Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sông_2

1.28 Thảm tấm bêtông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường Giang – Trung Quốc 22 1.36 Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống bê tông cốt thép trên sông Brahmaputra – Jamuna – Băng

tham khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc hợp pháp

Tác giả

KS Mai Xuân Chính

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa Sau Đại học, trường Đại học

Hàng Hải Việt Nam, dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo,

các bạn cùng lớp tôi đã tích lũy cho mình một số kiến thức nhất định về chuyên

môn Xây dựng Công trình thủy và đã được giao đề tài luận văn Thạc sỹ “Nghiên

cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sông” Đề tài của

tôi đã được hoàn thành với các nội dung như đã đề ra trong đề cương với sự nỗ lực

cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS TS Nguyễn Văn

Ngọc Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn của tôi còn một số

thiếu sót cần được các thầy các cô đóng góp, tham gia ý kiến nhằm tiếp tục hoàn

thiện luận văn để có thể đóng góp một phần nào đó cho các công việc có tương tự,

phục vụ cho công cuộc xây dựng và phát triển đất nước

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Công trình, Viện đào tạo

Sau đại học trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, cảm ơn các cơ quan đã tạo điều

kiện để tôi có thể hoàn thành tốt công việc của mình

Đặc biệt xin gửi lởi cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Nguyễn Văn Ngọc

đã trực tiếp hướng dẫn luận văn

Tôi cũng xin gừi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã tạo mọi

điều kiện tốt nhất để cho tôi tôi hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Xin trân trọng cảm ơn!

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG 3

1.1 Các nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ bờ sông 3

1.2 Tổng quan kết cấu công trình bảo vệ bờ sông: 6

1.3 Tình hình nghiên cứu xói lở bờ sông: 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG 32

2.1 Tính toán ổn định bằng phương pháp cung trượt: 32

2.2 Tính toán khả năng chịu lực: 35

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN THỰC TẾ 46

3.1 Giới thiệu tóm tắt đoạn sông Luộc đoạn Km45+950-Km46+750: 46

3.3 Tính toán xác định kết cấu hợp lý .54

3.4 Phân tích lựa chọn phương án: 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI KÈ 1/PL

2.9 Tỷ lệ tối thiểu của số đá có đường kính Dh 44

3.2 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 49

4.2 Tính toán ổn định cho cung trượt O1 với R1= 13,37m; m = 10 9/PL

4.3 Tính toán ổn định cho cung trượt O2 với R2= 13,84m; m = 10 10/PL

4.4 Tính toán ổn định cho cung trượt O3 với R3= 14,22m; m = 10 11/PL

4.5 Tính toán ổn định cho cung trượt O1' với R1’ = 12,88m; m =

10

12/PL

4.6 Tính toán ổn định cho cung trượt O2' với R2'= 14,76m; m = 10 13/PL

phá vỡ khỏi mái dốc 1.2 Sạt lở dỏ áp lực nước trong vết nét và dòng thấm 4

1.5 Sạt lở sông Hồng gây thiệt hại cho các công trình ven bờ 8

1.6 Sạt lở bờ trên luồng Bạch Đằng - Hải Phòng 8

1.7 Sạt lở bờ trên tuyến luồng Nam Triệu - Hải Phòng 9

1.9 Bờ sông Ngàn Mọ - Hà Tĩnh có nguy cơ sạt lở rất cao 10

1.22 Gia cố chân bờ bằng rọ đá và khối bê tông 17

1.28 Thảm tấm bêtông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở

sông Trường Giang – Trung Quốc

22

1.36 Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống bê tông cốt thép trên sông

Brahmaputra – Jamuna – Băngladet

27

1.37 Công trình bảo vệ bờ sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận)

bằng hệ thống công trình hoàn lưu

1.40 Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa 30

2.1 Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm của mái đập 33

2.2 Sơ đồ tính ổn định trượt mái đập, đất theo phương pháp

Ghécxêvanốp

34

2.4 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất trên mái dốc được gia 40

3.1 Bờ hữu sông Luộc - phạm vi Km46 47

3.2 Cung trượt ở bờ hữu sông luộc

3.4 Kết cấu kè phương án 2 - chân kè đá hộc thả rối kết hợp rọ

thép lõi đá, thân kè đá lát khan trong khung đá xây, đỉnh kè

đá hộc xây

52

3.5 Kết cấu kè phương án 3 - chân kè đá hộc thả rối kết hợp

rồng, thân kè đá lát khan trong khung đá xây, đỉnh kè đá hộc xây

53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm đầu thập kỷ của thế kỷ 21, cùng với những biến đổi mạnh

mẽ của khí hậu toàn cầu dẫn tới sự xuất hiện nhiều thiên tai, nhiều cơn bão, nhiều

con lũ lớn trên khắp các lục địa và cả ở Việt Nam Hiện tượng sạt lở bờ sông, bờ

biển ở nước ta cũng diễn ra với tần suất lớn lơn, chu kỳ nhanh, cường độ mạnh,

kéo dài hơn và có nhiều điểm dị thường

Hiện tượng xói lở và bồi tụ là một quá trình hoạt động tự nhiên, có đoạn sông

bị xói lở, có đoạn sông bị bồi tụ Đó là hệ quả của mối tương tác giữa dòng chảy và

lòng sông mà nguyên nhân gây ra là do qua trình vận chuyển bùn cát từ nơi này

đến nơi khác Tương tác giữa sóng, gió, dòng triều và bờ biển mà trực tiếp là sự

mất cân bằng của vận chuyển bùn cát dọc bờ là nguyên nhân chính gây ra xói - bồi

mất ổn định của bờ sông, bờ biển Tuy là hoạt động bình thường của tự nhiên song

hiện tượng xói - bồi bờ sông, bờ biển rất phức tạp, chịu sự chi phối bởi nhiều yếu

tố Do đó ảnh hưởng của xói - bồi, đặc biệt là ảnh hưởng của xói sạt lở bờ sông, bờ

biển là vô cùng nghiêm trọng

Ở nước ta, các hình thức kè chủ yếu thường là: kè lát mái bảo vệ bờ, mỏ hàn,

chống sóng đê biển bằng các loại kết cấu chủ yếu là: kè đá khan, kè đá xây, kè lát

khan trong khung đá xây, kè tấm bê tông định hình …

Tình trạng chung của các công trình đê, kè bảo vệ bờ còn kém ổn định và

xung yếu Nó được thể hiện chủ yếu với các đoạn kè đê sông là xói lở chân, xô sạt

mái, lún và biến dạng kè, nguyên nhân chính là do dòng chảy và địa chất nền yếu,

quy mô kết cấu kè còn hạn chế nên thượng hạ lưu kè thường bị xói lở Một số đoạn

kè bị hư hỏng như kè Cát Bà, kè đê bao khu bãi rác Đình Vũ và một số đoạn kè đê

sông như sông Luộc, sông Thái Bình, sông Văn Úc…

Trong những năm vừa qua tại những đoạn sông đã xây dựng kè bảo vệ bờ

Tuy nhiên, do một số đoạn kè xây dựng đã lâu, kết cấu kè chưa đảm bảo, dưới tác

dụng của dòng chảy, khí hậu và sự xâm hại của con người hiện nhiều đoạn bị hư

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè

bảo vệ bờ sông” là một trong những đề tài thiết thực có ý nghĩa thực tiễn cao từ đó

làm cơ sở cho các nghiên cứu nhằm mục đích đảm bảo ổn định và an toàn cho các

công trình đê, kè bảo vệ bờ sông của nước ta nói chung và thành phố Hải Phòng

nói riêng

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sông

nhằm mục đích chọn được công trình bảo vệ bờ sông có kết cấu hợp lý để đảm

bảokinh tế kỹ thuật

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: Công trình đê kè bảo vệ bờ sông

Phạm vi nghiên cứu: Các dạng kết cấu công trình đê, kè bảo vệ bờ khả thi áp

dụng cho công trình đê, kè bảo vệ đang bị xói lở

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp xây dựng tính toán thực tiễn,

tính toán tìm ra những giải pháp khả thi và tối ưu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình bảo vệ bờ sông là việc

làm vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa thực tiễn Trên cơ sở đó có thể áp

dụng cho các đoạn sông khác mà diễn biến của nó có thể được đánh giá là như

nhau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG 1.1 Các nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ bờ sông

Hiện tượng sạt lở bờ sông ở nước ta cũng như các nước trên thế giới là vấn đề

lớn, nghiêm trọng và bức xúc Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các triền sông và ở nhiều

địa phương có sông Sạt lở bờ sông ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế và xã hội của

địa phương [7] Ở vùng hạ lưu hệ thống các sông Hồng, Thái Bình, sông ngòi miền

Trung và đồng bằng sông Cửu Long, vì dòng sông mang nhiều bùn cát lại chảy

trên một nền bồi tích rất dễ xói bồi nên quá trình xói lở và bồi tụ diễn ra liên tục

theo cả thời gian và không gian Xói lở và bồi tụ không chỉ diễn ra vào mùa lũ mà

còn diễn ra cả vào mùa nước kiệt Quá trình xói lở và bồi tụ ở các sông diễn ra do

các hiện tượng tự nhiên và do các tác động của con người thường rất phức tạp

Việc tìm ra được các nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ để từ đó có các giải pháp

quy hoạch và các biện pháp xử lý để phòng tránh, ngăn ngừa các tác hại của hiện

tượng xói lở và bồi tụ gây ra là việc làm rất quan trọng và ý nghĩa đối với sự an

toàn của các công trình xây dựng cũng như bảo vệ tốt cho tính mạng và tài sản của

nhân dân Dưới đây là một số nguyên nhân gây sạt lở và bồi tụ:

1.1.1 Nguyên nhân xói lở [6]:

- Do địa chất khu vực: Ở những khu vực khi bờ có thành phần trầm tích phù

sa cổ khi được lớp thảm thực vật phủ dày, trong điều kiện môi trường ẩm ướt cao

thì độ dẻo và độ kết dính tốt, còn những nơi thảm thực vật thưa thớt hoặc không có

thảm thực vật che phủ, khi bị phơi nắng thiếu nước thường xuyên, chúng mất nước

dần, co rút lại, hậu quả là làm cho chúng bị nứt nẻ, trở nên khô xốp và khi thấm

nước trở lại chúng bị bở rời, tơi vụn ra Khi đó chỉ cần động lực rất nhỏ (sóng gió),

chúng đã bị nước làm dịch chuyển và mang đi Đây là một điều kiện thuận lợi để

quá trình xói lở bờ trong vùng diễn ra mạnh mẽ

- Do sóng: Sóng gây ra hiện tượng xói lở chủ yếu do gió và tầu thuyền qua

lại trên sông, sóng xô vào bờ tạo ra áp lực, tạo ra dòng chảy ven bờ manh hơn gây

hiện tượng xói lở bờ Hiện tượng xói lở này thường xảy ra vào bắt đầu mùa mưa,

thời điểm mực nước kiệt

- Sạt lở: Do sự tăng thêm áp lực trong các giai đoạn (thường tăng thêm áp

lực nước, lực rung động ) làm cho đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn

phần hay toàn bộ như một khối chất lỏng, mặt trượt hầu như không có hoặc chỉ

biểu hiện từng lúc; thường xảy ra trong đất yếu bão hòa nước do áp lực nước lỗ

rỗng tăng lên đến một giới hạn làm mất toàn bộ cường độ chống cắt của đất

Hình 1.3 Mất ổn định dạng trượt dòng

- Trượt do khối đất bị phá hoại cắt dọc theo một mặt làm khối đất bị dịch

chuyển trượt theo mặt phá hoại đó Có hai dạng mất ổn định là trượt phẳng và trượt

cong

Hình 1.4 Mất ổn định theo mặt trượt cong

1.1.2 Nguyên nhân gây ra bồi tụ [6]:

- Do vận tốc dòng chảy giảm đi: qua nghiên cứu đã cho thấy rằng, sự dịch

chuyển của bùn, cát phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc dòng chảy, vận tốc càng lớn,

sự dịch chuyển càng lớn và ngược lại Trong trường hợp vận tốc dòng chảy giảm

còn xảy ra hiện tượng xoáy tròn hay dòng chảy vòng, dòng chảy này sẽ làm xói lở

đất ở phía bờ lõm rồi vận chuyển sang phía bờ lồi

- Do bồi tụ ở vừng cửa sông ra biển: Ở bất kỳ cửa sông nào ra biến, sự giao

thoa giữa các yếu tố sông biển thường để lại sản phẩm của các cuộc tranh chấp đó

là các bãi cát, ngưỡng cát Các bãi chắn cửa sông ảnh hưởng lớn đến giao thông

đường thủy và quá trình thoát lũ

1.2 Tổng quan kết cấu công trình bảo vệ bờ sông:

1.2.1 Hệ thống đê kè sông của Việt Nam:

Theo tài liệu của Cục Đường thủy nội địa Việt Nam, hiện nay trên tuyến đường thủy nội địa cả nước đã đưa vào khai thác sử dụng và quản lý 6.658 km

cùng với 38 tuyến luồng hàng hải với tổng chiều dài 799 km Với chiều dài của các

tuyến giao thông đường thủy như vậy đã tạo thành một hệ thống vận tải thông

thương giữa mọi miền của đất nước, góp phần xây dựng và phát triển đất nước

thông qua việc vận chuyển hành khách và hàng hóa

Kè bảo vệ bờ sông hiện có rất nhiều hình thức: Kè lát mái, kè mỏ hàn, kè

mềm…

- Kè lát mái thường được sử dụng chống xói, lở bờ tại các đoạn sông hẹp và

có nhiều tàu thuyền qua lại, vật liệu làm kè bằng đá xếp khan, đá xây, tấm bê tông

- Hình thức kè mỏ hàn, kè mềm thường được sử dụng trong công trình lấn

biển, vật liệu làm kè thường bằng các khối đá, tấm bê tông có kích thước lớn

Vấn đề xói, sạt lở bờ kênh, bờ sông đang diễn ở hầu hết các hệ thống sông của nước ta không chỉ vào mùa mưa lũ mà còn trong cả mùa nước kiệt Hiện tượng

sạt lở đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng, tài sản của nhân dân, Nhà

nước và nhiều công trình gần sông, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển kinh tế xã

hội của đất nước

1) Khu vực phía Bắc

Với các hệ thống sông chính là sông Hồng, sông Mã, sông Thái Bình hiện tượng sạt lở cũng diễn ra thường xuyên Theo số liệu của các địa phương, hiện nay

trên các sông Bắc Bộ có 166 điểm sạt lở với chiều dài 261 km:

Trên sông Hồng hiện tượng sạt lở diễn ra nghiêm trọng với 80 điểm sạt lở và

chiều dài 100 km, chiều dài mỗi khu vực sạt lở từ vài chục mét đến hàng trăm mét

Trên hệ thống sông Thái Bình có 27 điểm với tổng chiều dài trên 45 km

Trên sông Cả, sông Mã, sông Văn Úc, sông Lạch Tray hiện tượng sạt lở cũng diễn biến phức tạp với 20 điểm sạt lở, chiều dài 37 km

Khu vực sông suối của miền núi có 23 vị trí sạt lở với chiều dài khoảng 40

km

2) Khu vực miền Trung và Tây Nguyên

Có các hệ thống sông Kiến Giang, Thạch Hãn, Bồ, Hương, Thu Bồn, Trà Khúc, Đà Rằng, Kôn, Cái Phan Rang, Cái Nha Trang Hiện tượng sạt lở diễn ra

tương đối mạnh trong thời gian gần đây với phạm vi sạt lở đến vài km Theo số

liệu của các địa phương có 307 điểm sạt lở với tổng chiều dài 555 km bờ sông bờ

biển, ảnh hưởng đến gần 7000 hộ dân cư

3) Khu vực Nam Bộ

Với hệ thống sông Cửu Long có hai sông chính là sông Tiền và sông Hậu, ngoài ra còn có các sông Sài Gòn, Vàm cỏ và nhiều sông nhỏ, kênh rạch khác

Tuy sông có độ dốc nhỏ và vận tốc dòng chảy nhỏ hơn ở khu vực miền Bắc và

miền Trung nhưng do địa chất vùng này chủ yếu là bồi tích trẻ, mềm yếu nên tình

hình sạt lở cũng rất nghiêm trọng, quy mô sạt lở thường lớn với chiều dài từ vài

trăm mét đến vài km Theo thống kê của các địa phương, trên các tuyến sông vả bờ

biển khu vực Nam Bộ hiện có 256 điểm sạt lở với tổng chiều dài trên 450 km

Hiện tượng xói lở mái bờ kênh gây thiệt hại to lớn về người và của Hàng năm Nhà nước đã đầu tư rất nhiều để khắc phục hiện tượng này song vẫn chỉ là

giải pháp tạm thời Sau đây là một số hình ảnh về xói lở bờ sông của Việt Nam:

Hình 1.5 Sạt lở sông Hồng gây thiệt hại cho các công trình ven bờ

Hình 1.6 Sạt lở bờ trên luồng Bạch Đằng - Hải Phòng

Hình 1.7 Sạt lở bờ trên tuyến luồng Nam Triệu - Hải Phòng

Hình 1.8 Sạt lở bờ sông Văn Úc - Hải Phòng

Hình 1.9 Bờ sông Ngàn Mọ - Hà Tĩnh có nguy cơ sạt lở rất cao

Hình 1.10 Sạt lở bờ sông Yên - Đà Nẵng

Hình 1.11 Sạt lở bờ sông An Hóa - Đồng Tháp

Hình 1.13 Kè bảo vệ bờ bằng rọ đá

1.2.2 Hệ thống công trình đê kè bảo vệ bờ sông của Hải Phòng:

Hệ thống đê điều Hải Phòng được xây dựng với nhiệm vụ đảm bảo chống lũ

và nước dâng do bão từ các con sông và biển, ngăn chặn sự xâm nhập của biển

Đảm bảo đời sống nhân dân được ổn định và tạo điều kiện để phát triển kinh tế

Hệ thống đê sông gồm có 18 tuyến đê sông với chiều dài 317,687 km

Ngoài ra còn có 56 công trình kè với tổng chiều dài 26,818 km kè sông),

chiếm tỷ lệ gần 8,4% tổng chiều dài đê và 324 cống dưới đê sông

Hệ thống sông chia cắt địa hình và hình thành 6 tiểu hệ thống đê độc lập: 4 hệ

thống đê độc lập theo địa giới hành chính huyện là: Tiên Lãng, Vĩnh Bảo, Thuỷ

Nguyên, Cát Hải; 2 hệ thống đê độc lập theo địa giới liên huyện là: hệ thống Đa

Độ có 4 đơn vị hành chính: huyện An Lão, Quận Kiến An, huyện Kiến Thụy, quận

Dương Kinh và quận Đồ Sơn Hệ thống đê An Dương và 4 quận: Lê Chân, Hồng

Bàng, Ngô Quyền, Hải An

Các hình thức kè bảo vệ bờ sông của Hải phòng hiện nay chủ yếu là: kè đá

hộc xếp khan, đá hộc xây, đá hộc xếp khan trong khung đá xây, tấm bê tông định

hình…

Hiện nay nhiều công trình kè bảo vệ bờ được đánh giá là kém ổn định Hư

hỏng phổ biến đối với các đoạn kè đê sông là xô sạt mái, xói lở chân, lún và biến

dạng kè, nguyên nhân chính là do địa chất nền yếu, quy mô kè còn hạn chế nên

thượng hạ lưu kè thường bị xói lở như kè Đại Công (Tả Thái Bình), An Ninh,

Đông Quất (hữu sông Thái Bình), Lô Đông, Hiệp Hòa, Cao Minh, Hà Dương

Thâm Động, Cổ Am, Cộng Hiền (tả sông Hóa), Hà Phương, Cung Chúc, Trung

Lập, Thượng Lộc, Đan Điền, An Bồ (hữu sông Luộc), Hàng Hà, Bốt Đỏ (hữu Lạch

Tray), Kim Sơn (tả Văn úc) …

Dưới đây là một số hình ảnh về tình hình sạt lở bờ sông tại Hải Phòng

Hình 1.14 Đoạn kè cũ từ K40 + 840 đến K 41 - Hữu sông Luộc phần thân bị

phá hủy

Hình 1.15 Hiện tượng sạt lở bờ gần cống An Ninh- Hữu sông Thái Bình

Hình 1.16 Kè thượng lưu cống Ba Đồng 2 –Hữu sông Luộc bị phá hỏng

Hình 1.17 Đất bờ sông Văn Úc bị nước xói trôi với tốc độ khá lớn

1.3 Tình hình nghiên cứu xói lở bờ sông:

Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam ngày càng áp dụng các công

nghệ mới nhằm bảo vệ bờ sông [8], với mục tiêu chung là tối ưu về kinh tế cũng

như tuổi thọ của công trình Tuy nhiên, việc lựa chọn hình thức kết cấu như thế

nào phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, quy luật diễn biến lòng dẫn của

từng khu vực

Dưới đây là một số giải pháp đã được áp dụng trong thực tế:

1.3.1 Các biện pháp bảo vệ mái dốc đất thông thường [6]

1.3.1.1 Cấu kiện công trình thường dùng

1) Bó rồng : là các bó cành tre xếp nối nhau dài không vượt quá 10  12m, đường kính mỗi bó từ 10  15cm, buộc lạt tre hoặc dây thép cách nhau từ 25 

30cm, bó rồng cần chú ý đều đặn trên toàn chiều dài Khi xếp các cành ngọn, gốc

nên phân bố xen nhau Buộc lạt chặt vừa để có thể đóng cọc xiên qua, nhưng

không được lỏng quá dễ bị xộc xệch, hư hỏng, rồng cần phải tươi, bó xong sử dụng

ngay, nếu chưa sử dụng đến cần bảo quản dưới nước

Hình 1.18 Kết cấu bó rồng

2) Rồng : Là loại cấu kiện hình trụ, lớp bó rồng được xếp kín mặt ngoài làm

áo, ruột bằng đá hộc hay đất sét, đuờng kính rồng từ 0,6  0,8m dài từ 8  10m

Dùng dây thép hay lạt tre buộc cách nhau 0,8  1m, đầu rồng được nhét kín và

buộc chụm lại Rồng được gia công trên bờ rồi lăn xuống hay gia công trên thuyền,

chở đến nơi đã được định vị rồi thả xuống

Hình 1.19 Kết cấu rồng

3) Rọ đá : Đan bằng tre hay dây thép mạ kẽm Mắt rọ cần đảm bảo để đá

không lọt, tuỳ theo đá đã có mà xác định kích thước của mắt rọ Rọ tre thường đan

có hình trụ đường kính từ 0,8  1m và dài từ 2  4m Rọ thép thường dùng loại dây

thép kích thước 2,5  4mm, dây 6  8 làm khung Nếu dây được mạ kẽm, rọ

thép giữ được từ 8  12 năm Rọ thép có thể gia công thành hình hộp hoặc hình trụ

Hình 1.20 Kết cấu rọ đá

4) Bè chìm : Có 3 loại thường dùng đó là bè chìm cành cây, bè chìm bê tông

cốt thép và bè chìm bê tông nhựa Bè chìm dùng để gia cố chân công trình và có

tác dụng chống xói

1.3.1.2 Công trình gia cố bờ và bảo vệ mái dốc

1) Kết cấu gia cố chân bờ :

Hình 1.21 Một số kết cấu gia cố chân bờ

Đối với gia cố bờ ở các vùng khác nhau, có các biện pháp gia cố khác nhau, tại chân bờ có biện pháp gia cố đặc biệt với 2 tác dụng:

- Không cho các vật liệu trên mái dốc trượt xuống dưới

- Chống xói ở chân mái dốc

Hình 1.22 Gia cố chân bờ bằng rọ đá và khối bê tông

2) Gia cố bề mặt mái dốc :

Gia cố bằng đá hộc: gia cố mái dốc bằng đá hộc là giải pháp được sử dụng

rộng rãi nhất, đá hộc được phủ lên bề mặt theo 3 phương pháp: đổ rối, lát khan và

xây

- Đá hộc đổ rối: đổ rối trên mái dốc là biện pháp thi công đơn giản, có thể cơ

giới hoá nhưng tốn nhiều đá và kém mỹ quan, giải pháp này có kết quả tốt khi có

kích thước của đá và mái dốc của bờ thoả mãn điều kiện qui định, các loại vật liệu

được trộn lẫn đảm bảo chèn chắc và liên kết tổng thể

- Đá hộc lát khan : các viên đá được đặt sát cạnh nhau sao cho khe hở giữa

chúng không quá 5cm và chèn vào các khe hở này các hòn đá có kích thước bé Bề

mặt được gia cố bằng đá lát khan tương đối bằng phẳng và đảm bảo mỹ quan Khe

lún bố trí cách nhau từ 15  20m

Hình 1.23 Kết cấu gia cố bằng đá hộc lát khan

- Gia cố bằng đá xây: ở những nơi có sóng lớn, dòng chảy mạnh, kích thước

viên đá không đủ lớn thì người ta phải xây Sự khác nhau giữa đá lát khan với đá

xây là, đối với đá lát khan người ta chít mạch trên bề mặt, còn đối với đá xây người

ta đổ vữa rồi đặt đá lên xây Do việc xây đá cần sử dụng vữa xi măng nên nền đất

phải ổn định để tránh phá hoại cục bộ và thường bố trí lỗ thoát nước cho mái kè

Phần trước của lỗ thoát nước cần đặt lớp lọc để giữ đất bờ

Hình 1.24 Gia cố bờ bằng đá xây

Gia cố bằng bê tông và bê tông cốt thép:

Loại gia cố này dùng đến vật liệu đắt tiền và đòi hỏi các điều kiện kỹ thuật cao về thi công nên thường chỉ dung để bảo vệ mái bờ khi dòng chảy mạnh và

sóng tác động Có các dạng sau:

- Bê tông đổ tại chỗ

- Bê tông cốt thép đổ tại chỗ

- Bê tông đúc sẵn

1.3.2 Ứng dụng vật liệu mới

1.3.2.1 Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao

Trong những năm gần đây, theo sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa

chất, các loại vải, dây được sản xuất bằng sợi tổng hợp Polymer được sử dụng rộng

rãi trong công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển như các loại vải địa kỹ thuật làm tầng

lọc, cốt cho đất đắp, các thảm, ống, túi vải độn vật liệu chống xói đáy, bảo vệ chân

và mái bờ sông [8]

Hình 1.25 Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè

1.3.2.2 Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm

Được chọn để thay thế tầng lọc ngược truyền thống, có thể xúc tiến nhanh

tiến độ thi công, tiết kiệm đầu tư, đồng thời vải địa kĩ thuật được sản xuất công

nghiệp hóa nên đảm bảo chất lượng lọc của công trình

1.3.2.3 Các túi địa kỹ thuật (Bagwork)

Được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất, cát hoặc bêtông

tạo thành những cấu kiện dùng để gia cố chân, mái bờ, lòng sông Các túi có kích

thước nhỏ được chế tạo như chiếc gối thường được ghép nối với nhau bằng các

khớp nối nhựa Loại túi có kích thước lớn, độc lập thường được xếp chồng lên

nhau

Hình 1.26 Bảo vệ bờ bằng ống địa kỹ thuật-GeoTube

1.3.3 Ứng dụng nhựa uPVC chế tạo tấm cừ nhựa

uPVC là một Polyvinyl Chlorua chƣa đƣợc nhựa hoá, đây là loại vật liệu khá

mới có độ bền cao, chịu đƣợc va đập mạnh, không bị co ngót, biến dạng hay oxy

hóa theo thời gian và đã đƣợc ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghịêp, xây

dựng Một sản phẩm của loại vật liệu này là tấm cừ nhựa bắt nguồn từ Mỹ và đƣợc

ứng dụng trong công trình bảo vệ bờ sông cũng nhƣ trong các công trình xây

dựng

Hình 1.27 Bảo vệ bờ bằng cừ Larsen bản nhựa

1.3.4 Cải tiến cấu kiện và kết cấu công trình

Để nâng cao hiệu quả các loại hình công trình cơ bản, nhiều nghiên cứu đã tập

trung cải tiến các cấu kiện, kết cấu tổng thể công trình theo hướng linh hoạt, bền

vững, thụân tiện cho thi công Cụ thể:

1.3.4.1 Cải tiến thảm và tấm bêtông đơn giản liên kết bằng thanh thép bằng thẩm

khối bê tông phức hình hoặc liên kết dây mềm

Đây là loại thảm sử dụng các khối bê tông liên kết chúng lại với nhau bằng

móc nối, dây nilon Kết cấu loại này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước như

Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản để chống xói đáy và bảo vệ mái bờ

Ở nước ta đã sản xuất được thảm bê tông tự chèn đan lưới là công ty trách

nhiệm hữu hạn Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác Thảm đã được ứng dụng thành

công tại An Giang và một số công trình ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long [8]

Hình 1.28 Thảm tấm bêtông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông

Trường Giang – Trung Quốc [8]

1.3.4.2 Cải tiến các loại rồng, rọ [8]

Rồng, rọ là cấu kiện được sử dụng khá rộng rãi trong bảo vệ mái và chống xói

đáy do tính linh hoạt, mềm dẻo của nó Rồng truyền thống thường được chế tạo

bằng nan tre, lưới thép, lõi bằng đất hoặc đá Gần đây đã có những nghiên cứu cải

tiến kết cấu vỏ rồng, sử dụng các lưới sợi nilon, sợi tổng hợp làm vỏ rồng, chế tạo

thảm đá lưới thép cho kết quả khá khả quan

Hình 1.29 Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông

Hình 1.30 Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép

a Rồng truyền thống bằng đá hộc và b Rồng cải tiến có tầng lọc bằng vải lọc,

cát, đá dăm và đá hộc

1.3.4.4 Thảm rồng đá bằng túi lưới (Rock Rolls)[15]

Loại thảm này đã được sử dụng rộng rãi ở Anh Đá hộc được bọc trong các túi

lưới tạo nên tấm thảm và được đặt dưới chân bờ để chống xói Loại thảm này rất

linh hoạt, mềm dẻo và tạo được các kẽ hở thụân lợi để thực vật mọc lên, tăng

cường ổn định chân bờ Có thể sử dụng các loại đá có kích thước nhỏ hơn so với

đá trong rọ đá, bằng lưới thép thông thường Độ bền của loại thảm này phụ thuộc

vào vật liệu làm túi lưới

Hình 1.31 Các rồng đá túi lưới đơn Hình 1.32 Thảm rồng đá túi lưới

1.3.4.5 Thảm đá

Thảm đá (RENO MATTRESS) [16] được chế tạo tại chỗ trên mái bờ bằng

cách liên kết các vỏ rọ đá lại với nhau trước khi hoàn thiện rọ đá Thảm rọ đá được

sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới, trong đó nổi bật có sản phẩm thảm rọ đá của

hãng Maccaferri

Hình 1.33 Thảm đá bảo vệ bờ sông

1.3.4.6 Cải tiến các khối bêtông lát mái

Các khối bêtông rời dùng để bảo vệ mái bờ sông được dùng khá phổ biến

Các loại khối thông dụng có thể kể đến khối hình vuông đơn giản, hình lục giác

1.3.4.7 Ứng dụng công nghệ bêtông ứng suất trước nhằm chế tạo cọc ván bê tông

cốt thép ứng suất trước

Hình 1.34 Khối Armorloc [17]

Hình 1.35 Khối Tri-lock [18]

Tường đứng thường được sử dụng bằng kết cấu có khả năng chịu tải trọng

ngang lớn như cọc ván bê tông cốt thép ứng suất trước, hiện nay loại kết cấu này

ứng dụng khá phổ biến để bảo vệ bờ sông vùng đồng bằng Nam Bộ

1.3.4.8 Cải tiến kết cấu công trình mỏ hàn

1) Công trình cọc ống bê tông cốt thép [22]

Đây là loại công trình sử dụng các cọc ống bê tông để tạo thành thân mỏ Loại

công trình này đã được ứng dụng ở Trung Quốc và Băngladet Qua quá trình vận

hành thực tế cho thấy loại công trình cọc ống này có tác dụng đẩy dòng, đã khống

chế một cách cơ bản thế sông và xu thế sạt lở bờ, có tác dụng cản dòng gây bồi rõ

rệt

Hình 1.36 Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống bê tông cốt thép trên

sông Brahmaputra – Jamuna – Băngladet [13]

2) Công trình kè đảo chiều hoàn lưu [22]

Đây là Công trình nghiên cứu của GS Lương Phương Hậu và PGS Lê Ngọc

Bích cùng các cộng sự, lần đầu tiên nghiên cứu và được xây dựng ứng dụng để bảo

vệ bờ sông Dinh phía thị xã Phan Rang (tỉnh Ninh Thuận) cho kết quả rất tốt và

vượt qua khả năng dự báo của chính các tác giả

Hình 1.37 Công trình bảo vệ bờ sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận) bằng hệ

thống công trình hoàn lưu [13]

3) Công trình kè mỏ hàn, đập hướng dòng bằng rọ, thảm đá lưới thép [22]

Hình 1.38 Kè mỏ hàn bằng rọ đá

Rọ đá, thảm đá đã được sử dụng khá lâu trong công trình kè lát mái và kè mỏ

hàn nhưng mới chỉ đóng góp vai trò là một bộ phận hộ chân, thảm chống xói của

công trình Tuy nhiên rọ đá, thảm đá cũng có rất nhiều ưu điểm và có thể độc lập

tạo nên một công trình kè mỏ hàn, đập hướng dòng hoàn chỉnh và có hiệu quả như

các loại công trình cứng truyền thống

1.3.5 Kết hợp giữa công nghệ cứng và vật liệu mềm

Ngoài những giải pháp công trình cứng, công trình mềm thì sự kết hợp giữa

hai giải pháp này đã được ứng dụng và cho kết quả tốt bằng các hình thức: hỗ trợ

cho các công trình kè cứng bằng cách tạo ra một thảm thực vật ở ngay phía ngoài

hoặc phía trong chân kè cứng vừa tăng ổn định chân kè vừa tạo cảnh quan

Hình 1.39 Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ

ổn định và phát triển thực vật

1.3.6 Lưới địa kỹ thuật

Được làm bằng chất polypropylen (PP), polyester (PE) hay bọc

bằng polyetylen-teretalat (PET) với phương pháp ép và dãn dọc, có một cấu trúc

lưới đặc biệt, gồm các mối nối có cường độ cao và cạnh chắc chắn, nhờ đó tạo ra

các gờ vuông và dày giữ vật liệu, tạo một góc chống trượt hiệu quả cao, giúp mái

đất ổn định

1.3.7 Cải tiến giải pháp thi công

Công trình bảo vệ bờ sông thường gồm hai phần: trên cạn và dưới nước

Trong đó phần thi công dưới nước khá phức tạp đồng thời để đảm bảo hiệu quả

chống lũ, nhiều công trình phải thi công gấp rút để vượt lũ, đòi hỏi công nghệ thi

công phải đáp ứng tiến độ nhanh Do đó đã có nhiều cải tiến công nghệ thi công để

đáp ứng yêu cầu

1.3.7.1 Công nghệ đổ bêtông dưới nước [13]

Gần đây, ở Đức đã xuất hiện một loại bê tông đổ trong nước, mở ra một thời

kỳ mới trong lịch sử thi công công trình dưới nước Loại bê tông này không phân

rã dưới nước được chế tạo như bê tông thông thường cộng thêm chất phụ gia đông

kết nhanh Trong quá trình đổ bê tông, cho dù có tác dụng xói ở trong nước, do có

tính chất kháng phân tán và tính chất tự làm phẳng nên chất lượng bê tông vẫn bảo

Hình 1.40 Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa

1.3.8 Kết luận

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nên nhiều lĩnh vực đã áp

dụng những tiến bộ của công nghệ mới, như lĩnh vực công trình chỉnh trị sông, bảo vệ

bờ sông chống lũ đã có được nhiều cải tiến Nhiều vật liệu, công nghệ mới đã được sử

dụng, một trong những sản phẩm vật liệu công nghệ mới được sử dụng rộng rãi đó là

vải địa kỹ thuật dưới dạng tầng lọc hoặc thảm túi bêtông, thảm túi cát, các cuộn sơi

đay, các loại kè mỏ hàn có kết cấu hoàn lưu đảo chiều đã cho kết quả tốt Việc ứng

dụng những công nghệ mới sẽ tiếp tục được ứng dụng trong tương lai và cần được

nghiên cứu kỹ hơn để áp dụng phù hợp với điều kiện của Việt Nam

Trước diễn biến phức tạp của các đoạn sông, đặc biệt để ứng phó với nguy cơ

nước biển dâng đã được dự báo, việc lựa chọn kết cấu công trình bảo vệ bờ không

phải đơn giản Vì vậy “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình

kè bảo vệ bờ sông” là việc làm hết sức cần thiết để đảm bảo chủ động trong công

tác phòng chống lụt bão, đảm bảo ổn định và an toàn cho đê điều

Ghécxêvanốp, Phương pháp Terzhagi bằng phần mềm Geo- Slope 2007 Trong

công trình này tác giả chọn cách tính ổn định cho công trình bằng phương pháp

Ghécxêvanốp và tính toán ổn định trượt cung tròn bằng cách vẽ hình xác định tâm

trượt nguy hiểm, bán kính cung trượt và thay số liệu vào công thức để tính toán Vì

phương pháp Ghécxêvanốp rất thông dụng, được sử dụng nhiều trong tính toán ổn

định công trình kè bảo vệ bờ sông có tính chất tương tự công trình mà tác giả đang

nghiên cứu Bằng cách vẽ hình xác định tâm trượt nguy hiểm, bán kính cung trượt

và thay số liệu vào công thức để tính toán ta có thể chủ động được công việc tính

toán, kiểm soát tốt số liệu đầu vào và không phụ thuộc vào phần mềm khi phần

mềm bị nỗi hoặc người sử dụng phần mềm chưa thành thạo dẫn đến các sai số

trong tính toán

2.1.1 Tìm vùng có cung trượt nguy hiểm (hình 2-1):

Sử dụng kết hợp phương pháp Filennít và Fanđêép [5]

- Theo phương pháp Filennít tâm trượt nguy hiểm nằm ở đường MM1 Các trị

số a, b phụ thuộc độ dốc mái m:

+ Nếu đê cấu tạo bằng đá đổ: m= 1,5-3;

+ Nếu đê cấu tạo bằng đá xếp: m= 1,25-2,5;

+ Bằng khối Tetrapod và khối dị hình: M = 1-2;

+ Bằng các khối bê tông thường:

Mái ngoài: m = 1,25-2;

Mái ngoài: m = 1-1,75;

+ Bằng đất đá nhỏ: m = 3-10;

- Theo phương pháp Fanđêép tâm của tâm trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình

thang cong bcde (hình vẽ) Các trị bán kính r và R phụ thuộc hệ số mái m và chiều

cao đê Hđ, tra Bảng 4-2 – giáo trình thuỷ công tập I

Kết hợp cả hai phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa cung tâm

trượt nguy hiểm nhất là đoạn AB Trên đó ta giả định các tâm O1, O2, O3… Vạch

các cung trượt đi qua điểm Q1 ở chân đê, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K1,

K2, K3 …cho các cung tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữ Ki và vị trí tâm Oi ta

xác định được trị số Kmin ứng với các tâm O trên đường thẳng M1M Từ vị trí

của tâm Omin ứng với Kmin đó, kẻ đường NN1 vuông góc với đường M1M Trên

đường NN1 ta lại lấy các tâm O khác, vạch các cung cũng đi qua điểm Q1 ở chân

đập, tính K ứng với các cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O, ta xác định được

trị số Kmin ứng với điểm Q1 ở chân đê

Hình 2.1 Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm của mái đập

2.1.2 Xác định hệ số an toàn K cho một cung trượt bất kỳ [5]:

Theo phương pháp mặt trượt trụ tròn, sử dụng công thức của Ghécxêvanốp, với

giả thiết xem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp

lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt trượt và hướng vào tâm (Sơ đồ hình 2.2)