Tài liệu Nghiên cứu giải pháp, công nghệ thi công kè sông vùng chịu ảnh hưởng lớn của mực nước triều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ NGỌC TOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP, CÔNG NGHỆ THI CÔNG KÈ SÔNG VÙNG CHỊU ẢNH HƯỞNG LỚN CỦA MỰC NƯỚC TRIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ NGỌC TOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP, CÔNG NGHỆ THI CÔNG KÈ SÔNG VÙNG CHỊU ẢNH HƯỞNG LỚN CỦA MỰC NƯỚC TRIỀU Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-02-02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: PGS-TS. LÊ XUÂN ROANH Hà Nội - 2015 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Kè bảo vệ mái dốc đê, bảo vệ bờ sông là một bộ phận hết sức quan trọng trong công tác bảo vệ bờ chống các nguy cơ sạt lở mất an toàn đê trong mùa mưa bão. Hiện nay đối với Thái Bình khi thi công các loại kè bảo vệ mái dốc vẫn áp dụng các phương pháp truyền thống. Trong khi đó hiện tượng hư hỏng kè bảo vệ mái dốc trên hệ thống đê Thái Bình ngày càng nhiều và diễn biến phức tạp. Chính vì vậy cần có giải pháp nghiên cứu thiết kế, thi công cho phù hợp. 2. Mục đích đề tài Từ thực tế các biện pháp thi công kè, chân mái kè vẫn được áp dụng theo kinh nghiệm truyền thống, còn có các biện pháp thi công được áp dụng theo kinh nghiệm riêng của nhà thầu thi công, tuy nhiên thi công kè trong điều kiện không tháo khô được hố móng do ảnh hưởng của thủy triều lên xuống trong ngày đã gây không ít khó khăn cho nhà thầu trong việc thi công đúng tiến độ chất lượng đã đề ra, nhất là đối với kè sông có mực nước triều thay đổi lớn. Vì vậy cần tiến hành các nghiên cứu đánh giá phân tích giải pháp đồng bộ và áp dụng khoa học kỹ thuật vào thi công kè ở Thái Bình. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Tiếp cận hệ thống, từ tổng thể đến chi tiết. - Tiếp cận thực tế: Từ điều kiện tự nhiên đến các điều kiện cụ thể công trình để vận dụng các giải pháp kỹ thuật thích hợp. - Tiếp cận kế thừa: Kế thừa kinh nghiệm và công nghệ đã được vận dụng ở một số công trình đã được thi công và đưa vào sử dụng. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan; - Điều tra thu thập, khảo sát thực tế; - Phương pháp kế thừa; 2 - Áp dụng tiến bộ khoa học công nghệ và các biện pháp thi công tiên tiến trong việc kè sông bảo vệ chống xói lở. 4. Kết quả dự kiến đạt được Giới thiệu tổng quan về công trình kè, kết cấu kè ở Việt Nam mà ta có thể áp dụng tùy theo từng sông vùng miền cụ thể, các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình thi công, biện pháp thi công kè. Đã nêu lên được cơ bản hầu hết các dạng kết cấu kè sông mà trong nhiều tài liệu chưa nói rõ hết, để người kỹ thuật có thể biết nắm rõ thi công từng loại kết cấu phù hợp với địa hình và khu vực dân cư sinh sống. Đề xuất giải pháp công nghệ thi công kè sông vùng ảnh hưởng triều trong điều kiện không tháo khô hố móng - áp dụng cho kè Thuyền Quan nằm trên đê 7, từ K1+700 đến K2+750 ở bờ tả sông Trà Lý - Thái Bình. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG 1.1. Tổng quan về hệ thống sông ngòi và công trình bảo vệ bờ ở Việt Nam Ở Việt Nam do điều kiện mưa nhiều đã tạo ra một số lượng sông suối rất lớn, tới khoảng 2.360 con sông và kênh lớn nhỏ. Dọc bờ biển, khoảng 23 km có một cửa sông và theo thống kê có 112 cửa sông ra biển. Các sông lớn ở Việt Nam thường bắt nguồn từ bên ngoài, phần trung du và hạ du chảy trên đất Việt Nam. Hầu hết các sông ở Việt Nam chảy theo hướng tây bắc - đông nam và đổ ra biển Đông. Ngoại lệ có sông Kỳ Cùng và Bằng Giang chảy theo hướng đông nam tây bắc. Do các sông bắt nguồn từ các núi cao nên sông ở thượng lưu rất dốc. Chính vì vậy vào mùa mưa sông chảy xiết, khi chảy về đồng bằng, sông uốn khúc quanh co. Việt Nam có 9 hệ thống sông lớn trải từ Bắc vào Nam gồm: Hệ thống sông Bằng Giang-Kỳ Cùng, hệ thống sông Thái Bình, hệ thống sông Hồng, hệ thống sông Mã, hệ thống sông Lam, hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia, hệ thống sông Ba (sông Đà Rằng), hệ thống sông Đồng Nai, hệ thống sông Mê Kông. Phần đề tài nghiên cứu vùng đồng bằng sông Hồng, chính vì vậy luận văn xin giới thiệu tập trung và tóm tắt 2 hệ thống sông chính sau đây. 1.1.1. Hệ thống sông THÁI BÌNH Hệ thống sông Thái Bình gồm sông Thái Bình cùng các phụ lưu và chi lưu của nó, các phụ lưu gồm sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam ở thượng nguồn. Tổng chiều dài của hệ thống khoảng 1.650 km và diện tích lưu vực khoảng 10.000 km². Ngoài ra, hệ thống sông này còn nhận một phần dòng chảy của sông Hồng để đổ ra biển Đông. 1.1.2. Hệ thống sông HỒNG Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất Việt Nam. Hệ thống sông Hồng có rất nhiều phụ lưu, hai phụ lưu quan trọng nhất là Sông Đà và Sông Lô. Hai phụ lưu chính này cùng với các phụ lưu khác tạo thành mạng lưới sông hình rẻ quạt và hội tụ tại Việt Trì. Chính dạng mạng lưới sông này đã tổ hợp lũ các phụ lưu với lũ của dòng chính để gây nên những trận lũ lớn ở đồng bằng Bắc Bộ. 4 Sông Hồng có tổng chiều dài là 1.149 km với lưu vực 143.700 Km² bắt nguồn từ dãy núi Hoành Đoạn, Nguy Sơn, Đại Lý, Vân Nam, Trung Quốc chảy vào Việt Nam qua các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Hà Nam, Thái Bình, Nam Định và đổ ra biển Đông tại cửa Ba Lạt giữa hai tỉnh Nam Định và Thái Bình. Đoạn chảy trên đất Việt Nam dài 510 km tính từ ngã 3 Nậm Thi đến cửa Ba Lạt. Sông Hồng còn có các tên gọi khác như Hồng Hà, hay sông Cái. Đoạn chảy trên lãnh thổ Trung Quốc được gọi là Nguyên Giang, đoạn đầu nguồn có tên là Lễ Xã Giang. Đoạn chảy qua Phú Thọ gọi là Sông Thao, đoạn qua Hà Nội còn gọi là Nhĩ Hà hay Nhị Hà. Sử Việt còn ghi sông với tên Phú Lương. Sông Trà Lý là một phân lưu của sông Hồng chảy ngang qua tỉnh Thái Bình gần như theo hướng Tây Tây Bắc-Đông Đông Nam với một vài đoạn uốn cong, chiều dài khoảng 67 km. Điểm đầu từ ngã ba Phạm Lỗ nơi giáp ranh của xã Phú Phúc (huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam) với hai xã Hồng Minh (huyện Hưng Hà), Hồng Lý (huyện Vũ Thư) cùng tỉnh Thái Bình. Đây là điểm nối với sông Hồng. Điểm cuối là cửa Trà Lý đổ ra biển Đông, ranh giới giữa hai xã Thái Đô (huyện Thái Thụy) và xã Đông Hải (huyện Tiền Hải) cùng tỉnh Thái Bình. Do các sông bắt nguồn từ các núi cao nên sông ở thượng lưu rất dốc. Chính vì vậy vào mùa mưa sông chảy xiết, khi chảy về đồng bằng, sông uốn khúc quanh co, vì vậy hay gây hiện tượng sạt lở hư hại, ảnh hưởng đe dọa nghiêm trọng đến đất trồng trọt, đất ở, các công trình phục vụ dân sinh đe dọa đến tình hình an ninh kinh tế, chính trị, xã hội. Ngày nay tình hình thiên nhiên ngày càng khắc nghiệt, các hiện tượng sạt lở phá hoại ngày càng có quy mô và diễn biến phức tạp vì vậy cần có những giải pháp các công trình bảo vệ bờ đảm bảo tính kỹ thuật kinh tế và mỹ quan. Theo tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 8419:2010 Công trình thủy lợi - Thiết kế công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ, công trình bảo vệ bờ sông được chia làm 3 loại sau [3]: 5 - Kè lát mái: Gia cố trực tiếp lên mái bờ sông nhằm chống xói lở do tác động của dòng chảy và sóng. - Mỏ hàn: Nối từ bờ sông nhằm hướng dòng chảy ra xa bờ gây bồi lắng và và cải tạo bờ sông theo tuyến chỉnh trị. - Kè mềm: Là loại kè không kín nước (còn gọi là loại kè xuyên thông) nhằm giảm tốc độ dòng chảy gây bồi lắng và chống xói đáy. 1.2. Các dạng mặt cắt kè thiết kế thường gặp Tùy từng địa hình, địa phương mà mỗi nơi có những giải pháp kết cấu khác nhau sao cho phù hợp. 1.2.1. Kè mềm 1.2.1.1. Rồng con Rồng con là loại kết cấu thô sơ đơn giản, có dạng mặt cắt hình trụ. Vật liệu: Dùng nhánh tre, lau sậy, rơm rạ, cành cây để cuộn thành bó. Tác dụng: Nhỏ làm bè chìm, lớn làm gối chìm, rồng đất, bảo vệ bờ, xây đập. Hình 1.1: Mô hình rồng con bảo vệ bờ a) Mô hình theo hướng ngang b) Mô hình theo hướng dọc 6 Hình 1.2: Bó rồng con bảo vệ bờ 1.2.1.2. Bè chìm cành cây Bè chìm cành cây gần giống bó rồng con. Vật liệu: Bó cành cây, đá hộc, cọc gỗ, … Kết cấu: Bó cành cây buộc thành ô vuông, giữa là rơm, rạ liên kết bằng thép, thừng, lạt. Tác dụng: Che phủ lòng sông, chống xói tốt (4m/s), bảo vệ mái (m<2) và đáy công trình. Bè chìm cành cây thường được làm trên mái dốc gần mép nước. Trong vùng ảnh hưởng của thuỷ triều, khu vực thi công thường nằm giữa mực nước lớn và mực nước dòng, do vậy việc kéo các tấm bè xuống nước khá đơn giản nhưng có thể làm giảm thời gian làm việc. Tại khu vực không chịu ảnh hưởng của dao động mực nước, việc thi công có thể tiến hành bất cứ thời gian nào nhưng phải có thuyền kéo công suất lớn để đưa bè chìm xuống nước. Với định hình địa điểm thi công quá nhỏ để có thể làm các tấm bè chìm hoàn chỉnh, cho nên trong quá trình thi công, từng phần của tấm bè sẽ được kéo xuống nước. Phần bè gỗ làm xong rồi sẽ nổi trên mặt nước và được kéo ra đến nơi cần gia cố đáy. Thông thường, độ dài và độ rộng của bè chìm khoảng vài chục mét. 7 a) b) Hình 1.3: Kết cấu bè chìm phủ vật liệu lau sậy, rơm rạ, cành cây nhỏ a) Bó cành cây kết thành ô vuông 1x1m b) Tấm đáy, mặt phủ lưới thép mắt cáo 8 Hình 1.4: Thi công bè chìm Hình 1.5: Hạ bè chìm bằng đá hộc 9 Hình 1.6: Sơ họa thi công bè chìm cành cây và hạ chúng xuống nước 1.2.1.3. Gối chìm ( rồng đất, rồng đá ) Vật liệu: Vỏ bó cành cây, rồng con d=15~25 cm; lõi đá hộc hoặc đất sét; hai đầu bịt kín bó thành hình tròn bằng dây thép hay thùng. Tác dụng: bảo vệ chân kè, bờ sông chống xói hàn khẩu, hợp long khi chặn dòng. Thi công trên bờ, hoặc xà lan. a) b) Hình 1.7: Gối chìm (rồng đất, rồng đá) a) Mô hình theo hướng dọc 1.2.1.4. Khung giá b) Mô hình theo hướng ngang 10 Vật liệu: Thanh gỗ; Kết cấu: Buộc thành giá có 3 hay 4 chân, các khung liên kết với nhau có tải trọng để giữ hoặc neo. Tác dụng: Chủ yếu dùng để xây dựng công trình xuyên nước, dùng để xây dựng các công trình tạm thời hoặc hàn khẩu các lỗ vỡ. a) b) Hình 1.8: Khung giá bằng gỗ đã thi công a) Khung giá bằng tre (gỗ) b) Khung giá tứ diện bằng BTCT 1.2.1.5. Rồng thép – rồng tre đá hộc Vật liệu: Rồng bằng thép, tre lạt, thanh gỗ, dây gai, trong bỏ đá hộc, dăm, cuội sỏi. Kết cấu: Khung hình hộp, hoặc trụ, cũi gỗ. Tác dụng: Bảo vệ bờ sông (kè); xây đập; hàn khẩu chặn dòng. 11 Hình 1.9: Rồng đá bằng thép a) b) Hình 1.10: Bảo vệ bờ sông rồng đá bằng thép a) Rồng đá dạng hình chữ nhật b) Rồng đá dạng hình trụ tròn 12 a) b) Hình 1.11: Kết cấu vỏ rồng bằng gỗ a) chính diện b) mặt bên 1. bu lông d = 25mm ; 2. gỗ tròn d =15 cm. Hình 1.12: Kết cấu vỏ rồng bằng tre 1.2.1.6. Một số loại kết cấu khác Cây chìm, hàng rào cây, tấm mành, cây trồng. Tăng cường sử dụng các kết cấu kiên cố như: Khối bê tông, bê tông cốt thép, thép tấm, chất dẻo, đập cao su, rồng bê tông khô. 13 Hình 1.13: Kết cấu kè mềm bằng thả cụm tre gây bồi Kết luận: Với kè mềm, trong vùng dân cư đông đúc hay tại những nơi có nhiều sông suối chảy qua hay có hiện tượng sạt lở, khi chưa có công trình kiên cố để bảo vệ thì biện pháp thi công kè mềm rất có hiệu quả tốt trong việc bảo vệ bờ tận dụng được các vật liệu tại địa phương: Bó tre, cành cây buộc thành các từng bó lớn, thả xuống vùng hay bị xói lở. Thi công đơn giản ít cần phải sử dụng máy móc thiết bị, giá thành chi chí rẻ vì vậy ta cần nghiên cứu và áp dụng theo từng loại địa hình từng nơi sao cho phù hợp nhất. Ưu, nhược điểm chung của kết cấu công trình kè mềm. + Ưu điểm: Tổng mức đầu tư không lớn, thi công đơn giản; Mặt cắt đơn giản dễ thi công, tận dụng nhân lực vật liệu sẵn có địa phương, không cần tính toán thiết kế, mà cũng đem lại hiệu quả cao, phát huy tốt tác dụng bảo vệ bờ; Ở một số nơi nhất định cũng tạo được cảnh quan tốt. + Nhược điểm: 14 Do không có thiết kế mà chỉ tính toán ước lượng, thi công không tuân theo quy phạm mà phần lớn theo kinh nghiệm nên tính đồng bộ không cao, sau một thời gian thì tính ổn định mất đi, thiếu các biện pháp gia cố thêm; Tuổi thọ công trình không cao, chỉ áp dụng đối với nơi có nền địa chất tốt, kênh, sông nhỏ lưu tốc xói lở không lớn; Tính kỹ, mỹ thuật không cao, nhiều công trình còn gây cản trở tới dòng chảy. 1.2.2. Mỏ hàn, tường hướng dòng 1.2.2.1. Mỏ hàn Loại kết cấu công trình này thường được sử dụng trong những trường hợp sau: - Ở những dòng sông có chiều rộng của mặt nước tạo lòng lớn hơn 200m ứng với lưu lượng tạo lòng được xác định (theo phụ lục A của tiêu chuẩn TCVN 8914:2010) [3]. - Ở những đoạn sông đã xác định được tuyến chỉnh trị. - Mỏ hàn phải được thiết kế thi công thành hệ thống, mỗi hệ thống Mỏ hàn phải có từ hai mỏ hàn trở lên. - Không gây ảnh hưởng xấu tới lợi ích của giao thông vận tải thủy và các ngành kinh tế khác. Kết cấu Mỏ hàn, tường hướng dòng - Gốc đập và bờ sông liền nhau, đầu đập hướng ra dòng sông. - Có tác dụng bảo vệ bờ, thu hẹp lòng sông. - Đẩy dòng chảy ra xa bờ. - Có nhiều hình dạng khác nhau: L,T. Hình 1.14: Sơ họa tuyến chỉnh trị và bảo vệ bờ 15 Hình 1.15: Tuyến Mỏ hàn bảo vệ bờ 1.2.2.2. Đập thuận dòng - Thân đập song song với dòng chảy, gốc đập liền với bờ phía hạ lưu, đầu đập hoặc liền với bờ hoặc hở 1 đoạn. - Có tác dụng thu hẹp lòng sông, bảo vệ bờ. - Hướng dòng nước chảy theo 1 phương nhất định - còn gọi là đập hướng dòng. - Thường kết hợp với xây các tường ngăn nối thân đập với bờ để gây bồi, bảo vệ bờ. Hình 1.16: Sơ họa tuyến đập thuận dòng lòng sông 16 Hình 1.17: Tuyến đập thuận dòng lòng sông 1.2.3. Kè lát mái Do lòng sông được cấu tạo bằng đất có tính cơ lý thấp, lớp đất yếu nằm sâu do vậy loại công trình tường chắn đất cũng không nên ứng dụng nhiều, ngoại trừ những khu vực thị trấn, thị xã, nơi yêu cầu tăng diện tích đất bên sông. Lý do không nên khuyến khích loại công trình này là do khối đất sau lưng tường chắn đất sẽ làm tăng lực gây trượt và như vậy để đảm bảo ổn định lâu dài của công trình thì bắt buộc phải gia cố chân kè nhiều hơn, sử dụng cọc nhiều hơn, cần đóng cọc có chiều sâu lớn, (cọc tre, cọc bạch đàn phải đóng sâu mới giữ ổn định cho bản thân và giữ ổn định cho chân kè điều này đồng nghĩa với việc tốn kém về kinh tế). 17 Hình 1.18: Kè lát mái bằng đá hộc 1.2.4. Một số dạng kết cấu kè khác Khi cần xây dựng công trình bảo vệ bờ dạng tường chắn thì cần chú ý vật liệu sau lưng tường là loại vật liệu giảm tải cho tường như cát có góc ma sát lớn, trường hợp sử dụng đất phải bố trí các lớp vải địa chất có độ bền và tuổi thọ lớn theo yêu cầu. Dưới đây là kết cấu công trình bảo vệ ở đô thị, khu dân cư bến cảng. 1.2.4.1. Kè đứng dạng tường bê tông trọng lực Kè đứng dạng tường chắn bê tông cốt thép trên nền cọc BTCT. 1.2.4.2. Kè bê tông dự ứng lực Hình thức kè đứng dạng tường chắn bê tông cốt thép, trên nền cọc BTCT 1.2.4.3. Kè đứng dạng tường bê tông cốt thép - Tường kè là các tấm đan BTCT, được ghép thẳng đứng với nhau. 1.2.4.4. Kè đứng dạng bê tông cốt thép kết hợp cọc xi măng đất Phương án này có kết cấu tương tự như phương án ‘’Kè đứng dạng tường bê tông cốt thép’’, chỉ khác ở chỗ có thêm phần cọc xi măng đất bao quanh cọc bê tông. Ưu điểm của phương án này là xử lý triệt để phần nền đất yếu tại vị trí cọc bê tông cốt thép. 1.2.5. Kè đá xây 18 Loại kè này sử dụng đá hộc xây trát cùng vữa thành liền khối Hình 1.19: Kè đá xây bảo vệ bờ Ưu điểm: Dễ xây dễ làm, vật liệu tương đối có sẵn, giá thành rẻ, tác dụng tốt trong thời gian tương đối dài. Nhược điểm: Kết cấu chỉ tương đối chắc chắn, tuổi thọ không lâu, chỉ áp dụng đối với sông có nền địa chất tốt, sông nông. 1.3. Giải pháp thi công thông dụng Nguyên tắc thi công của công trình kè bất kỳ nào là xử lý tạo nền móng chắc chắn thì công trình mới ổn định đảm bảo về kết cấu và tuổi thọ, tùy vào địa hình địa chất mà ở mỗi nơi thì biện pháp thiết kế và thi công khác nhau, nhưng cơ bản thì trình tự và nguyên tắc thi công là như nhau. Nguyên tắc thi công: + Thi công vào mùa khô; + Phần dưới nước làm trước, phần trên cạn làm sau; + Đối với kè có thả rồng đá, thì thi công thả đá tạo mái và thả rồng thép lõi đá từ hạ lưu về thượng lưu; Ngoài ra đối với mỗi công trình cụ thể ở từng địa phương mà cách thi công có những sự khác biệt với nhau, theo từng cách riêng của nhà thầu thi công sao cho