(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa

LỜI CAM ĐOAN

Bản luận văn này do tôi tự nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TS

Lê Kim Truyền

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục Tài liệu tham khảo, ngoài ra tôi không sử dụng bất kì tài liệu nào mà không được liệt kê.Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi trình bày trong luậnvăn này

Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016

Học viên

Nguyễn Mạnh Tuân

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy với đề

tài “Nghiên cứu giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ tỉnh Thanh Hóa” tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân

và tập thể

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Lê Kim Truyền đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian qua để Luận văn được hoàn thànhđúng thời gian quy định

Xin cũng bày tỏ lòng chân thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáotrong bộ môn Công nghệ và Quản lý Xây dựng - Trường Đại Học Thủy lợi

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh chị em của Ban Quản lý dự án tu bổ

đê điều thường xuyên tỉnh Thanh Hóa đã tạo điều kiện cho tôi được tiếp cận nguồn tàiliệu tham khảo quý giá để tôi có thể hoàn thành được Luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi,động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016

Học viên

Nguyễn Mạnh Tuân

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC PHỤ LỤC ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG 5

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới và tại Việt Nam 5

1.1.1 Trên thế giới 5

1.1.2 Tại Việt Nam 10

1.2 Tổng quan về các giải pháp bảo vệ bờ sông trên thế giới và tại Việt Nam 12

1.2.1 Các giải pháp bảo vệ bờ sông tiên tiến trên thế giới 12

1.2.2 Các giải pháp bảo vệ bờ sông hiện nay tại Việt Nam 21

1.3 Tổng quan về công trình bảo vệ bờ dọc sông Chu 28

1.3.1 Hiện trạng công trình bảo vệ bờ sông 28

1.4 luận Kết chương 36

CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY SẠT LỞ BỜ SÔNG KHU VỰC CĂNG HẠ 37

2.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên và xã hội vùng nghiên cứu 37

2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 37

2.1.2 Đặc điểm dân sinh, kinh tế-xã hội 46

2.2 Đánh giá tình hình sạt lở bờ sông Căng Hạ 47

2.3 Phân tích đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ sông 50

2.3.1 Thiết lập mô hình toán MIKE 21C mô phỏng chế độ thủy động lực khu vực kè Căng Hạ 50 2.3.2 Phân tích nguyên nhân gây sạt lở bờ sông Chu, khu vực kè Căng Hạ 57

2.3.3 Phân tích cơ chế gây sạt lở bờ sông Chu, khu vực kè Căng Hạ 61

2.4 luận Kết chương 63

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG CĂNG HẠ, TỈNH THANH HÓA 64

3.1 Dự báo tình hình sạt lở bờ sông Căng Hạ 64

3.1.1 Thời gian tính toán 64

3.1.2 Điều kiện biên 64

3.1.3 Các thông số chính của mô hình 64

3.1.4 Kết quả mô phỏng hiện trạng hình thái đoạn sông Căng Hạ và dự báo đến năm 2018 65

3.2 Đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ 68

3.2.1 Nguyên tắc đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ 68

3.2.2 Phương án công trình 68

3.3 Tính toán thiết kế theo phương án chọn 70

3.3.1 Lựa chọn kết cấu kè lát mái 70

3.3.2 Các phương án kết cấu 74

3.3.3 Phân tích lựa chọn phương án kết cấu 82

3.4 Công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ, tỉnh Thanh Hóa 87

3.4.1 Vật liệu thi công 87

3.4.2 Thiết bị thi công 87

3.4.3 Trình tự thi công kè 88

3.4.4 Biện pháp thi công kè 91

3.5 Kết luận chương 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 99

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp các công trình kè dọc sông Chu 29

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất lớp 1 39

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất lớp 2 40

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất lớp 3 41

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4 42

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất lớp 5 được tổng hợp trong bảng sau 42

Bảng 2.6 Cao trình mực nước tính toán tại các vị trí: 45

Bảng 2.7 Bảng thuộc tính các lưới nhỏ 51

Bảng 2.8 Bảng đánh giá sai số kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 57

Bảng 3.1 Bảng chi tiêu cơ lý các lớp đất 82

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả tính toán ổn định kè Căng Hạ theo các phương án thiết kế 84 Bảng 3.3 Khối lượng sơ bộ tính cho 1,07km kè Căng Hạ 86

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Mỹ 7

Hình 1.2 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Âu 9

Hình 1.3 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Á 9

Hình 1.4 Công trình bảo vệ bờ sông Kamo ở trung tâm Kyoto - Nhật Bản 10

Hình 1.5 Công trình bảo vệ bờ sông Yodo ở Osaka - Nhật Bản 10

Hình 1.6 Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống BTCT trên sông Brahmaputra – Jamuna – Băngladet 14

Hình 1.7 Cọc ván bê tông dự ứng lực sử dụng trong công trình bảo vệ bờ 14

Hình 1.8 Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa 15

Hình 1.9 Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông 16

Hình 1.10 Thảm rồng đá túi lưới 16

Hình 1.11 Khối Amorloc 17

Hình 1.12 Cấu tạo khối Hydroblock 18

Hình 1.13 Kết cấu thảm bê tông FS 18

Hình 1.14 Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông 19

Hình 1.15 Kè mềm bằng GeoTube 20

Hình 1.16 Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát triển thực vật 21

Hình 1.17 Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép kín nước 22

Hình 1.18 Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép không kín nước 23

Hình 1.19 Kè mỏ hàn kín, đá hộc lát khan 23

Hình 1.20 Kè lát mái sau khi hoàn thành 24

Hình 1.21 Kè đá hộc chít mạch không có khung bê tông – Hoài Nhơn, Bình Định 25

Hình 1.22 Kè đá hộc lát khan không có khung bê tông (Đan phượng, TP Hà Nội) 25

Hình 1.23 Kè đá hộc lát khan trong khung bê tông (Hoằng Hóa, Thanh Hóa) 26

Hình 1.24 Kè đá hộc chít mạch trong khung bê tông (Diên Thọ – Khánh Hòa) 26

Hình 1.25 Thi công đúc cấu kiện 27

Hình 1.26 Mảng cấu kiện hoàn thiện 27

Hình 1.27 Hiện trạng hệ thống kè trên sông Chu 29

Hình 1.28 Hiện trạng hư hỏng công trình bảo vệ bờ Tả sông Chu 30

Hình 1.29 Hiện trạng hư hỏng công trình bảo vệ bờ Hữu sông Chu 32

Hình 1.30 Kè mái nghiêng Mau Xanh (xã Xuân Lai) - bờ tả sông Chu – Thanh Hoá 33

Hình 1.31 Kè mỏ hàn Phú Văn - bờ hữu sông Chu bằng đá đổ 35

Hình 1.32 Kè mỏ Quản Xá - bờ tả sông Chu bằng đá đổ 35

Hình 2.1 Sơ họa vị trí khu vực nghiên cứu 37

Hình 2.2 Một số hình ảnh về sạt lở bờ sông Chu khu vực kè Căng Hạ 49

Hình 2.3 Các cung trượt trên tuyến kè Căng Hạ 49

Hình 2.4 Phạm vi xây dựng miền tính toán trong mô hình 50

Hình 2.5 Sơ đồ lưới phân bố các sub-grid toàn bộ khu vực tính toán 51

Hình 2.6 Kết quả chia lưới toàn bộ miền tính toán khu vực nghiên cứu 52

Hình 2.7 Kiểm tra tính trực giao của lưới thiết lập 52

Hình 2.8 Kết quả thiết lập địa hình miền tính toán trên mô hình 53

Hình 2.9 Phân bố hệ số nhám Mainning trong mô hình Mike 21C 53

Hình 2.10 Vị trí hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 56

Hình 2.11 Hiệu chỉnh lưu lượng (10/05/2014 – 15/05/2014) 56

Hình 2.12 Kiểm định mực nước (12/10/2014 – 17/10/2014) 56

Hình 2.13 Trường dòng chảy mùa kiệt khu vực bờ sông Căng Hạ 57

Hình 2.14 Trường dòng chảy mùa lũ khu vực bờ sông Căng Hạ 58

Hình 2.15 Cấu tạo địa chất khu vực bờ kè Căng Hạ 58

Hình 2.16 Khu vực đầu kè Căng Hạ là điểm cuối của đoạn sông cong 60

Hình 2.17 Dòng chảy xoắn tại khúc sông cong 60

Hình 2.18 Sự trệch hướng của vận tốc và ứng suất tiếp do tác động của dòng chảy vòng tại khúc sông cong 60

Hình 2.19 Cơ chế gây sạt lở bờ sông Căng Hạ dưới tác động của dòng chảy 62

Hình 2.20 Kết quả tính toán ổn định mái bờ sông Căng Hạ 63

Hình 3.1 Hố xói xuất hiện ngay khu vực đầu kè Căng Hạ 65

Hình 3.2 Hố xói sâu từ (-0,6)÷ (-0,7) m sau 1 năm mô phỏng (thời điểm 12/2014) 66

Hình 3.3 Kết quả mô phỏng diễn biến xói lở lòng dẫn sông Chu khu vực bờ Căng Hạ 67

Hình 3.4 Mặt cắt ngang kè mái nghiêng cọc ván BTCT DƯL phía chân kè 75

Hình 3.5 Mặt cắt ngang kè mái nghiêng cọc ván BTCT DƯL phía đỉnh kè 77

Hình 3.6 Sơ đồ tính theo Blum 78

Hình 3.7 Mặt cắt ngang thiết kế cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 80

Hình 3.8 Kết quả tính toán ổn định kè Căng Hạ phương án Kè mái nghiêng cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tại chân kè Kminmin=1,523 83

Hình 3.9 Kết quả tính toán ổn định kè Căng Hạ phương án Kè mái nghiêng cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tại đỉnh kè Kminmin=1,497 83

Hình 3.10 Thiết bị thi công trải vải lọc 88

Hình 3.11 Trình tự thi công thả thảm đá 89

Hình 3.12 Trình tự thi công thả thảm PDTAC-M 90

Hình 3.13 Trình tự thi công cọc ván BTCT dự ứng lực 91

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục 01: Số liệu Q (m3/s) tại khu vực giữa tuyến kè Căng phục vụ hiệu chỉnh mô hình 100Phụ lục 02: Số liệu H (m) tại khu vực giữa tuyến kè Căng phục vụ kiểm định mô hình 102

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong điều kiện tự nhiên, dưới tác động tương hỗ của dòng chảy và lòng dẫn, lòngsông luôn biến đổi cả về không gian lẫn thời gian Sự biến đổi đó có thể gây ra thảmhọa cho đời sống con người

Với nhiều mục đích khác nhau như thoát lũ, chống sạt lở bờ, giao thông thủy… conngười đã và đang xây dựng hàng loạt các công trình bảo vệ bờ, công trình chỉnh trị trênhầu hết các con sông, đặc biệt là những đoạn sông đi qua các khu vực đông dân cư.Các công trình này thông qua việc điều chỉnh dòng chảy sẽ mang lại những hiệu quảkinh tế - kỹ thuật như con người mong đợi

Đối với sông Chu, sau khi thủy điện Cửa Đạt đi vào hoạt động, đã làm cho chế độ thủy lực, thủy văn, lòng dẫn của thượng lưu và hạ lưu có những thay đổi căn bản đáng kể Phía thượng lưu hồ xảy ra hiện tượng bùn cát lắng đọng lại gây nên mất cân bằng giữa khả năng tải cát của dòng nước (St) với lượng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lưu (S0) mà St luôn lớn hơn S0 Dòng chảy luôn “đói” bùn cát này sẽ phải đào xói lòng dẫn

hạ lưu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát, vì vậy lòng dẫn hạ lưu dần dần

bị xói hạ thấp Do mất cân bằng bùn cát nên quá trình diễn biến xói phổ biến thể hiện rất

rõ ở vùng hạ lưu công trình thủy điện Ở vùng hạ lưu, lòng sông bị xói, hạ thấp xuống kéo theo sạt lở hai bờ sông rất mạnh làm mất ổn định cho bản thân công trình thủy điện

và các công trình ven sông như cầu, bến cảng, trạm bơm, đặc biệt là hệ thống đê chống

lũ Do đó việc bảo vệ bờ vùng hạ du ngày càng được chú trọng Một trong các biện phápcho hiệu quả cao là xây dựng và kiên cố lại các tuyến kè bờ, xây dựng các kè mỏ hàn chỉnh trị dòng chảy…

Đoạn kè Căng Hạ (đê tả sông Chu) nằm ở địa bàn xã Thọ Trường, huyện Thọ Xuân Tuyến kè nằm sát bờ sông, mái kè bảo vệ được xây dựng từ lâu nên chất lượng và khảnăng làm việc cũng bị giảm đi đáng kể, kết cấu bằng đá hộc đã bị hư hỏng, xuống cấpnghiêm trọng Thêm vào đó, trong những năm qua, do tình hình mưa bão ngày càng trở nên phức tạp đã khiến đoạn đê này bị sụt lún chân kè, mái kè và sạt lở vào thân đê

Các đoạn sạt lở này ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng, tài sản, đất canh tác và đời sống của nhân dân trong khu vực đê bảo vệ Vị trí sạt lở này đặc biệt nghiêm trọng vàcấp thiết phải đầu tư.

Để lựa chọn được giải pháp thiết kế và thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạphù hợp, cần phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kinh tế lẫn kỹ thuật Chính vì vậy

việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng Hạ tỉnh Thanh hóa” là rất cấp thiết và cấp bách, góp phần phát

triển kinh tế, xã hội huyện Thọ Xuân nói chung và tỉnh Thanh Hóa nói riêng

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Phân tích nguyên nhân, cơ chế gây sạt lở bờ sông Căng Hạ, huyện Thọ Xuân, tỉnhThanh Hóa

- Đề xuất các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông khu vực nghiên cứu

- Lựa chọn công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ đã đề xuất

3 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, đề tài đã sử dụng tổng hợp các phươngpháp sau:

a) Phương pháp thống kê, phân tích

- Thu thập các số liệu mực nước, lưu lượng, diễn biến đường bờ dọc sông Chu, đặcbiệt là khu vực đi qua huyện Thọ Xuân

- Thu thập, hệ thống hoá các tài liệu, các kết quả, các báo cáo của các nghiên cứu, đềtài có liên quan tới diễn biến lòng dẫn sông Chu trước đây;

- Thu thập hồ sơ kỹ thuật của các công trình bảo vệ bờ quanh khu vực nghiên cứu

- Thu thập tài liệu địa hình địa chất

b) Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Để nắm bắt rõ tình hình sạt lở, định tính mức độ sạt lở và sơ bộ xác định nguyên nhângây sạt lở bờ sông Căng Hạ, tác giả đã tiến hành khảo sát trực tiếp tại hiện trường, tiếnhành chụp ảnh và ghi chép lại hiện trạng

c) Phương pháp chuyên gia

Để nắm bắt được tổng quan tình hình xói lở bờ sông Chu, không chỉ riêng mình khuvực bờ sông Căng Hạ, tác giả đã mời sự tham gia và giúp đỡ của một số cán bộ thuộcChi cục đê điều và phòng chống lụt bão tỉnh Thanh Hóa Đây là những người có nhiềukinh nghiệm và hiểu biết trong việc xác định nguyên nhân và lựa chọn các giải phápbảo vệ bờ phù hợp cho các tuyến đê sông Chu

d) Phương pháp mô hình toán

- Sử dụng phần mềm GEOSTUDIO-2007 để tính toán ổn định trượt mái, xử lý nền;

- Sử dụng phần mềm MIKE 21C để mô phỏng chế độ thủy lực dòng chảy, đoạn qua kèCăng Hạ nhằm phân tích các nguyên nhân gây mất ổn định đường bờ

- Đề tài đã đề xuất được giải pháp công trình bảo vệ bờ sông phù hợp cho khu vựcnghiên cứu

- Cuối cùng, đề tài đã đưa ra công nghệ thi công phù hợp cho công trình bảo vệ bờ đã

đề xuất

5 Bố cục của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về công trình bảo vệ bờ sông

Chương 2: Thực trạng và nguyên nhân gây sạt lở bờ sông khu vực Căng Hạ

Chương 3: Đề xuất giải pháp và công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ sông Căng

Hạ, tỉnh Thanh Hóa

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới và tại Việt Nam

1.1.1 Trên thế giới

Thật ra, khó có thể thống kê một cách đầy đủ và chi tiết về công tác nghiên cứu phát triển công trình bảo vệ bờ sông chống xói lở - bồi tụ (Erosion - Accretion and River Engineering) trên thế giới Tuy vậy, từ các nguồn tài liệu đã công bố, có thể nhận thấy:cùng với công tác phòng chống lũ và sử dụng nguồn nước phục vụ tưới tiêu cách đâyhàng ngàn năm của người Ai Cập (sông Nile), Ấn Độ (sông Hằng) và Trung Quốc (sông Hoàng Hà, sông Dương Tử), thì các ngành khoa học thủy lực, thủy văn cũngbắt đầu phát triển từ những công trình thực nghiệm như: nước chảy trong máng, sự phân bố dòng chảy trong kênh, tính chất liên tục của dòng chảy và mối quan hệ giữacác đặc trưng dòng chảy với chiều rộng,độ sâu, độ dốc, độ nhám của lòng dẫn, của Le-o-na-dơ-vanh-xi (1452 - 1519), một kỹ sư thiết kế nổi tiếng về các công trình thủycông ở MiLan, là người quy hoạch kênh nối giữa sông Seine với sông Loire (Pháp) Các đóng góp của Galile Galileo (1564 - 1642) từ các nghiên cứu thực nghiệm đo đạccũng đã khẳng định sự phát triển của các ngành khoa học này ở Italia Galileo đã tìm

ra sự phân bố vận tốc không đều theo chiều sâu và đánh giá độ dốc lòng sông, độ sâu dòng nước có quan hệ mật thiết với quá trình xói - bồi lòng dẫn sông ngòi cũng nhưlực xói phải lớn hơn độ bền của đất đá P.Duboi (1734 - 1809), người sáng lập trường phái thủy lực Pháp đã đề ra những luận thuyết về thủy lực Những đóng góp của Pascal (1646 - 1716), Becnuli (1700 - 1782) và Lagrange (1736 - 1813) vào cuối thế

kỷ 17 và đầu thế kỷ 18 có ý nghĩa rất lớn trong việc nghiên cứu hoạt động xói - bồi của sông ngòi Năm 1753, Bram đã đưa ra các công thức dòng đ ều và sau này được xác lập bởi Chesy với quan điểm độ dốc là thành phần trọng lực cân bằng với sức cản của đáy Sự di chuyển ban đầu của vật liệu bùn cát đáy phụ thuộc vào tốc độ dòng nước ở đáy và mũ 1/6 đường kính trung bình của vật liệu đáy Công thức này đến nay vẫn được sử dụng khá rộng rãi ở Việt Nam và các nước trên thế giới

Vào thế kỷ 19, có nhiều công trình bằng tiếng Đức của Lameyơ (1845), Hagen (1871), tiếng Pháp của Dacxy (1865), Bazin (1897) và tiếng Anh của Humphơ, Abơt (1861), Manning (1890), Dupuy (1804 - 1866), những công trình này đã có những đóng góp đáng kể về vấn đề chuyển tải bùn cát Hagen gắn liền với nhiều công trình ở phía Bắc nước Đức (cảng Hamburg), các tiêu chuẩn do Hagen đưa ra rất có giá trị trong lĩnh vực thủy động lực công trình Năm 1879, Duboi (Pháp) đã tìm ra quy luật chuyển động bùn cát đáy ở trạm thực nghiệm biến dạng lòng sông Mitsissipi Năm 1895, Loktin công bố luận án “Kết cấu lòng sông” làm cơ sở cho môn động lực sông ngòi ở Nga Giữa thế kỷ 19 Hakison, Lauren đã tính toán xói - bồi lòng sông trên cơ sở sự chuyển động của bùn cát đáy và tổng lượng bùn cát sông Đến năm 1960, các nhà khoa học vẫn dùng phương trình cân bằng bùn cát có xét thêm cấu trúc địa chất đáy sông, kết hợp với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để dự báo quá trình xói - bồi lòng dẫn sông ngòi.

Sang thế kỷ 20, các nhà khoa học Pháp, Ý, Đức, Anh (Einstein H.A, Meyer Peter E., Muller P., Schields A., Schmidt W ), nhất là Mỹ, Liên Xô cũ, Trung Quốc (Altumin S.I, Ackers P., Kolmogorov A.N, Loktin V.M., Taylor G.I ) đi sâu nghiên cứu bản chất và cơ chế dòng chảy rối trong các hệ thống sông ngòi Từ thập niên 50 trở đi, các nhà khoa học Mỹ và Liên Xô cũ (Bercovich K.M, Brown C.P., Chalov R.S.,

Goncharov A.N., Graf., Grisanin K.V., Karauchev A.V., Kennedy J.F., Knoroz V.S., Kumin I.A., Lapsencov V.S., Levi I.I., Maccaveev N.N., Richardson E.V., Rossinsky K.I., Rozovsky I.L., Vanoni V.A., Velicanov M.A ) đã chú trọng đến việc nghiên cứu tác động của các công trình thủy công đối với quá trình xói - bồi lòng sông thông qua các mô hình toán có xét tới cân bằng dòng bùn cát Công tác nghiên cứu các mô hình tính toán lý thuyết, sử dụng máy tính điện tử trong tính toán dòng chảy, dựbáo biến động các thung lũng sông ngày càng thu được nhiều thành quả hơn (Allen J.R.L., Holly F.M., Karim M.F )

Những thập niên gần đây, lũ lụt đã xảy ra liên tục ở nhiều nước trên thế giới như: Ấn

Độ, Trung Quốc, Indonesia, Đài Loan, Băngladet Đặc biệt, tại bang Bi - ha Ấn Độ(2004), trận lụt lớn nhất trong vòng 15 năm qua đã làm hơn 1800 người chết Ngoài ra,

ở Hai - i - ti chỉ một trận mưa lớn đêm 27/5/2004 đã gây ngập lụt trên diện rộng vàlàm

trên 2000 người thiệt mạng Riêng từ năm 2005 đến nay bão lớn kèm theo lũ lụt và xói

- bồi lòng dẫn sông ngòi đã xảy ra liên tục từ Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Phi đến Châu

Á gây thiệt mạng hàng chục ngàn con người, phá hủy nhiều công trình dân sinh và gâytổn thất cho nền kinh tế thế giới lên đến hàng ngàn tỉ đô la Do đó, các nước thuộc “ủyban sông Mekong” đã tập trung vào thực hiện chương trình khai thác, sử dụng hợp lýsông ngòi, phòng chống tai biến và bảo vệ môi trường lãnh thổ

Các công trình chỉnh trị từ thô sơ nay thích ứng với tự nhiên chuyển sang chủ động cảitạo bằng những công trình quy mô lớn, kết cấu phức tạp Từ đó có thể thấy ngànhkhoa học về nghiên cứu diễn biến xói lở bờ sông và các công trình chỉnh trị sông ngàycàng phát triển mạnh mẽ

1.1.1.1 Ở châu Mỹ

Ở Châu Mỹ các vấn đề về xói lở và chỉnh trị sông được tiến hành nhiều nhất vào thời

kỳ cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, tập trung trên các sông Mississippi và Misouricủa Mỹ Cho đến nay, vẫn còn có thể nhận thấy các công trình đó khá rõ trên hình ảnhcủa Google Earth

Công trình tôn tạo cù lao Choctaw thuộc sông

Mississippi, Mỹ.

Công trình bịt 2 lạch phụ để tăng cường lạch giữa trên sông Mississippi, khu vực Innis, Mỹ Hình 1.1 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Mỹ

Tại

Mỹ:

Cục bảo vệ môi trường Mỹ ủy thác cho Trạm thí nghiệm sư đoàn công binh lục quân

Mỹ nghiên cứu biên soạn và xuất bản cuốn sổtay này vào năm 1997 Nội dung chủ yếu

của cuốn sách là các kiến thức cơ bản về địa mạo sông ngòi và diễn biến lòng sông,đánh giá hệ thống sông ngòi, kỹ thuật và kết cấu công trình bảo vệ bờ sông ứng dụngcho các đoạn với các điều kiện và yêu cầu khác nhau, nhấn mạnh yếu tố cảnh quan,môi trường, giới thiệu các loại thực vật có thể ứng dụng trong các điều kiện khácnhau.

Vào tháng 6 năm 1999, Trạm thí nghiệm đường thủy của sư đoàn công binh, lục quân

Mỹ hoàn thành báo cáo có tiêu đề trên Báo cáo này trình bày một cách có hệ thốngvấn đề bảo vệ sinh thái và khôi phục môi trường sông ngòi Nội dung chủ yếu là hìnhthái lòng sông và quá trình bồi xói, công năng sinh thái của sông ngòi, phân tích xâmthực bờ sông, gia cố mái bờ, kỹ thuật công trình sinh thái, quy hoạch, thiết kế, vậnhành và quản lý công trình chỉnh trị sông Báo cáo nghiên cứu này cũng trình bày vềtầm quan trọng của bố trí độ cao của các loại thực vật trong ổn định bờ sông, sinh thái

bờ sông và phương pháp gia cố

Tài liệu này do sư đoàn công binh lục quân Mỹ xuất bản vào tháng 9 năm 2001 Mụcđích của nghiên cứu này là cung cấp cho cán bộ kỹ thuật chỉnh trị sông các phươngpháp thiết kế thủy lực một cách có hệ thống đối với công trình khôi phục dòng sôngthích ứng với hệ thống tự nhiên trong các điều kiện ràng buộc khác nhau

1.1.1.2 Ở châu Âu

Tại

Anh:

Tài liệu này công bố vào tháng 4 năm 2002, với nội dung chủ yếu sau: Khôi phục tính uốn khúc của sông, tăng cường công năng sinh thái cho hồ ách trâu, tăng cường sinh thái cho đoạn sông thẳng, công trình sinh thái bảo vệ bờ sông, điều chỉnh cao trình lòng sông, mực nước và dòng chảy, quản lý lũ, kiến tạo vùng đặc trưng đầm lầy, xây dựng công trình thân thiện với người và sinh vật, gia tăng khả năng thoát lũ cho lòng sông, lợi dụng bùn cát nạo vét, đổi tuyến dòng sông

Công trình đón dòng trên sông Garona,

Pháp

Công trình hướng dòng đầu lạch

phụ trên sông Rhine (Đức) Hình 1.2 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Âu

1.1.1.3 Ở Châu Á

Trung Quốc là quốc gia có nhiều sông lớn như Dương Tử (Trường Giang), HoàngHà, các đoạn sông phân lạch không ổn định tồn tại khắp nơi, nên việc chỉnh trị sôngrất phát triển Ở Trung Quốc, chỉnh trị sông chủ yếu phục vụ luồng lạch giao thôngthủy, phần lớn là công trình bịt lạch phụ để tăng cừờng cho lạch chạy tàu

Kè mõm cá trên đoạn phân lạch

chảy qua Kyoto, Nhật Bản

Chỉnh trị đoạn phân lạch trên sông Bắc,

Quảng Đông,Trung Quốc.

Hình 1.3 Một số công trình chỉnh trị sông phân lạch ở Châu Á

Tại

Trung Quốc:

Quy hoạch và thiết kế công trình chỉnh trị sông hiện đại

Sách này xuất bản vào tháng 3 năm 2006, nhưng từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, công trình chỉnh trị sông ở Trung Quốc đã có những chuyển động mạnh mẽ sang định hướng kết hợp tôn tạo cảnh quan và bảo vệ môi trường sinh thái, xây dựng văn hóa sông nước, đặc biệt là đối với những đoạn sông qua các thành phố, đô thị, khu

du lịch Năm 2005, tỉnh Hắc Long Giang ban hành điều lệ quản lý sông, trong đó quyđịnh “quy hoạch chỉnh trị sông cần xem xét đầy đủ các yêu cầu về phòng lũ, bảo vệmôi trường, giao thông thủy, sinh thái tự nhiên và phù hợp với cảnh quan nhân văn”.

Tại

Nhật Bản

Ban hành năm 1997, chỉ rõ: công trình bảo vệ bờ luôn được đặt ở những đoạn bờ sôngquan trọng, xung quanh có môi trường sinh thái và cảnh quan, nên công trình bảo vệ

bờ sông cần sử dụng các loại kết cấu hài hòa với cảnh quan tự nhiên

Từ khi lịch sử bước vào thế kỷ XX, năng lực cải tạo tự nhiên của con người đã đượcnâng cao chưa từng có, công trình bảo vệ bờ sông từ mức độ bị động, thích ứng với tựnhiên chuyển sang chủ động cải tạo tự nhiên bằng những công trình quy mô lớn, kếtcấu phức tạp

Các hoạt động nghiên cứu được tiến hành bởi các Viện nghiên cứu: Viện Khoa họcThủy lợi Việt Nam; các trường Đại học như: Trường Đại học Thủy lợi, Đại học Xâydựng

Việc nghiên cứu và phát triển các công trình bảo vệ bờ đã kế thừa tất cả các lý thuyết

và kinh nghiệm tính toán công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới như Nga, Mỹ, NhậtBản, Trung Quốc… và ứng dụng nhiều công cụ hỗ trợ tính toán để mô phỏng, dự báodiễn biến xói lở bờ sông như mô hình toán: MIKE, DELF, HEC-RAS, DUFLOW,SOBEK-RE, SOBEK-RUR…

Sớm nhất là các nghiên cứu trên mô hình vật lý của Lương Phương Hậu, Hoàng NăngDũng, trường Đại học Xây Dựng về chỉnh trị đoạn Dền trên sông Đuống (1969-1970);của Lê Văn Chính, Lê Mạnh Hùng viện Khảo sát thiết kế Giao thông vận tải vềchống bồi lấp cảng Hà Nội (1983-1984) Trường Đại học Thủy Lợi có các nghiên cứucủa Đỗ Tất Túc, Nguyễn Bá Quỳ

Việc nghiên cứu và ứng dụng sự tiến bộ về mô hình toán trong dự báo, đánh giá xói lở

bờ sông, đánh giá hiệu quả công trình chỉnh trị cũng đã được xem xét nghiên cứu từrất sớm bởi các chuyên gia như Đỗ Tất Túc, Nguyễn Bá Quỳ… Hiện nay việc áp dụng

mô hình toán vào trong nghiên cứu, tính toán thiết kế các công trình chỉnh trị và bảo

vệ bờ sông Việt Nam không còn là điều mới mẻ

Một số nghiên cứu đại diện điển hình có thể kể đến đó là:

+) Lương Phương Hậu (2010), “Nghiên cứu các giải pháp khoa học - công nghệ cho

hệ thống công trình chỉnh trị sông trên các đoạn trọng điểm vùng ĐBBB và ĐBNB” +) Đỗ Tất Túc, Nguyễn Bá Quỳ (1997), “Mô hình toán diễn biến lòng sông và bờ biển”.

+) Trần Thanh Tùng, Trần Thục, Đỗ Tất Túc (1999), “Tính toán biến hình lòng dẫn

hệ thống sông Hồng”.

Bên cạnh các nghiên cứu và phát triển các công trình chỉnh trị ổn định lòng dẫn thì cácgiải pháp gia cố bờ cũng được quan tâm nghiên cứu Các nhà khoa học đã tập trungnghiên cứu và lựa chọn kết cấu, hình thức chân kè phù hợp cho mỗi khu vực, trong đó

xem xét đến yếu tố thủy văn, địa hình, địa chất và vật liệu xây dựng Bên cạnh đó, việcphát triển các cấu kiện bảo vệ mái nâng cao hiệu quả công trình gia cố bờ đã có nhữngtiến bộ vượt bậc từ việc sử dụng vật liệu truyền thống là đá Grannite sang các cấu kiệnđúc sẵn có liên kết ngàm 1 chiều, 2 chiều và 3 chiều Những nhà khoa học đã cónhững cống hiến to lớn cho việc nghiên cứu và phát triển công trình gia cố bờ có thể

kể đến bao gồm: Nguyễn Văn Mạo, Lê Kim Truyền, Nguyễn Phương Mậu (Đại học Thủy lợi); Vũ Tất Uyên, Đào Xuân Sơn, Lê Ngọc Túy, Nguyễn Văn Toán, Hoàng Hữu Văn, Trịnh Việt An, Trần Xuân Thái, Phạm Đình, Nguyễn Ngọc Quỳnh (Viện khoa học thủy lợi miền Bắc); Lương Phương Hậu, Lê Ngọc Bích, Đinh Công Sản, Lê Mạnh Hùng, Hoàng Văn Huân (Viện khoa học thủy lợi miền Nam).

Một số nghiên cứu đại diện điển hình về công trình gia cố bờ có thể kể đến đó là:

+) Nguyễn Văn Mạo và nnk (1999) “Tổng kết đánh giá các kết cấu bảo vệ chân mái

đê biển và nghiên cứu đề xuất các loại hình phù hợp”.

+) Đinh Công Sản (2007), “Một số vấn đề về động lực học dòng chảy và quan hệ hình thái sông Cửu Long”.

+) Lê Kim Truyền và nnk (1992), “Nghiên cứu bảo vệ mái đất đắp chịu tác dụng của sóng”.

1.2 Tổng quan về các giải pháp bảo vệ bờ sông trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Các giải pháp bảo vệ bờ sông tiên tiến trên thế giới

Hình thức bảo vệ bờ sông hiện nay rất phong phú và đa dạng đang được sử dụng rộngrãi trong và ngoài nước Tùy theo mức độ xói lở, điều kiện vật liệu, thiết bị thi công…thì loại kết cấu bảo vệ bờ sẽ được lựa chọn phù hợp Dưới đây là một số giải pháp bảo

vệ bờ sông đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới

1.2.1.1 Phân loại kết cấu công trình bảo vệ bờ sông

Qua quá trình phát triển lâu dài có sự kế thừa cả truyền thống lẫn hiện đại, kết cấu cáccông trình bảo vệ bờ sông hiện nay hết sức đa dạng và phong phú Dưới đây là một sốdạng kết cấu công trình bảo vệ bờ sông chủ yếu, bao gồm:

(1) Loại công trình cứng: Đó là các dạng công trình sử dụng vật liệu như gạch đá, bê

tông để cứng hóa bờ bờ sông Để đơn giản, công trình bảo vệ bờ dạng cứng được chiathành:

+) Công trình bảo vệ bờ sông bằng cọc: Các loại cọc đơn giản có thể là cọc gỗ, cọc

tre, cừ tràm, cừ bạch đàn… cho đến các loại cọc công nghiệp như cừ lasen, cọc bêtông cốt thép, cừ bê tông ứng suất trước, cừ Lasen bản nhựa…

+) Công trình bảo vệ bờ sông bằng cấu kiện liên kết, thảm bê tông, rọ đá: Loại kết cấu

này hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi do những ưu điểm của chúng như: tốc độ thi công nhanh, giảm chi phí bảo dưỡng và nâng cấp sau này, có thể thi công được trong điều kiện ngập nước…

(2) Loại công trình mềm: Đó là các dạng công trình sử dụng thực vật (cành cây, bè

chìm, cỏ Vetiver…) hoặc các ống, túi vải địa kỹ thuật (GeoTuble, Geobag…) để bảo

vệ bờ sông trước tác động xói lở

Để hiểu chi tiết hơn về đặc điểm cấu tạo và khả năng ứng dụng của từng dạng kết cấucông trình bảo vệ bờ, các nội dung dưới đây sẽ đi vào chi từng loại công trình cụ thể

(3) Loại công trình kết hợp giữa cứng và mềm: Giải pháp kết hợp giữa hai loại

công trình này vừa đem lại hiệu quả cao trong việc chống xói lở bảo sông, vừa đảmbảo các yêu cầu về mặt mỹ quan, sinh thái

1.2.1.2 Loại công trình cứng

a Công trình bảo vệ bờ sông bằng cọc

Các kết cấu bảo vệ bờ sông dạng cọc vẫn được áp dụng rộng dãi cho các khu vựcđường bờ xảy ra hiện tượng xói lở chân công trình làm mất chân và mất ổn định mái

bờ sông hoặc làm kè mỏ hàn Một số hình thức kết cấu dạng cọc vẫn thường được ápdụng đó là cọc ống bê tông cốt thép, cừ bê tông dự ứng lực, cừ Lasen, cừ Lasen bảnnhựa UPVC

(1) Cọc ống bê tông cốt thép: Đây là loại công trình sử dụng các cọc ống Bê tông đểtạo thành thân mỏ hàn 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 tácdụng đẩy dòng, đã khống chế một cách cơ bản thế sông và xu thế sạt lở bờ, có tácdụng cản dòng gây bồi rõ rệt.

Hình 1.6 Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống BTCT trên sông Brahmaputra – Jamuna

– Băngladet

(2) Cọc ván bê tông dự ứng lực: Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại “cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực” với kiểu dánghình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rất có hiệuquả ở Nhật trong nhiều năm qua

Hình 1.7 Cọc ván bê tông dự ứng lực sử dụng trong công trình bảo vệ bờ

Cọc ván bê tông dự ứng lực thường được sử dụng để bảo vệ các công trình ven sôngkết hợp với việc chống xói lở bờ sông Từ trước đến nay, các công trình xây dựng,giao thông, cầu cảng, công trình kè vẫn thường được sử dụng là cọc bê tông và tườngchắn để gia cố và bảo vệ bờ nhưng các vật liệu trên ngày nay không còn đáp ứng được

nhu cầu sử dụng vì khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hưởng đến sinh hoạt và cuộc sống của người dân.

(3) Cừ Lasen bản nhựa UPVC: UPVC là một Polyvinyl Chlorua chưa được nhựa hoá là loại vật liệu khá mới có độ bền cao, chịu được va đập mạnh, không bị oxy hóa,không bị co ngót, không bị biến dạng theo thời gian và đã được ứng dụng nhiều tronglĩnh vực công nghịêp, xây dựng Một sản phẩm của loại vật liệu này là tấm cừ nhựađược bắt nguồn từ Mỹ và ứng dụng trong xây dựng trong đó có công trình bảo vệ bờsông

Hình 1.8 Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa

b Công trình bảo vệ bờ sông bằng cấu kiện liên kết, thảm bê tông, rọ đá

Để nâng cao hiệu quả các loại hình công trình cơ bản, nhiều nghiên cứu đã tập trungcải tiến các cấu kiện, kết cấu tổng thể công trình theo hướng linh hoạt, bền vững,thụân tiện cho thi công Cụ thể:

(1) Thảm khối bê tông phức hình liên kết bằng thanh thép hoặc dây liên kết mềm:Thảm khối bê tông phức hình là loại thảm sử dụng các khối bê tông liên kết chúng lạivới nhau bằng móc nối, dây nilon Kết cấu loại này đã được ứng dụng rộng rãi ởnhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản để chống xói đáy và bảo vệ máibờ

Hình 1.9 Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông

(2) Các loại rồng, rọ: 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 thườngđược chế tạo bằng vỏ tre, lưới thép, lõi bằng đất hoặc đá Gần đây đã có những nghiêncứu cải tiến kết cấu lõi rồng, sử dụng các lưới sợi nilon, sợi tổng hợp làm vỏ rồng, chếtạo thảm đá lưới thép cho kết quả khá khả quan

Thảm rồng đá bằng túi lưới được sử dụng rộng rãi ở Anh Đá hộc được bọc trong cáctúi lưới tạo nên tấm thảm và được đặt dưới chân bờ để chống xói Loại thảm này rấtlinh 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 để tạo rọ

đá Độ bền của loại thảm này phụ thuộc vào vật liệu làm túi lưới

Hình 1.10 Thảm rồng đá túi lưới

Thảm đá (RENO MATTRESS) 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 nơitrên thế giới, trong đó nổi bật có sản phẩm thảm rọ đá của hãng Maccaferri

(3) Khối bê tông lát mái có liên kết ngàm 2 chiều, 3 chiều: Ngoài đá hộc, các khối bêtông rời dùng để bảo vệ mái bờ sông được dùng khá phổ biến Các loại khối thôngdụng có thể kể đến khối hình vuông đơn giản, hình lục giác Phần lớn các khối nàykhông liên kết với nhau và tạo nên một mặt phẳng kín nước trên lớp lọc bằng đá dăm

và vải lọc Ưu điểm của loại kết cấu này là giảm tác dụng của sóng, dòng chảy vào vậtliệu được bảo vệ phía dưới nhưng lại dễ bị hư hỏng cục bộ, có một diện cản lớn khi chịu tác động của áp lực âm khi dòng chảy rút trên mái và không có khe hở để các loạithực vật sinh sống Để cải tiến, khắc phục nhưng yếu điểm trên, những năm gần đây xuất hiện một số loại khối bê tông rỗng, liên kết trên mặt bằng khá linh hoạt và có tínhthẩm mỹ cao, có thể tạo thành thảm tấm bê tông như khối Amorloc, Amorflex, Amorstone, Terrafix, khối Flex – Slab, khối TAC, thảm tấm bêtông có cốt dẫn P.Đ TAC CM của TS Phan Đức Tác

Hình 1.11 Khối Amorloc

Có một xu hướng khá độc lập, khác với xu hướng trên đã được các nhà kỹ thụât Hà Lan nghiên cứu và ứng dụng trong công trình bảo vệ bờ sông và biển Theo hướng nghiên cứu này, thay vì tăng cường kết nối các tấm bê tông, giảm chiều dày và khối lượng các nhà kỹ thụât Hà Lan lại quan tâm đến tính ổn định của tấm bêtông theo thông số chiều dày tấm và có xu hướng giảm nhỏ kích thước tiết diện mặt cắt của tấm Theo kết quả nghiên cứu, cải tiến này làm cho tấm bê tông ổn định hơn do chiều dày

tấm khá lớn nhưng khối lượng trình lại tăng lên nhiều lần Một trong những khối dạngnày đang ứng dụng phổ biển ở Hà La là khối Hydroblock.

Hình 1.12 Cấu tạo khối Hydroblock

(4) Các loại thảm bảo vệ mái và chống xói đáy: Để tăng cường tính ổn định và mềm dẻo của khối bảo vệ mái, từ lâu đã có nhiều nghiên cứu chế tạo các loại thảmđược chế tạo từ vải địa kỹ thuật, vải bằng sợi tổng hợp có cường độ cao, sợi nilon đểchứa bêtông hoặc chứa đất, cát làm thảm bảo vệ mái bờ sông và chống xói đáy chân

bờ sông như là thảm phủ bằng vải địa kỹ thụât, thảm bêtông túi khuôn, thảm túi cát,ống, túi địa kỹ thuật Điển hình của dạng này là thảm bê tông FS cũng là dạng thảmbêtông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao Thảm được trải lên máicông trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm, thảm cóchiều dày 10cm ÷ 25cm Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàn toàncứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái công trình

Hình 1.13 Kết cấu thảm bê tông FS

Tương tự với loại trên nhưng tiết kiệm hơn là loại túi cát ni lông hoặc sợi tổng hợp có

độ bền cao chứa cát Hiện nay ở Mỹ, Trung Quốc, Nhật đã sử dụng

1.2.1.3 Loại công trình mềm

(1) Sử dụng thực vật để bảo vệ bờ sông

Sử dụng các loại thực vật bảo vệ bờ sông có những lợi ích sau:

- Cải thiện môi trường sống của động vật hoang dã và cá sinh sản

- Tạo cảnh quan môi trường

- Có chi phí đầu tư thấp

Một trong những giải pháp của công nghệ mềm là nghiên cứu lựa chọn những loại thực vật có khả năng sống tốt, sống khoẻ trong điều kiện ngập nước thường xuyên hoặc ở khu vực mái bờ chịu sự dao động của nước để trồng ở bờ sông nhằm chống sang, sạt lở bờ Trong đó điển hình là cỏ Vetiver Cỏ vetiver có bộ rễ ăn sâu 1 – 4m, khả năng chịu tác động của môi trường ven sông tốt, tốc độ tăng trưởng nhanh nhưng không gây hại đến các loại cây khác xung quanh

Hình 1.14 Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông

Ngoài ra, loại kè bằng thực vật cũng đang được ứng dụng ngày càng nhiều hơn do vừađơn giản trong thi công, thân thiện môi trường Một trong những loại kè này là sửdụng các cây có khả năng chịu nước cao để làm cấu kiện thân kè như cây liễu, cây cừtràm Sự kết hợp với các loại vải địa kỹ thuật trong kè bằng thực vật cũng cho hiệu

quả rất cao Đã có hẳn những công ty lớn chuyên cung cáp các sản phẩm và giải phápcông nghệ từ thực vật để bảo vệ bờ sông chống lũ như Công ty EnviroForm, tổchứcJPR Environmental của Anh

Trong một số trường hợp, sử dụng các lưới bằng sợi vỏ dừa, sợi đay phủ mái bờ nhằmtăng cường ổn định, chống xói, lở, tạo điều kiện để thực vật phát triển, thân thiện vớimôi trường

(2) Sử dụng các ống, túi vải địa kỹ thuật để bảo vệ bờ sông

Các loại ống địa kỹ thụât (GeoTube) được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao

để chứa đất, cát tạo thành những cấu kiện được xếp chồng lên nhau dùng để gia cốchân, mái bờ, lòng sông hoặc làm kè mỏ hàn Phía ngoài các GeoTube có thể đượcphủ bằng các vật liệu như đất, cát, đá hộc để tăng cường ổn định và bảo vệ ống

biển đạt hiệu quả cao Bản chất công nghệ này là chống xói lở, bờ sông, bờ biển khôngdùng để kè cứng bằng bê tông cốt thép nhưng bền vững, thích ứng với nhiều tầng nền,trong nhiều loại môi trường.

Stabiplage gồm các con lươn có vỏ bọc ngoài sử dụng vỏ bọc tổng hợp Geocmposite(vải địa tầng kỹ thuật) có 2 lớp, lớp ngoài là lưới polyestes sáng, lớp bọc bên trong làpolyproplyene kiểu không dệt Đặc tính cơ bản của Geocmposite là có độ bền kéo400kN/m và độthấm 0.041m/s Chiều dài trung bình của Stabiplage từ 50-80m, có mặtcắt gần giống elip chu vi khoảng 6.5-10m Kích thước của Stabiplage cũng như loạivật liệu được lựa chọn thích ứng từng khu vực của công trình

1.2.1.4 Loại công trình kết hợp giữa cứng và mềm

Ngoài những giải pháp công trình cứng, công trình mềm thì sự kết hợp giữa hai giảipháp này đã được ứng dụng và cho kết quả tốt bằng các hình thức: hỗ trợ cho các côngtrình kè cừng bằng cách tạo ra một thảm thực vật ở ngay phía ngoài hoặc phía trongchân kè cứng vừa tăng ổn định chân kè vừa tạo cảnh quan

Hình 1.16 Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát

triển thực vật

1.2.2 Các giải pháp bảo vệ bờ sông hiện nay tại Việt Nam

Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều các giải pháp công nghệ chống sạt lở bờ sông được

áp dụng, tuy nhiên tùy từng vùng miền địa chất khu vực mà có các giải pháp phù hợp

Khi phân theo điều kiện làm việc (TCVN 8419:2010: Công trình thủy lợi - thiết kế công trình bảo vệ bờ sông chống lũ), các giải pháp bảo vệ bờ chủ yếu bao gồm:

+) Giải pháp kè mỏ hàn (công trình chủ động);

+) Giải pháp kè lát mái (công trình bị động).

1.2.2.1 Giải pháp kè mỏ hàn

Kè mỏ hàn: Là công trình nối tiếp từ bờ ra sông nhằm chủ động hướng dòng chảy ra

xa, gây bồi lắng cải tạo bờ sông theo tuyến chỉnh trị

Hiện nay, tùy từng điều kiện áp dụng cụ thể mà kết cấu kè mỏ hàn được sử dụng một cách linh hoạt và hiệu quả

+) Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép kín nước:

Công trình này có phên che kín từ đỉnh mỏ hàn đến chân, có tác dụng cản dòng gây bồi

Hình 1.17 Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép kín nước

Qua quan sát khả năng làm việc thực tế tại một số mỏ hàn có kết cấu dạng này như Mỏhàn Tầm Xá (Đông Anh, Hà Nội)… do Bộ giao thông vận tải xây dựng cho thấy: saumột thời gian đi vào làm việc, phên che bị hư hỏng, mỏ hàn trở thành loại kết cấu có nước xuyên qua, kết cấu dòng chảy phức tạp Thời kỳ mùa nước lớn, khi dòng chảy lũtràn qua, tạo ra các xoáy trục đứng và trục ngang, bờ sông hạ lưu các mỏ hàn đều bị xói sâu Chính vì nhược điểm nêu trên nên dạng mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép kín nước không còn được sử dụng phổ biến

+) Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép không kín nước:

Công trình này có cấu tạo là cọc bê tông cốt thép được bố trí cách nhau ở một khoảngcách phù hợp, cho phép nước xuyên qua Phía trên các cọc bê tông, bố trí dầm mũ đểtăng ổn định công trình

Hình 1.18.Kè mỏ hàn kết cấu cọc bê tông cốt thép không kín nước

Chỉ được sử dụng giải pháp kè mỏ hàn trong các trường hợp sau:

Ở những đoạn sông có chiều rộng mặt nước ứng với mực nước tạo lòng lớn hơn200m

Ở những đoạn sông đã xác định tuyến chỉnh trị

Mỗi hệ thống mỏ hàn phải có từ 02 mỏ trở lên

Không gây ảnh hưởng xấu tới lợi ích của giao thông thủy và các ngành kinh tếkhác.

1.2.2.2 Giải pháp kè lát mái

Kè lát mái là giải pháp gia cố trực tiếp lên mái sông nhằm chống xói lở do tác độngcủa dòng chảy và sóng Kết cấu kè gồm chân kè, đỉnh kè và thân kè

Hình 1.20 Kè lát mái sau khi hoàn thành

Việc xây dựng kè lát mái đơn giản hơn hệ thống mỏ hàn, kinh phí thấp hơn, ít ảnhhưởng tới thoát lũ, giao thông thuỷ nên xu thế hiện nay thường sử dụng giải pháp này.Tuy nhiên nó ít có tác dụng cải thiện đường bờ, diện tích chiếm đất lớn

Hiện tại các tuyến kè bảo vệ bờ sông có các hình thức kết cấu sau:

+ Kè lát mái không có khung bê tông;

+ Kè lát mái có khung bê tông;

+ Kè lát mái kết cấu bè mảng mềm;

a Kè lát mái không có khung bê tông

Hiện nay hình thức kè lát mái không có khung bê tông thường ít phổ biến hơn so vớitrước đây bởi sự ổn định so với kè lát mái có khung bê tông là kém hơn Tuy nhiên, do

sự đơn giản trong thiết kế, thi công nên ở một số địa phương vẫn tiếp tục áp dụng dạng

kè lát mái này Ở một mức độ nào đó, chẳng hạn như đối với các mái kè thấp, hệ số mái lớn (m ≥ 2,5) thì sự ổn định của công trình vẫn được đảm bảo

Hình 1.21 Kè đá hộc chít mạch không có

khung bê tông – Hoài Nhơn, Bình Định khung bê tông (Đan phượng, TP Hà Nội) Hình 1.22 Kè đá hộc lát khan không có

Vật liệu làm kè có thể là đá lát khan, đá chít mạch, tấm bê tông đúc sẵn ghép rời

 Đá lát khan: Được áp dụng trong trường hợp có nguồn đá phong phú, có đá lớn,

nền tháo nước tốt

 Đá chít mạch: Được dùng khi mái bờ tương đối chắc, sóng lớn, dòng chảy mạnh,

mực nước dao động mạnh, không có đá lớn

 Tấm bê tông đúc sẵn, ghép rời:Được sử dụng khi sóng lớn, dòng chảy mạnh,

mực nước dao động lớn, không có đá lớn, có yêu cầu về mỹ quan

Ưu điểm của kè lát mái không có khung bê tông là:

+ Đơn giản trong quá trình tính toán thiết kế, vận chuyển và lắp đặt thi công;

+ Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng đúng tuyến, đoạn, vị trí có chiều cao mái kèthấp, độ dốc mái kè lớn (m≥2,5)

+ Dễ duy tu sửa chữa trong quản lý

+ Rẻ hơn dạng kè lát mái có khung bê tông

+ Bề mặt đất dưới lớp áo kè không nhất thiết phải phẳng hoàn toàn

 Nhược điểm:

Kè lát mái không có khung bê tông dễ dàng bị phá hủy sau mỗi mùa mưa bão do nền

bị lún cục bộ hoặc dưới tác động của sóng dồn nên các vật liệu làm kè dễ bị dịchchuyển khỏi vị trí, làm hư hỏng công trình

b Kè lát mái có khung bê tông

Hiện nay hình thức kè lát mái có khung bê tông đã trở nên phổ biến ở tất các các địaphương trong cả nước do sự làm việc ổn định của dạng công trình này Hình thức kèlát mái có khung bê tông có thể áp dụng cho các mái kè có độ dốc bé (m=1.5 ÷ 2.0)

Hình 1.23 Kè đá hộc lát khan trong khung Hình 1.24 Kè đá hộc chít mạch trong khung

Vật liệu làm kè có thể là đá hộc lát khan hoặc đá hộc xây trong khu bê tông cốt thép

 Đá hộc lát khan trong khung bê tông cốt thép: Tương tự như đã nêu ở trên, vật

liệu đá lát khan dược áp dụng trong trường hợp có nguồn đá phong phú, có đá lớn, nềntháo nước tốt

 Đá hộc chít mạch trong khung bê tông cốt thép: Các viên đá được liên kết lại với

nhau (tận dụng được đá nhỏ) thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định Các khe hở giữa các hòn đá được bịt kín chống được xói ảnh hưởng trực tiếp xuống nền

Ưu điểm của kè lát mái có khung bê tông là:

+ Độ ổn định tổng thể của mái kè có khung bê tông là cao hơn so với giải pháp kè lát mái không có khung bê tông

+ Được sử dụng khi sóng và dòng chảy tương đối mạnh

+ Giải pháp này có thể áp dụng cho các mái kè có độ dốc bé (m=1.5 ÷ 2.0)

+ Các khung bê tông có thể kết hợp làm bậc thang lên xuống phục vụ quá trình kiểm tra, bảo dưỡng công trình

+ Khi xảy ra hư hỏng, khi vực bị sự cố khó bị lan rộng hơn so với mái kè không cókhung bê tông.

Nhược điểm:

+ Đắt hơn so với dạng kè lát mái không có khung bê tông

+ Bề mặt đất dưới lớp áo kè khi thiết kế, thi công phải phẳng hoàn toàn

+ Lớp đất nền phía dưới lớp áo kè phải tương đối chắc

+ Nếu mái kè bị lún không đều sẽ làm cho các khung bê tông bị nứt gãy gây phá hủycông trình

c Kè lát mái kết cấu bè mảng mềm - Thảm bê tông tự chèn P.Đ.TAC-M

Thảm bê tông tự chèn P.Đ.TAC-M là một công nghệ mới trong lĩnh vực xây dựngcông trình bảo vệ bờ, có khả năng biến dạng theo nền nên khá bền vững

Ưu điểm:

+ Thảm che kín mặt công trình cần bảo vệ: thảm tạo thành lớp vỏ bọc che kín nên,làm phản xạ, chuyển hướng, giảm tốc độ, áp lực của dòng chảy tác động trực tiếp vàonền là tác nhân trực tiếp làm xói lở bờ Các mặt lắp ghép viên là các mặt dích dắc, trênmặt bằng các khe lắp ghép được che kín

+ Thảm kín liên tục hết chiều dài mặt cắt và kéo ra đáy sông 5-10m để chống xói chân,

có tác dụng níu kéo, neo giữ, liên kết chặt chẽ đồng bộ với kết cấu nền liên tục, tạo nên

hình thái kết cấu tổng thểgần như nhau trên toàn bộ mặt cắt và biến dạng đồng bộ vớinền.

+ Thảm có kết cấu liên kết bền vững

+ Sau khi lưới thép thảm bị xâm thực nền mái công trình đã ổn định, khả năng liên kếtlưới thép thảm không còn nữa, các viên bê tông tự chèn, liên kết mảng đảm bảo côngtrình ổn định

+ Thảm có hệ thống chân đanh lún vào nền mái 1/2 chiều dày viên thảm, đảm bảochống trượt cho lớp bảo vệ trên nền mái công trình

+ Thảm có chiều dày thích hợp, trọng lượng đủ để ổn định mái dốc dưới sự tác độngcủa dòng chảy, phân bố ứng suất chịu tải đều, hạn chế lún cục bộ, lún quá tải do nềnyếu

+ Viên thảm và lưới thảm được sản xuất trên dây chuyền công nghiệp bán tự độngchất lượng cao và ổn định

+ Thảm có độ bền cao, tạo được vẻmỹquan, không giữrác bẩn làm mất vệ sinh môitrường

+ Lớp vải địa kỹ thuật được gắn ngay dưới thảm bê tông

Nhược điểm:

+ Giá thành cao hơn vật liệu trước đây thường dùng như đá hộc hay đá xây

+ Khó khăn hơn trong trường hợp phải thay thế viên vật liệu

- Với loại viên bê tông TAC178, mái kè có thể bị sập do bị “treo”vì nền rỗng hoặc xử

lý nền kè không tốt trước khi lắp đật, các viên vật liệu không còn tác dụng liên kếtmảng

1.3 Tổng quan về công trình bảo vệ bờ dọc sông Chu

1.3.1 Hiện trạng công trình bảo vệ bờ sông

Hiện tại trên cả 2 bờ sông Chu đã có nhiều công trình bảo vệ bờ (bao gồm cả kè látmái và kè mỏ hàn) Các công trình được xây dựng trong nhiều năm, sớm nhất là từnăm 1962-1963 Phần lớn các tuyến kè là ổn định, tuy nhiên có một số tuyến kè bảovệ

bờ sông, mái đê do đã được xây dựng từ lâu, chưa được tu bổ sửa chữa hoặc do tácđộng của dòng chảy đã có hiện tượng mất ổn định hoặc hư hỏng.

Trên sông Chu có tổng số 36 công trình kè lát mái với tổng số chiều dài là 12,007km, trong đó có 45 kè mỏ hàn

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp các công trình kè dọc sông Chu

TT Tên tuyến đê Tổng số kè Chiều dài kè lát mái (m) Số mỏ hàn

- Kè Thiệu Minh I (từ K2+559 ÷ K2+692; thuộc xã Thọ Minh): kè được xây dựng

năm 2002, hiện nay phần lớn cơ đá bị phù sa lấp dày 10÷20 cm Tại đỉnh kè mái bị bong tróc từ K2+600 ÷ K2+630, có 8 điểm cục bộ kích thước (2x1x0.3m) Cần có biệnpháp sửa chữa kịp thời những đoạn hư hỏng