượng lưu Tuyến tiếp tục đi theo hướng Đông – Tây, phía Bắc khu dân cư thôn Đại Lữ và Hoàng Chung, xã Tiên Lữ, huyện Lập Thạch và giao cắt với tỉnh lộ 305 (Km 36+430, tương ứng lý trình Km 3+500 của tỉnh lộ 305), cắt tỉnh lộ 311 (Km 40+972, tương túng lỹ trình Km 3+500 của tỉnh lộ 311), qua phía Bắc hồ Viên Thanh, sau đó tuyến vượt song Lô tại vị trí cách bến phà Đức Bác 2,5 km về phía thượng lưu Tổng chiều dài toàn tuyến là 48,680 km

2.1.2 Điều kiện tự nhiên môi trường khu vực nghiên cứu

Đoạn từ Hà Nội tới Việt Trì đi qua vùng đồng bằng Bắc Bộ khá bằng phẳng, hơi nghiêng ra biển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, và vùng đồng bằng xen đồi cao từ 50 m đến 70m

Đoạn tuyến thuộc địa hình xâm thực tích tụ cao xen lẫn đồi núi được định hình bởi xâm thực và tích tụ của sông Hồng trong suốt Hệ tứ Pliocene Cao độ bề mặt địa hình thay đổi từ 15 đến 25m, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam với độ dốc 10o – 20o

Hiện tại trong khu vực địa hình này, quá trình rửa trôi bề mặt, thành tạo mương rãnh và xâm thực tích tụ của sông là các yếu tố thiết yếu nhất trong quá trình ngoại sinh với tác động biến đổi bề mặt địa hình.Khu vực địa hình này bao gồm hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13vp), Phan Lương (N13pl); Thác Bà (PR3tb) and Núi Con Voi (PR1nv2)

Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13vp, Pleitocen Thượng) có các nguồn gốc sau đây: trầm tích sông, trầm tích hỗn hợp sông – hồ - đầm lầy và trầm tích sông – biển, phân bố ở ven đồng bằng thuộc các vùng Sóc Sơn, Việt Trì dưới dạng thềm cao độ tuyêt đối 6 – 20m Loại trầm tích này được thấy ở độ sâu lỗ khoan 20 – 40m và bao gồm: sỏi, cát, bột, sét (sét có màu loang lổ)

Hệ tầng Phan Lương (N13pl, Miocence Thượng) bao gồm 2 phần có tổng bề dày hệ tầng khoảng 500m Phần dưới: tảng kết, cuội kết (hạt cuội là thạch anh,

quarzit, cát kết, Granit) sạn kết, cát kết, chứa thấu kính sạn cát kết, thấu kính than lignit Phần trên: bột kết, cát kết xen đá sét kết

Đá biến chất của Hệ tầng Thác Bà (PR3tb, Neoproterozoic) phân bố trong tỉnh Vĩnh Phúc gồm có hai phần: Phần dưới chủ yếu là đá phiến thạch anh – biotit, graphit, xen kẽ ít lớp mỏng gneiss biotit bị migmatit hoá Phần trên chủ yếu là đá phiến thạch anh – mica, đá phiến silimanit xen ít lớp mỏng quarzit chứa mica.Bề dày hệ tầng khoảng 700m

Hệ tầng Núi Con Voi (PR1nv) các thành tạo biến chất gồm chủ yếu các đá gneiss

Nguồn tài nguyên đất tại các tỉnh trong khu vực dự án khá đa dạng và phong phú, thích hợp cho nhiều loại hình canh tác nông lâm nghiệp và cây nguyên liệu phục vụ công nghiệp Trong khu vực dự án, một số mẫu đất đã được lấy tại 2 điểm đại diện Một số chỉ tiêu thông thường về chất lượng đất đãđược lựa chọn để phân tích với các phương pháp phân tích được áp dụng theo TCVN 5297:1995 đối với các chỉ tiêu về dinh dưỡng như N, P, chất hữu cơ v.v…, TCVN 5979:1996 cho việc xác định pH và TCVN 6649:2000 đối với các nguyên tố kim loại nặng Kết quả phân tích được trình bày ở bảng dưới đây

Bảng 2.1: Kết quả phân tích một số mẫu đất khu vực dự án

pH Chất

hữu

cơ (%)

N ts (%)

P ts (%)

Cu (mg/kg)

Zn (mg/kg)

Cd (mg/kg)

Hg (mg/kg)

As (mg/kg)

Pb (mg/kg)

Đợt thu mẫu tháng 3 năm 2007

2.1.3 Thời gian nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu trên thực địa của đề tài được tiến hành trong mùa mưa năm 2012, từ tháng 4 đến tháng 10khi dự án đang trong giai đoạn thi công nền đất đắp.Đây là giai đoạn mà tác động gây ra bởi xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa là nghiêm trọng nhất

Hiện tại, dù dự án đã hoàn thành giai đoạn 1 và đưa vào vận hành, tuy nhiên luận văn đã sử dụng các kết quả đánh giá về xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn xây dựng của dự án để tổng hợp, phân tích qua đó xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa có thể áp dụng chung cho các dự án GTĐB khác

2.2 Phương pháp luận

Phương pháp luận của luận văn là phân tích các điều kiện tự nhiên, xã hội của khu vực nghiên cứu, các quy trình và đặc điểm thi công của từng hạng mục trong suốt các giai đoạn thi công qua đó tìm ra các tác động môi trường chủ yếu gây

ra bởi xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa, qua đó xây dựng các biện pháp kỹ thuật phù hợp nhằm kiểm soát chúng

2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu có liên quan: đề

tàiđã tiến hành phân tích, tổng hợp các công trình nghiên cứu có liên quan về các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công các công trình GTĐB trên thế giới cũng như tại Việt Nam Trên cơ sở đó, rút ra một số vấn

đề có tính lý luận và thực tiễn liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài Một số công trình được tổng hợp, phân tích như “Sổ tay chất lượng nước mưa, 2003” của Sở GTVT California, Hoa Kỳ; “Xói mòn bề mặt đường giao thông” của Elizabeth J Baird và các cộng sự; hay “Ảnh hưởng của các yếu

tố địa hình đến xói mòn đất ở Việt Nam, 1995” và “Xói mòn đất hiện đại và các biện pháp chống xói mòn, 2005” của Nguyễn Quang Mỹ…

- Phương pháp thống kê được sử dụng đối với các số liệu về kinh tế - xã hội, môi trường, khí tượng và thuỷ văn liên quan

- Phương pháp khảo sát thực địa bao gồm việc khảo sát địa hình, tiến độ thi

công, tổ chức và sắp xếp công trường thi công, các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa được áp dụng, có thể bao

gồm việc lấy mẫu môi trường, phân tích trong phòng thí nghiệm theo các quy định tiêu chuẩn Việt Nam để xác định các thông số chất lượng môi trường nếu cần thiết (khảo sát về chất lượng nước, đất của khu vực bị tác

động)

- Phương pháp điều tra xã hội được sử dụng để phỏng vấn người dân địa

phương và lãnh đạo các địa phương, các đơn vị nhà thầuthi công tại khu vực

dự án Hoạt động thu thập thông tin được thực hiện thông qua các cuộc họp cộng đồng, họp với chính quyền địa phương và đại diện người dân có tài sản

bị ảnh hưởng hay phỏng vấn trực tiếp những hộ bị tác động Các cuộc họp chuyên môn cũng được tổ chức giữa các bên liên quan tham gia dự án để xác định năng lực tuân thủ các biện pháp bảo vệ môi trường trong đó có kiểm

soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa

- Phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia được thực hiện thông qua các cuộc

họp, tham vấn về xây dựng và đề xuất về các biện pháp giảm thiểu các tác động tiêu cực của dự án do xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa gây ra Các chuyên gia được mời tham vấn bao gồm trong các lĩnh vực khác nhau như nhóm chuyên gia môi trường và xã hội, chuyên gia địa chất,

kỹ sư đường, kỹ sư kết cấu

- Phương pháp phân tích hệ thống: được sử dụng để rút ra các kết luận có tính

khoa học trong việc áp dụng các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa được áp dụng trên công trường trong giai đoạn thi công

Luận văn sử dụng phương pháp mô hình lý thuyết để dự báo xói mòn, do tính chất xói mòn trên toàn khu vực nghiên cứu là tương đối đồng nhất và ít thay đổi theo không gian

Luận văn cũng sử dụng mô hình kinh nghiệm dựa vào tổng kết từ các quan sát thực tế để đánh giá xói mòn đất do mưa và dòng chảy nước mưa trong khu vực dự án

Hình 2.1: Sơ đồ tuyến đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai, đoạn Km 0 – 48+680

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phân loại đất xây dựng và phân cấp tính xói mòn đất

3.1.1 Phân loại đất xây dựng và quy định về đất xây dựng nền đường của dự án đường cao tốc NB - LC

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5747:1993 thì: “Đất xây dựng là mọi loại đất đá hoặc đá, kể cả đất trồng và những vật chất phế thải của sản xuất và đời sống, vốn là một hệ nhiều thành phần, biến đổi theo thời gian, được sử dụng làm nền, môi trường phân bố công trình hoặc vật liệu để xây dựng công trình”

Cũng theo tiêu chuẩn này, hệ phân loại dựa trên thành phần của hạt đất Trình tự phân loại được thực hiện lần lượt như sau:

 Dựa trên thành phần kích thước hạt chiếm ưu thế trong đất để phân chia nó thành hai nhóm lớn là hạt thô và hạt mịn;

 Dựa trên hàm lượng các hạt để phân chia nhóm đất hạt thô thành các phụ nhóm;

 Dựa trên các giá trị giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo để phân chia nhóm đất hạt mịn thành các phụ nhóm

Chi tiết phân loại đất xây dựng xem thêm trong TCVN 5747:1993 “Đất xây dựng – Phân loại”

Đối với dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai, trong Phần 3 “Công tác đất”, Mục 03400 “Xây dựng nền đắp” của Tiêu chuẩn Kỹ thuật của dự án có đưa ra các yêu cầu cụ thể về vật liệu đắp nền đường

Theo đó, các loại vật liệu khai thác từ việc đào lòng đường sẽ được sử dụng

để làm nền đắp nếu đáp ứng các yêu cầu đối với vật liệu đắp.Trong hầu hết các trường hợp, vật liệu đắp phải có dạng hạt, có thể là cát và sỏi cuội tìm thấy xung quanh khu vực dự án.Trong Tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án cũng quy định cụ thể về kích thước, thành phần hạt của đất, giới hạn nhão, chỉ số dẻo của đất, các loạt đất không phù hợp và độ chặt sau khi đầm nén của đất đắp

3.1.2 Phân cấp tính xói mòn của đất

Bảng 3.1 bên dưới đây trình bày loại đất và phân loại, phân cấp tính xói mòn của đất Phân loại đất trong bảng 3.1 được sử dụng theo phân loại đất bằng thành phần hạt cát, bụi và sét được sử dụng bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ

Ghi chú: Phân loại đất theo cấp hạt tham chiếu theo Hình 3.1

Theo bảng 3.1 “Đất và phân cấp tính xói mòn đất” ta thấy trong điều kiện môi trường như nhau thì khả năng xói mòn xảy ra thấp đối với những vật liệu mà hạt vật liệu có trọng lượng lớn và kích thước lớn Ngoài ra, vật liệu có tính dẻo cao

và giới hạn chảy thấp, như đất sét hay sét pha cũng có khả năng xói mòn thấp hơn

do vật liệu có được khả năng biến dạng tức thời không đàn hồi, có biến dạng thể tích không đáng kể và không bị rạn nứt.Theo quy định về đất xây dựng trong Tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 5747:1993 và Tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án thì đất thi công nền đường là loại vật liệu nằm trong xếp loại xói mòn đất ở mức độ thấp đặc biệt sau khi được đầm nén

Nguồn: [22]

Hình 3.1: Phân loại đất theo thành phần hạt cát, bụi và sét được sử dụng bởi Bộ

Nông nghiệp Hoa Kỳ

3.2 Tình hình xói mòn và bồi lắng do mưa dòng chảy nước mưa trong khi thi công tại khu vực nghiên cứu

3.2.1 Tác động của mưa và dòng chảy nước mưa đến xói mòn tại khu vực nghiên cứu

Trong thời gian mùa mưa, từ cuối tháng 4 kéo dài đến tháng 10, lượng mưa trung bình đạt từ 1400mm đến 1600mm, chiếm 80% tổng lượng mưa cả năm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau chỉ chiếm 20% tổng lượng mưa trong năm

Nguồn: [25]

Hình 3.2: Biểu đồ lượng mưa các tháng trong năm 2012 tỉnh Vĩnh Phúc

Do đặc điểm của các công trình GTĐB nói chúng cũng như tại khu vực nghiên cứu nói riêng, trong quá trình xây dựng, khối lượng công việc chủ yếu là đắp nền đường với hàng triệu tấn đất được sử dụng Bề mặt nền đường không được bảo

vệ trong suốt thời gian xây dựng, do đó, xói mòn xảy ra chủ yếu trên khu vực này.Bề mặt nền đường rộng và trải dài, với các độ dốc khác nhau Độ dốc lớn nhất của bề mặt nền đường là tại các khu vực hai bên đường dẫn lên cầu với độ dốc lớn tùy theo thiết kế và có thể kéo dài hàng trăm mét Theo nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ thì chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất.Chiều dài càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dầy, tốc độ và năng lượng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất càng xảy ra mạnh Nếu tăng chiều dài sườn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần [5] Cũng theo Nguyễn Quang Mỹ thì độ dốc tăng 2 lần thì xói mòn tăng từ 2 đến 4 lần [4]

Ngoài ra, tổng lượng mưa và tính chất của mưa, thời gian và cường độ mưa cũng là yếu tố tác động mạnh đến xói mòn.Thời gian mưa càng lớn, cường độ mưa càng cao thì quá trình xói mòn xảy ra càng mạnh.Sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nước trong một đợt mưa và lượng mưa trung bình tháng,

Tháng 12 Trạm Vĩnh Yên Trạm Tam Đảo

năm Trong điều kiện như nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần [5]

Bằng phương pháp mô hình kinh nghiệm kết hợp với lý thuyết về xói mòn của Zachar và Dusan [28] và nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ [4, 5] có thể dự báo xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa gây ra đối với công trình GTĐB trong giai đoạn xây dựng theo sơ đồ sau:

Hình 3.3:Sơ đồ xói mòn bề mặt do mưa và dòng chảy nước mưa

Xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa xảy ra mạnh tại khu vực có độ dốc lớn và dốc trải dài như tại các vị trí đường dẫn lên cầu, nếu không có các biện pháp kiểm soát dòng chảy nước mưa, các rãnh xói mòn lớn sẽ xuất hiện trên mái dốc nền đường trong vị trí cách đầu cầu khoảng 50 m – 100 m do bề mặt nền đường cũng dốc sang 2 bên với độ dốc 2% Trên các mái dốc của nền đường, tần suất xuất hiện xói mòn được dự báo là sẽ xuất hiện dày nếu không có biện pháp kiểm soát, tuy nhiên kích thước của các rãnh xói mòn do dòng chảy nước mưa bắt nguồn từ trên thân mái dốc thường có kích thước nhỏ hơn

Trầm tích do xói mòn chủ yếu xảy ra trên bề mặt nền đất thi công, chiếm khoảng 70% tổng lượng trầm tích Trên phần mái dốc, thường có độ dốc 1H:1V đến 2H:1V, chiếm 30% tổng lượng trầm tích do xói mòn Điều này do bề mặt thi công nền đất đắp rộng, phẳng, có độ dốc dọc lớn tại các khu vực đầu cầu và độ dốc ngang

Xói mòn bề mặt

Xuất hiện khi các dòng chảy yếu trên bề mặt phát triển và tập trung lại với nhau, độ sâu của dòng chảy này thường là một vài cm hay nhỏ

hơn

Xói mòn do dòng chảy chậmbề mặt

di dời đất và tạo một rãnh có độ sâu đáng kể

Xói mòn rãnh

2% không được bảo vệ nhanh tạo thành dòng chảy bề mặt tập trung lớn; ngược lại, trên các mái dốc nền đường thường có độ dốc lớn, chiều dài mái dốc ngắn, bề mặt

gồ ghề và/hay được phân cấp, nên khả năng nước mưa tập trung thành dòng chảy lớn rất thấp do đó lượng trầm tích bị kéo theo dòng chảy trên khu vực này là thấp hơn so với bề mặt nền đường.Trầm tích chủ yếu là cát mịn và bùn, có kích thước từ 0,125 mm trở xuống

3.2.2 Các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa đãđược áp dụng tại khu vực nghiên cứu

Dù tác động của xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa gây ra trong khu vực dự án tại thời điểm thi công đã được đánh giá tương đối đầy đủ trong ĐTM của dự án, tuy nhiên, không có biện pháp nào được đề xuất để kiểm soát vấn

đề này trong các tài liệu hợp đồng của dự án

Do đó, trong quá trình thi công, các biện pháp được áp dụng chủ yếu phụ thuộc vào năng lực, kinh nghiệm của các nhà thầu, đơn vị tư vấn giám sát và của chủ đầu tư

Một số các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa được áp dụng trên công trường như dưới đây

Hình 3.4: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 23+900 – Km 25+000

- Km 23+900 đến Km 25+000: bên trái tuyến các đường điều hướng dòng

chảy nước mưa được áp dụng bên trên vai đường và bên dưới chân mái dốc kết hợp

với các rãnh thoát nước mái dốc được phủ bạt tráng nhựa được bố trí cách nhau khoảng 200m Bên trên mái dốc được bảo vệ bằng biện pháp trồng cỏ lá tre.Bên phải tuyến chỉ áp dụng biện pháp bảo vệ mái dốc bằng trồng cỏ lá tre.Biện pháp được duy trì trong thời gian thi công Qua quá trình quan sát thấy mái dốc phía bên trái tuyến không có các rãnh xói mòn lớn bắt đầu từ vai đường trên, các rãnh xói mòn nhỏ vẫn xuất hiện trên mái dốc nhưng không đáng kể Áp dụng các biện pháp này nhằm tập trung dòng chảy nước mưa thoát qua rãnh thoát nước mái dốc cũng như chia nhỏ dòng chảy nước mưa qua việc bố trí nhiều rãnh thoát ở trong phạm vi phù hợp khoảng 5000 m2/rãnh Mái dốc bên phải tuyến có 2 vị trí xuất hiện rãnh xói mòn lớn bắt nguồn từ vai đường với kích thước mở rộng lên đến 60 cm trên phía đỉnh rãnh, sâu trung bình 50 cm và mở rộng phạm vi xói đến 120 cm dưới chân dốc, các rãnh xói mòn nhỏ bắt nguồn từ bề mặt mái dốc không đáng kể

Một số vị trí khác như đoạn Km 22+500 – Km 22+900 và Km 43+000 – KM 43+500 cũng áp dụng biện pháp trồng cỏ lá tre trên 2 mái dốc của nền đường, qua quan sát và tổng hợp thì hiện tượng xói mòn tương tự như mái dốc phía bên phải tại đoạn Km 23+900 – Km 25+000

Hình 3.5: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km

41+600 – Km 41+900

- Km 41+600 đến Km 41+900: Mái dốc được che phủ tạm thời bằng phương

pháp trồng cỏ voi, các gốc cỏ được trồng cách nhau một khoảng 15 cm Quan sát

cho thấy có sự xuất hiện của các rãnh xói mòn bắt đầu từ vai đường, các rãnh này xuất hiện nhiều nhưng kích thước không lớn với kích thước trung bình có chiểu rộng khoảng 30 cm sau đó phân tán dần thành các rãnh nhỏ hơn, sâu khoảng 15 cm

và nông dần Điều này do dòng nước tập trung bị phân tách do các gốc cỏ và năng lượng dòng chảy giảm dần khi chảy qua khu vực trồng cỏ Các rãnh có chiều hướng

mở rộng và đào sâu hơn qua các cơn mưa, biểu hiện rõ rệt qua các cơn mưa có cường độ lớn

Hình 3.6: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km

47+200 – Km 47+900

- Km 47+200 đến Km 47+900: Bờ điều hướng dòng chảy nước mưa tạm thời

kết hợp với rãnh thoát nước mái dốc không được che phủ Quan sát cho thấy, rãnh thoát nước bị xói mòn do dòng chảy tập trung từ bờ điều hướng mở rộng, đào sâu Không xuất hiện các rãnh xói lớn từ vai đường tại khu vực này; các rãnh xói mòn nhỏ xuất hiện nhiều trên mái dốc do không có biện pháp bảo vệ Trầm tích bị vận chuyển và bồi lắng trong phạm vi 30 mét kể từ chân mái dốc Các rãnh xói bị mở

rộng và đào sâu qua các cơn mưa

Tại các khu vực không có biện pháp kiểm soát được áp dụng, các rãnh xói lớn bắt nguồn từ vai đường xuất hiện thường xuyên với kích thước lớn, đặc biệt tại các khu vực cuối các đoạn dốc dọc ngắn Các rãnh bị mở rộng và đào sâu rất nhanh

qua các đợt mưa do dòng chảy nước mưa tập trung vào các khu vực này với cường

độ lớn, vận tốc chảy nhanh Một số rãnh xói có thể đạt tới kích thước rộng 3 m, sâu

5 m như tại đoạn Km 42+420.Các rãnh xói mòn bắt nguồn trên bề mặt mái dốc xuất hiện dày đặc

Trầm tích chủ yếu là cát mịn và bùn, có kích thước từ 0,125 mm trở xuống được xác định là bị xói mòntheo dòng chảy nước mưa, tràn vào và bồi lắng tại các khu vực đất, nước canh tác nông nghiệp gây tác động nặng nề lên các khu vực này Một số khu vực bị thiệt hại hoàn toàn và một số vị trí là không thể khôi phục lại được do thiết bị cải tạo không có khả năng tiếp cận và khó có thể thực hiện bằng biện pháp thủ công Một số vị trí bị tác động điển hình trong phạm vi khu vực nghiên cứu được trình bày trong bảng dưới đây: