Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất kết cấu mặt đê đảm bảo chống lũ và kết hợp giao thông

Trong quá trình cải tạo nâng cấp các tuyến đê sông có kết hợp giao thông hiện nay chủ yếu được thực hiện theo kinh nghiệm hoặc trên cơ sở các tiêu chuẩn, quy phạm về giao thông, thủy lợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ ĐỀ XUẤT KẾT CẤU MẶT ĐÊ ĐẢM BẢO CHỐNG LŨ VÀ KẾT HỢP GIAO THÔNG

HÀ NỘI, NĂM 2017

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Huế

GS.TS Lê Kim Truyền

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Đặng Công Hưởng

LỜI CÁM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS NGUYỄN HỮU HUẾ, GS.TS LÊ KIM TRUYỀN là các thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện Luận án Xin cảm ơn các thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ, hướng dẫn giúp đỡ trong thời gian tác giả thực hiện Luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học trong và ngoài trường Đại học Thủy lợi

đã có nhiều đóng góp quý báu, chân tình và thẳng thắn để tác giả hoàn thành Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Đại học Thủy lợi, Khoa Công trình, Viện

Kỹ thuật công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, Bộ môn Công nghệ và quản lý xây dựng, các phòng ban của Trường đã có những giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Tỉnh ủy Bắc Ninh, UBND tỉnh Bắc Ninh, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bắc Ninh và các đơn vị của Sở đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và công tác

Tác giả xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp, các thầy cô trường Đại học Giao thông vận tải, Đại học Mỏ địa chất, Công ty Cổ phần tư vấn kiểm định giao thông - xây dựng và thi công xây dựng, Công ty cổ phần xây dựng dịch vụ và thương mại 68, Công ty Cổ phần xây dựng thủy lợi Hải Dương, Nhà máy Nhiệt điện Đông Triều đã phối hợp, giúp

đỡ, tạo điều kiện trong quá trình tác giả nghiên cứu

Tác giả xin cám ơn các bạn đồng nghiệp, bạn bè trong và ngoài nước đã giúp đỡ, động viên tác giả nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, là chỗ dựa vững chắc để tác giả hoàn thành việc nghiên cứu của mình

Tác giả luận án

Đặng Công Hưởng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Cách tiếp cận 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án 3

5.1 Ý nghĩa khoa học 3

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

6 Cấu trúc của Luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG KẾT HỢP GIAO THÔNG 4

1.1 Quá trình hình thành và phát triển hệ thống đê sông 4

1.1.1 Trên thế giới 4

1.1.2 Ở Việt Nam 6

1.2 Hệ thống đê sông tỉnh Bắc Ninh 11

1.2.1 Đặc điểm thủy văn, sông ngòi và địa chất công trình 12

1.2.2 Quy định về tiêu chuẩn phòng lũ đối với các tuyến đê sông tỉnh Bắc Ninh 17 1.2.3 Cao trình đỉnh đê hiện trạng các tuyến đê sông tỉnh Bắc Ninh 19

1.2.4 Quy hoạch hệ thống đê sông kết hợp làm đường giao thông tỉnh Bắc Ninh19 1.3 Các nghiên cứu ở trong và ngoài nước về đê kết hợp giao thông 21

1.3.1 Nghiên cứu ở trong nước 21

1.3.2 Nghiên cứu của nước ngoài 22

1.4 Sử dụng chất kết dính để gia cố đất trên thế giới và Việt Nam 25

1.4.1 Nghiên cứu, sử dụng xi măng gia cố đất trên thế giới 25

1.4.2 Nghiên cứu, sử dụng xi măng gia cố đất ở Việt Nam 27

1.5 Những vấn đề đặt ra cho nghiên cứu đê kết hợp giao thông 29

1.6 Kết luận chương 1 33

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ CẢI THIỆN ĐẤT THÂN ĐÊ ĐẢM BẢO YÊU CẦU CHỐNG LŨ VÀ KẾT HỢP GIAO THÔNG 34

2.1 Các giải pháp gia cố đất hiện nay 34

2.1.1 Giải pháp thay thế nền 34

2.1.2 Các giải pháp cơ học 35

2.1.3 Các giải pháp hóa học 37

2.1.4 Các phương pháp vật lý gia cố đất 37

2.1.5 Các giải pháp thủy lực học 37

2.2 Cơ sở khoa học lựa chọn cấp phối và vật liệu gia cố đất thân đê 39

2.2.1 Lý thuyết đường cong cấp phối 39

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu và đánh giá chất lượng mẫu gia cố 42

2.2.3 Nghiên cứu sử dụng xi măng kết hợp tro bay để gia cố đất 44

2.3 Kết luận chương 2 52

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐÊ KẾT HỢP LÀM ĐƯỜNG GIAO THÔNG 53

3.1 Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng 53

3.1.1 Vật liệu và thành phần của lớp đất thân đê gia cố 53

3.1.2 Kết quả thí nghiệm trong phòng và phân tích lớp đất thân đê gia cố 56

3.1.3 Vật liệu và thành phần của cấp phối đá dăm gia cố 68

3.1.4 Kết quả thực nghiệm trong phòng và phân tích cấp phối đá dăm gia cố 71

3.2 Nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trường 74

3.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm gia cố lớp đất thân đê 75

3.2.2 Thực nghiệm hiện trường xác định hệ số thấm 95

3.2.3 Đánh giá tác động của hỗn hợp đất gia cố đối với môi trường 98

3.2.4 Kết quả thực nghiệm hiện trường lớp cấp phối đá dăm gia cố tro bay và xi măng 100

3.3 Kết luận chương 3 107

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO ĐÊ HỮU ĐUỐNG,

TỈNH BẮC NINH 109

4.1 Giới thiệu đoạn đê hữu Đuống từ Km21+600÷Km31+500 109

4.2 Áp dụng kết quả nghiên cứu cho đê hữu Đuống, Bắc Ninh 110

4.3 Kiểm toán lại sự phù hợp của kết cấu đề xuất theo quyết định 3230/QĐ-BGTVT 111

4.3.1 Tính toán modul đàn hồi chung Et của nền đất và của móng dưới bằng vật liệu hạt 113

4.3.2 Tính độ cứng tương đối chung của cả kết cấu Rg 113

4.3.3 Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra 114

4.3.4 Tính ứng suất kéo uốn do gradient nhiệt độ gây ra 116

4.3.5 Kiểm toán các điều kiện tới hạn 117

4.4 Phân tích ổn định của đê với kết cấu mặt đường đề xuất so với kết cấu mặt đường theo yêu cầu của ngành giao thông 118

4.4.1 Phân tích ổn định đê với kết cấu truyền thống 118

4.4.2 Phân tích ổn định đê với kết cấu đề xuất 125

4.4.3 So sánh kết quả tính toán giữa hai loại mặt cắt đê 130

4.5 So sánh giá thành xây dựng giữa hai phương án 130

4.6 Công tác tổ chức thi công lớp đất thân đê gia cố làm nền thượng trong kết cấu áo mặt đường đê 131

4.6.1 Công tác chuẩn bị 131

4.6.2 Công tác tổ chức thi công lớp đất gia cố tro bay và xi măng 132

4.6.3 Nghiệm thu lớp đất gia cố 133

4.7 Kết luận chương 4 134

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 136

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 139

PHỤ LỤC 144

PHỤ LỤC 1: PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG

ĐÊ HỮU ĐUỐNG, TỈNH BẮC NINH

PHỤ LỤC 2: PHỤ LỤC TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH XÂY DỰNG 1KM ĐÊ CỦA

PHƯƠNG ÁN TRUYỀN THỐNG VÀ PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ thống các tuyến đê của Hà Lan 4

Hình 1.2 Đập ngăn triều Maeslant Hà Lan (nguồn: internet) 5

Hình 1.3 Đê an toàn cao ở Nhật Bản (nguồn: internet) 6

Hình 1.4 Các đê sông trong vùng đồng bằng sông Hồng (nguồn: internet) 9

Hình 1.5 Sơ họa hệ thống đê điều tỉnh Bắc Ninh 12

Hình 1.6 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đê hữu Đuống đoạn từ Km21+600÷Km30+300 14

Hình 1.7 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đê tả Đuống đoạn từ Km24+300÷Km28+500 15

Hình 1.8 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đê hữu Thái Bình đoạn từ Km0+00÷Km4+800 16

Hình 1.9 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đê hữu Cầu đoạn từ Km37+950÷Km69+500 17

Hình 1.10 Đường giao thông trên đê sông Đuống 20

Hình 1.11 Đê Hà Nội giai đoạn từ 1915 đến 1945 21

Hình 1.12 Đê Hà Nội giai đoạn từ 1945 đến 2000 21

Hình 1.13 Đê Hà Nội giai đoạn từ 2000 đến 2010 22

Hình 1.14 Các dạng mặt cắt ngang đê đa mục tiêu cho các khu vực khác nhau 23

Hình 1.15 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén 28

Hình 1.16 Ảnh hưởng của các thành phần hạt trong đất đến cường độ đất + xi măng 29

Hình 1.17 Phạm vi tác dụng của tải trọng bánh xe 30

Hình 1.18 Sơ đồ cấu tạo mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối 30

Hình 1.19 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu nền - áo đường 30

Hình 2.1 Sử dụng đầm rơi để làm chặt đất trên mặt (nguồn: internet) 35

Hình 2.2 Sử dụng đầm lăn để làm chặt đất trên mặt (nguồn: internet) 36

Hình 2.3 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung (nguồn: internet) 36

Hình 2.4 Xử lý đất yếu bằng công nghệ bấc thấm kết hợp cố kết chân không 38

Hình 2.5 Đường cong Fuller với các hệ số h khác nhau 41

Hình 2.6 Xác suất phủ xung quanh giá trị có chứa giá trị thực với mức ý nghĩa =0,10 43

Hình 2.7 Ảnh chụp sau ống phóng của một kính hiển vi điện tử quét (SEM) phát hiện cấu trúc mặt cắt ngang của các hạt tro bay ở độ phóng đại 750 lần (nguồn: internet) 44

Hình 3.1 Lượng lọt sàng của hỗn hợp đất ĐHĐ và 0% tro bay 58

Hình 3.2 Lượng lọt sàng của hỗn hợp đất ĐHĐ và 10% tro bay 59

Hình 3.3 Lượng lọt sàng của hỗn hợp đất ĐHĐ và 15% tro bay 59

Hình 3.4 Lượng lọt sàng của hỗn hợp đất ĐHĐ và 20% tro bay 59

Hình 3.5 Mối quan hệ giữa CBR và dung trọng khô lớn nhất với các mẫu 10, 30 và 65 chày đầm của đất thân đê 61

Hình 3.6 Biểu đồ so sánh giữa cường độ chịu nén bão hòa và cường độ chịu nén không bão hòa của các loại hỗn hợp đất gia cố ở tuổi 14 ngày 67

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh giữa cường độ chịu ép chẻ và loại đất gia cố theo tuổi 14 ngày 67

Hình 3.8 Biểu đồ so sánh giữa modul đàn hồi và loại đất gia cố theo tuổi 14 ngày 67

Hình 3.9 Biểu đồ thành phần hạt cấp phối đá dăm 71

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa % tro bay so với cường độ chịu nén ở tuổi 14 ngày 73

Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa % tro bay so với cường độ chịu kéo khi ép chẻ ở tuổi 14 ngày 73

Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa % tro bay so với modul đàn hồi ở tuổi 14 ngày 74

Hình 3.13 Mặt cắt ngang hiện trạng đê hữu Đuống 75

Hình 3.14 Máy xúc đào đất tại chỗ từ thân đê cũ tận dụng để gia cố 76

Hình 3.15 Giá trị sức chịu tải CBR thân đê hiện trạng sau khi đào đến cao trình gia cố 77

Hình 3.16 Modul đàn hồi của thân đê hiện trạng sau khi đào đến cao trình gia cố 78

Hình 3.17 Máy phay làm tơi xốp đất đào thân đê 79

Hình 3.18 Sơ đồ mặt bằng các ô thi công thực nghiệm lần 1 80

Hình 3.19 Độ chặt của nền đất ở các vị trí gia cố lớp 1 với các đợt lu lèn 82

Hình 3.20 Modul đàn hồi của lớp đất sau khi rải các lớp đất gia cố (lớp 1) 84

Hình 3.21 CBR của các điểm đo trên các tấm lớp đất gia cố (lớp 1) 84

Hình 3.22 Công tác khoan lấy mẫu đất tại hiện trường 85

Hình 3.23 Công tác bảo dưỡng mẫu đất tại hiện trường 85

Hình 3.24 Máy đo CBR controls model 70-T0108/E 86

Hình 3.25 Mối quan hệ giữa lực và biến dạng tương ứng với các mẫu 10, 30 và 65 chày đầm 86

Hình 3.26 Mối quan hệ giữa lực (kG) và biến dạng tương ứng (mm) với các mẫu 10,

30 và 65 chày đầm 87

Hình 3.27 Xác định được CBR tương ứng với độ đặc tối ưu của đất gia cố ở ô 4 88

Hình 3.28 Sơ đồ mặt bằng các ô thi công thực nghiệm lần 2 88

Hình 3.29 Độ chặt của nền đất ở các vị trí gia cố lớp 2 với các đợt lu lèn 89

Hình 3.30 Cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố tro bay và xi măng theo các ngày tuổi 91

Hình 3.31 Khả năng chịu tải CBR của mẫu đất gia cố tro bay và xi măng theo các ngày tuổi 91

Hình 3.32 Modul đàn hồi của lớp đất thân đê gia cố được đo ở hiện trường 92

Hình 3.33 Cấu trúc hỗn hợp đất gia cố ở tuổi 14 ngày 92

Hình 3.34 Cấu trúc hỗn hợp đất gia cố ở tuổi 28 ngày 92

Hình 3.35 Khả năng chịu tải đất thân đê hiện trường đo trên lớp thứ 2 94

Hình 3.36 Tính thấm của vật liệu gia cố qua thí nghiệm thấm trong phòng 95

Hình 3.37 Vật liệu đất sét 96

Hình 3.38 Nước sạch 96

Hình 3.39 Bộ đồ thí nghiệm thấm chuyên dụng 97

Hình 3.40 Máy cắt tay 97

Hình 3.41 Cắt hố thí nghiệm thấm 97

Hình 3.42 Hố thí nghiệm đo thấm 97

Hình 3.43 Lắp đặt dụng cụ thí nghiệm thấm tại hiện trường 98

Hình 3.44 Quan sát và ghi chép số liệu theo thời gian 98

Hình 3.45 Trộn hỗn hợp bằng máy trộn tự hành 0,7m3 102

Hình 3.46 Trộn hỗn hợp tập kết vào vị trí thi công 102

Hình 3.47 Dùng máy xúc kết hợp thủ công san gạt tạo phẳng 103

Hình 3.48 Bù ẩm cho hỗn hợp trong quá trình lu lèn 104

Hình 3.49 Bảo dưỡng bằng phủ bao tải đay, tưới nước giữ ẩm 104

Hình 3.50 Quan hệ cường độ chịu nén của mẫu đúc và mẫu khoan theo thời gian 105

Hình 3.51 Quan hệ cường độ ép chẻ của mẫu đúc và mẫu khoan theo thời gian 106

Hình 3.52 Quan hệ modul đàn hồi E theo thời gian 106

Hình 3.53 Kết cấu áo mặt đường đê đề xuất sau nghiên cứu 107

Hình 4.1 Mặt cắt địa chất điển hình đê hữu Đuống đoạn từ Km21+600÷Km31+500 109

Hình 4.2 Kết cấu mặt đường đê đề xuất khi kết hợp giao thông 110

Hình 4.3 Kết cấu mặt đường đê theo tiêu chuẩn ngành giao thông (truyền thống) 111

Hình 4.4 Sơ đồ khối tính toán thấm bằng phần mềm SEEP/W 118

Hình 4.5 Chia lưới phần tử mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu truyền thống 119

Hình 4.6 Kết quả kiểm tra ổn định thấm mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu truyền thống 120

Hình 4.7 Kết quả kiểm tra ổn định mái đê hạ lưu mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu truyền thống 121

Hình 4.8 Kết quả kiểm tra ổn định mái đê thượng lưu mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu truyền thống 121

Hình 4.9 Chia lưới phần tử mặt cắt đê theo kết cấu truyền thống 122

Hình 4.10 Kết quả tính toán lún của đê sau 30 năm theo kết cấu truyền thống 123

Hình 4.11 Phân bố ứng suất trong đê theo kết cấu truyền thống 124

Hình 4.12 Chia lưới phần tử mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu đề xuất 125

Hình 4.13 Kết quả kiểm tra ổn định thấm mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu đề xuất 126

Hình 4.14 Kết quả kiểm tra ổn định mái đê hạ lưu mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu đề xuất 126

Hình 4.15 Kết quả kiểm tra ổn định mái đê thượng lưu mặt cắt K30+200 đê hữu Đuống theo kết cấu đề xuất 127

Hình 4.16 Chia lưới phần tử mặt cắt đê theo kết cấu đề xuất 128

Hình 4.17 Kết quả tính toán lún của đê mới sau 30 năm theo kết cấu đề xuất 128

Hình 4.18 Phân bố ứng suất trong đê theo kết cấu đề xuất 129

Hình 4.19 Mặt cắt đê xây dựng theo kết cấu truyền thống 130

Hình 4.20 Mặt cắt đê xây dựng theo kết cấu đề xuất 131

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Mực nước thiết kế các tuyến đê từ cấp III đến cấp I tỉnh Bắc Ninh 18

Bảng 1.2 Tỷ lệ XM đối với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau 26

Bảng 1.3 Tỷ lệ XM với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại 26

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa mức tin cậy  và số lượng phép đo n 43

Bảng 3.1 Thành phần hạt của loại đất và các thông số đo được của đất ĐHĐ 54

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của các loại tro bay 54

Bảng 3.3 Thành phần hạt của các loại tro bay dùng gia cố đất 55

Bảng 3.4 Thành phần hóa học và khoáng vật của xi măng Nghi Sơn PCB40 55

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn của đất từ ĐHĐ 56

Bảng 3.6 Giới hạn chảy và giới hạn dẻo của đất 56

Bảng 3.7 Đất của đê hữu Đuống và tro bay Đông Triều 57

Bảng 3.8 Mối quan hệ giữa biến dạng và độ lún của chùy đo CBR 60

Bảng 3.9 Số lượng mẫu cần thực hiện cho mỗi thành phần đất gia cố 62

Bảng 3.10 Thành phần thiết kế và kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu tương ứng với độ ẩm tốt nhất của các hỗn hợp 62

Bảng 3.11 Cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố xi măng và tro bay 63

Bảng 3.12 Cường độ ép chẻ của đất hữu Đuống gia cố tro bay và xi măng 65

Bảng 3.13 Modul đàn hồi của mẫu đất gia cố 66

Bảng 3.14 Các kết quả thực nghiệm của đất gia cố 66

Bảng 3.15 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Nghi Sơn PCB40 69

Bảng 3.16 Tính chất cơ lý của 2 loại tro bay Đông Triều và Cẩm Phả 69

Bảng 3.17 Các chỉ tiêu cơ lý của CPĐD loại 1 70

Bảng 3.18 Kết quả đầm nén các CPĐD gia cố xi măng, TB theo 22TCN 333:06 71

Bảng 3.19 Kết quả thí nghiệm xác định Rn, Rkc, Eđh của CPĐD gia cố xi măng, TB ở tuổi 14 ngày 72

Bảng 3.20 Kết quả đo CBR tại các vị trí của các ô sau khi thi công lớp 2 ở tuổi 7 ngày 93

Bảng 3.21 Kết quả phân tích các chỉ tiêu của mẫu NCH-01 99

Bảng 3.22 Kết quả phân tích các chỉ tiêu của mẫu NCH-02 100

Bảng 4.1 Bảng chỉ tiêu cơ lý địa chất đê hữu Đuống đoạn từ Km21+600÷Km31+500 110

Bảng 4.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý địa chất đê hữu Đuống và vật liệu kết cấu áo đường truyền thống tính toán thấm và ổn định trượt mái 119Bảng 4.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý địa chất đê hữu Đuống và vật liệu kết cấu áo đường truyền thống tính toán lún và ứng suất 122Bảng 4.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý địa chất đê hữu Đuống và vật liệu kết cấu áo đường đề xuất tính toán thấm và ổn định trượt mái 125Bảng 4.5 Bảng chỉ tiêu cơ lý địa chất đê hữu Đuống và vật liệu kết cấu áo đường đề xuất tính toán lún và ứng suất 127Bảng 4.6 Kết quả tính toán phân tích ổn định đê của hai phương án 130Bảng 4.7 Chi phí xây dựng cho 1km đê của hai phương án 131

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTCT Bê tông cốt thép

BTXM Bê tông xi măng

CBR (California Bearing Ratio) Chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu

dùng trong tính toán thiết kế kết cấu áo đường theo phương pháp của AASHTO

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đê sông Việt Nam có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời, trải qua hàng nghìn năm xây dựng và củng cố, đến nay hệ thống đê sông có quy mô lớn và hoàn thiện hơn Tuy nhiên, thân đê có tính đồng nhất không cao, nền đê thường không được xử lý trước khi đắp Mặt khác, nhiệm vụ chính của đê là ngăn lũ, chống ngập lụt cho vùng được bảo

vệ, vai trò giao thông trên đỉnh còn chưa được quan tâm đúng mức

Mạng lưới giao thông và hệ thống đê điều được xây dựng chằng chịt nhau và tác động lẫn nhau Ngày nay, trước nhu cầu phát triển của kinh tế, xã hội đã có nhiều tuyến đê sông được quy hoạch sử dụng làm đường giao thông, đây là xu thế tất yếu Thực tế cho thấy một số tuyến đê sông làm nhiệm vụ đường giao thông tạo kết nối mạng lưới giao thông hoàn chỉnh rất hiệu quả, thuận lợi cho nhân dân Trong quá trình cải tạo nâng cấp các tuyến đê sông có kết hợp giao thông hiện nay chủ yếu được thực hiện theo kinh nghiệm hoặc trên cơ sở các tiêu chuẩn, quy phạm về giao thông, thủy lợi hiện hành mà chưa có một nghiên cứu khoa học cụ thể và quy định kỹ thuật nào cụ thể cho đường giao thông trên đê

Việc phá bỏ một tuyến đê cũ để xây dựng lại chỉ vì mục đích giao thông hoặc việc đầu

tư xây dựng một tuyến đê mới đáp ứng cả yêu cầu chống lũ và kết hợp giao thông là không khả thi và tối ưu đối với điều kiện thực tế hiện nay Trước thực tế đó, cần có những nghiên cứu tìm ra giải pháp tăng cường khả năng chịu lực của thân đê hiện hữu nhằm vừa đảm bảo an toàn chống lũ đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của một tuyến đường giao thông là cần thiết trong điều kiện hiện nay

Mặt khác, tro bay tuy là phế thải của ngành nhiệt điện nhưng sử dụng được trong nhiều lĩnh vực sản xuất vật liệu khác nhau Trước đây đã có những nghiên cứu sử dụng tro bay để sản xuất vật liệu xây dựng, chủ yếu trong xi măng đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đem lại hiệu quả kinh tế nhất định

Hiện nay, việc sử dụng tro bay rất khiêm tốn, chưa hiệu quả và triệt để do chưa có các điều tra, khảo sát đánh giá khối lượng, chủng loại và định hướng sử dụng đầy đủ, toàn

diện Ở Việt Nam và trên thế giới chưa có nghiên cứu cụ thể nào về việc sử dụng lại lớp đất thân đê yếu để xử lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của lớp nền thượng khi kết hợp giao thông

Trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định của đất thân đê đóng vai trò là lớp nền thượng trong phạm vi chịu tác dụng của tải trọng giao thông trên đỉnh đê và nghiên cứu giải pháp gia cố lớp móng trong kết cấu áo mặt đường đê khi kết hợp giao thông Từ đó đề xuất kết cấu mặt đường đê thích hợp đảm bảo chống lũ và kết hợp giao thông

- Các tuyến đê sông, trọng tâm là tuyến đê sông có kết hợp giao thông của tỉnh Bắc Ninh;

- Chất thải công nghiệp cụ thể là tro bay của các nhà máy nhiệt điện khu vực gần với tỉnh Bắc Ninh

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Lớp đất thân đê khi kết hợp giao thông (chiều sâu 0,9÷1,3m) từ mặt đê trở xuống;

- Lớp cấp phối đá dăm làm móng mặt đường đê;

- Áp dụng cho đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

- Tiếp cận từ thực tế khi đầu tư xây dựng, cải tạo, nâng cấp các tuyến đê sông;

- Tiếp cận các lý thuyết, thực nghiệm về nâng cao khả năng chịu lực của vật liệu đất

và cấp phối đá dăm

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết;

- Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết;

- Phương pháp quan sát điều tra;

- Phương pháp thực nghiệm trong phòng và hiện trường;

- Phương pháp sử dụng các lý thuyết toán học thống kê xác xuất, các phương pháp lý thuyết tập hợp,…

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án

6 Cấu trúc của Luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống đê sông kết hợp giao thông

Chương 2: Cơ sở khoa học để cải thiện đất thân đê đảm bảo yêu cầu chống lũ và kết hợp giao thông

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các giải pháp gia cố đê kết hợp làm đường giao thông

Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG KẾT HỢP GIAO THÔNG

1.1 Quá trình hình thành và phát triển hệ thống đê sông

1.1.1 Trên thế giới

Trên thế giới, những tuyến đê đầu tiên được hình thành từ rất xa xưa, tùy mục đích khác nhau mà các tuyến đê được xây dựng thuần túy bằng đất hoặc bằng đá Mục đích chính của các tuyến đê nhân tạo là tạo lên một phòng tuyến ngăn chặn lũ lụt bảo vệ các vùng dân cư hoặc đồng ruộng trũng Cũng có những tuyến đê được hình thành với mục đích tạo ra một đường vận tải thủy nối liền các dòng sông lớn với nhau hoặc nối từ sông ra biển phục vụ phát triển thương mại hàng hải

Hà Lan là một đất nước điển hình về công nghệ xây dựng đê trên thế giới do đa số lãnh thổ của đất nước này thấp hơn mực nước biển Ở Hà Lan những con đê được xây dựng sớm nhất vào khoảng thế kỷ 11 [1] Cho đến ngày nay, Hà Lan đã có một hệ thống đê ngày một lớn (siêu đê) bền vững bảo vệ người dân, cơ sở hạ tầng quốc gia ngăn chặn nước biển, sóng dâng với các trận lũ bão lịch sử

Hình 1.1 Hệ thống các tuyến đê của Hà Lan

Hình 1.2 Đập ngăn triều Maeslant Hà Lan (nguồn: internet)

Ở Mỹ, hệ thống đê nổi tiếng đã được xây dựng dọc theo sông Mississippi và sông Sacramento Đây được xem là hệ thống đê lớn nhất trên thế giới với tổng chiều dài khoảng 5.600km Đê được đắp ban đầu bởi những người định cư Pháp

ở Louisiana trong thế kỷ 18, chiều cao đê khi đó được đắp khoảng 0,91m chạy dài dọc theo bờ sông khoảng 80km để bảo vệ thành phố New Orleans Sau này vào năm 1882 các kỹ sư quân đội Mỹ kết hợp với Ủy ban sông Mississippi đã tiến hành mở rộng hệ thống đê sông Mississippi bảo vệ các vùng đất dọc bờ sông trải dài từ Cairo, Illinois đến đồng bằng sông Mississippi ở Louisiana với chiều cao đắp bình quân từ 7,3m đến 15m Vùng ảnh hưởng của đê sông Mái hạ lưu được khai thác sử dụng [2]

Ở châu Á, một số tuyến đê đầu tiên được xây dựng vào khoảng năm 2600 trước Công nguyên trên lưu vực sông Ấn (giữa Pakistan và Bắc Ấn Độ) Khoảng hơn 3.000 năm trước vào thời kỳ Ai Cập cổ đại, hệ thống đê đã được xây dựng dọc theo bờ trái của sông Nile, cho đến ngày nay tổng chiều dài lên tới khoảng 970km kéo dài từ Aswan đến đồng bằng sông Nile trên bờ Địa Trung Hải Trung Quốc cổ đại cũng là thời kỳ mà nhiều tuyến đê đã được xây dựng để chống lại thiên tai lũ lụt bảo vệ dân cư làng mạc và những cánh đồng rộng lớn Ở Nhật Bản, do sông, suối thường có chiều dài ngắn và dốc nên mỗi khi có lũ thì thường xảy ra lũ tập trung nhanh và mạnh Vì vậy, người Nhật có nhiều biện pháp để quản lý ngăn dòng nước, trong đó đặc biệt quan tâm tới việc xây dựng đê với tiêu chuẩn cao (High-Standard Levees - siêu đê) Các dự

án siêu đê được xây dựng từ những năm 1987 dọc theo các con sông lớn ở Kyoto và Osaka như Tonegawa, Edogawa, Arakawa, Tamagawa, Yodogawa và Yamatogawa Ở

trong phạm vi siêu đê người ta bố trí không gian để xây dựng cơ sở hạ tầng và xây dựng đường khẩn cấp dọc theo dòng sông (Hình 1.3) [3]

Trước hết nói về sông Hồng, con sông có châu thổ lớn quan trọng bậc nhất, gắn bó với lịch sử đất nước, nơi đã hình thành nên văn minh sông Hồng, cơ sở đầu tiên của nền văn minh dân tộc Châu thổ sông Hồng rộng khoảng 15.000km2, được hình thành do sức bồi đắp của sông Hồng là chủ yếu Từ thưở xa xưa theo quy luật của tự nhiên, khi chưa có bàn tay người khai phá, châu thổ sông Hồng cũng ngổn ngang đầm lầy và lòng sông chia cắt Nước lũ hàng năm tràn ngập châu thổ Bùn cát hạt thô lắng đọng ven sông, còn phù sa hạt mịn theo nước đi bồi lắng xa hơn, gần sông bồi nhiều hơn hình thành những dải đất cao, xa sông bồi ít hình thành những ô trũng tự nhiên Những vùng nước lũ chảy xiết ít bồi tụ hơn những vùng nước có lưu tốc nhỏ Dần dần bộ mặt châu thổ trở nên lồi lõm, điển hình là các ô trũng ở xa sông Vết tích ngày nay còn rõ như: vùng trũng Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình nằm giữa sông Hồng, sông Đáy và sông Đáy và sông Châu Giang; vùng sông Hồng, sông Thái Bình, sông Đuống, Ngoài ra còn nhiều vùng trũng nhỏ ở ven biển, hoặc ở trung du mà hiện nay còn thấy rải rác ở các địa phương Những ô trũng tự nhiên, xa xưa đều ngập nước quanh năm và rất lầy lội, có những cây cỏ, gai góc, sình lầy và hoang dại Trong những buổi đầu sơ khai của tổ tiên ta, con người chỉ biết lợi dụng những ô trũng để gieo trồng và gặt hái,

về sau dân số phát triển, con người đã chuyển sang nền kinh tế sản xuất nông nghiệp, lấy cây lúa nước làm cây lương thực chủ yếu Lúc này người Việt cổ đã bắt đầu nghĩ đến việc đắp bờ khoanh vùng giữ nước và chống ngập trong mùa lũ Khi dân số phát triển và sống tập trung thì diện tích gieo cấy và cư trú càng phải mở rộng xuống những vùng đất lớn hơn nhưng trũng thấp hơn, thì những bờ vùng bờ thửa thấp, nhỏ, không còn đủ sức đáp ứng những yêu cầu về ngăn nước lũ hàng năm, nên những bờ vùng cũng phải được mở rộng và đắp cao thêm, từ đây những con đê đầu tiên được hình thành Theo thời gian cùng với kinh nghiệm chống lũ tích lũy trong quá trình sản xuất, các tuyến đê ngày càng được tôn cao, mở rộng, nối dài thêm

Nhu cầu về trị thủy, hiểu theo nghĩa cụ thể ở đây là việc đắp những con đê khoanh vùng tương đối quy mô mà những thư tịch cổ của Trung Quốc thường nói tới Vào khoảng vài ba thế kỷ trước và đầu công nguyên, nhiều người Trung Quốc đến nước ta

đã tận mắt nhìn thấy những con đê khoanh vùng quy mô Giao Châu ký chép: “Huyện

Phong Khê đã có đê để phòng nước sông Long Môn (sông Đà)” [5] Hán thư, Quận huyện chí chép: “Phía Tây Bắc huyện Long Biên quận Giao Chỉ đã có đê để giữ nước sông” là những bằng chứng về đê điều cổ ở nước ta

Vào buổi đầu Công nguyên, sau khi chiếm được nước ta, Cao Biền cho đắp đê bao quanh thành Đại La Đê dài 2.125 trượng 8 thước (khoảng 8.500m), cao 1 trượng 5 thước (khoảng 6m), việc đóng lỵ sở đô hộ của phong kiến Trung Hoa tại Thành Luy Lâu (ngày nay thuộc huyện Thuận Thành, Bắc Ninh) chắc chắn không thể thực hiện được nếu như không có đê, bởi những vùng đất thấp như vậy trong điều kiện tự nhiên của lũ sông Hồng hằng năm, thường xuyên sẽ bị ngập vài ba mét trở lên trong vòng 1 đến 2 tháng trong năm [6]

Trong thời kỳ Bắc thuộc, nhân dân ta đã đắp đê nhưng kỹ thuật thô sơ, hầu hết các con

đê còn nhỏ và thấp Đến thế kỷ IX đã có những con đê có chân đê rộng (khoảng 8m) Sau khi Ngô Quyền dẹp tan quân Nam Hán (năm 938), xây dựng nền tự chủ, trải qua các triều đại Ngô, Đinh, Tiền Lê sử cũ không có ghi chép gì về đê điều trị thủy, những triều đại này đều ngắn ngủi và đầy biến động, nên nhiệm vụ củng cố nền độc lập, giữ vững sự thống nhất dân tộc là nhiệm vụ hàng đầu Tuy nhiên, công cuộc trị thủy chắc chắn cũng không vượt khỏi khuôn khổ đắp đê khoanh vùng do nhân dân địa phương tự

tổ chức như trước đây

Hiện tại, tổng số chiều dài hệ thống đê sông trong vùng đồng bằng sông Hồng là 3.000km, gồm 2.417km đê thuộc Bắc Bộ, và 420km ở các sông vùng Thanh - Nghệ [7] Hệ thống sông Hồng có 1.667km đê và 750km đê thuộc hệ thống sông Thái Bình

Hệ thống đê sông Hồng có quy mô lớn và hoàn thiện hơn so với các hệ thống đê còn lại Các đê sông thường có độ cao không quá 10m [8] Chiều cao trung bình của đê sông từ 6÷8m Tuy nhiên hệ thống đê được xây dựng đã lâu đời trên nền đất yếu, đất đấp đê cũng lấy từ địa phương và không đồng nhất Nhiều kè cống rất cũ kỹ Dọc theo

đê còn có nhiều ao hồ làm nước lũ khó thoát Dân cư quá đông đúc sống kế cận bờ đê Ngày nay, nhiều nhà cửa xây cất sát ngay trên bờ đê

Hình 1.4 Các đê sông trong vùng đồng bằng sông Hồng (nguồn: internet)

Từ nghiên cứu lịch sử hình thành và phát triển của đê sông đồng bằng sông Hồng, ta

có thể rút ra những đặc điểm đê sông như sau:

- Hệ thống đê sông đồng bằng sông Hồng được hình thành là một quá trình dài hàng trăm năm do nhiều thời đại và các thế hệ xây dựng nên Mỗi thời đại có những quan niệm và cách quản lý khác nhau nhưng quy tập lại là xây dựng một hệ thống đê điều

để bảo vệ vùng canh tác và các khu dân cư;

- Các tuyến đê và mặt cắt đê được hình thành một cách gần như tự phát, không được quy hoạch, thiết kế trừ sau ngày cách mạng tháng Tám thành công Các tuyến đê hầu hết dựa và các đường liên thông xã, các cồn cao tự nhiên, các dải đất cao, rồi đắp nối liền thành hệ thống đê;

- Mặt cắt đê được bồi trúc dần từ thấp lên cao, không được đầm nén kỹ, phần lớn là thi công bằng thủ công, trong thân đê còn nhiều tạp chất hữu cơ, nhiều nơi có mối làm tổ, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất ổn định;

- Đặc điểm các dạng địa hình đặc biệt: hoạt động của sông Hồng và các sông nhánh làm thay đổi đáng kể địa hình vùng ven sông Việc chuyển dòng, tạo dòng mới thường theo một quy luật phức tạp, sông Hồng có sự biến đổi dòng rất mạnh Qua nghiên cứu thấy sự dịch chuyển có tính chất chu kỳ qua lại [9]

Các dạng địa hình liên quan đến ổn định đê:

+ Địa hình cao nằm thành dải ven theo sông: đây là loại địa hình cổ hình thành trên các sản phẩm trầm tích sông Hồng trong thời gian chưa có đê Địa hình cao bị chia cắt mạnh bởi các sông nhánh;

+ Địa hình bãi bồi: chủ yếu phân bố ven sông, hình thành tại các nơi sông bị chuyển dòng mạnh Những đoạn đê được đắp trên các sống cát, hai bên là các ô trũng kéo dài ven chân đê là nguyên nhân gây thấm sủi mạnh ở nền đê;

+ Địa hình trũng, đầm lầy: nó là sản phẩm của các sự cố vỡ đê hoặc do sự chuyển dòng, lấp dòng gây nên Tuy nhiên, nhiều năm gần đây Nhà nước đã tập trung san lấp khá nhiều đầm lầy nhưng không tránh khỏi những tiềm ẩn của nó gây ra;

- Đặc điểm địa chất công trình nền đê đồng bằng sông Hồng

Hệ thống đê sông Hồng chịu tác động trực tiếp của các đứt gãy sâu sông Hồng, sông Chảy và sông Lô theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Các hoạt động kiến tạo, tân kiến tạo không những tác động trực tiếp vào công trình, gây nứt nẻ đê mà còn làm biến đổi dòng sông Hồng mạnh mẽ Nó tác động trực tiếp vào đê và làm thay đổi cơ bản địa chất nền đê, làm cho địa chất nền đê phức tạp theo cả mặt cắt dọc và mặt cắt ngang đê;

Do quá trình hình thành và đặc điểm nêu trên, về mặt địa tầng, địa chất ven sông Hồng

có một số đặc điểm nổi bật như sau:

+ Tầng thông nước chính từ cuội sỏi, cát hạt thô đến mịn phân bố khắp khu vực với độ sâu bề mặt khác nhau;

+ Lớp cát pha, cát bụi phân bố không đồng đều, chiều dày không lớn, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến nền đê;

+ Tầng đất yếu chủ yếu là bùn tuổi Holocene, phân bố gần mặt đất gây nên biến dạng lún lớn và trượt lở mái đê Tính chất vật lý cơ học của các lớp đất chủ yếu cấu tạo nên

nền đê được phân ra 4 dạng liên quan đến độ ổn định công trình: Lớp đất rời với hệ số thấm lớn; đất dính có cường độ cao; đất bùn và đất sét; đất sét pha cát bụi

Với đặc điểm địa chất nêu trên thường có các sự cố liên quan đến địa chất như sau: + Thẩm lậu, đùn sủi thân và nền đê dẫn đến lún sụt đê;

+ Xói lở bờ sông gây nên mất ổn định đê;

+ Lún nứt mặt đê gây lồi lõm, làm mất ổn định đê, gây khó khăn trong giao thông; + Sạt trượt mái đê, nứt dọc đê làm mất ổn định đê;

+ Tác động trực tiếp của các hoạt động kiến tạo gây nên nứt dọc đê, nứt ngang đê có khi từ bãi sông kéo vào

- Tính ổn định tương đối cao: gần như tất cả các đê thuộc đồng bằng sông Hồng được đắp bằng đất tại chỗ và có lịch sử hàng trăm năm nên đã được thử thách nhiều năm Hầu hết các tuyến đê hiện nay đã đủ mặt cắt thiết kế, các tiềm ẩn về các sự cố có thể xảy ra đã được giảm thiểu;

- Các tuyến đê đồng bằng sông Hồng hầu hết đi qua các khu dân cư đông đúc, các thị trấn, phường, xã Đặc biệt, sau những năm 90 nhiều đoạn đê qua các khu công nghiệp và đã được cứng hóa mặt đê, thuận tiện cho giao thông và tạo thành mạng lưới giao thông chung của vùng hoặc địa phương

1.2 Hệ thống đê sông tỉnh Bắc Ninh

Tỉnh Bắc Ninh có nhiều tuyến đê sông từ cấp IV đến cấp I Trong đó, các tuyến đê cấp

I gồm có: hữu Đuống dài 38,00km; hữu Thái Bình dài 9,68km Đê cấp II có tuyến đê

tả Đuống dài 31,70km Các tuyến đê cấp III gồm: đê hữu Cầu dài 53,50km; đê hữu Cà

Lồ dài 6,25km Đê cấp IV gồm tuyến đê tả, hữu sông Ngũ Huyện Khê với tổng chiều dài 48,30km (bờ tả dài 24,80km; bờ hữu dài 23,50km) Trong những năm qua bằng nhiều nguồn vốn khác nhau, hệ thống đê điều tỉnh Bắc Ninh đã và đang được đầu tư cải tạo, nâng cấp, mở rộng mặt đê, gia cố thân và nền đê, cứng hóa mặt đê, Về cơ bản mặt cắt đê hiện trạng đã đáp ứng yêu cầu chống lũ thiết kế theo Tiêu chuẩn phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng

Hình 1.5 Sơ họa hệ thống đê điều tỉnh Bắc Ninh

1.2.1 Đặc điểm thủy văn, sông ngòi và địa chất công trình

1.2.1.1 Đặc điểm thủy văn, sông ngòi

Tỉnh Bắc Ninh có mật độ lưới sông khá cao, trung bình 1,01,2km/km2, có 3 hệ thống sông lớn chảy qua gồm sông Đuống, sông Cầu và sông Thái Bình

- Sông Đuống có tổng chiều dài 68km (đoạn chảy qua Bắc Ninh dài 42km), là phân lưu của sông Hồng đổ vào sông Thái Bình Điểm đầu từ ngã ba Dâu (xã Xuân Canh, huyện Đông Anh, tại địa giới giữa 2 đơn vị hành chính là huyện Đông Anh và quận Long Biên của thành phố Hà Nội) Điểm cuối là ngã ba Mỹ Lộc (xã Trung Kênh, huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh) Về tổng thể sông Đuống chảy theo hướng Tây - Đông Trước đây, sông Đuống chỉ là một dòng sông nhỏ, do cửa nối với sông Hồng bị cát bồi cao nên chỉ khi sông Hồng có lũ lớn mới tràn qua được Từ năm

1958, cửa sông được mở rộng để trở thành một phân lưu quan trọng giảm sức uy hiếp của lũ sông Hồng đối với Hà Nội So với lượng lũ của sông Hồng tại Sơn

Tây thì sông Đuống tiêu được 2030% Lưu lượng nước trung bình nhiều năm đạt khoảng 1.000m³/s Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất 9.000m³/s (ngày 22 tháng

8 năm 1971) Mực nước cao nhất tại Bến Hồ vào tháng 8 năm 1945 là +9,64m, cao hơn so với mặt ruộng là 34m Sông Đuống có hàm lượng phù sa cao, vào mùa mưa trung bình cứ 1m³ nước có 2,8kg phù sa Sông Đuống còn là đường giao thông thuỷ nối cảng Hải Phòng với Hà Nội và các tỉnh ở phía bắc Việt Nam Các loại tàu thuyền, xà lan tải trọng từ 100 tấn đến 450 tấn có thể vận tải trên sông được

cả trong 2 mùa

- Sông Thái Bình: thuộc vào loại sông lớn của miền Bắc có chiều dài 385km, đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh dài 10km Do phần lớn lưu vực sông bắt nguồn từ các vùng đồi trọc miền Đông Bắc, đất đai bị sói mòn nhiều nên nước sông rất đục, hàm lượng phù sa lớn Do đặc điểm lòng sông rộng, ít dốc, đáy nông nên sông Thái Bình là một trong những sông bị bồi lấp nhiều nhất Theo tài liệu thực đo thì mức nước lũ lụt lịch sử sông Thái Bình đo được tại Phả Lại năm 1971 đạt tới +7,21m với lưu lượng lớn nhất tại Cát Khê là 5.000m3/s

- Sông Cầu: Tổng chiều dài khoảng 290km, đoạn chảy qua tỉnh Bắc Ninh dài 70km, lưu lượng nước hàng năm khoảng 5 tỷ m³ Sông Cầu có mực nước trong mùa lũ cao

từ +(36)m, cao nhất là +8m, trên mặt ruộng 12m, trong mùa cạn mức nước sông lại xuống quá thấp +(0,50,8)m

- Ngoài ra trên địa bàn tỉnh còn có các hệ thống sông ngòi nội địa như sông Ngũ Huyện Khê, sông Dâu, sông Đông Côi, sông Bùi, ngòi Tào Khê, sông Đồng Khởi,

1.2.1.2 Đặc điểm địa chất công trình

Đặc điểm địa chất mang những nét đặc trưng của cấu trúc địa chất thuộc vùng trũng sông Hồng, bề dày trầm tích đệ tứ chịu ảnh hưởng rõ rệt của cấu trúc mỏng Tuy nhiên nằm trong miền kiến tạo Đông Bắc, Bắc bộ nên cấu trúc địa chất lãnh thổ Bắc Ninh có những nét còn mang tính chất của vòng cung Đông Triều vùng Đông Bắc Toàn tỉnh

có mặt các loại đất đá có tuổi từ Cambri đến đệ tứ, xong nhìn chung có thành tạo Kainozoi phủ trên các thành tạo cổ Đây là thành tạo chiếm ưu thế về địa tầng lãnh thổ Các thành tạo Triat phân bố trên ở hầu hết các dãy núi, thành phần thạch học chủ yếu

là cát kết, sạn kết Bề dày các thành tạo đệ tứ biến đổi theo quy luật trầm tích từ Bắc

xuống Nam Ở cỏc vựng nỳi do bị búc mũn nờn bề dày của chỳng cũn rất mỏng, càng xuống phớa Nam bề dày cú thể đạt tới 100m, trong khi đú vựng phớa Bắc (Đỏp Cầu) bề dày chỉ đạt 30ữ50m Cụ thể, cỏc tầng địa chất của đờ hữu Đuống, tả Đuống, hữu Cầu

và hữu Thỏi Bỡnh được mụ tả dưới đõy

(1) Đờ hữu Đuống

Khu vực đoạn tuyến cú cấu tạo địa tầng bao gồm phớa trờn là cỏc lớp thõn đờ Lớp trờn cựng cú thành phần là Sột pha, màu nõu vàng, nõu sậm, đụi chỗ lẫn dăm sạn hoặc cỏt, trạng thỏi dẻo cứng đến nửa cứng Lớp thứ hai cú thành phần là Sột pha, màu xỏm nõu, nõu gụ, trạng thỏi dẻo mềm, đụi chỗ dẻo cứng Xen kẹp giữa chỳng, đụi chỗ tồn tại cỏc lớp vật liệu cỏt pha, màu xỏm vàng, đụi chỗ lẫn bụi Cỏc lớp thõn đờ này cú mức độ đồng nhất khụng cao Trong diện phõn bố khụng gian, thành phần của lớp lẫn nhiều cỏc lớp cỏt, sột pha, cỏt pha mỏng mà đụi khi khụng thể hiện trờn mẫu thớ nghiệm mà nhận biết được trong cụng tỏc mụ tả khoan hiện trường, một phần nguyờn nhõn do lượng xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý khỏ thưa so với chiều dài đoạn tuyến Về cơ bản, cỏc lớp thõn đờ cú khả năng chống thấm khỏ tốt, hệ số thấm nhỏ Tuy nhiờn, việc thành phần cỏc lớp này cú lẫn cỏc lớp mỏng nờn khả năng tăng nguy cơ xảy ra biến dạng thấm đối với thõn đờ khi ỏp lực cột nước tăng vào mựa lũ

Hỡnh 1.6 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đờ hữu Đuống đoạn từ

TD038

0.0-2.0 2.0-6.1

6.1-8.0 TD039

-2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0

phía đồng

-2.0

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

mềm, đối chỗ dẻo cứng.

Sét pha, màu nâu vàng, nâu sậm, đôi chỗ lẫn dăm sạn hoặc cát Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng.

Sét pha, màu xám đen, xám ghi, đôi chỗ lẫn cát.

Trạng thái dẻo chảy.

Cát pha màu xám đen, xám ghi Trạng thái dẻo đến chảy.

(2) Đê tả Đuống

Cấu tạo địa tầng của đoạn tuyến bao gồm: lớp trên cùng là lớp đất đắp có thành phần

là sét pha màu nâu, xám nâu ở trạng thái dẻo mềm; lớp thứ hai là sét pha màu nâu, xám nâu, trạng thái dẻo cứng; lớp thứ ba dưới nền đê là sét pha màu xám nâu ở trạng thái dẻo mềm; lớp thứ tư là sét pha màu xám nâu, xám ghi ở trạng thái dẻo cứng Xen kẹp giữa lớp thứ ba và thứ tư, đôi chỗ có lớp cát hạt mịn màu xám nâu, xám ghi, kết cấu xốp Kết quả thí nghiệm hệ số thấm của các lớp cho thấy đất thân đê và nền đê có khả năng chống thấm tốt nhưng cường độ và khả năng chịu tải trọng yếu Việc xen kẹp các lớp cát hạt mịn làm tăng nguy cơ biến dạng thấm của đê khi mực nước lũ dâng cao

Hình 1.7 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đê tả Đuống đoạn từ

Km24+300÷Km28+500

(3) Đê hữu Thái Bình

Bên dưới thân đê là các lớp nền đê có cường độ kém hơn khá nhiều so với lớp thân đê

Có thành phần là sét - sét pha, màu xám vàng, xám xanh, xám ghi, trạng thái dẻo mềm Phân bố rộng rãi và chiếm phần lớn trong khu vực đoạn tuyến Lớp này có cường độ, sức chịu tải yếu, nhiều vị trí tiếp xúc trực tiếp với lớp cát, cát pha bên dưới và bên trên Kết quả thực nghiệm hệ số thấm cho giá trị tương đối nhỏ nhưng do sự phân bố liền kề trực tiếp với các lớp cát, cát pha bên trên và bên dưới trong các mặt cắt địa chất công

2 6.0 1b

8.6 5.4 2.8 4 -0.6

6.0

2.0 3.0 4 -1.0 2

5.0 0.0

trỡnh nờn tiềm ẩn nhiều rủi ro về biến dạng thấm Trường hợp mực nước sụng cạnh đờ dõng cao, nước sẽ chuyển qua cỏc lớp cỏt pha, cỏt hạt nhỏ, màu xỏm vàng, xỏm xanh, trạng thỏi chặt vừa Dũng thấm tỏc dụng trực tiếp vào cỏc lớp dưới thõn đờ cú cường

độ kộm, cú thể gõy biến dạng thấm mạnh, đặc biệt khi lớp cú cường độ tốt hơn, tớnh thấm bộ hơn trờn thõn đờ mỏng (tại vị trớ cỏc lớp đất thõn đờ cú bề dày mỏng dưới chõn

đờ phớa đồng hoặc tại vị trớ cỏc ao hồ gần đờ khụng cú mặt của cỏc lớp thõn đờ)

Hỡnh 1.8 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đờ hữu Thỏi Bỡnh đoạn từ

Km0+00ữKm4+800

(4) Đờ hữu Cầu

Cấu tạo địa tầng của đoạn tuyến gồm cú: lớp đất đắp thõn đờ là lớp sột pha màu nõu hồng, nõu gụ, trạng thỏi nửa cứng đến dẻo cứng; lớp thứ hai dưới nền đờ là sột pha màu nõu hồng, nõu gụ ở trạng thỏi dẻo cứng đến dẻo mềm; lớp thứ ba là đất sột màu xỏm xanh ở trạng thỏi dẻo mềm Cỏc lớp đất phớa trờn của nền đờ cú khả năng chống thấm khỏ tốt nhưng cú cường độ và sức chịu tải yếu Kết quả thớ nghiệm xỏc định hệ

số thấm đất thõn đờ cho kết quả hệ số thấm khỏ cao do phần lớn thõn đờ được hỡnh thành trong quỏ trỡnh đắp tu bổ hàng năm

-2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0

K4-3

TĐ25 4.128.0

1 0.9

3.22

2 2.6

1.52

3a 3.9

0.22

3b 5.4

-1.28

4 8.0

-3.88

TĐ26 7.6012.0

1 4.6

3.00

2 6.4

1.20

3a 8.9

-1.30 9.4 -1.80

4 12.0

-4.40

TĐ27 4.268.01a

0.2 4.06 1 1.4 2.86

4.4 -0.14 6.7 -2.44 8.0 -3.74

1a

ĐƯờNG BÊ TÔNG

1a Sét pha nâu xám lẫn rễ cây, rác thải

2 Sét pha màu nâu gụ, đốm nâu đen, trạng thái dẻo cứng

3a Sét pha màu nâu xám, đôi chỗ loang, đốm xám xanh, xám vàng,trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng

1 Đất đắp đê: Sét pha màu nâu gụ, nâu xám, trạng thái dẻo cứng - nửa

cứng, kết cấu không chặt đến chặt vừa

3b Sét - sét pha màu xám xanh, xám vàng, đốm nâu, trạng thái dẻo chảy

4 Sét đôi chỗ xen kẹp các lớp mỏng cát pha- cát bụi, màu xám ghi, xám nâu, xám đen, có lẫn tàn tích thực vật, vỏ ốc, trạng thái dẻo mềm - dẻo chảy

Hỡnh 1.9 Mặt cắt ngang địa tầng đại diện của đờ hữu Cầu đoạn từ

Km37+950ữKm69+500 Qua việc túm tắt đặc điểm địa chất cụng trỡnh cỏc tuyến đờ chớnh tỉnh Bắc Ninh, cú thể rỳt ra kết luận về đặc điểm chung như sau: thành phần địa chất thõn đờ và nền đờ chủ yếu là đất sột - sột pha, dưới nền đụi chỗ xen kẹp cỏt giữa cỏc lớp đất sột; lớp địa chất thõn đờ từ mặt đờ tới chiều sõu 2,5m cú đặc điểm địa chất tương tự nhau Do vậy, kết qủa nghiờn cứu cho một tuyến đờ cú thể ỏp dụng cho cỏc tuyến đờ khỏc trờn địa bàn tỉnh Bắc Ninh, đảm bảo yờu cầu chống lũ và kết hợp giao thụng

1.2.2 Quy định về tiờu chuẩn phũng lũ đối với cỏc tuyến đờ sụng tỉnh Bắc Ninh

Tiờu chuẩn phũng lũ cho cỏc tuyến đờ thuộc tỉnh Bắc Ninh được quy định tại Quyết định số 257/QĐ-TTg ngày 18/02/2016 của Thủ tướng chớnh phủ về việc Phờ duyệt Quy hoạch phũng chống lũ và quy hoạch đờ điều hệ thống sụng Hồng, sụng Thỏi Bỡnh [10] Theo đú, tần suất đảm bảo chống lũ thiết kế cho tuyến đờ sụng Đuống và sụng Thỏi Bỡnh thuộc địa bàn Bắc Ninh (nằm ngoài khu vực đụ thị trung tõm Hà Nội) là P = 0,33% tương ứng với chu kỳ 300 năm Cỏc tuyến đờ khỏc như đờ sụng Cầu và sụng Cà

Lồ cú tần suất bảo đảm chống lũ thiết kế P = 2%, tương ứng chu kỳ 50 năm

Với cỏc tần suất quy định tại [10] thỡ mực nước thiết kế đờ tương ứng được xỏc định như sau:

Đất đắp: Sét pha màu nâu hồng, nâu

gụ Trạng thái nửa cứng đến dẻo cứng.

Đất sét màu xám xanh Trạng thái dẻo mềm.

Sét pha màu nâu hồng, nâu gụ Trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm.

1 2 3.4 2.0

(i) Đoạn đê hữu sông Hồng bảo vệ khu đô thị trung tâm thành phố Hà Nội (trong phạm vi đường vành đai IV): Đảm bảo an toàn với mực nước lũ thiết kế trên sông Hồng tại trạm thủy văn Hà Nội là +13,4m, tương ứng với lưu lượng lũ thiết kế tại trạm thủy văn Hà Nội là 20.000m3/s;

(ii) Các tuyến đê khác đảm bảo an toàn với mực nước lũ thiết kế trên sông Hồng tại trạm thủy văn Hà Nội là +13,1m và trên sông Thái Bình tại trạm thủy văn Phả Lại

là +7,2m; tương ứng với lưu lượng lũ thiết kế tại trạm thủy văn Hà Nội là 17.800m3/s, tại trạm thủy văn Phả Lại là 3.300m3/s

Cụ thể hơn Bộ Nông nghiệp và PTNT tại Quyết định số 3032/QĐ-BNN-TCTL ngày 19/07/2016 Về việc quy định mực nước, lưu lượng lũ thiết kế cho các tuyến đê thuộc

hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình [11] đã quy định mực nước thiết kế cho các tuyến

đê sông tỉnh Bắc Ninh ở vị trí các trạm thủy văn gần các sông Bảng 1.1 dưới đây là mực nước thiết kế các tuyến đê từ cấp III đến cấp I thuộc tỉnh Bắc Ninh

Bảng 1.1 Mực nước thiết kế các tuyến đê từ cấp III đến cấp I tỉnh Bắc Ninh [11]

1 Trạm thủy văn (TV)

2 Trạm TV Cát Khê Thái Bình K6+804 tả sông Thái Bình

(K2 hữu sông Thái Bình) +6,80

3 Cống Văn Thai Thái Bình K9+800 hữu sông Thái Bình +6,30

4 Trạm TV Mạnh Tân Cà Lồ K6+700 hữu sông Cà Lồ +9,50

8 Trạm TV Thượng Cát Đuống K01+995 hữu sông Đuống +12,80

9 Trạm TV Bến Hồ Đuống K32+500 tả sông Đuống +10,10

1.2.3 Cao trình đỉnh đê hiện trạng các tuyến đê sông tỉnh Bắc Ninh

Các tuyến đê thuộc địa phận tỉnh Bắc Ninh đều có cao trình đỉnh đê cao hơn cao trình mực nước thiết kế quy định tại [11] khi xét đến cả độ cao an toàn h (h được xác định ở [12]) Cụ thể với từng tuyến đê như sau:

- Tuyến đê hữu Đuống: Hiện tại cao trình mặt đê toàn tuyến đã cao hơn từ (0,80÷1,00)m so với mực nước thiết kế tại Thượng Cát (+12,80m); tại Bến Hồ (+10,10m)

- Tuyến đê hữu Thái Bình: Cao trình đỉnh đê toàn tuyến hiện đạt từ (+8,10m) đến (+7,15m), cao hơn so với mực nước thiết kế từ (1,25÷1,80)m

- Tương đối với các tuyến đê: Tả Đuống có cao trình đỉnh đê hiện trạng (+8,10÷12,20)m cao hơn mực nước thiết kế (0,6÷1,0)m; Hữu Cà Lồ có cao trình đỉnh đê hiện trạng (+10,00÷10,40)m cao hơn mực nước thiết kế (0,8÷1,0)m; hữu Cầu có cao trình đỉnh đê hiện trạng (+8,10÷10,00)m cao hơn mực nước thiết kế (0,4÷1,0)m

Như vậy các tuyến đê sông của tỉnh Bắc Ninh đã đủ cao trình chống lũ theo mực nước thiết kế quy hoạch

1.2.4 Quy hoạch hệ thống đê sông kết hợp làm đường giao thông tỉnh Bắc Ninh

Theo quy hoạch phát triển giao thông tỉnh Bắc Ninh [13], và quy hoạch phát triển chung đô thị Bắc Ninh [14], với quan điểm chung phát triển hệ thống đường nội bộ tỉnh gắn kết chặt chẽ và kết nối cao hệ thống giao thông đối ngoại Hệ thống đường nội tỉnh và ngoại tỉnh phải đồng bộ với các tuyến đường quốc lộ và đường thủy trong khu vực Đặc biệt, hệ thống đường bộ của Bắc Ninh phải đảm bảo sự kết nối tốt với các khu vực trong tỉnh như Yên Phong, Quế Võ, Nam Sông Đuống, các khu vực ngoài tỉnh như: Hà Nội, Hải Dương, Bắc Giang, Thái Nguyên, Quảng Ninh, sân bay Nội Bài, cảng biển, Tuy nhiên, để đảm bảo các tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật thì cũng phải kế thừa hệ thống đường hiện trạng, đường dự án đã có nhưng việc phân cấp phải hợp lý Với quan điểm trên, một số tuyến đê trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh đã được quy hoạch (một phần hoặc toàn bộ chiều dài) làm đường giao thông và thực tế đã gánh vác nhiệm

vụ giao thông trong nhiều năm qua như tuyến đê: hữu sông Đuống, tả sông Đuống,

hữu sông Thái Bình, hữu sông Cầu,… Cụ thể, đối với đoạn đê sông Đuống từ Km24+000÷Km31+500 là một phần thuộc đường tỉnh lộ 283

Quy hoạch đường tỉnh 283 (ĐT283) [15]:

- Chiều dài tuyến: 21,3km;

- Điểm đầu: Km0 - Thị trấn Hồ (Ngã tư Đông Côi);

- Điểm cuối: Km21+300 - Ngũ Thái (Kết nối sang Hưng Yên)

- Hướng tuyến: Xây dựng theo tuyến hiện tại

Hình 1.10 Đường giao thông trên đê sông Đuống

1.3 Các nghiên cứu ở trong và ngoài nước về đê kết hợp giao thông

1.3.1 Nghiên cứu ở trong nước

Lịch sử phát triển xã hội Việt Nam ở miền Bắc có quan hệ mật thiết với lịch sử hệ thống đê điều Phan Khánh [6] đã chỉ ra một số giai đoạn chính trong đó có thể kể đến giai đoạn gắn với các triều đại phong kiến, giai đoạn chiến tranh và giai đoạn sau đổi mới Việc sử dụng đê làm đường giao thông trở nên phổ biến ở các đoạn đê trong các

đô thị Trong giai đoạn chiến tranh, đê có thể bị đào phá, trở thành công sự, để ngăn chặn bước tiến của kẻ thù

Ngày 25/06/1962, Phủ Thủ tướng Nước Việt Nam Dân Chủ Cộng Hòa đã ban hành Thông tư số 68-TTg về việc Phối hợp công tác giữa hai ngành giao thông và thủy lợi [16] Đối với hệ thống đường trung ương thì nên làm đê riêng, đường riêng Đối với các đường địa phương, thì nên kết hợp vừa là đường, vừa là đê nếu cần Khi kết hợp làm mới vừa là đường vừa là đê, hoặc biến đường sẵn có vừa là đê và biến đê sẵn có vừa là đường thì phải được sự thỏa thuận giữa hai cơ quan Giao thông và Thủy lợi địa phương cùng với sự đồng thuận của cấp chính quyền tương đương

Nghiên cứu về đê đa mục tiêu đầu tiên được tiến hành bài bản là V.M.Bezruk và A.X.Elenovits [17] Trong đó, việc nghiên cứu khai thác tổng thể dòng sông Hồng qua địa phận Hà Nội với mục đích phát triển bền vững, khai thác tối đa quỹ đất ven sông cũng như các yêu cầu về an toàn của công trình đê đã được đề cập Mặt cắt ngang đê hữu Hồng được đề xuất cải tạo để đáp ứng các yêu cầu này

Hình 1.11 Đê Hà Nội giai đoạn từ 1915 đến 1945

Hình 1.12 Đê Hà Nội giai đoạn từ 1945 đến 2000

Hình 1.13 Đê Hà Nội giai đoạn từ 2000 đến 2010 Nghiên cứu về đặc điểm địa chất công trình nền đê sông Hồng của tác giả Trần Văn

Tư [9] Hiện tượng lún mặt đê là tai biến phổ biến cho đê do nền đất yếu Tầng bùn Hải Hưng và Thái Bình phân bố nhiều nơi ở nền đê Với mô đun biến dạng lớn gây ra biến dạng lún lớn với mặt đê Hiện tượng càng nghiêm trọng khi có các phương tiện giao thông có tải nặng đi trên đê

Các nghiên cứu khác cũng có đề cập ít nhiều đến nội dung này nhưng do đây là phạm

vi có sự đồng quản lý của các Bộ ngành và địa phương nên cần nhiều thời gian để có

sự đồng thuận [18]

Nhiều tác giả khác đã nghiên cứu về công trình đê nhằm đưa ra các tiêu chí, giải pháp

để đảm bảo đê được ổn định trong quá trình chống lũ nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu sâu về đê kết hợp làm đường giao thông

1.3.2 Nghiên cứu của nước ngoài

Việc nghiên cứu đê để sử dụng cho mục đích làm đường giao thông không được đề cập riêng rẽ trong nhiều nghiên cứu Thực tế cho thấy ở các nước, việc thiết kế đường giao thông trên đê thường được tiến hành trong những đoạn tuyến bất khả kháng (đê bị giới hạn bởi khu dân cư, địa hình, hoặc có yếu tố lịch sử) Ngoài các phạm vi đó, đê thường được thiết kế độc lập hoặc đường giao thông ở dưới cơ đê (không nằm trên đỉnh đê)

Trong hướng dẫn thiết kế đê sông [19] do Bộ Giao thông, Công chính và Thủy lợi Hà Lan phát hành năm 1991 có ghi rõ “việc tính đến phương tiện di chuyển trên đỉnh đê là cần thiết kể cả trong tình huống nước tràn đỉnh đê” và bắt buộc tính tải trọng phương tiện tối thiểu là 15kN/m2 trong bề rộng 2,5m ở mặt đê phía trong đồng

Dự án nghiên cứu đê đa mục tiêu Oderker, M (2013) [20] đã chỉ ra mâu thuẫn trong việc nâng cấp đê trong bối cảnh có biến đổi khí hậu Theo đó, đê càng phải được củng

cố để đối phó với mực nước biển dâng cũng như các yếu tố thời tiết bất thường khác Tuy nhiên, việc nâng cao, mở rộng đê không phải là vấn đề dễ dàng do các vấn đề xã hội như dân cư đông đúc dọc các tuyến đê qua đô thị, giá bất động sản, Có 04 hình thái đê được đề xuất xem xét tùy theo điều kiện cụ thể như (a) đê kết hợp đường giao thông, hầm giao thông; (b) đê kết hợp nhà cửa tạo thành tường chắn dạng chữ L; (c) đê dạng tường chắn bằng đất và (d) là đê dạng mái thoải

(a)

(d)

Hình 1.14 Các dạng mặt cắt ngang đê đa mục tiêu cho các khu vực khác nhau [20]

Các tác giả tập trung vào thống kê các dạng công trình nhà cửa dọc các sông ở Hà Lan

và Đức đóng vai trò như công trình chống lũ (đê) Trong các công trình này, có công trình đã hình thành từ xa xưa (hàng trăm năm trước) nhưng cũng có công trình chỉ mới được xây dựng trong 10÷20 năm gần đây Báo cáo chỉ ra rằng, việc kết hợp đê cũng như các công trình chống lũ khác để làm nhà cửa là một kết quả tất yếu của quá trình phát triển kinh tế, xã hội [21, 22]

Ở các nước khác, việc nghiên cứu đê đa mục tiêu cũng được xem xét như ở Nhật Bản, sau trận sóng thần năm 2011, việc nghiên cứu “siêu đê” (Super dike) cũng đã được xem xét để bảo vệ những khu vực ven biển và Tokyo, có thể chịu tác động của sóng thần cũng như các trận bão lớn [3]

Các chỉ dẫn thiết kế đê, công trình thủy và thoát nước cho đường giao thông [1, 23, 24] đều đề cập đến đường trên đỉnh đê phục vụ công tác duy tu bảo dưỡng và cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp Chỉ dẫn thiết kế chi tiết cho các tuyến đường này bao gồm:

bề rộng phải lớn hơn 3m, kết cấu mặt phải chịu được nước và tải trọng của phương tiện phải được đưa vào đánh giá an toàn đê Trong [25], tác giả còn kiến nghị bố trí các điểm quay đầu xe trên đê đề phòng có sự cố để phương tiện có thể quay về chỗ cũ Trong các bang ở Mỹ có quy định khác nhau về việc khai thác đường giao thông trên đỉnh đê Đa phần đều không đồng ý khai thác các phương tiện công cộng nếu không có

xử lý và nghiên cứu riêng Cơ quan quản lý đều đưa ra quy định cấm đường khi mực nước sông dâng cao do ảnh hưởng đến an toàn đê và công tác duy tu bảo dưỡng trong thời gian nguy cấp Các nghiên cứu trên các lưu vực sông Sacramento, Mississipi đều chỉ ra điều đó [26]

Tại Trung Quốc, việc nghiên cứu nâng cấp đê phục vụ làm đường giao thông cũng trở thành đề tài được quan tâm gần đây Wei Hao đã đề xuất các tiêu chí quan trọng liên quan đến thiết kế chi tiết đường như khống chế tốc độ, độ dốc dọc, độ dốc ngang, đảm bảo an toàn đê trong quá trình khai thác đa mục tiêu [27]

Như vậy: Đê sử dụng nhiều mục đích khác nhau (đa mục tiêu) đã có từ hàng trăm năm theo lịch sử phát triển của hệ thống các công trình phòng lũ và xã hội loài người Về chủ đề này hiện đang được tập hợp một cách hệ thống ở các nước phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đức, Nhật cũng như ở các nước đang phát triển như Trung Quốc, Việt Nam Đây là khoa học giao thoa giữa lĩnh vực thủy lợi và giao thông đòi hỏi phải nghiên cứu thận trọng, hệ thống và có tính kế thừa Nguyên tắc chung của các nước đều chỉ ra rằng:

- Đê là công trình quan trọng, chức năng chính là chống lũ nên phải ưu tiên hàng đầu cho vấn đề này;

- Đường giao thông trên đê phục vụ duy tu, bảo dưỡng và cứu hộ đê đã có từ khi đê hình thành với mức độ khác nhau Quyền khai thác này đương nhiên thuộc về các nhà chức trách kể cả khi đất đai dọc đê thuộc sở hữu tư nhân;

- Đường giao thông trên đê phục vụ công cộng (public road) phụ thuộc vào yếu tố lịch sử, điều kiện tự nhiên, xã hội Nếu nâng cấp, khai thác đê cho mục tiêu này cần thỏa mãn yêu cầu chống lũ, sau đó mới là các yêu cầu khác Thực tế các nước đang phát triển đã chứng minh rằng: việc quản lý vận hành khai thác tốt để không xung đột lợi ích giữa các nhóm là yếu tố quan trọng;

1.4 Sử dụng chất kết dính để gia cố đất trên thế giới và Việt Nam

1.4.1 Nghiên cứu, sử dụng xi măng gia cố đất trên thế giới

Khối lượng xi măng trong hỗn hợp gồm đất và xi măng (Đ+XM) được tính theo tỷ lệ phần trăm của khối lượng đất khô Đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về

tỷ lệ xi măng hợp lý trong gia cố đất, sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu:

- Nghiên cứu của Lan Wang: “Tính ổn định của vật liệu (Đ+XM) trong môi trường có sunfat” lượng xi măng thay đổi trong phạm vi từ 4% đến 16% trọng lượng khô của đất cần gia cố [28]

- Qua nghiên cứu so sánh, Shiells và các cộng sự (2003) kết luận: thông thường phương pháp trộn ướt sử dụng tỷ lệ (Đ+XM) cao hơn so với phương pháp trộn khô [29]:

+ Lượng XM từ 180÷400kg/m3 đất cần gia cố đối với phương pháp trộn ướt; + Lượng XM từ 90÷180kg/m3 đất cần gia cố đối với phương pháp trộn khô

- Nghiên cứu của hai tác giả Mitchell và Freitag (1959) [30]:

+ Thông thường (Đ+XM) chứa 5÷14% XM so với trọng lượng của đất cần gia

cố và thường sử dụng để ổn định đất có tính dẻo thấp, đất cát;

+ Lượng XM yêu cầu phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất cần gia cố; + Tỷ lệ XM với đất tối ưu (so với trọng lượng khô của đất cần gia cố) phụ thuộc vào các loại đất khác nhau như Bảng 1.2 và Bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1.2 Tỷ lệ XM đối với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau [30]

1 Đất tốt chứa sỏi, cát hạt thô, cát hạt mịn, có hoặc

4 Đất chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải 10%

Bảng 1.3 Tỷ lệ XM với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại [30]

áp lực cố kết trước tăng 2÷4 lần Hệ số cố kết quan sát được tăng 10÷40 lần [31]

- Tại Nhật Bản, Hisaa Aboshi và Nashahiko Kuwabara (1991), CDIT (2002) đã tiến hành các nghiên cứu gia cố cho các loại đất yếu khác nhau với trên 100 công trình

ở các khu vực khác nhau, hàm lượng xi măng khác nhau (từ 50kg đến 450kg trên 1m3 đất) đã cho kết quả về cường độ nén với thành phần hạt tương ứng Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ cải thiện cường độ đối với đất bùn và sét không cao bằng đất cát và cuội sỏi [32, 33]

- DOH and JICA (1998) kiến nghị: XM ảnh hưởng tốt cho việc cải thiện các đặc tính của đất sét ở Băng Cốc Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất thường

sử dụng hàm lượng xi măng thích hợp trong khoảng 80÷200kg/m3 và chúng được xác định dựa vào cường độ thiết kế của mỗi dự án Thông thường, xi măng