Tài liệu Bài giảng thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ

Cuốn "Bài giảng thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ” được xuất bản lần đầu tiên năm 2001 (NXB Xây Dựng, Hà Nội). Sách được in lại năm 2006 bởi NXB Từ Điển Bách Khoa. Sách đã góp phần tích cực cho việc giảng dạy môn Thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ cho sinh viên Đại Học Thủy Lợi, cũng như làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế, nghiên cứu. Từ năm 2001 đến nay, sự nghiệp Thủy lợi nói chung và công tác củng cố, phát triển đê điều, phòng chống lụt bão nói riêng đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Nhà nước đã ban hành luật đê điều (2006). Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban hành tiêu chuẩn ngành 14TCN 130 – 2002 – Hướng dẫn thiết kế đê biển. Hiện nay, trên tiêu chuẩn ngành Hướng dẫn thiết kế đê sông cũng đang được chỉnh sửa để ban hành. Riêng về khu vực Sông Hồng, Sông Thái Bình, chính phủ đã có quyết định số 92/2007/QĐ – TTg phê duyệt Quy hoạch phòng chống lũ hệ thống Sông Hồng và Sông Thái Bình. Đây là những căn cứ quan trọng cho việc lập Quy hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý toàn bộ hệ thống đê trong khu vực. Trong lần tái bản này, một số nội dung của các văn bản nói trên đều được cập nhật. Tuy nhiên, do tiêu chuẩn thiết kế đê sông chưa chính thức được ban hành nên một số chỉ tiêu thiết kế vẫn trích dẫn theo các tài liệu có từ trước. Việc bổ sung, tái bản lần này do GS.TS. Nguyễn Chiến thực hiện. Do thời gian dành cho chỉnh sửa bị hạn chế nên chắc chắn vẫn còn nhiều bất cập trong nội dung sách. Mọi góp ý cho nội dung sách xin gửi về Bộ Môn Thủy Công , Trường Đại Học Thủy Lợi, 175 – Tây sơn – Đống Đa – Hà Nội. Bộ Môn Thủy Công trân trọng giới thiệu cùng độc giả cuốn Bài giảng thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ tái bản năm 2010 và mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp để sách được hoàn thiện hơn trong lần tái bản sau Bộ Môn Thủy Công ? ? 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 8 CHƯƠNG I: KIẾN THỨC CHUNG VỀ ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ........ 11 1-1. Công trình thủy lợi và vị trí đê điều trong công trình thủy lợi ........................................................ 11 I- Nhiệm vụ của công trình thủy lợi:......................................................................................................... 11 II- Phân loại các công trình thủy lợi: ......................................................................................................... 11 1-2. TổNG QUAN Về Hệ THốNG ĐÊ ĐIềU ......................................................................................................... 13 I- Tình hình lũ lụt và giải pháp phòng chống:............................................................................................ 13 II- Hệ thống đê sông đồng bằng Bắc bộ: ................................................................................................... 15 III- Mặt cắt ngang đặc trưng của đê:.......................................................................................................... 17 1-3. Phân tích sự làm việc của đê, các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn của đê ............................ 18 I. Loại khả năng phá hoại bình thường: ..................................................................................................... 18 II. Dạng khả năng phá hoại đặc biệt: ......................................................................................................... 20 1-4. Các công trình bảo vệ bờ ....................................................................................................................... 22 I- Công trình bảo vệ bờ sông: .................................................................................................................... 22 II- Công trình bảo vệ bờ biển:.................................................................................................................... 23 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 ................................................................................................................. 24 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA SÓNG VÀ NƯỚC DÂNG ..... 25 2-1. Khái niệm chung .................................................................................................................................... 25 I. Các thông số của sóng: ........................................................................................................................... 25 II. Các phương pháp tính toán sóng:.......................................................................................................... 26 2-2. Xác định các yếu tố tạo sóng ................................................................................................................. 26 I. Gió:......................................................................................................................................................... 26 II. Đà sóng (D):.......................................................................................................................................... 28 III. Mực nước tính toán và chiều sâu nước trước công trình:..................................................................... 30 2-3. Tính toán các thông số của sóng theo phương pháp Crưlốp .............................................................. 30 I. Các thông số của sóng vùng nước sâu (h ≥ 0.5 Ls)............................................................................. 30 II. Các thông số của sóng vùng nước nông:............................................................................................... 31 III. Các thông số của sóng tại vùng sóng đổ. ............................................................................................. 34 2-4. Tính toán các thông số của sóng biển theo biểu đồ Hincat ................................................................. 36 I. Trường hợp độ sâu nước h > 15 m (sóng nước sâu). .............................................................................. 36 II. Trường hợp độ sâu nước h ≤ 15 m: ....................................................................................................... 36 III. Các trường hợp riêng: .......................................................................................................................... 39 IV. Các ví dụ tính toán:.............................................................................................................................. 39 2-5. Tính toán chiều cao sóng leo ................................................................................................................. 40 I. Trường hợp dốc đơn (mái nghiêng với một độ dốc):.............................................................................. 40 II. Trường hợp mái dốc phức hợp có thềm giảm sóng:.............................................................................. 41 2-6. Tính toán áp lực sóng............................................................................................................................. 42 I. Áp lực sóng lên mái nghiêng:................................................................................................................. 42 ? ? 3 II. Áp lực sóng lên các công trình bảo vệ bờ. ............................................................................................ 44 2-7. Tính toán chiều cao nước dâng do gió.................................................................................................. 49 I. Đối với hồ chứa và sông xa biển: ........................................................................................................... 49 II- Đối với vùng cửa sông ven biển: .......................................................................................................... 49 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 ................................................................................................................. 50 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐÊ ................................................................................ 51 3-1. Cấp của công trình đê và tiêu chuẩn thiết kế....................................................................................... 51 I- Cấp của đê:............................................................................................................................................. 51 II- Tiêu chuẩn phòng lũ của công trình đê: ................................................................................................ 52 III- Độ gia cao an toàn và hệ số an toàn ổn định của đê: ........................................................................... 52 3-2. Tài liệu cơ bản dùng để thiết kế đê ....................................................................................................... 54 I- Khí tượng, thủy văn: .............................................................................................................................. 54 II- Kinh tế - xã hội: .................................................................................................................................... 55 III- Địa hình công trình:............................................................................................................................. 55 IV- Địa chất công trình: ............................................................................................................................. 56 3-3. Tuyến và hình thức kết cấu ................................................................................................................... 57 I- Tuyến đê:................................................................................................................................................ 57 II. Chọn loại hình kết cấu đê:..................................................................................................................... 58 3-4. Thiết kế mặt cắt đê................................................................................................................................. 59 I. Quy định chung: ..................................................................................................................................... 59 II. Cao trình đỉnh đê:.................................................................................................................................. 59 III. Kết cấu đỉnh đê: ................................................................................................................................... 60 IV. Mái đê và cơ đê: .................................................................................................................................. 61 V- Bảo vệ mái đê và tiêu nước mái dốc:.................................................................................................... 61 VI- Bộ phận chống thấm và tiêu nước cho đê và nền đê: .......................................................................... 62 VII- Tường chắn sóng:............................................................................................................................... 62 VIII- Vật liệu đắp đê và tiêu chuẩn đắp đê đất: ......................................................................................... 63 3-5. Tính toán thấm ....................................................................................................................................... 63 I- Dòng thấm và tính toán ổn định thấm: ................................................................................................... 63 II- Tính toán thấm của đê đất đồng chất trên nền không thấm nước:......................................................... 64 III- Tính toán thấm của đê đất đồng chất trên nền thấm nước: .................................................................. 67 IV- Tính toán thấm không ổn định: ........................................................................................................... 68 V- Tính toán Gradien chỗ dòng thấm thoát ra ở mái trong đồng:.............................................................. 69 VI- Đường bão hòa của đê đất đồng chất khi mực nước hạ xuống:........................................................... 72 VII- Tính toán thấm của nền hai lớp và tính toán phản áp:........................................................................ 74 3-6. Tính toán ổn định đê .............................................................................................................................. 79 I. Những quy định chung: .......................................................................................................................... 79 II- Tính toán ổn định chống trượt: ............................................................................................................. 80 3-7. Tính toán lún .......................................................................................................................................... 84 I- Những quy định chung:.......................................................................................................................... 84 II- Phương pháp tính lún:........................................................................................................................... 84 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 ................................................................................................................. 85 ? ? 4 CHƯƠNG IV: KÈ BẢO VỆ MÁI DỐC .................................................................. 86 4-1. Khái niệm................................................................................................................................................ 86 4-2. Yêu cầu cấu tạo, phân loại và điều kiện ứng dụng của từng loại kết cấu kè bảo vệ mái dốc........... 88 I. Yêu cầu đối với kết cấu kè: .................................................................................................................... 88 II. Phân loại kết cấu: .................................................................................................................................. 89 III. Phạm vi ứng dụng của một số hình thức kè bảo vệ mái dốc:............................................................... 89 4-3. Sự làm việc của kết cấu kè mái. ............................................................................................................ 89 I. Các tải trọng tác dụng và sơ đồ tính: ...................................................................................................... 89 II. Một số dạng hư hỏng và nguyên nhân: ................................................................................................. 90 III. Một số ví dụ về quan điểm tính tải trọng lên lớp vỏ kè: ...................................................................... 93 4-4. Thiết kế thân kè...................................................................................................................................... 94 I. Trọng lượng của hòn đá hoặc cấu kiện:.................................................................................................. 94 II. Chiều dày lớp phủ ngoài cùng của kè: .................................................................................................. 94 III. Các loại cấu kiện lát mái bằng bê tông đúc sẵn: .................................................................................. 96 IV. Lỗ thoát nước và khe biến dạng:.......................................................................................................... 96 4-5. Thiết kế tầng đệm, tầng lọc. .................................................................................................................. 98 I. Tầng lọc ngược truyền thống:................................................................................................................. 98 II. Tầng lọc ngược sử dụng vải địa kỹ thuật (vải lọc): ............................................................................... 98 4-6. Thiết kế chân kè. .................................................................................................................................... 98 1. Chân kè nông: ........................................................................................................................................ 98 2. Chân kè sâu:........................................................................................................................................... 99 3. Kích thước viên đá ở khối chân kè: ....................................................................................................... 99 4-7. Tính toán ổn định kè ............................................................................................................................ 100 1. Tính toán ổn định tổng thể:.................................................................................................................. 100 2. Tính toán ổn định nội bộ lớp gia cố: .................................................................................................... 101 4-8. Phân tích xác suất sự cố kè mái đê biển. ............................................................................................ 102 1. Định nghĩa về sự hư hỏng:................................................................................................................... 102 2. Sự cố đê biển: ...................................................................................................................................... 102 3. Ví dụ tính kích thước đá bảo vệ mái đê biển theo lý thuyết độ tin cậy: ............................................... 104 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4 ............................................................................................................... 106 CHƯƠNG V: CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ..........................................................107 A - BẢO VỆ BỜ SÔNG .............................................................................................................................. 107 5-1. Qui hoạch các công trình bảo vệ bờ sông........................................................................................... 107 I- Khái niệm về tuyến chỉnh trị:............................................................................................................... 107 II- Các công trình bảo vệ bờ sông:........................................................................................................... 107 5-2. Thiết kế đập mỏ hàn ............................................................................................................................ 109 I- Khái niệm chung: ................................................................................................................................. 109 II- Bố trí mặt bằng các đập mỏ hàn.......................................................................................................... 109 III- Kết cấu đập mỏ hàn. .......................................................................................................................... 111 5-3. Mỏ hàn mền .......................................................................................................................................... 113 I- Bãi cây chìm:........................................................................................................................................ 113 ? ? 5 II- Mỏ hàn cọc: ........................................................................................................................................ 115 B- BẢO VỆ BỜ BIỂN ................................................................................................................................. 117 5-4. Qui hoạch các công trình bảo vệ bờ biển .......................................................................................... 117 1- Khái niệm về bờ biển:.......................................................................................................................... 117 2- Phân loại bờ biển: ................................................................................................................................ 117 3- Các dạng phá hoại đối với bờ biển: ..................................................................................................... 117 4- Các loại công trình bảo vệ: .................................................................................................................. 117 5-5. Rừng ngập mặn chống sóng ................................................................................................................ 119 I- Tác dụng của rừng cây ngập mặn:........................................................................................................ 119 II-Điều kiện để phát triển rừng cây ngập mặn: ........................................................................................ 119 III- Các loại cây ngập mặn ở nước ta:...................................................................................................... 120 IV- Qui cách rừng ngập mặn: .................................................................................................................. 122 5-6. Bố trí các loại công trình giảm sóng, giữ bãi...................................................................................... 122 I- Bố trí chung:......................................................................................................................................... 122 II- Các loại hình thức kết cấu của đê mỏ hàn và đê dọc: ......................................................................... 124 5-7. Thiết kế đê mỏ hàn, đê dọc xa bờ dạng tường đứng ......................................................................... 125 I- Đê tường đứng dạng trọng lực: ............................................................................................................ 125 II- Đê tường đứng bằng cọc cừ: ............................................................................................................... 131 5-8. Thiết kế đê mỏ hàn, đê dọc xa bờ dạng mái nghiêng ........................................................................ 136 I- Các dạng mặt cắt đê có mái nghiêng:................................................................................................... 136 II- Xác định các kích thước mặt cắt ngang đê:......................................................................................... 138 III- Trọng lượng ổn định của khối phủ mái nghiêng:............................................................................... 139 IV. Cấu tạo công trình mái nghiêng:........................................................................................................ 141 V. Tính ổn định công trình mái nghiêng:................................................................................................. 143 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5 ............................................................................................................... 144 CHƯƠNG VI: GIA CỐ, SỬA CHỮA VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ ĐÊ ..............................145 6-1. Khái quát .............................................................................................................................................. 145 6-2. Gia cố đê................................................................................................................................................ 146 I- Đào đắp lại những chỗ sạt trượt cục bộ:............................................................................................... 147 II- San lấp ao hồ ở khu vực ven đê: ......................................................................................................... 147 III- Gia cố chống thấm thân đê: ............................................................................................................... 147 IV- Xử lý tổ mối: ..................................................................................................................................... 147 V- Xử lý nứt đê:....................................................................................................................................... 148 VI- Xử lý nền đê: ..................................................................................................................................... 148 6-3. Cải tạo đê .............................................................................................................................................. 152 6-4. Tôn cao, mở rộng đê............................................................................................................................. 152 6-5. Xử lý sự cố đê trong mùa lũ ................................................................................................................ 153 I- Sạt lở mái đê phía sông: ....................................................................................................................... 153 II- Sạt lở mái đê phía đồng: ..................................................................................................................... 154 III- Rò rỉ, sập tổ mối: ............................................................................................................................... 155 IV- Lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn bục đất, giếng phụt: .............................................................................. 155 V- Nước lũ tràn đỉnh đê: .......................................................................................................................... 157 ? ? 6 VI- Xử lý hư hỏng cống qua đê: .............................................................................................................. 158 VII- Hàn khẩu đê: .................................................................................................................................... 158 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6 ............................................................................................................... 159 4. TRÌNH BÀY NGUYÊN TắC VÀ TRÌNH Tự Xử LÝ HÀN KHẩU ĐÊ Vỡ ?TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................159 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................160 ? ? 7 LỜI NÓI ĐẦU (Lần tái bản đầu tiên – 2001) -----oOo----"THIẾT KẾ ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ" trình bày những kiến thức cơ bản về bố trí, lựa chọn hình thức kết cấu và tính toán thiết kế đê sông, đê biển, kè bảo vệ mái và các công trình bảo vệ bờ. Sách cũng đề cập tới những vấn đề về gia cố, sửa chữa và xử lý sự cố đê. Ở Việt Nam, hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn cho các trung tâm văn hoá, chính trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trải dài theo các triền sông, duyên hải từ Bắc chí Nam. Hệ thống đê sông ở đồng bằng Bắc bộ đã được hình thành và phát triển từ hàng nghìn năm nay. Nhân dân ta đã tích luỹ được nhiều kinh nghiệm trong việc đắp và gìn giữ đê. Lịch sử cũng đã ghi nhận những vụ vỡ đê với sức tàn phá ghê gớm, để lại hậu quả lâu dài. Hiên nay, trong điều kiện đất nước đang công nghiệp hoá, hiện đại hoá, những yêu cầu về việc bảo vệ các khu vực dân cư và kinh tế chống sự tàn phá của bão, lũ, nước dâng ngày càng trở nên cấp bách. Bên cạnh việc củng cố, nâng cấp các hệ thống đê đã có, việc quy hoạch bảo vệ bờ sông, bờ biển và xây dựng các hệ thống đê mới đang được đặt ra ở cả 3 miền của đất nước. Cuốn sách "Thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ" tập hợp những kiến thức cơ bản và cập nhật những vấn đề hiện đại trong lĩnh vực thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ. Sách dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành công trình thủy lợi. Sách cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành khác, cho các lớp sau đại học và nghiên cứu sinh ngành công trình thủy lợi. Nội dung sách gồm 6 chương. Chương I trình bày tổng quan về hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ. Chương II nêu những vấn đề về tính toán các yếu tố của sóng và nước dâng. Các vấn đề về thiết kế và tính toán đê được trình bày ở chương III. Trong chương IV nêu các giải pháp kết cấu và tính toán kè bảo vệ mái. Chương V giới thiệu các kiến thức về công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển. Chương VI đề cập tới các vấn đề mở rộng, sửa chữa đê và xử lý sự cố đê. Sách do một tập thể giáo viên Bộ môn Thủy công, Trường đại học Thủy lợi biên soạn. PGS. TSKH Nguyễn Quyền viết các chương I và III; PGS. TS Nguyễn Văn Mạo viết chương IV; TS. Nguyễn Chiến viết các chương II, V, tiết 1-4 và chịu trách nhiệm chung; KS Phạm Văn Quốc viết chương VI. Các tác giả xin được bầy tỏ lời cảm ơn tới PGS. TS Phạm Ngọc Quý đã xem xét toàn bộ bản thảo và có những ý kiến quý báu để hoàn thiện nội dung bản thảo, xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Văn Hạnh và các thành viên khác của Bộ môn Thủy công Trường đại học Thủy lợi đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung cuốn sách. Các tác giả gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Nhà trường, phòng Đào tạo và Thư viện Trường đại học Thủy lợi về những ý kiến chỉ đạo và sự giúp đỡ trong quá trình biên tập, in ấn sách. ? ? 8 Mặc dù các tác giả đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn, song chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được ý kiến xây dựng của các nhà chuyên môn, các bạn đồng nghiệp. Ý kiến xin gửi về Bộ môn Thủy công, Trường đại học Thủy lợi. Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả. ? ? 9 1. Thông tin tác giả Năm sinh: 1951 Cơ quan công tác: Đại học Thủy Lợi Địa chỉ liên hệ: Khoa công trình ĐHTL GS.TS.Nguyễn Chiến Năm sinh: 1946 Cơ quan công tác: Đại học Thủy Lợi Địa chỉ liên hệ: Khoa công trình ĐHTL GS.TS.Nguyễn Mạo Văn PGS.TSKH.Nguyễn Quyền Năm sinh: 1944 Cơ quan công tác: Đại học Thủy Lợi Địa chỉ liên hệ: Khoa công trình ĐHTL PGS.TS.Phạm Quốc Năm sinh: 1952 Cơ quan công tác: Đại học Thủy Lợi Địa chỉ liên hệ: Khoa công trình ĐHTL Văn 2. Phạm vi và đối tượng môn học: Ngành học: Kỹ thuật công trình, các chuyên ngành: Công trình thủy, công trình bến, kỹ thuật cảng và đường thủy… Trường học: Đại Học Thủy Lợi và các trường có chuyên ngành trên. Từ khóa để tra cứu: bảo vệ bờ, đập mỏ hàn, đê, gia cố, kè, mái nghiêng, mặt cắt, nước dâng, sóng, tường đứng. Yêu cầu kiến thức trước khi học môn này: Đã học mon cơ sở của ngành kỹ thuật công trình, các môn Thủy văn công trình, cơ học đất, nền móng, vật liệu xây dựng, giới thiệu và cơ sở thiết kế công tình thủy… Số lần xuất bản: 2 lần: Lần 1: NXB Xây Dựng – 2001 Lần 2: NXB Từ Điển Bách Khoa, 2006 ? ? 10 CHƯƠNG I: KIẾN THỨC CHUNG VỀ ĐÊ VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ 1-1. Công trình thủy lợi và vị trí đê điều trong công trình thủy lợi I- Nhiệm vụ của công trình thủy lợi: Công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước gọi là công trình thủy lợi. Nhiệm vụ chủ yếu của các công trình thủy lợi là làm thay đổi, cải biến trạng thái tự nhiên dòng chảy của sông, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng nước một cách hợp lý, có lợi nhất và bảo vệ môi trường xung quanh tránh khỏi những tác hại của dòng nước gây nên. Công trình thủy lợi có thể hình thành dòng chảy nhân tạo để thỏa mãn nhu cầu dùng nước, khi dòng chảy tự nhiên ở nơi đó không đủ hoặc không có. Căn cứ vào tính chất tác dụng của dòng chảy, công trình thủy lợi có thể chia ra: công trình dâng nước, công trình điều chỉnh dòng chảy và công trình dẫn nước. II- Phân loại các công trình thủy lợi: 1. Các công trình dâng nước: Phổ biến nhất của loại công trình dâng nước là các loại đập. Đập được xây dựng ngăn các sông suối và hình thành nên độ chênh mực nước thượng hạ lưu. ở trước đập. Càng gần đến đập, lưu tốc trung bình của dòng chảy giảm v1 < v2 < v3 < v4 < v5 còn độ sâu của dòng chảy tăng h1 > h2 > h3 > h4 > h5. Sự tăng mực nước ở trong sông làm tăng diện tích mặt cắt ướt của lòng sông và dẫn đến ngập đất ở thượng lưu. Sự thay đổi lưu tốc dòng chảy ở thượng lưu làm thay đổi khả năng vận chuyển bùn cát của lòng sông. Lưu tốc theo chiều dòng chảy giảm dần, các hạt bùn cát trong nước được lắng xuống đáy theo thứ tự những hạt lớn, sau đó đến những hạt bé hơn và khi đến gần công trình, lưu tốc hầu như bằng không nên các hạt cát rất bé cũng được lắng xuống, nước ở đó rất trong. Sự dâng mực nước còn làm thay đổi cả trạng thái nước ngầm dưới lòng sông và hai bên bờ. Do có độ chênh cột nước thượng hạ lưu nên có hiện tượng thấm qua nền và thấm vòng quanh công trình từ thượng lưu về hạ lưu. Nước ở thượng lưu chảy về hạ lưu không mang bùn cát do đó để trở về trạng thái cũ của dòng nước , lòng sông và bờ lại bị bào mòn, xói lở. Như vậy công trình dâng nước có ảnh hưởng đến tất cả các yếu tố của dòng chảy, lòng sông và cả nước ngầm. Nhưng nó có hiệu quả lớn, điều chỉnh lưu lượng từ thượng lưu về hạ lưu, về mùa lũ nước được giữ lại ở thượng lưu (đối với hồ chứa) và được tháo về hạ lưu vào thời kỳ cần thiết theo nhu cầu dùng nước. Công trình dâng nước được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế nước. 2. Các công trình điều chỉnh dòng chảy: Công trình điều chỉnh để khống chế xói lở lòng sông, có thể làm thay đổi trạng thái dòng chảy, làm thay đổi hướng dòng chảy trong giới hạn lòng sông theo yêu cầu cần thiết và bảo vệ lòng sông tránh khỏi những tác hại nguy hiểm của dòng nước. Công trình điều chỉnh bao gồm đê, đập, tường, kè, các đê đập đó không ngăn hết toàn bộ lòng sông, mà chỉ một phần theo hướng của mặt cắt ngang hoặc có khi theo hướng dọc lòng sông. ? ? 11 Công trình điều chỉnh không làm dâng nước, mà có tác dụng làm thay đổi hướng và lưu tốc của dòng chảy, phân bố lại lưu tốc và ảnh hưởng đến hình dạng của lòng sông. Các công trình này nhằm phục vụ các ngành khác nhau, có thể giữ độ sâu, lưu tốc và hình dạng lòng sông cần thiết cho tàu bè qua lại, đảm bảo điều kiện bình thường để lấy nước từ sông, giữ ổn định bờ sông để đảm bảo an toàn cho dân cư và nhà máy xí nghiệp ở hai bên bờ. Các công trình này bao gồm các tường cánh, đê, đập, kè làm bằng các vật liệu tại chỗ (đất, đá, gỗ), có lúc làm bằng bê tông, bê tông cốt thép. Mặt cắt ngang là hình thang. Yêu cầu vật liệu đảm bảo ổn định không bị xói lở do dòng chảy gây nên. Các kè bảo vệ bờ không bị xói lở thường dùng đá, tấm bê tông, các loại rồng và bó cành cây. 3. Các công trình dẫn nước: Những công trình này bao gồm các loại như kênh mương, đường hầm, cầu máng, đường ống làm bằng các loại vật liệu khác nhau. Các công trình đó chuyển nước với các lưu lượng xác định vào các mục đích khác nhau: dẫn nước vào tuốc bin nhà máy thủy điện, đưa nước vào tưới ruộng và đồng cỏ, vào hệ thống cấp nước cho thành phố, xí nghiệp, nhà máy... Nó có thể sử dụng làm đường giao thông thủy cho tàu thuyền đi lại. Thuộc loại công trình dẫn nước này phải kể đến cả công trình tháo lũ đó là những công trình tháo nước thừa của hồ chứa từ tl về hạ lưu qua dập hoặc hai bên bờ của đập. a) Kênh: Là một dạng sông nhân tạo, được đào, đắp hoặc nửa đào nửa đắp mà thành. Mặt cắt ngang có dạng hình thanh. b) Máng nước, dốc nước, cầu máng: Là kênh nhân tạo được xây trên mặt đất hoặc cao hơn mặt đất, làm bằng bê tông cốt thép, thép, gỗ. Các công trình này được sử dụng khi điều kiện địa hình, địa chất không cho phép làm kênh. c) Đường hầm: Được xây dựng dưới đất, trong núi. Khi các đường dẫn nước gặp phải núi cao không thể đào kênh được người ta phải làm đường hầm để nối tiếp các kênh chuyển nước. Cũng có thể là đường hầm dẫn nước vào nhà máy thủy điện, hoặc đường hầm tháo lũ của hồ chứa,... d) Đường ống: Là những ống dẫn nước làm bằng thép, bê tông cốt thép được đặt trên hoặc dưới đất hoặc bố trí trong thân đập, dưới kênh, mương, đê,... để dẫn nước. Ngoài ra còn phải kể đến những công trình được dùng cho một mục đích kinh tế thủy lợi nhất định như: - Trạm thủy điện: nhà máy, buồng xoắn, bể áp lực, tháp điều áp - Công trình giao thông thủy: âu tàu, máy nâng tàu, công trình chuyển gỗ, bến cảng... - Công trình thủy nông: cống điều tiết, hệ thống tưới tiêu, hệ thống thóat nước. - Công trình cấp nước và thóat nước: công trình lấy nước, dẫn nước, trạm bơm, công trình cho vệ sinh, thóat nước... ? ? 12 - Công trình cho cá: đường cá đi, đường chuyển cá, hồ nuôi cá... Như vậy, đê và các công trình bảo vệ bờ là một trong những dạng khác nhau của công trình thủy lợi. Việc quy hoạch, thiết kế đê và các công trình bảo vệ bờ tuân theo các nguyên tắc chung về quy hoạch và thiết kế các công trình thủy lợi. Ngoài ra còn phải xét đến các nét đặc thù của đê điều và công trình bảo vệ bờ được quy định bởi lịch sử hình thành, điều kiện chịu lực và phạm vi ảnh hưởng của chúng mà sau đây chúng ta sẽ dần làm sáng tỏ. 1-2. TổNG QUAN Về Hệ THốNG ĐÊ ĐIềU I- Tình hình lũ lụt và giải pháp phòng chống: 1. Đặc điểm tự nhiên Việt Nam và đồng bằng Bắc bộ: Nước Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Đông Nam á, chịu ảnh hưỏng trực tiếp của khí hậu lục địa Trung Ấn từ phía Bắc và phía Tây với 2 hệ thống sông lớn liên quốc gia theo hướng Tây Bắc - Đông Nam là sông Hồng và sông Cửu Long, lại vừa chịu ảnh hưởng trực tiếp khí hậu biển Đông từ phía đông và phía nam, nơi giao giữa hai biển lớn: Thái bình dương và Ấn độ dương, đồng thời nằm giữa ổ bão biển Đông là một trong 5 ổ bão lớn nhất thế giới - Mùa bão trùng với muà mưa, địa hình phức tạp, đồng bằng thường hẹp và thấp trũng, núi cao sườn dốc, cây rừng lại bị tàn phá ngày càng nghiêm trọng, do đó lũ bão xảy ra luôn có chiều hướng gia tăng trong 3 thập kỷ nay ngày càng ác liệt, lụt bão luôn là mối đe doạ thường xuyên đối với đời sống và sản xuất của nhân dân Việt Nam. Việt Nam có lượng mưa bình quân hàng năm từ 1.800 mm đến 2.500mm, lượng mưa phân bổ không đều, 70-80% lượng mua tập trung vào các tháng 7,8,9 (ở Bắc bộ và Nam bộ) và các thág 8,9,10 ở Trung bộ. Ngay trong các tháng mùa mưa, lượng mưa cũng phân bổ không đều, thường tập trung vào một số đợt mưa lớn. Lượng mưa ngày lớn nhất trung bình nhiều năm là 130-200 mm. Lượng mưa một ngày lớn nhất là 731 mm, lượng mưa một đêm lớn nhất (9/11/1984) là 702 mm, lượng mưa 2 ngày lớn nhất (10/1983) ở Huế là 1217 mm. Lượng mưa phân bổ không đều như trên là nguồn gốc sinh ra các con lũ ở các triền sông. Hệ thống sông suối ở Việt Nam có tổng chiều dài khoảng 25.000 km, tập trung thành 3 hệ thống sông khá rõ rệt: hệ thống sông Hồng và sông Thái bình ở Bắc bộ, hệ thống các sông ở miền Trung và hệ thống sông Cửu long, Đồng nai ở Nam bộ. Do địa hình ở các miền khác nhau, các sông ở Nam bộ hiền hòa, các sông ở Bắc bộ có độ dốc vừa phải, các sông ở miền Trung vừa ngắn vừa cố dộ dốc lớn. Một số con sông lớn bắt nguồn từ các nước láng giềng chảy qua Việt Nam rồi ra biển như hệ thống sông Hồng ở Bắc bộ, sông Cửu long ở Nam bộ. Tất các các con sông đến mùa mưa đều có lũ, mức độ ác liệt hàng năm có khác nhau. 2. Tình hình lũ lụt: Chỉ tính từ đầu thế kỷ 20, trên hệ thống sông Hồng và sông Thái bình (ở Bắc bộ) đã có 26 trận lũ lớn: lớn nhất là trận lũ lịch sử năm 1971, trước đó đã có trận lũ năm 1945 từng được coi là trận lũ lịch sử (thấp hơn 1971 sau này). Mực nước lũ 1971 đã vượt quá khả năng chịu đựng của đê (mực nước ngoài sông lúc này cao hơn mặt đất đồng ? ? 13 ruộng ven đê từ 5-10 m). trong vòng 45 năm (từ 1900 - 1945) đã có 18 năm vỡ đê ở đồng bằng Bắc bộ, trung bình cứ 2 năm lại có một năm vỡ đê, mất mùa. Đặc biệt trận lũ năm 1945 làm vỡ 79 quảng đê gây ngập 11 tỉnh 312.000 ha đất canh tác và khoảng 4 triệu người bị ảnh hưởng. Trận lũ năm 1971 làm vỡ 3 đoạn đê lớn, gây ngập 250.000 ha và 2,7 triệu người bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Trận lũ năm 1986 tuy độ lớn mức lũ chỉ đứng vào hàng thứ 5 trong liệt số liệu quan trắc từ đầu thế kỷ đến nay song cũng gây vỡ một đoạn đê sông Hồng (Trung Châu Đan Phượng) và sập 1 cống dưới đê sông Cầu - Quế Võ Hà Bắc. Năm 1906 ở Bình Định, năm 1983 ở Huế, năm 1952 ở các tỉnh miền Đông Nam bộ và năm 1964 ở hầu hết các tỉnh khu 5 cũ (Trung bộ) đều có lụt lớn, gây nhiều thảm cảnh tang tóc. Lũ trên sông Cửu Long (kể cả các nhánh) xảy ra vào các năm 1961, 1966, 1978, 1984, 1991 cũng đã làm ngập hàng chục vạn ha lúa của dồng bằng sông Cửu long (Nam bộ). Tình hình lũ dường như cũng xảy ra nghiêm trọng trong những năm gần đây ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Tây nguyên như: Lạng sơn, Cao bằng (1986); Lai châu, Đak Lak, Bắc Thái (1980); Sơn la, Lai châu (1991) một số vùng dân cư tập trung và phần lớn các hạ tầng cơ sở của 2 thị xã Lai châu, Sơn la đã bị dòng lũ quét cuốn trôi tàn phá trong 2 năm 1990, 1991. 3. Biện pháp phòng chống lũ: Với tầm quan trọng đặc biệt của hệ thống sông Hồng, ngay từ những năm 1960, Đảng và Nhà nước ta đã thiết lập Uỷ ban trị thủy và khai thác sông Hồng do Phó Thủ tướng làm chủ tịch, Bộ Thủy lợi là Văn phòng thường trực. Sau trận lũ lịch sử năm 1971, Đảng và Nhà nước ta quyết định về biện pháp phòng chống lũ cho hệ thống sông Hồng là: 1) Trồng và bảo vệ rừng đầu nguồn để hạn chế khả năng tập trung lũ về hạ du. 2) Xây dựng các hồ chứa nước loại lớn và loại vừa ở thượng nguồn sông. 3) Củng cố hệ thống đê. 4) Chuẩn bị chu đáo để làm tốt việc phân lũ, chậm lũ khi cần thiết. 5) Giải phóng lòng sông, khai thông dòng chảy để thóat lũ. 6) Tăng cường công tác hộ đê phòng lụt. Đến nay những biện pháp đó đã được triển khai tích cực và vẫn còn nguyên giá trị của nó, song có những mặt chúng ta thiếu biện pháp kiên trì tổ chức thực hiện như trồng rừng, giải phóng lòng sông. Với mục tiêu chống được con lũ tương đương năm 1971 (tần suất 0,4%), cần vận hành điều tiết hồ Hòa Bình và Thác Bà khi gặp lũ thường xuyên để giữ cho mức nước Hà Nội không vượt qua báo động III (11,50 m). Nếu gặp lũ có tần suất lớn hơn như lũ năm 1986 mức nước Hà Nội lên đến 12,35 m, lũ năm 1996 lên đến 12,48 m nếu xảy ra lũ như năm 1971 thì mức nước tại Hà Nội 13,3 m. Nhưng nếu gặp lũ như năm 1971 với dạng lũ năm 1964, 1969 thì khó có thể giữ được mức nước tại Hà Nội là 13,30 m, khi đó phải tính đến biện pháp phân lũ qua sông Đáy. Tháng 8 năm 1998 Thủ tướng Chính phủ ra Thông báo 164 TB/TW ngày 3/9/1998 đã nêu: - Xây dựng các chỉ tiêu ban bố tình trạng khẩn cấp về thiên tai. ? ? 14 - Xây dựng các phương án xử lý lũ đặc biệt lớn và quyết định phân lũ. - Và "phải xây dựng phương án lâu dài, bền vững về củng cố đê, xây dựng hệ thống đê điều trong cả nước, đặc biệt hệ thống sông Hồng để đủ sức bảo vệ sự phát triển bền vững về kinh tế xã hội an ninh quốc phòng cho đồng bằng sông Hồng và thủ đô Hà Nội". II- Hệ thống đê sông đồng bằng Bắc bộ: Trong điều kiện một đất nước mà lũ, bão luôn là mối đe doạ nghiêm trọng từ hàng nghìn năm nay thì cuộc đấu tranh với thiên nhiên để phòng chống lụt bão cũng luôn luôn chiếm vị trí nổi bật trong lịch sử tồn tại và phát triển của dân tộc ta. Sử sách còn ghi lại con đê đầu tiên của Việt nam đã có từ thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên cùng thời Hai Bà Trung và đến đầu thế kỷ thứ 11, nhà Lý đã đắp đê thành Đại La, sau đổi ra thành Thăng Long tức Hà Nội ngày nay với mục đích bảo vệ kinh đô bên dòng sông Hồng và đến thế kỷ thứ 13 thời nhà Trần thì đê sông Hồng đã được nối dài từ đầu châu thổ (Việt trì) ra đến biển để phòng chống lũ. Từ đó nhân dân Việt Nam vì bảo vệ cuộc sống của mình đã không ngừng đắp to, nâng cao và khép kín các tuyến đê sông, đê biển. Đến nay, Việt Nam có gần 8000 km đê, trong đó có gần 6000 km đê sông và 2000 km đê biển. Riêng đê sông chính có 3000 km và 1000 km đê biển quan trọng. Có gần 600 kè các loại và 3000 cống dưới đê. Ngoài ra còn có 500 km bờ bao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long. Riêng hệ thống sông Hồng trong đồng bằng Bắc bộ có 3000 km đê sông và 1500km đê biển. 1. Đặc điểm hệ thông đê đồng bằng Bắc bộ: a) Về sự hình thành các tuyến đê: Đặc điểm của quá trình hình thành các tuyến đê ở đồng bằng và trung du Bắc bộ trong buổi đầu sơ khai là quá trình tự phát: do nhân dân tự làm với trình độ nhận thức và công cụ lao động lúc đó rất thô sơ. Vấn đề chọn tuyến và xử lý nền chắc chỉ được giải quyết hết sức giản đơn. Chỉ có những năm sau này một số tuyến đê bị vỡ khi có lũ lớn hoặc một số nơi sông có sự đổi dòng hoặc phát triển thêm, việc lựa chọn tuyến đê mới được chú ý đầy đủ đến các điều kiện kỹ thuật. Nói chung tuyến đê hiện có được hình thành trong quá trình phát triển, không có sự lựa chọn tuyến một cách chặt chẽ về các điều kiện địa hình, địa chất và dòng chảy. b) Địa hình hai bên ven đê: Nhìn tổng thể địa hình có xu thế thấp dần từ thượng nguồn về phía biển với bề mặt nghiêng từ TB-ĐN. Bề mặt địa hình ven đê phía đồng ít thay đổi nhưng do tác động của con người theo thời gian bị phân cắt chủ yếu do việc lấy đất đắp đê tạo thành thùng đấu hoặc các hồ, đầm lớn do hậu quả của những lần vỡ đê. Địa hình ven đê phía sông thay đổi theo thời gian tùy thuộc chế độ dòng chảy và lượng phù sa các bãi bồi có nơi được tôn cao và mở rộng nhưng có nơi bị bào mòn và xói lở. ? ? 15 Các thềm sông, bãi bồi ở trung du - đồng bằng Bắc bộ có lịch sử hình thành gắn liền với quá trình tạo thành các lớp tạo bồi tích trẻ kỷ đệ tứ (aQ3IV) Đất cấu tạo nên thềm sông ở đây là sét, sét pha nặng, đôi chỗ bị latêrit hóa, phía trên là á sét nhẹ có lẫn ít cuội sỏi kết cấu hơi xốp. Từ các vùng tiếp giáp các vị trí nói trên kéo dài qua đồng bằng ra biển tồn tại chủ yếu là các bãi bồi. Đất cấu tạo nên bãi bồi từ dưới lên gặp phổ biến là cát, cát pha có nơi là bùn sét hữu cơ được phủ bởi lớp sét pha hoặc sét, trên cùng (ở phía ngoài đê) là lớp phù sa trẻ màu xám nâu. 2. Về cấu trúc địa chất và tính chất địa chất công trình của các lớp đất ở nền đê: Các lớp đất ở nền đê có nguồn gốc bồi tích hiện đại kỷ đệ tứ, phân bố từ trên xuống dưới như sau: a) Lớp phù sa: Phủ trực tiếp trên các giải địa hình ven đê phía sông có bề dày trung bình 2,00 ÷ 2,5 m. b) Đất sét pha mầu nâu gụ: Tầng đất này phân bổ hầu hết dưới nền đê dọc các tuyến sông chính. c) Đất sét màu xám xanh: Tầng đất này phân bổ dưới nền đê vùng đồng bằng ở độ sâu 2,5m kể từ mặt đất tự nhiên, với độ dày trung bình 2,0 ÷ 4,0 m. d) Bùn sét và bùn sét hữu cơ: Tầng này được tạo thành chủ yếu ở những vùng trũng, các cửa sông, đáy hồ và đầm lầy hoặc ở những lòng sông cổ, tạo thành các thấu kính bùn khá dày 5-10m, độ sâu phân bố cách mặt đất 3-5 m. e) Cát pha màu xám nâu - xám sẫm: Phân bố ở độ sâu 3-5 m với diện tích phân bố hẹp, không liên tục. f) Cát: Phân bố ở hầu hết dưới nền đê với bề dày khá lớn, có tính thấm lớn. Những nơi cát phân bố sâu, về mùa lũ tầng cát này tàng trữ nước có áp cục bộ. Đối với công trình, đây là điều bất lợi về biến dạng thấm. g) Sét loang lổ: Tầng sét này có bề dày khá lớn phân bổ hầu hết ở trung tâm đồng bằng Bắc bộ với bề dày tăng dần ra phía biển, phân bố ở độ sâu 10-30m. 3. Đặc điểm địa chất thủy văn: Ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy văn đối với các loại công trình xây dựng có mức độ khác nhau. Đối với nền các tuyến đê, chủ yếu chú ý tới sự có mặt của nước ngầm tàng trữ trong tầng chứa nước thứ nhất kể từ trên xuống. Nước ngầm ở tầng chứa nước có quan hệ với nước mặt: dâng cao về mùa mưa và hạ thấp về mùa khô. Biên độ dao động của nước ngầm giữa mùa kiệt và mùa lũ là 4-5 m. Quá trình vận động của dòng ngầm có thể mang theo các hạt có đường kính nhỏ, lượng cát do nước mang theo tùy thuộc áp lực dòng thấm. ? ? 16 Quá trình này lặp đi lặp lại trong nhiều năm sẽ làm cho nền đê bị biến dạng. Ở những nền đê có cát, lớp phủ phía đồng bằng không đủ dầy để thắng áp lực dòng thấm sẽ xuất hiện các mạch sủi, bãi sủi. 4. Về cấu tạo thân đê: Thân đê cũng được tôn cao, mở rộng trong quá trình hình thành và phát triển của hệ thống đê. Có cả một quá trình đắp thân đê từ các loại đất không được chọn lựa, việc đầm nện cũng không theo quy chuẩn. Do vậy thân đê có tính không đồng nhất cao. Ngoài ra thân đê còn chịu tác động xấu của các động vật đào hang (chuột, mối) tạo thành các hốc hoặc lỗ rỗng trong đó. Đây là một hiểm hoạ khó lường. 5. Về sự làm việc của đê sông: Khác với đập, đê là công trình làm việc theo mùa. Nhiều đoạn đê trong mùa khô thực chất chỉ là đường. Đê chỉ làm việc ngăn và chắn nước trong mùa lũ. Thời gian làm việc trong năm của đê không nhiều. Ngay trong mùa lũ, điều kiện làm việc của đê không chỉ phụ thuộc mực nước lũ mà còn phụ thuộc thời gian ngâm lũ dài hay ngắn. Thời gian của lũ lên và thời gian lũ xuống cũng là những yếu tố cần quan tâm khi xem xét điều kiện làm việc của đê. 6. Những tác động của con người vào hệ thống đê: Một mặt con người phải làm mọi cách giữ gìn sự tồn tại của hệ thống đê để bảo vệ chính mình, nhưng mặt khác con người cũng lại có tác động xấu đến hệ thống đê (đào, đắp, xây dựng công trình gần đê...). Nhà nước ta đã ban hành luật đê điều nhằm loại trừ các tác dụng xấu của con người lên đê. III- Mặt cắt ngang đặc trưng của đê: Từ những đặc điểm của đê đã nêu trên, chú ý nhiều đến các đặc điểm về địa hình, địa chất và thực tế làm việc của đê, có thể nêu ra một mặt cắt ngang đại diện của đê như sau: (hình 1-1) Hình 1-1: Mặt cắt ngang đặc trưng của đê. - Thân đê chịu tác dụng của cột nước H trong mùa lũ; chiều rộng đáy đê: B - Mực nước sông mùa lũ (MNL) ngập trên bãi bồi. - Mực nước sông mùa kiệt (MNK), nói chung thấp dưới đáy lớp phủ. - Đất nền đê được tổng hợp thành 2 lớp: ? ? 17 + Lớp phủ phía trên được đặc trưng bằng hệ số thấm K1 nhỏ thua K2 (của lớp dưới) - gọi là lớp phủ ít thấm (hoặc lớp phủ). Chiều dày lớp này t=1-6m. Lớp này thường có các loại á sét, thành phần hạt có thể thay đổi. Theo thành phần hạt có thể phân thành 23 lớp nhỏ trong chiều dày chung t. Theo mức độ thấm, có thể ghép các lớp nhỏ này thành 1 lớp với chiều dày t và kệ số thấm chung K1. Ở phía sông chiều dài lớp phủ là L1, ở phía đồng chiều dài lớp phủ là L2. + Dưới lớp phủ ít thấm là lớp thấm nước với hệ số thấm K2 (K2>K1) gọi là lớp thấm - chiều dày T = 20 ÷ 60 m. Đây thường là loại á cát, cát. Thành phần hạt cũng thay đổi khá lớn. Theo thành phần hạt cũng có thể chia lớp này thành nhiều lớp nhỏ. Tuy nhiên xét về mức độ thấm có thể xếp chung vào 1 loại với hệ số thấm K2. Mặt cắt ngang đặc trưng của đê như trình bày trên mang tính chất đại diện. Nó được xem như một sơ đồ để phân tích sự làm việc của đê. 1-3. Phân tích sự làm việc của đê, các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn của đê Điều kiện làm việc của đê có thể phân chia ra theo mùa: - Mùa khô nước sông thấp, không ngập bãi bồi. - Mùa mưa, có lúc mực nước lũ lên cao, tạo cột nước H lên thân đê. Đê làm việc như một đập đất. Nền đê cũng chịu ảnh hưởng của các dòng thấm trong lớp phủ và lớp thấm. Các khả năng phá hoại sự làm việc an toàn của đê có thể phân ra 2 loại: + Loại khả năng phá hoại bình thường: Là những dạng phá hoại xuất phát từ những nguyên nhân có tính quy luật, có thể dùng các lý thuyết của cơ học để tính toán được . + Loại khả năng phá hoại đặc biệt: là những dạng phá hoại xuất phát từ những nguyên nhân không có tính quy luật hoặc những nguyên nhân đặc biệt, trong điều kiện đặc biệt, không có khả năng dùng các lý thuyết của cơ học để tính toán được. Dưới đây xét từng loại. I. Loại khả năng phá hoại bình thường: 1) Trong mùa khô: Mực nước sông dao động chung quanh MNK, thấp hơn đáy lớp phủ. Như phần đặc điểm địa điểm thủy văn đã nêu ở trên, lúc này nước ngầm từ tầng thấm nước bổ sung cho sông (hình 1-2). Như vậy về thực chất đê giống như một đường giao thông được đắp cao trên nền 2 lớp. Các dạng khả năng phá hoại là sự trượt của 2 mái dốc phía sông và phía đồng dưới tác dụng trọng lượng bản thân đê. Sự trượt này thường có dạng trượt cung tròn mặt trượt có thể là trượt nông - chỉ trên mái dốc, có thể là trượt sâu - cùng một phần nền (hình 1-2). Nếu cường độ và tải trọng giao thông trên mặt đê lớn và tập trung, phải xét đến ổn định của hai mái dốc và nền dưới tác dụng của tải trọng này. ? ? 18 Hình 1-2: Các dạng trượt mái đê. Hình 1-3: Dòng thấm qua đê và nền trong mùa lũ. 2) Trong mùa lũ: Mực nước sông mùa lũ (MNL) dâng cao tạo thành các dòng thấm (hình 1-3) bao gồm: - Dòng q1 từ sông vào lớp thấm - Dòng q2 từ trên xuống lớp thấm qua lớp phủ. - Dòng q3 đi qua thân đê. - Dòng q4 từ trong lớp thấm đi ra phía đồng qua lớp phủ. - Dòng q5 đi trong lớp thấm phía đồng. Các dòng thấm này là cơ sở để xem xét sự làm việc của đê trong mùa lũ. * Với thân đê: Các dạng khả năng phá hoại là: + Trượt các mái dốc dưới tác dụng của áp lực thấm trong thân đê và chiều sâu mực nước phía sông (hình 1-4). Đường bão hòa trong thân đê thường dâng cao và lộ ra trên mái phía đồng. + Đoạn AB là đoạn nước thấm rỉ ra trên mái đê phía đồng. Gradien ra của dòng thấm ở đây thường lớn có thể gây nên xói lở đất trên đoạn AB. ? ? 19 + Trong trường hợp mực nước lũ rút xuống nhanh, mái đê phía sông có thể bị trượt dưới tác dụng của dòng thấm đi ngược về phía mái dốc (hình 1-5). Hình 1-4: Trượt mái đê cùng với nền. Hình 1-5: Dòng thấm trong thân đê khi lũ rút nhanh. * Với nền đê: Dòng thấm trong lớp thấm nước (K2) trong nền đê gây áp lực thấm tác dụng lên đáy DC của lớp phủ ít thấm (hình 1-6). Chính áp lực này gây nên các dạng mạch đùn, mạch sủi và một số biến dạng thấm khác phía đồng. Hình 1-6: Sự hình thành mạch đùn, mạch sủi. II. Dạng khả năng phá hoại đặc biệt: Các dạng phá hoại đặc biệt này thường chỉ xảy ra trong mùa lũ với thân đê: 1) Dạng thứ nhất: Như đã nêu ở trên, thân đê có tính không đồng nhất lớn do việc đắp và tôn cao trong nhiều năm (nhiều thời kỳ việc đắp đê có tính chất "kê ba chồng đấu" không có sự đầm nện theo quy chuẩn). Với một mặt cắt đê không đồng nhất như vậy, sự thấm không tuân theo các phương trình thấm trong thân đê. Trên hình 1-7 trình bày sơ bộ thấm ? ? 20