Nghiên cứu bản chất hiện tượng sạt lở công trình ven sông tại thành phố hồ chí minh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu về hiện tượng sạt lở ven sông tại một số vị trí cụ thể tại TP.HCM và thiết lập một phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: GS TS TRẦN THỊ THANH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS LÊ THỊ BÍCH THỦY TS NGUYỄN MINH TÂM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Lý Thị Minh Hiền Mã số học viên : 12144576

Ngày tháng năm sinh : 06/03/1989 Nơi sinh : TP.HCM

Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số ngành : 60.58.30

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu bản chất hiện tượng sạt lở công trình ven sông tại thành phố Hồ Chí Minh

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu về hiện tượng sạt lở ven sông tại một số vị trí cụ thể tại TP.HCM và thiết lập một phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường nhằm cảnh báo hiện tượng sạt lở Nhiệm vụ cụ thể:

1 Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng sạt lở ven sông và các nguyên nhân gây ra sự cố này

2 Nghiên cứu các khía cạnh liên quan điều kiện tự nhiên, chế độ thủy văn sông ngòi, tác động của con người, v.v tại một số vị trí sạt lở điển hình nhằm tìm ra bản chất của hiện tượng sạt lở ven sông tại TP.HCM

3 Tìm hiểu về các hệ thống quan trắc, hệ thống cảnh báo sạt lở và hệ thống

tự động cảnh báo sạt lở từ xa

4 Xây dựng phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường nhằm cảnh báo hiện tượng sạt lở

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 19 tháng 01 năm 2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 14 tháng 06 năm 2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : GS TS TRẦN THỊ THANH

TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

TP HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

GS TS TRẦN THỊ THANH TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình đến hai cán

bộ hướng dẫn: TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng, bộ môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM và GS.TS Trần Thị Thanh, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Nhờ những lời hướng dẫn, kiến thức và kinh nghiệm của thầy cô trong suốt quá trình nghiên cứu đã giúp tác giả có thể hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn các thầy cô ở trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu trong những năm tháng học tập tại trường

Xin cảm ơn người thân, bạn bè đã tạo mọi điều thuận lợi, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập nghiên cứu

Cuối cùng, xin dành tặng luận văn này đến gia đình thân yêu cũng như những người đã từng luôn bên cạnh động viên, hỗ trợ tôi

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ CÔNG TRÌNH

VEN SÔNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tình trạng sạt lở công trình ven sông ở thành phố Hồ Chí Minh gây ra nhiều tổn thất và ảnh hưởng lớn đến tình hình phát triển kinh tế-xã hội Tuy nhiên, các công trình chống sạt lở không được triển khai đồng bộ, kịp thời nên hiệu quả chưa cao, và các sự cố sạt lở vẫn tiếp tục tái diễn tại nhiều vị trí Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để phòng chống sạt lở một cách hiệu quả và kinh tế Luận văn tiến hành nghiên cứu về bản chất sạt lở (như nguyên nhân, cơ chế, và mức độ tác động của các yếu tố gây ra sạt lở) công trình ven sông ở thành phố Hồ Chí Minh Khu vực bán đảo Thanh Đa (quận Bình Thạnh) và khu vực sông Mương Chuối (huyện Nhà Bè) là hai

vị trí đã và đang bị sạt lở mạnh tại thành phố Hồ Chí Minh Luận văn sử dụng các

số liệu thu thập thực tế để mô phỏng nghiên cứu bản chất sạt lở công trình ven sông bằng phần mềm SLOPE/W Các yếu tố xét đến bao gồm sự thay đổi mực nước, xói

lở, địa chất, dòng chảy, tải trọng ven bờ, và kết hợp các trường hợp với nhau được xem xét trong nghiên cứu này Kết quả tính toán cho thấy rằng hiện tượng sạt lở công trình ven sông xảy ra do tổ hợp gồm nhiều yếu tố kết hợp: về địa chất, địa hình, thủy văn, con người, v.v Sự xói chân mái dốc và việc gia tăng tải trọng ven

bờ như xây dựng nhà cửa và hoạt tải xe là các nguyên nhân chính gây sạt lở ở các vị trí nghiên cứu

Nghiên cứu này cũng phát triển thành công phần mềm phân tích tự động số liệu chuyển vị ngang, AFID Version 1.0, nhằm hỗ trợ quan trắc cảnh báo hiện tượng sạt lở công trình ven sông AFID sẽ là tiền đề cho việc thiết lập hệ thống tự động cảnh báo sạt lở sớm từ xa và tự động

This thesis also developed successfully an automatic analysis for field inclinometer data (AFID) version 1.0 supporting for an early warning system to alarm sliding of structures along riverbanks The AFID software is a primary development for an automatic remote early sliding warning system for the Mekong Delta.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ CÔNG TRÌNH VEN SÔNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

MỤC LỤC

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC BẢNG BIỂU xii

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về hiện tượng sạt lở 4

2.2 Tổng quan về hệ thống quan trắc và hệ thống cảnh báo sạt lở 6

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 7

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 7

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 8

7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 9

8 TỔ CHỨC LUẬN VĂN 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ 10

1.1 HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ 10

1.1.1 Khái niệm sạt lở 10

1.1.2 Các dạng sạt lở 10

1.1.3 Phân loại mức độ sạt lở 13

1.1.4 Hệ số ổn định 15

1.1.5 Các nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông 16

1.1.6 Cơ chế của hiện tượng sạt lở ven sông 17

1.2 THỰC TRẠNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ VEN SÔNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CHUNG Ở TP.HCM 17

1.3 NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ VEN SÔNG TẠI TP.HCM 19

1.3.1 Nguyên nhân khách quan 19

1.3.2 Nguyên nhân chủ quan 21

1.4 CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ ĐÃ THỰC HIỆN 23

1.4.1 Loại công trình đơn giản 23

1.4.2 Loại công trình bán kiên cố 24

1.4.3 Loại công trình kiên cố 24

1.5 TÓM TẮT 26

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ 27

2.1 HỆ THỐNG QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG 27

2.1.1 Giới thiệu 27

2.1.2 Thông số quan trắc 28

2.1.3 Thiết bị quan trắc 30

2.2 HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG 36

2.2.1 Thiết bị 37

2.2.2 Cơ chế hoạt động của thiết bị 41

2.2.3 Độ chính xác của thiết bị 43

2.3 HỆ THỐNG CẢNH BÁO SẠT LỞ 43

2.3.1 Quy trình xây dựng hệ thống cảnh báo 43

2.3.2 Một số hệ thống cảnh báo sạt lở đã triển khai trên thế giới 46

2.3.3 Hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA 50

2.4 TÓM TẮT 54

CHƯƠNG 3: HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 55

3.1 GIỚI THIỆU 55

3.2 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 55

3.2.1 Khí hậu 55

3.2.2 Gió 55

3.2.3 Nhiệt độ không khí 56

3.2.4 Độ ẩm 56

3.2.5 Lượng bốc hơi 56

3.2.6 Chế độ mưa 56

3.2.7 Thủy văn 58

3.2.8 Địa hình 59

3.2.9 Địa chất 60

3.3 PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ Ở TP.HCM 60

3.3.1 Cơ sở lý thuyết 61

3.3.2 Số liệu đầu vào của mô phỏng 64

3.3.3 Khu vực bán đảo Thanh Đa (Quận Bình Thạnh) 64

3.3.4 Khu vực sông Mương Chuối (Huyện Nhà Bè) 75

3.4 TÓM TẮT 83

CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG TỰ ĐỘNG 84

4.1 GIỚI THIỆU 84

4.2 NGUYÊN LÝ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC 84

4.3 PHẦN MỀM PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG TỰ ĐỘNG 85

4.3.1 Giải thuật xử lý dữ liệu tự động 85

4.3.2 Công cụ xây dựng và phát triển phần mềm phân tích chuyển vị ngang tự động 88

4.3.3 Phần mềm AFID 90

4.3.4 Ý nghĩa của phần mềm phân tích tự động số liệu chuyển vị ngang AFID 95

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ & HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 97

TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 97

KIẾN NGHỊ 98

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 99

BÀI BÁO KHOA HỌC CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sạt lở gây ảnh hưởng đến đời sống của nhân dân TP.HCM 2

Hình 1.1 Các dạng sạt lở (Abramson et al 2002) 12

Hình 1.2 Các hoạt động xây dựng lấn chiếm hành lang an toàn dọc bờ sông (Ảnh chụp ngày 09/05/2015) 21

Hình 1.3 Công trình chống sạt lở 25

Hình 2.1 Quan trắc cao độ mực nước ngầm 31

Hình 2.2 Minh họa giếng quan trắc (TCVN 8869:2011) 31

Hình 2.3 Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng piezometer bằng điện (TCVN 8869:2011) 33

Hình 2.4 Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng bằng khí nén (TCVN 8869:2011) 33

Hình 2.5 Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng âm (Soil Moisture Equipment Corp.) 33

Hình 2.6 Thiết bị đo lượng mưa tiêu chuẩn rain gauge (Nguồn: Internet) 34

Hình 2.7 Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang inclinometer (Slope Indicator) 35

Hình 2.8 Thiết bị quan trắc độ nghiêng tiltmeter (Geokon) 35

Hình 2.9 Thiết bị quan trắc sự phát triển vết nứt crackmeter (Geokon) 35

Hình 2.10 Thiết bị đo áp lực đất total pressure cell (Geokon) 36

Hình 2.11 Thiết bị inclinometer (Geokon) 38

Hình 2.12 Các bộ phận của thiết bị inclinometer 38

Hình 2.13 Minh họa đầu dò cảm biến (Slope Indicator) 38

Hình 2.14 Cuộn cáp kết nối 40

Hình 2.15 Thiết bị cố định cáp 40

Hình 2.16 Thiết bị đọc dữ liệu readout device model GK-604 40

Hình 2.17 Các kiểu khớp nối của ống casing (Geokon) 40

Hình 2.18 Minh họa cơ chế hoạt động của inclinometer (Stark & Choi 2008) 42

Hình 2.19 Quy trình vận hành hệ thống quan trắc và cảnh báo (Intrieri et al 2012) 45

Hình 2.20 Hệ thống quan trắc và cảnh báo tự động tại Ý (Intrieri et al 2012) 47

Hình 2.21 Hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm tự động tại Ý (Lollino et al 2002).

49

Hình 2.22 Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị trên hệ thống (Nguồn: Internet) 51

Hình 2.23 Sơ đồ kết nối thiết bị tại Trung tâm điều khiển (Nguồn: Internet) 51

Hình 2.24 Bộ chọn kênh multiplexer model 8032 (Geokon) 53

Hình 2.25 Bộ thu thập dữ liệu data-logger model 8021 Micro-1000 (Geokon) 53

Hình 2.26 Nguồn cấp điện tích hợp tấm pin năng lượng mặt trời và acquy lưu trữ 53

Hình 3.1 Phương pháp phân mảnh đơn giản hóa của Bishop (Das 2006) 63

Hình 3.2 Sạt lở tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh (Phụ nữ Online) 66

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất tại vị trí khảo sát (khu vực bán đảo Thanh Đa) 68

Hình 3.4 Kết quả phân tích ổn định tại khu vực bán đảo Thanh Đa 70

Hình 3.5 Vận tốc thực đo và vận tốc không xói cho phép của lòng sông Thanh Đa 73

Hình 3.6 Đặc trưng hình thái đỉnh sông cong tại khu vực bán đảo Thanh Đa 73

Hình 3.7 Hoạt động gây gia tải mép bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa (Ảnh chụp ngày 23/05/2015) 74

Hình 3.8 Sạt lở tại khu vực sông Mương Chuối, huyện Nhà Bè 76

Hình 3.9 Mặt cắt địa chất tại vị trí khảo sát (bờ phải sông Mương Chuối) 76

Hình 3.10 Kết quả phân tích ổn định tại khu vực sông Mương Chuối 79

Hình 3.11 Vận tốc trung bình thực đo và vận tốc không xói cho phép của lòng sông Mương Chuối (BCDANB) 81

Hình 3.12 Đặc trưng hình thái phân lưu, hợp lưu tại khu vực sông Mương Chuối 82 Hình 3.13 Các hoạt động xây dựng lấn chiếm hành lang an toàn dọc bờ sông (Ảnh chụp ngày 09/05/2015) 82

Hình 4.1 Minh họa cách ghi nhận số đọc của thiết bị inclinometer (Slope Indicator) 86

Hình 4.2 Giải thuật phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang hiện trường 87

Hình 4.3 Hình ảnh giới thiệu phần mềm Visual Studio 2013 89

Hình 4.4 Giao diện thao tác của phần mềm Visual 89

Hình 4.5 Giao diện viết code 91

Hình 4.6 Chỉnh sửa giao diện 91

Hình 4.7 Giao diện đồ họa của phần mềm AFID 93

Hình 4.8 Giao diện nhập thông số đầu vào của AFID ver 1.0 93

Hình 4.9 Giao diện số liệu thô từ tập tin *.gkn 94

Hình 4.10 Kết quả tính toán vẽ biểu đồ của AFID ver 1.0 96

Hình 4.11 So sánh kết quả giữa AFID ver 1.0 và Excel 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại cấp độ sạt lở theo tốc độ (Cruden & Varnes 1996) 13

Bảng 1.2 Phân loại mức độ sạt lở (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011) 14

Bảng 2.1 Phân cấp cảnh báo sạt lở (Intrieri et al 2012) 48

Bảng 3.1 Nhiệt độ trung bình tháng (ºC) (tại trạm Tân Sơn Nhất) 57

Bảng 3.2 Độ ẩm trung bình tháng (%) (tại trạm Tân Sơn Nhất) 57

Bảng 3.3 Lượng mưa trung bình tháng (mm) 57

Bảng 3.4 Bảng thống kê cao độ mực nước tương ứng các tần suất khác nhau 57

Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại vị trí khảo sát (khu vực bán đảo Thanh Đa) 69

Bảng 3.6 Kết quả phân tích hệ số ổn định FS (khu vực bán đảo Thanh Đa) 69

Bảng 3.7 Chỉ tiêu cơ lý đất nền tại vị trí khảo sát (bờ phải sông Mương Chuối) 78

Bảng 3.8 Kết quả phân tích hệ số ổn định FS (khu vực sông Mương Chuối) 78

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn Mạng lưới sông ngòi, kênh rạch chằng chịt, đa dạng và ăn sâu vào đất liền Phần lớn diện tích đất của TP.HCM có địa chất yếu và phức tạp Do

đó, thành phố luôn phải đối diện với nguy cơ xảy ra sạt lở rất cao, nhất là khu vực ven sông Hiện tượng này đã gây thiệt hại đáng kể như: các đoạn sông liên tục bị sạt

lở, hàng nghìn mét khối đất đai bị cuốn trôi; nghiêm trọng hơn, nhiều sự cố còn cướp đi tài sản, nhà cửa và đe dọa trực tiếp tính mạng của người dân

Ở TP.HCM, hiện tượng sạt lở ven sông thường xảy ra tại quận 2, quận Bình Thạnh, quận Thủ Đức, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè, v.v (Hình 1) Nhiều sự

cố nghiêm trọng đã xảy ra ở các khu vực trên Chiều ngày 24/06/2014, sau cơn mưa lớn, bờ sông Long Kiển bất ngờ bị sạt lở mạnh, một đoạn hẻm dài 12 m, rộng 2,5 m

bị cuốn trôi 7 hộ cuối hẻm bị cô lập và người dân trong khu vực rất hoang mang Giữa đêm ngày 01/07/2015, tại phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, khoảng 1.000 m2 đất sát bờ sông bất ngờ sạt lở làm 4 căn nhà bị trôi xuống sông Sài Gòn Nhiều xe tải, xe chuyên dụng của công trình xây dựng bờ kè tại đây cũng bị rơi xuống sông Ngay trong đêm, chính quyền địa phương đã phải hỗ trợ người dân tháo dỡ và di tản đồ đạc để tránh trường hợp sự cố tiếp tục tái diễn

Hiện tượng sạt lở còn tác động tiêu cực vào tình hình kinh tế - xã hội Nhiều

tỷ đồng từ nguồn ngân sách thành phố được dùng trong các công tác: gia cố đê bao, khắc phục hậu quả, tổ chức di dời và ổn định cuộc sống cho người dân trong khu vực chịu ảnh hưởng Vì hiện tượng sạt lở, người dân không thể tập trung lao động sản xuất và các cơ sở kinh doanh buộc phải hạn chế hoạt động, v.v Do đó, sự phát triển chung của cả thành phố bị ảnh hưởng đáng kể

(a) Sạt lở tại khu vực huyện Bình Chánh, TP.HCM (Nhân Dân Điện tử 2011)

(b) Sạt lở tại khu vực bờ trái sông Sài Gòn, quận 2, TP.HCM (Ashui 2013)

(c) Sạt lở tại khu vực sông Sài Gòn, quận Thủ Đức, TP.HCM (VnExpress 2015)

Hình 1 Sạt lở gây ảnh hưởng đến đời sống của nhân dân TP.HCM

Trong khu vực thành phố, hiện tượng sạt lở ven sông xảy ra do một hoặc nhiều yếu tố kết hợp: địa chất, địa hình, thủy văn, v.v Quá trình sinh sống ven bờ của con người, hoạt động vận tải đường thủy, khai thác cát trên sông, v.v là những nguyên nhân của hiện tượng sạt lở Hiện nay, giải pháp đang được thực hiện chủ yếu vẫn là “sạt lở đến đâu, khắc phục đến đó” Giải pháp này thiếu tính đồng bộ và bền vững Căn nguyên của vấn đề vẫn chưa được làm rõ Do đó, vấn đề mang tính cấp thiết là tìm hiểu bản chất của hiện tượng sạt lở tại TP.HCM nhằm đề xuất được phương án xử lý thực sự triệt để và hữu hiệu

Tuy tình trạng sạt lở ven sông đã diễn ra trong một thời gian dài nhưng biện pháp cảnh báo kịp thời vẫn chưa có Sự cố chỉ được phát hiện khi sạt lở đã xảy ra hoặc gần kề, khiến chính quyền và người dân không thể di dời khỏi khu vực nguy hiểm để tránh thiệt hại một cách chủ động Vì vậy, việc xây dựng và phát triển một

hệ thống cảnh báo sớm là hết sức cần thiết Khi đó, người dân sẽ kịp di dời trước khi sạt lở xảy ra và những thiệt hại được hạn chế tối đa Giải pháp này mang tính thiết thực hơn so với việc tập trung khắc phục hậu quả sau sạt lở Hệ thống quan trắc hiện trường là một công cụ rất hữu hiệu để dự đoán và phòng ngừa các tình huống có thể xảy ra Đây là hệ thống bao gồm nhiều thiết bị theo dõi và ghi nhận những thông số cần thiết liên quan đến hiện tượng sạt lở Trong số đó, thiết bị quan trắc chuyển vị ngang inclinometer là thiết bị chuyên dụng để xác định hướng, tốc

độ, độ lớn chuyển vị theo chiều sâu và kích thước cung trượt (Dunnicliff 1999, Stark & Choi 2008) Những thông tin có được từ inclinometer rất quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên nhân và bản chất của hiện tượng sạt lở Đề tài sẽ xây dựng phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường Phần mềm sẽ là tiền đề cho việc ứng dụng và phát triển hệ thống cảnh báo sạt lở sớm trong tương lai

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Phần nghiên cứu tổng quan trình bày khái quát về cơ sở lý thuyết, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài đang thực hiện Việc nghiên

cứu tổng quan là nền tảng cần thiết để tìm hiểu vấn đề từ nhiều khía cạnh Từ đó, mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu được định hướng cụ thể rõ ràng Nội dung nghiên cứu tổng quan của luận văn bao gồm hai phần: (1) tổng quan về hiện tượng sạt lở, (2) tổng quan vê hệ thống quan trắc hiện trường và hệ thống cảnh báo sạt lở sớm

2.1 Tổng quan về hiện tượng sạt lở

Sạt lở là hiện tượng mất ổn định và chuyển dịch các khối đất đá tự nhiên do tác động của các yếu tố chấn động địa chất, mưa lớn, dòng chảy, sóng, biến đổi mực nước và các tác động khác (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011) Khi đó, khả năng chống trượt của mái dốc bờ sông bị suy giảm, lực gây trượt tăng lên hoặc có

sự thay đổi về mặt hình học làm cho mái dốc bờ sông chuyển dịch và đạt đến độ dốc tới hạn Sự cố có thể xuất hiện tức thời hoặc sau một khoảng thời gian, cả trong trường hợp có hoặc không có những dấu hiệu cảnh báo rõ ràng (mặt đất bị nghiêng, vết nứt trên bề mặt xuất hiện, v.v.) (Das 2006, Lê Mạnh Hùng 2008) Theo Lomtadze (1979), sạt lở là một loại hiện tượng địa chất, do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, và xuất hiện ở nhiều loại địa hình khác nhau như: đồi núi, sông, biển,

hồ v.v Các tác giả Abramson et al (2002), Duncan & Wright (2005) chia thành năm dạng chính như sau: rơi, đổ, trượt, trượt trôi, trượt dòng Mỗi loại sạt lở thường xảy ra phổ biến ứng với những dạng mái dốc đặc trưng Rơi và đổ thường xảy ra với mái dốc đá, các dạng còn lại thường xảy ra với mái dốc đất Dựa vào hình dạng mặt trượt, trượt cũng được chia thành ba dạng chính: trượt phẳng (trượt tịnh tiến), trượt cung tròn và trượt phức hợp (kết hợp giữa trượt phẳng và trượt cung tròn) Trượt phẳng thường xảy ra trong các vật liệu rời, còn trượt cung tròn thường xảy ra bên trong một khối đất còn nguyên vẹn (có tính đồng nhất cao)

Về mặt cân bằng lực, các nguyên nhân gây ra sự cố này có thể chia thành 2 nhóm chính: nhóm tăng lực gây trượt và nhóm giảm lực kháng trượt (Abramson et

al 2002) Những yếu tố làm tăng lực gây trượt bao gồm:

(1) Do yếu tố dòng chảy làm xói lở bờ sông

(2) Do nền đất ven bờ bão hòa nước, phát sinh áp lực thấm

(3) Do tác động của con người

Nhóm các yếu tố làm giảm lực chống trượt bao gồm:

(1) Do yếu tố địa chất

(2) Do tác động của áp lực nước lỗ rỗng

(3) Do sự thay đổi về thời tiết, khí hậu v.v

Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả: Thiềm Quốc Tuấn et al (2005), Nguyễn Thế Biên (2004), Hoàng Văn Huân (2005), Đinh Công Sản (2005), Lê Văn Tuấn (2006-2007), nguyên nhân gây ra sạt lở ven sông ở TP.HCM có thể tổng hợp như sau:

Nguyên nhân khách quan:

(1) Do yếu tố địa chất

(2) Do yếu tố đặc trưng hình thái lòng sông

(3) Do yếu tố dòng chảy

(4) Do yếu tố thủy văn

(5) Do ảnh hưởng biến đổi khí hậu

Nguyên nhân chủ quan:

(1) Do hoạt động xây dựng sát mép bờ

(2) Do diện tích thoát nước mặt giảm

(3) Do gia tăng tình trạng khai thác cát

(4) Do tình trạng xả lũ từ thượng nguồn

(5) Do hoạt động giao thông đường thủy

(6) Các biện pháp phòng chống sạt lở đã triển khai không hiệu quả

Nhiều công trình phòng chống sạt lở đã được triển khai ở TP.HCM Dựa vào quy mô, các công trình bảo vệ bờ sông được chia thành ba loại: đơn giản (có quy

mô nhỏ), bán kiên cố (có quy mô vừa) và kiên cố (có quy mô lớn) Tuy nhiên, hiệu quả từ các công trình này lại chưa cao như mong đợi Do đó, công tác thiết kế, thi

công và quản lý các công trình phòng chống sạt lở cần được nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện và hiệu quả hơn

2.2 Tổng quan về hệ thống quan trắc và hệ thống cảnh báo sạt lở

Quan trắc hiện trường là một trong những biện pháp được dùng để nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế sạt lở, kiểm tra xem hành vi ứng xử của giải pháp chống sạt lở có làm việc như dự tính hay không Một số dấu hiệu có thể nhận biết được bằng mắt thường như: lún, phình trồi, nứt, v.v Tuy nhiên, việc quan sát bằng mắt thường chỉ cung cấp những thông tin sơ bộ Các số liệu chính xác chỉ có được khi sử dụng đến thiết bị quan trắc hiện trường Bên cạnh đó, hệ thống quan trắc còn

có thể phát hiện và cảnh báo sớm các sự cố sạt lở

Hành vi ứng xử của khối đất thường liên quan tới không chỉ một mà nhiều yếu tố Đối với hiện tượng sạt lở, các thông số cần quan trắc là: lượng mưa, mực nước, áp lực nước lỗ rỗng, hệ số thấm, sự phát triển của vết nứt, độ chuyển vị ngang, v.v (Li 2003; Abramson et al 2002; Dunnicliff 1998; Millis et al 2004) Mỗi thông số sẽ được quan trắc bởi một loại thiết bị riêng biệt như: thiết bị đo mực nước, piezometer, tensiometer, inclinometer, extensometer v.v Trong đó, inclinometer được dùng để quan trắc chuyển vị ngang của khối đất theo chiều sâu (Dunnicliff 1999, Stark & Choi 2008) Những thông số trên sẽ được sử dụng để xác định độ sâu và hình dáng của khối trượt, tốc độ chuyển vị của khối trượt, hành vi ứng xử của vùng đất xung quanh khối trượt, sự thay đổi áp mực nước và áp lực nước lỗ rỗng, v.v

Hệ thống cảnh báo sớm là một biện pháp giúp giảm thiểu thiệt hại do hiện tượng sạt lở gây ra Đối với hệ thống này, việc quan trắc và xử lý số liệu được thực hiện liên tục đều đặn và hoàn toàn tự động Nếu kết quả phân tích cuối cùng vượt quá giới hạn an toàn theo quy định thì hệ thống sẽ tự động đưa ra tín hiệu cảnh báo Nhờ đó, người dân tại những khu vực nguy hiểm sẽ có đủ thời gian ứng phó và các tổn thất có thể xảy ra được hạn chế tối đa

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU

Hiện tượng sạt lở công trình ven sông ở TP.HCM đã gây ra nhiều tổn thất nặng nề về người và của Nhiều công trình phòng chống sạt lở đã được triển khai thực hiện nhưng hiệu quả không cao như mong đợi và thiếu tính đồng bộ Do vậy, các sự cố vẫn tiếp tục xảy ra mỗi mùa mưa lũ Những giải pháp đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật thì chi phí lại khá cao nên không thể áp dụng rộng rãi Bên cạnh đó, các giải pháp chỉ được đề xuất hay thiết kế sau khi sạt lở xảy ra Vấn đề càng đặc biệt quan trọng khi TP.HCM là trung tâm kinh tế lớn và năng động nhất cả nước Việc xảy ra các sự cố sạt lở không chỉ ảnh hưởng đến tâm lý, đời sống của nhân dân

mà còn tác động tiêu cực đến tình hình phát triển kinh tế - chính trị - xã hội chung của cả thành phố Vì vậy, việc tìm hiểu bản chất của hiện tượng sạt lở là cần thiết để đưa ra được các biện pháp xử lý thích hợp và hạn chế sự tái diễn của sự cố này trên địa bàn thành phố

Hơn nữa, mối quan tâm của nhân dân và chính quyền các cấp hiện nay không chỉ là việc khắc phục hậu quả sau sạt lở mà còn là khả năng đưa ra các cảnh báo trước khi sự cố xảy ra Nghiên cứu này tiến hành xây dựng một phần mềm phân tích

tự động hóa số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường có thể ứng dụng trong

hệ thống tự động cảnh báo sớm hiện tượng sạt lở

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu về hiện tượng sạt lở ven sông tại một số vị

trí cụ thể tại TP.HCM và thiết lập một phần mềm phân tích tự động hóa số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường nhằm cảnh báo hiện tượng sạt lở

(3) Nghiên cứu các yếu tố như điều kiện tự nhiên, chế độ thủy văn sông ngòi, tác động của con người, v.v tại một số vị trí sạt lở điển hình nhằm tìm ra bản chất của hiện tượng sạt lở ven sông ở TP.HCM

(4) Xây dựng phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường để cảnh báo hiện tượng sạt lở

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện bằng cách nghiên cứu lý thuyết về sạt lở và ổn định mái dốc Việc phân tích nguyên nhân, cơ chế sạt lở dựa trên dữ liệu thu thập được tại TP.HCM Các số liệu này được sử dụng để mô phỏng và xử lý bằng phần mềm Slope/W Đồng thời, đề tài cũng tiến hành thực nghiệm quan trắc chuyển vị ngang tại hiện trường để dùng các số liệu hiện trường đánh giá phần mềm phân tích tự động

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Do hạn chế về thời gian, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu, thu thập dữ liệu và phân tích về hiện tượng sạt lở ven sông tại một số vị trí trong phạm vi khu vực TP.HCM Trong giai đoạn đầu, phần mềm phân tích tự động hóa sẽ được xây dựng dựa trên dữ liệu xuất ra từ bộ thiết bị inclinometer model 6000-1M và thiết bị đọc model GK-604D của nhà sản xuất Geokon Corporated Trong tương lai, chương trình sẽ mở rộng xử lý cả dữ liệu từ các thiết bị của các nhà sản xuất khác như Slope Indicator, RST Instruments, v.v Ngoài ra, các bước tính toán và hiệu chỉnh dựa trên tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị ở nước ngoài Do đó, việc quan trắc cần được thực hiện tại nhiều vị trí khác nhau Khi đó, kết quả phân tích sẽ toàn diện và khách quan hơn

7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học: Đề tài tìm hiểu về cơ chế, nguyên nhân của hiện tượng sạt

lở ven sông và đưa ra bản chất của hiện tượng này tại TP.HCM hiện nay

Ý nghĩa thực tiễn: Những nghiên cứu về bản chất của hiện tượng sạt lở tại TP.HCM sẽ được ứng dụng trong việc phòng chống hiện tượng sạt lở Đồng thời, phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyển vị ngang được xây dựng từ đề tài là công cụ hỗ trợ hiệu quả trong việc nghiên cứu sạt lở Phần mềm có thể được phát triển thêm nhiều chức năng trong tương lai: kết nối trực tuyến với các thiết bị quan trắc, cảnh báo sạt lở sớm, v.v Hệ thống cảnh báo này sẽ giúp hạn chế tối đa các thiệt hại có thể xảy ra, đảm bảo tính mạng và tài sản của người dân, góp phần

ổn định an sinh xã hội và tạo điều kiện phát triển toàn diện cho khu vực

8 TỔ CHỨC LUẬN VĂN

Nội dung luận văn được trình bày trong bốn chương và ba phụ lục Chương

Mở đầu luận văn giới thiệu các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu, mục tiêu và phương pháp nghiên cứu Chương 1 trình bày các cơ sở lý thuyết về hiện tượng sạt

lở và tổng quan về hiện tượng này ở TP.HCM Chương 2 trình bày về những thông

số cần thiết và thiết bị sử dụng trong hệ thống quan trắc cũng như hệ thống cảnh báo sớm hiện tượng sạt lở Các điều kiện tự nhiên, cơ chế và nguyên nhân dẫn đến sạt lở ven sông tại một số vị trí điển hình tại TP.HCM được giải thích trong Chương 3.Chương 4 là nội dung xây dựng phần mềm phân tích chuyển vị ngang tự động Cuối cùng là phần Kết luận, đưa ra những kết quả từ quá trình nghiên cứu, một số kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo

Phần Phụ lục A trình bày nghiên cứu tổng quan về quy trình lắp đặt, quy trình quan trắc và các sai số của hệ thống quan trắc chuyển vị ngang, các phần mềm phân tích số liệu quan trắc chuyển vị ngang trên thế giới và các phương pháp dự báo sạt lở hiện nay Các mô phỏng phân tích hiện tượng sạt lở tại TP.HCM sẽ được thể hiện trong Phụ lục B Phụ lục C trình bày kết quả xử lý của phần mềm phân tích chuyển vị ngang tự động

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ

1.1 HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ

1.1.1 Khái niệm sạt lở

Sạt lở là hiện tượng mất ổn định và chuyển dịch các khối đất đá tự nhiên do tác động của các yếu tố chấn động địa chất, mưa lớn, dòng chảy, sóng, biến đổi mực nước và các tác động khác (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011) Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng sạt lở bao gồm: quá trình kiến tạo địa hình, động đất, sự thay đổi mực nước và các yếu tố tác động của con người, của điều kiện thời tiết, v.v Phân tích ổn định mái dốc không chỉ giúp xác định và đảm bảo được mức

độ an toàn mà còn mang lại hiệu quả kinh tế khi thiết kế công trình

1.1.2 Các dạng sạt lở

Đối với hiện tượng sạt lở, tác giả Abramson et al (2002) đã phân loại thành năm dạng như sau: rơi, đổ, trượt, trượt trôi, trượt dòng (Hình 1.1) Mỗi loại sạt lở thường xảy ra phổ biến ứng với những dạng mái dốc nhất định Rơi và đổ thường xảy ra với mái dốc đá, các dạng còn lại thường xảy ra với mái dốc đất

- Rơi, đổ thường diễn ra ở mái dốc đất hoặc đá thẳng đứng, khi khối vật liệu tách khỏi đất, đá nguyên gốc và rơi xuống rất nhanh Khi rơi khối vật liệu tách rời hẳn và không còn sự liên kết với khối đất, đá gốc

- Trượt là sự di chuyển của một khối vật liệu lớn vẫn còn liên kết với nhau và trong quá trình di chuyển vẫn có sự tiếp xúc với khối đất hay đá gốc tại mặt trượt Tùy thuộc vào loại địa chất mà mặt trượt có thể là dạng thẳng hay dạng cong Dạng thẳng thường gặp trong đất rời (như cát), đá phân lớp; dạng cong thường gặp với đất dính (như sét) Trượt với mặt trượt phẳng thường được gọi là trượt tịnh tiến, còn mặt trượt cong được gọi là trượt cung tròn

- Trượt trôi là hiện tượng nới rộng một khối đất kèm theo sự sụt lún xuống lớp địa chất bên dưới Mặt phá hoại không phải là mặt chịu tác dụng của lực cắt lớn

nhất Trượt trôi có thể là kết quả của việc hóa lỏng các lớp trầm tích hay sự phá hủy các lớp đất yếu ven mái dốc

- Trượt dòng được sử dụng để mô tả sự di chuyển của khối vật liệu rời rạc và

có thể di chuyển hỗn độn không tập trung vào sự biến dạng ở mặt trượt Trong quá trình di chuyển dòng chảy có thể vẫn tiếp xúc với mặt đất mà chúng trượt qua Trượt dòng thường xảy ra đối với đất yếu bão hòa nước, tùy thuộc vào thành phần địa chất mà dòng trượt có thể là dòng mảnh vụn đá hoặc dòng đất bùn

Theo Lomtadze (1979), sạt lở là một loại hiện tượng địa chất, do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, và xuất hiện ở nhiều loại địa hình khác nhau

- Đồi núi: tùy vào đặc điểm địa chất mà hiện tượng sạt lở được phân loại thành trượt lở đất hoặc lở đá Trượt lở đất thường xảy ra nhiều ở các sườn đồi núi dốc, đường giao thông, các bờ mỏ khai thác khoáng sản Đây là loại hình thường có qui

mô từ trung bình tới lớn, phạm vi phát triển rộng, diễn biến từ rất chậm (2 - 5 cm/năm) tới cực nhanh (lớn hơn 3 m/s) Lở đá là hiện tượng các tảng đá, mất gắn kết với cả khối, sụp đổ và lăn xuống vùng thấp Đá lở thường xảy ra trên các tuyến đường giao thông miền núi, trên các sườn dốc Đặc biệt, tại những khu vực địa hình núi cao, chia cắt mạnh và cấu trúc địa chất phức tạp, mưa bão kèm theo sạt lở đất là mối đe dọa nguy hiểm với sức phá hoại rất lớn đối với các công trình, khu dân cư ở chân núi

- Biển, hồ: Hiện tượng sạt lở và phá hoại bờ bắt đầu từ quá trình mài mòn do tác dụng của sóng vỗ, thủy triều, dòng chảy, tác động của con người, v.v Hiện tượng xói lở và phá hoại bờ được biểu hiện bằng sự thay đổi hình dáng, mặt cắt và tính ổn định của bờ

- Sông: Tất cả các sông đều có hiện tượng xói mòn và sạt lở, phát triển chủ yếu dọc theo lòng sông và bờ sông Quá trình sạt lở xảy ra trong cả mùa mưa và mùa khô Vào mùa khô, mực nước và lưu lượng thấp, dòng chảy tập trung và gây xói chủ yếu ở phần sâu nhất của lòng sông Nhưng vào mùa mưa, lưu lượng thay đổi nhanh, mực nước và tốc độ dòng chảy đều tăng lên, hiện tượng xói mòn và phá hoại bờ phát triển mạnh, có tính chất đột biến và cường độ cao

Hình 1.1 Các dạng sạt lở (Abramson et al 2002)(1) Rơi, (2) Đổ, (3) Trượt, (4) Trượt trôi, (5) Trượt dòng

1.1.3 Phân loại mức độ sạt lở

Cruden & Varnes (1996) phân loại cấp độ sạt lở theo tốc độ thành 7 cấp, tăng dần từ cấp 1 lên cấp 7 (Bảng 1.1) Theo Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011, các mức độ sạt lở được phân loại như Bảng 1.2

Bảng 1.1 Phân loại cấp độ sạt lở theo tốc độ (Cruden & Varnes 1996)

Bảng 1.2 Phân loại mức độ sạt lở (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011)

từ 66 kV trở lên; trường học, bệnh viện từ tuyến huyện trở lên

Nguy hiểm

a) Có nguy cơ ảnh hưởng đến đê nhưng còn ngoài phạm vi bảo vệ đê từ cấp đặc biệt đến cấp III hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến đê dưới cấp III

b) Ảnh hưởng đến các khu đô thị, khu dân cư sinh sống tập trung, trụ sở các cơ quan

c) Có nguy cơ ảnh hưởng đến các công trình hạ tầng quan trọng đang sử dụng gồm: sân bay, đường sắt, đường cao tốc, quốc lộ, tỉnh lộ; bến cảng; hệ thống điện cao thế và trung thế; di tích lịch sử, văn hóa; trường học, bệnh viện, trạm y tế

Bình thường Những sạt lở khác không thuộc 2 loại trên

1.1.4 Hệ số ổn định

Để đánh giá mức độ an tồn của mái dốc, việc xác định hệ số an tồn hay hệ

số ổn định (Factor of Safety – FS) là một trong những phương pháp phân tích được

dùng phổ biến hiện nay Theo lý thuyết cân bằng giới hạn, hệ số ổn định được định

nghĩa là tỷ số giữa sức chống cắt (s) của đất và ứng suất cắt () tại một điểm nằm trên mặt trượt như Biểu thức (1.1)(Duncan & Wright 2005, Das 2006)

 

Trong đĩ, s: sức chống cắt của đất, σ : ứng suất tổng, u: áp lực nước lỗ rỗng, c' :

lực dính hữu hiệu, ': gĩc ma sát trong hữu hiệu

Theo Abramson et al (2002), mặt trượt là mặt phẳng thường xảy ra trong các vật liệu rời; cịn trượt cung trịn thường xảy ra bên trong một khối đất cịn nguyên vẹn, nhất là trong những vật liệu tương đối đồng nhất Với giả thuyết mặt trượt phẳng, hệ số ổn định là tỷ số giữa lực chống trượt và lực gây trượt như Biểu thức (1.3)

Lực chống trượt

FS =

Với giả thuyết mặt trượt dạng cung trịn, theo phương pháp phân mảnh, hệ số

ổn định được xác định là tỷ số giữa moment chống trượt và moment gây trượt như Biểu thức (1.4)

Moment chống trượt

Sạt lở xảy ra khi khối đất bờ mất ổn định; khi đó, FS < 1 Để tránh xảy ra hiện tượng sạt lở, cần đảm bảo cho mái dốc ven bờ luôn có hệ số ổn định FS > 1

Tuy nhiên, theo 22 TCN 262-2000, hệ số ổn định tối thiểu tính theo phương pháp Bishop phải lớn hơn hoặc bằng 1,4

1.1.5 Các nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông

Về mặt cân bằng lực, các nguyên nhân gây ra hiện tượng sạt lở ven sông có thể chia thành hai nhóm chính như sau:

- Nhóm tăng lực gây trượt

- Nhóm giảm lực kháng trượt

Nhóm các yếu tố làm tăng lực gây trượt bao gồm:

- Vận tốc của dòng chảy lớn hơn vận tốc không xói cho phép của đất cấu tạo lòng sông và bờ sông, gây xói lở mái bờ

- Khối đất ven bờ sông bão hòa nước nên tăng trọng lượng

- Áp lực thấm tăng lên theo hướng từ bờ ra sông khi mực nước rút nhanh trong một thời gian ngắn

- Nền đất ven bờ được gia tải do các hoạt động của con người: san lấp, xây dựng, v.v

- Mái dốc bị biến đổi do tự nhiên hoặc tác động bên ngoài theo chiều hướng

độ dốc tăng lên

- Tác động do việc neo đậu tàu thuyền và sóng đập vào bờ

- Dòng rò rỉ từ các công trình ngầm như hệ thống ống cấp nước, thoát nước Nhóm các yếu tố làm giảm lực chống trượt bao gồm:

- Sự phân tầng của các lớp địa chất

- Tác động của áp lực nước lỗ rỗng

- Sự phát triển của mặt trượt: Khi mặt trượt phát triển trong nền đất sét, các hạt sét có xu hướng sắp xếp lại song song với mặt trượt và tạo ra một bề mặt trơn với sức kháng cắt yếu hơn, giá trị góc ma sát trong nhỏ hơn

- Mặt cắt lòng dẫn bị thu hẹp (do các công trình nằm trên dòng chảy hoặc do hình thái tự nhiên của dòng sông) làm tăng vận tốc dòng chảy cũng như khả năng gây xói lở mặt đáy và chân bờ tại các khu vực xung quanh

1.1.6 Cơ chế của hiện tượng sạt lở ven sông

Sạt lở là hiện tượng mất ổn định và chuyển dịch các khối đất đá tự nhiên do tác động của các yếu tố như: chấn động địa chất, mưa lớn, dòng chảy, sóng, biến đổi mực nước, và các tác động khác (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biển 2011) Khi

đó, khả năng chống trượt của mái dốc bờ sông bị suy giảm, lực gây trượt tăng lên hoặc có sự thay đổi về mặt hình học làm cho mái bờ sông chuyển dịch và đạt đến độ dốc tới hạn Sự cố có thể xuất hiện tức thời hoặc sau một khoảng thời gian, cả trong trường hợp có hoặc không có những dấu hiệu cảnh báo rõ ràng (mặt đất bị nghiêng, xuất hiện vết nứt trên bề mặt, v.v.) (Das 2006, Abramson et al 2002, Lê Mạnh Hùng 2008)

Mỗi vị trí sạt lở cụ thể có một cơ chế khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất, thủy văn, v.v Việc đánh giá cơ chế sạt lở phải dựa vào kết quả khảo sát đo đạc và quan trắc tại vị trí đó

1.2 THỰC TRẠNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ VEN SÔNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CHUNG Ở TP.HCM

Các khu vực thường xảy ra hiện tượng sạt lở ven sông ở TP.HCM là: quận 2, quận Bình Thạnh, quận Thủ Đức, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè, v.v Trong đó, hai khu vực xuất hiện sạt lở nhiều nhất là bán đảo Thanh Đa (quận Bình Thạnh) và huyện Nhà Bè Theo Công văn số 3221/BC-SGTVT của Sở Giao thông vận tải (SGTVT) TP.HCM, trong năm 2014, ở TP.HCM có 38 vị trí được dự báo nguy cơ sạt lở Trong đó, có 20 vị trí đặc biệt nguy hiểm, 11 vị trí nguy hiểm và 7 vị trí có

mức độ bình thường; riêng huyện Nhà Bè là khu vực có nhiều cảnh báo nhất với 15

vị trí

Theo Báo cáo tổng kết của Ban chỉ huy phòng chống lụt bão và tìm kiếm cứu nạn TP.HCM, trong năm 2014, đã xảy ra 11 vụ sạt lở tại quận 9, quận Bình Thạnh, huyện Nhà Bè, huyện Bình Chánh và huyện Cần Giờ, diện tích đất sạt lở khoảng 2.678,5 m2, hư hỏng hoàn toàn 01 căn nhà, hư hỏng một phần 02 căn nhà, ảnh hưởng đến 05 căn nhà (hư hỏng hàng rào, sụp lún) cụ thể:

- Huyện Nhà Bè: xảy ra 07 vụ sạt lở tại: Rạch Gò Me, ấp 4, xã Hiệp Phước; rạch Giồng, sông Kinh Lộ, ấp 4, xã Hiệp Phước; sông Phước Kiển, xã Phước Kiển; sông Phước Kiển, xã Nhơn Đức; rạch Ngã Tư, ấp 3, xã Hiệp Phước; rạch Tôm, xã Phước Kiển; tổng diện tích đất sạt lở khoảng 606 m2, hư hỏng một phần 02 căn nhà (01 căn nhà tạm; 01 căn nhà cấp 4)

- Huyện Cần Giờ: xảy ra 01 vụ sạt lở tại khu vực bờ kênh Bà Tổng (cách cầu

Bà Tổng 900 m về phía thượng lưu), ấp Rạch Lá, xã An Thới Đông, diện tích sạt lở

150 m2

- Huyện Bình Chánh: xảy ra 01 vụ sạt lở tại khu vực ngã ba sông Chợ Đệm, thuộc tổ 1, ấp 4, xã Tân Nhựt, diện tích sạt lở khoảng 60 m2, ảnh hưởng đến 05 căn nhà (hư hỏng hàng rào, nứt tường và sụp lún nhà)

- Quận Bình Thạnh: xảy ra 01 vụ sạt lở tại bờ sông Sài Gòn, phường 28, diện tích sạt lở 862,5 m2, sụp đổ hoàn toàn 1 căn nhà

- Quận 9: xảy ra 01 vụ sạt lở tại bờ phải tuyến sông Đồng Nai thuộc ấp Trường Khánh, phường Long Phước (cách cầu Long Thành về phía hạ lưu khoảng

500 m), diện tích đất sạt lở 1.000 m2

Riêng trong 6 tháng đầu năm 2015, trên địa bàn thành phố đã xảy ra 03 vụ sạt lở với diện tích sạt lở khoảng 945 m2 Trong đó có một vụ đặc biệt nghiêm trọng vào lúc 0 giờ ngày 22/05/2015, trên địa bàn xã Nhơn Đức, huyện Nhà Bè, tại khu vực bờ phải cách ngã 3 rạch Bà Chiêm về phía thượng lưu cầu Phước Kiển khoảng

280 m, diện tích sạt lở khoảng 510 m2, ảnh hưởng 3 hộ dân (18 nhân khẩu) và hư hỏng hệ thống điện, đường ống nước và đường giao thông

Chi phí cho việc khắc phục và xây dựng mới các công trình phòng chống sạt

lở cũng là một khoản không nhỏ của ngân sách Chỉ riêng trong năm 2012, thành phố chi đến 110 tỷ đồng cho công trình chống sạt lở kênh Thanh Đa Vào ngày 16/09/2014, Ủy ban nhân dân TP.HCM đã quyết định đầu tư 62 công trình nâng cấp

bờ bao phòng chống triều cường kết hợp với giao thông nông thôn, phòng chống sạt

lở bờ sông, nạo vét tiêu thoát nước năm 2014-2015 với tổng kinh phí đầu tư hơn

492 tỷ đồng (Cổng thông tin điện tử TP.HCM) Một số công trình khác cũng đang được lưu ý đẩy nhanh tiến độ như bờ kè hai bên kênh Tham Lương - Bến Cát - Rạch Nước Lên; kênh Thanh Đa đoạn 1.2 và 1.4 Phường 27, quận Bình Thạnh; bờ sông Nhà Bè khu vực ấp Bình Mỹ, xã Bình Khánh; kênh Bà Tổng khu vực ấp An Hòa, xã An Thới Đông, huyện Cần Giờ, v.v

1.3 NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ VEN SÔNG TẠI TP.HCM

1.3.1 Nguyên nhân khách quan

cơ lý đều không thuận lợi để tiến hành triển khai xây dựng (Đinh Công Sản 2005,

Lê Văn Tuấn 2006-2007)

1.3.1.2 Do yếu tố đặc trưng hình thái lòng sông

Hình thái đặc trưng của các sông ở TP.HCM có nhiều đoạn uốn khúc hoặc lòng dẫn co hẹp đột ngột khiến dòng chảy ép sát và đâm thẳng vào bờ Tuy địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ nhưng mặt cắt lòng dẫn lại hẹp và sâu so với lưu

lượng dòng chảy, khiến vận tốc dòng chảy vượt quá vận tốc cho phép không xói của lòng dẫn (Đinh Công Sản và Lê Mạnh Hùng 2005, Thiềm Quốc Tuấn et al 2008)

Sự tác động của các yếu tố trên sẽ gây xói mái dốc bờ sông, làm sạt lở nhiều lần tại cùng một vị trí Ngoài ra, hệ thống kênh rạch chằng chịt còn dẫn đến hiện tượng xói cục bộ tại những đoạn phân lưu và nhập lưu (Nguyễn Thế Biên 2004, Hoàng Văn Huân 2005)

1.3.1.4 Do yếu tố thủy văn

Trong mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm, nền đất tích lũy một lượng nước đáng kể và đạt trạng thái bão hòa, vừa làm tăng tải trọng khối đất ven

bờ vừa làm giảm mức độ liên kết giữa các hạt đất, không còn đảm bảo cho nền đất

ổn định Khi mực nước sông rút nhanh, nước mưa và nước sông vẫn còn trong các khe hở, áp lực nước lỗ rỗng không kịp tiêu tán hết sẽ tạo thành dòng thấm sẽ làm phá hủy mối liên kết giữa các hạt đất, nguy cơ sạt lở lại càng tăng lên (Lê Ngọc Bích et al 2005, Lê Xuân Việt 2011, Duong et al 2014) Đặc biệt, giai đoạn triều cường cao điểm ở sông Sài Gòn với tổng lượng nước lên đến 7 tỷ m3, kết hợp với biên độ triều khá lớn (2,5 - 3 m) cũng là tác nhân khiến quá trình sạt lở ngày càng nghiêm trọng hơn

1.3.1.5 Do ảnh hưởng biến đổi khí hậu

Đây là nguyên nhân góp phần khiến tình trạng sạt lở gia tăng cả về mức độ lẫn tần suất Trong những năm trở lại đây, lượng mưa đều tăng dần làm tình trạng ngập lụt tại thành phố trầm trọng hơn, nền đất ven sông luôn trong tình trạng bão hòa Ngược lại, vào mùa khô, tình trạng khô hạn lại diễn ra gay gắt hơn, mực nước sông

hạ thấp, áp lực thủy tĩnh theo phương ngang của khối nước cân bằng với đất ven bờ mất đi càng dễ xảy ra sạt lở (Lê Xuân Việt 2011, Nguyễn Ngọc Du 2013)

1.3.2 Nguyên nhân chủ quan

lở bờ và chính các công trình (Đinh Công Sản & Lê Mạnh Hùng 2005)

Hình 1.2 Các hoạt động xây dựng lấn chiếm hành lang an toàn dọc bờ sông

(Ảnh chụp ngày 09/05/2015)

1.3.2.2 Do diện tích thoát nước mặt giảm

Cùng với quá trình đô thị hóa, nhu cầu san lấp các khu đất trống, ao hồ, rạch nhỏ tăng lên, tương ứng với tỉ lệ diện tích thoát nước tự nhiên bị sụt giảm Nước

mưa tập trung về sông rạch, lưu lượng cũng như vận tốc dòng chảy gia tăng, gây xói

và sạt lở lòng dẫn Tại một số khu dân cư, đường cống thoát nước được lắp đặt xả thẳng xuống sông hay kênh rạch Sau một thời gian sử dụng, đoạn cống bị mục rữa hay rò rỉ, khiến nước thải ngấm vào nền đất, dần dần khiến khối đất bão hòa, làm tăng lực gây trượt

1.3.2.3 Do gia tăng tình trạng khai thác cát từ lòng sông

Tình trạng khai thác cát trái phép hoặc không phép cũng góp phần khiến bờ sông liên tục sạt lở ngày một nghiêm trọng hơn Tại các đoạn giáp ranh giữa huyện

Củ Chi và tỉnh Tây Ninh, Bình Dương, chiều ngang trung bình sông Sài Gòn từ 95 -

150 m, nay nhiều đoạn rộng hơn 250 m Nhờ kết hợp giữa sự xói mòn và sự bổ sung các cấp phối hạt bùn cát khác nhau mà dòng sông giữ được tính ổn định cân bằng Các hoạt động khai thác quá mức sẽ làm hao hụt lượng bùn cát, gây ra sự thay đổi địa mạo lòng sông như: hình thành và gia tăng chiều sâu các hố xói trong lòng dẫn, làm các tuyến lạch ép sát bờ, thay đổi độ dốc mái bờ, v.v Do bờ sông mất đi tính ổn định, sự an toàn của các công trình dọc hai bên bờ cũng bị đe dọa, luôn tiềm ẩn nguy cơ sạt lở bất cứ lúc nào (Lê Ngọc Bích 2008)

1.3.2.4 Do tình trạng xả lũ từ thượng nguồn

Sự cố sạt lở còn xảy ra khi thực hiện xả lũ từ thượng nguồn về hạ lưu, lưu lượng và vận tốc dòng chảy tăng lên đột ngột, gây xói lở lòng dẫn Tại khu vực giáp ranh TP.HCM và tỉnh Tây Ninh, đặc biệt tại khu di tích lịch sử địa đạo Củ Chi là khu vực đầu tiên của thành phố bị ảnh hưởng khi hồ Dầu Tiếng xả lũ, tình trạng sạt

lở đang diễn ra nghiêm trọng, nhiều vị trí xói lở tạo thành hàm ếch, làm hư hỏng cả

hệ thống cống thoát nước

1.3.2.5 Do hoạt động giao thông đường thủy

TP.HCM là nơi tập trung nhiều tuyến đường huyết mạch nối liền vùng đồng bằng sông Cửu Long và các khu vực khác trong cả nước, đặc biệt là giao thông đường thủy Với nhu cầu di chuyển và vận tải hàng hóa ngày một tăng, tàu thuyền qua lại liên tục trên các tuyến sông thuộc địa bàn thành phố Sóng tạo thành khi các

phương tiện này di chuyển tạo ra lực tác động vào hai bên bờ Đối với những tuyến sông, kênh rạch có mật độ tàu thuyền lưu thông lớn, tình trạng sạt lở lại càng nghiêm trọng hơn Điển hình là tại khu vực Kênh Cây Khô thuộc huyện Nhà Bè, do liên tục chịu áp lực của sóng va đập, cả hai bên bờ đều bị sạt lở, với tổng chiều dài trên 4.000 m (Đinh Công Sản & Lê Mạnh Hùng 2005)

1.3.2.6 Các biện pháp đã triển khai không hiệu quả

Trong một số trường hợp, dù đã áp dụng biện pháp gia cố bảo vệ bờ nhưng vẫn xảy ra hiện tượng sạt lở Đó là do các biện pháp đưa ra áp dụng chỉ mang tính chất nhất thời, không tính toán đảm bảo đủ độ vững chắc cũng như sự ổn định lâu dài Do vậy, rất nhiều đoạn đê bao vừa được hoàn thành lại sụp xuống sông chỉ sau vài ngày như ở sông Kênh Lộ, huyện Nhà Bè Tình trạng này kéo dài vừa gây tổn thất ngân sách cho địa phương, vừa gây bất ổn về mặt kinh tế - xã hội khi mà người dân vẫn chưa thể hoàn toàn yên tâm về nơi cư trú của mình

1.4 CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SẠT LỞ ĐÃ THỰC HIỆN

Hàng năm, nhà nước và nhân dân đã đầu tư rất nhiều kinh phí cho việc xây dựng các công trình phòng chống sạt lở Tuy nhiên, các công trình này sau khi được xây dựng đã tác động trở lại đến cấu trúc dòng chảy, làm biến hình lòng dẫn ở các mức độ khác nhau Tại một số vị trí, các công trình này đã làm thu hẹp tiết diện lòng sông, khiến dòng chảy xiết hơn và gia tăng nguy cơ gây sạt lở theo thời gian

Các công trình bảo vệ bờ có thể được chia thành ba loại: đơn giản (có quy

mô nhỏ), bán kiên cố (có quy mô vừa) và kiên cố (có quy mô lớn) (Đinh Công Sản

2011, 2014, Nguyễn Thế Biên 2003)

1.4.1 Loại công trình đơn giản

Loại công trình này bao gồm các dạng: trồng cây, cỏ chống xói; sử dụng các loại tre, cọc gỗ, cừ tràm bảo vệ bờ; dùng bao tải cát, xà bần, đá hộc kết hợp với cọc,

cừ để gia cố (Hình 1.3a) Bên cạnh những ưu điểm như: kết cấu đơn giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao, kinh phí thấp, tận dụng vật liệu tại địa phương, các công trình này

vẫn có nhiều nhược điểm: tuổi thọ thấp (từ 2 – 3 năm), mang tính tự phát, không đảm bảo vẻ mỹ quan, và không theo tuyến chỉnh trị nhất định nào Do hầu hết được triển khai dựa trên kinh nghiệm của nhân dân nên các công trình bảo vệ bờ loại đơn giản chỉ có thể thực hiện ở những khu vực có chiều sâu lòng sông nhỏ, tốc độ dòng chảy thấp và không có khả năng chống xói sâu

1.4.2 Loại công trình bán kiên cố

Loại công trình này có kết cấu đa dạng: cọc tràm đóng nhiều tầng kết hợp với rọ đá; cọc bằng thân cây to và dài đóng ken sát, đá hộc (Hình 1.3b) Dù không theo tuyến chỉnh trị chung nhưng các công trình bán kiên cố cũng có những ưu điểm nhất định: ngăn chặn được tình trạng xói lở bờ trong giai đoạn trước mắt, bảo vệ nhà cửa và cơ sở hạ tầng ven bờ; giá thành vừa phải; tại các đoạn sông không sâu, công trình có tuổi thọ khá cao Tuy nhiên, tại một số vị trí có đặc điểm địa chất yếu, công trình cần được tính toán thiết kế cẩn thận nhằm tránh hiện tượng sụt lún

1.4.3 Loại công trình kiên cố

Công trình kiên cố là những công trình có quy mô lớn, kết cấu vững chắc, và chống sạt lở hiệu quả, nhằm bảo vệ cơ sở hạ tầng quan trọng, đặc biệt tại các khu đô thị, thành phố lớn Theo kết cấu và vật liệu, công trình kiên cố có thể chia thành các loại: kè đá lát, đá xây, rọ đá kết hợp với bê tông; kè bê tông cốt thép (BTCT) mái nghiêng hoặc nửa đứng nửa nghiêng; kè BTCT tường đứng có neo hoặc không neo (Hình 1.3c) Ưu điểm của những công trình loại này là tính chắc chắn và bền vững, bảo vệ được các công trình và cơ sở hạ tầng ven sông, đặc biệt ở các khu đô thị tập trung đông dân cư Hầu hết các công trình kiên cố đã được tính toán đầy đủ theo các quy trình, tiêu chuẩn hiện hành, có xét đến vấn đề xói sâu và tuổi thọ công trình Nhược điểm chính của công trình kiên cố là giá thành cao, kỹ thuật thi công và kiểm tra phần khối lượng vật liệu dưới sông còn gặp nhiều khó khăn

(a) Loại đơn giản

(b) Loại bán kiên cố

(c) Loại kiên cố Hình 1.3 Công trình chống sạt lở

1.5 TÓM TẮT

Các công trình bảo vệ bờ từ đơn giản đến kiên cố trên địa bàn TP.HCM mặc

dù đã phát huy tác dụng nhưng vẫn còn bộc lộ nhiều khiếm khuyết cần khắc phục

Do đó, công tác thiết kế, thi công và quản lý các công trình phòng chống sạt lở cần được nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện và hiệu quả hơn Quan trắc hiện trường là một trong những biện pháp có thể giúp kiểm tra hành vi ứng xử của giải pháp chống sạt lở có làm việc như dự tính hay không; từ đó đề xuất hiệu chỉnh các giải pháp thiết kế, tối ưu hoá các chi tiết kết cấu Không chỉ vậy, hệ thống quan trắc còn hỗ trợ phát hiện và cảnh báo sớm các sự cố sạt lở để có biện pháp xử lý gia cố hoặc di dời kịp thời, hạn chế thiệt hại về tài sản và tính mạng con người