Tài liệu Nghiên cứu giải pháp gia cố kênh mương công trình thủy lợi bằng công nghệ vật liệu neoweb ứng dụng cho kênh chính bắc hồ phú ninh, tỉnh quảng nam

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu khoa học do tôi thực hiện. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Tác giả luận văn Nguyễn Đức Thiệu i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Đình Thanh đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin được cảm ơn anh Phạm An Trung và anh Phan Hoàng Thông đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo trong bộ môn Công nghệ và quản lý xây dựng – Trường Đại học Thủy Lợi đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả về tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả xin được cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ về tất cả mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này. Do điều kiện hạn chế về thời gian, kiến thức, sự phức tạp của nội dung nghiên cứu, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn đọc. ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ..............................................................................2 3. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.............................................................2 5. Những đóng góp của luận văn ..................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG, GIA CỐ KÊNH MƯƠNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI ..........................................................................................4 1.1. Tổng quan hệ thống công trình kênh mương ở Việt Nam. .................................4 1.2. Các dạng hư hỏng trên hệ thống công trình kênh mương thủy lợi. ..................5 1.2.1. Kênh bị sụt lún, sạt trượt.....................................................................................6 1.2.2. Bê tông mái kênh bị hư hỏng..............................................................................7 1.2.2.1. Với kênh được lát các tấm bê tông ......................................................................7 1.2.2.2. Với mái kênh bê tông được đổ tại chỗ ................................................................8 1.3. Giải pháp và hình thức gia cố mái kênh mương..................................................8 1.3.1. Kênh bằng đất ......................................................................................................8 1.3.2. Kênh gạch xây .....................................................................................................9 1.3.3. Kênh bê tông lắp ghép .......................................................................................10 1.3.3.1. Kênh bê tông sử dụng tấm lát đúc sẵn ..............................................................10 1.3.3.2. Kênh bê tông sử dụng các đốt kênh đúc sẵn .....................................................12 1.3.4. Kênh bê tông đổ trực tiếp ..................................................................................13 1.3.4.1. Đổ bê tông kênh cốt thép hình chữ nhật ...........................................................13 1.3.4.2. Kênh hình thang đổ bê tông trực tiếp không ván khuôn ...................................14 1.3.4.3. Đổ bê tông kênh hình thang không ván khuôn sử dụng thiết bị ........................15 1.3.4.4. Đổ bê tông kênh hình thang có ván khuôn trượt...............................................15 1.3.5. Kênh sử dụng công nghệ vật liệu neoweb ........................................................17 1.3.5.1. Về mặt kỹ thuật ..................................................................................................17 1.3.5.2. Về mặt kinh tế ....................................................................................................19 1.3.5.3. Về mặt thi công .................................................................................................19 1.3.5.4. Về mặt môi trường ............................................................................................20 iii 1.3.5.5. Đánh giá chung về công trình sử dụng công nghệ vật liệu neoweb ................. 21 1.4. Khái quát về công nghệ vật liệu Neoweb............................................................ 23 1.4.1. Khái niệm ........................................................................................................... 23 1.4.2. Cấu tạo và phân loại các chi tiết trong công nghệ vật liệu Neoweb ............... 24 1.4.2.1. Cấu tạo và chức năng ....................................................................................... 24 1.4.2.2. Phân loại Neoweb ............................................................................................. 25 1.5. Ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb trong xây dựng ..................................... 26 1.5.1. Ứng dụng trong giao thông .............................................................................. 26 1.5.2. Ứng dụng trong thủy lợi ................................................................................... 27 1.6. Vấn đề ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb gia cố kênh mương .................. 30 1.6.1. Lựa chọn phương pháp tính toán, thiết kế ...................................................... 30 1.6.2. Quá trình thi công ............................................................................................. 30 1.7. Kết luận chương ................................................................................................... 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIA CỐ KÊNH MƯƠNG BẰNG CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NEOWEB ......................................... 33 2.1. Cơ sở tính toán thấm, ổn định kênh ................................................................... 33 2.1.1. Cơ sở tính toán thấm nền, mái kênh ................................................................ 33 2.1.1.1. Dòng thấm thực và dòng thấm Darcy............................................................... 33 2.1.1.2. Phương trình Bernoulli – Năng lượng dòng thấm............................................ 34 2.1.1.3. Các giả thiết cơ bản và phương trình thấm ...................................................... 35 2.1.1.4. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn ................................. 37 2.1.2. Cơ sở tính toán ổn định nền, mái kênh ............................................................ 39 2.1.2.1. Nguyên tắc tính toán ổn định nền, mái kênh .................................................... 39 2.1.2.2. Tính toán ổn định trượt của mái kênh cùng với bờ kênh .................................. 39 2.1.3. Cơ sở tính toán lún nền kênh ........................................................................... 50 2.2. Cơ sở tính toán ổn định tiếp xúc mái kênh khi ứng dụng công nghệ vật liệu neoweb .......................................................................................................................... 51 2.2.1. Nguyên lý tính toán bảo vệ mái kênh khi ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb ...................................................................................................................... 52 2.2.1.1. Mô hình tính toán ổn định lớp phủ mái kênh .................................................... 52 2.2.1.2. Xác định lực gây trượt ...................................................................................... 53 iv 2.2.1.3. Xác định lực chống trượt, lực neo ....................................................................54 2.2.1.4. Xác định lực giữ trên đỉnh kênh ........................................................................54 2.2.1.5. Tính toán hệ thống cọc neo trên mái kênh ........................................................55 2.2.1.6. Xác định lực kéo do dòng chảy .........................................................................56 2.3. Cơ sở tính toán, lựa chọn vật liệu Neoweb .........................................................58 2.3.1. Lựa chọn neoweb gia cố mái kênh ...................................................................58 2.3.2. Lựa chọn vật liệu chèn lấp ................................................................................62 2.4. Quy trình thi công Neoweb ..................................................................................62 2.4.1. Chuẩn bị mặt bằng thi công ..............................................................................63 2.4.2. Trải vải địa kỹ thuật ..........................................................................................63 2.4.3. Ghim, nối các tấm Neoweb ...............................................................................64 2.4.4. Định vị tấm Neoweb bằng cọc neo hoặc khung căng ......................................64 2.4.5. Công tác căng, trải neoweb ..............................................................................64 2.4.6. Chèn vật liệu vào ô ngăn neoweb .....................................................................66 2.4.7. Hoàn thiện bề mặt .............................................................................................66 2.5. Kết luận chương....................................................................................................66 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NEOWEB GIA CỐ KÊNH CHÍNH BẮC HỒ PHÚ NINH, TỈNH QUẢNG NAM ................................68 3.1. Giới thiệu công trình ............................................................................................68 3.1.1. Vị trí, điều kiện tự nhiên ..................................................................................68 3.1.2. Quy mô công trình ...........................................................................................73 3.2. Bài toán ứng dụng.................................................................................................75 3.2.1. Mục đích ứng dụng ...........................................................................................75 3.2.2. Lựa chọn các thông số ứng dụng .....................................................................75 3.2.2.1. Chọn mặt cắt để nghiên cứu .............................................................................75 3.2.2.2. Đặc trưng địa hình, địa chất .............................................................................75 3.2.2.3. Trường hợp tính toán ........................................................................................77 3.2.2.4. Tính toán lớp bảo vệ mái kênh áp dụng công nghệ vật liệu neoweb ................78 3.3. Ứng dụng công nghệ vật vật liệu neoweb thi công kênh Chính Bắc................85 3.3.1. Quy trình thi công kênh Chính Bắc .................................................................85 3.3.2. Những vấn đề gặp phải khi thi công và giải pháp xử lý ..................................87 v 3.4. Kiểm tra ổn định tổng thể kênh bằng phần mềm Geoslope ............................. 89 3.5. So sánh và kết luận chương. ................................................................................ 94 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 97 4.1. Kết quả đạt được trong luận văn ........................................................................ 97 4.2. Một số vấn đề còn tồn tại ..................................................................................... 98 4.3. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo .......................................................... 98 vi MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kênh tiêu Châu Bình tỉnh Nghệ An bị sạt trượt ..............................................6 Hình 1.2: Kênh Văn Phong tỉnh Bình Định bị hư hỏng ..................................................8 Hình 1.3: Nạo vét kênh để đảm bảo dòng chảy ở tỉnh Bắc Ninh ....................................9 Hình 1.4: Kết cấu thông thường kênh gạch xây ............................................................10 Hình 1.5: Kênh với tấm lát bê tông đúc sẵn ở Đô Lương - Nghệ An ...........................11 Hình 1.6: Kênh bê tông đúc sẵn thường áp dụng hiện nay ...........................................12 Hình 1.7: Thi công kênh bê tông đổ trực tiếp ở Tuy Phước - Bình Định .....................14 Hình 1.8: Bê tông mái kênh đổ tại chỗ sử dụng thiết bị ................................................15 Hình 1.9: Đổ bê tông mái kênh Ngàn Trươi bằng ván khuôn trượt ..............................16 Hình 1.10: Kết cấu cơ bản của kênh ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb.................17 Hình 1.11: Hệ thống neoweb giúp giảm sự đẩy trồi .....................................................18 Hình 1.12: Hệ thống neoweb làm tăng sức kháng do ma sát ........................................18 Hình 1.13: Hệ thống neoweb chống nở hông ................................................................19 Hình 1.14: Kênh sử dụng công nghệ vật liệu Neoweb ..................................................20 Hình 1.15: Cấu tạo cơ bản hệ thống Neoweb ................................................................25 Hình 1.16: Phân loại Neoweb theo chiều cao ...............................................................26 Hình 1.17: Công nghệ Neoweb giảm chiều dày kết cấu ...............................................27 Hình 1.18: Đường giao thông nông thôn ở tỉnh Hòa Bình ............................................27 Hình 1.19: Ứng dụng công nghệ Neoweb trong thủy lợi ..............................................29 Hình 2.1: Sơ đồ tính toán năng lượng dòng thấm .........................................................34 Hình 2.2: Đường quan hệ v~i ........................................................................................35 Hình 2.3: Phân tố đất .....................................................................................................35 Hình 2.4: Đường đặc trưng nước – đất cho sét, bụi và cát mịn.....................................36 Hình 2.5: Chia miền tính toán .......................................................................................37 Hình 2.6: Sơ đồ tính toán theo mặt trượt trụ tròn ..........................................................42 Hình 2.7: Biểu đồ kết quả tính toán các hệ số Fm và Ff .................................................44 Hình 2.8: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định .....................................................................46 Hình 2.9: Sơ đồ quy trình tính toán lớp bảo vệ mái kênh .............................................51 Hình 2.10: Mô hình tính toán lớp phủ mái dốc .............................................................52 Hình 2.11: Xác định lực giữ trên đỉnh kênh ..................................................................54 vii Hình 2.12: Bố trí cọc neo .............................................................................................. 55 Hình 2.13: Xác định lực kéo dòng chảy ........................................................................ 56 Hình 2.14: Toán đồ tra hệ hố Kbk và Kdk ....................................................................... 57 Hình 2.15: Sơ đồ quy trình thi công neoweb ................................................................ 63 Hình 3.1: Bản đồ hệ thống thủy lợi Phú Ninh tỉnh Quảng Nam ................................... 69 Hình 3.2: Mặt cắt điển hình ........................................................................................... 75 Hình 3.3: Sơ đồ lực tác động do dòng chảy .................................................................. 83 Hình 3.4: Đặt khung neoweb vào lòng kênh đã tạo sẵn ................................................ 85 Hình 3.5: Đóng cọc thép định vị tấm neoweb ............................................................... 86 Hình 3.6: Ghim nối các tấm neoweb ............................................................................. 86 Hình 3.7: Hoàn thiện bề mặt kênh................................................................................. 87 Hình 3.8: Tuyến kênh sau khi hoàn thành ..................................................................... 87 Hình 3.9: Bề mặt bê tông mái kênh bị nứt .................................................................... 88 Hình 3.10: Sơ đồ tính toán của phần mềm Geoslope .................................................... 90 viii MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đánh giá so sánh kênh mương ứng dụng công nghệ Neoweb và công nghệ bê tông cốt thép thông thường cho một tuyến kênh. .....................................................22 Bảng 1.2: Phân loại vật liệu neoweb theo giới hạn chảy...............................................26 Bảng 2.1: Các giả thiết của một số phương pháp đại biểu ............................................48 Bảng 2.2: Lựa chọn sơ bộ loại neoweb theo giới hạn chảy dựa trên độ dốc và chiều cao mái kênh ........................................................................................................................59 Bảng 2.3: Lựa chọn loại neoweb với mái kênh gia cố neoweb chèn bê tông ...............59 Bảng 2.4: Lựa chọn neoweb với mái kênh gia cố neoweb chèn cuội sỏi chống xói .....60 Bảng 2.5: Lựa chọn neoweb với mái kênh gia cố neoweb chèn đất trồng cỏ tự nhiên. 61 Bảng 2.6: Khoảng cách cọc neo tùy theo loại neoweb ..................................................64 Bảng 3.1: Đặc trưng khí hậu..........................................................................................72 Bảng 3.2: Đặc trưng lượng mưa tại khu vực .................................................................73 Bảng 3.3: Đặc tính cơ lý của vật liệu neoweb dùng để thiết kế công trình ...................78 Bảng 3.4: Đặc trưng vật liệu thiết kế công trình ...........................................................79 Bảng 3.5: Hệ số tương tác tới hạn .................................................................................79 Bảng 3.6: Kiểm tra ổn định kết cấu ...............................................................................82 Bảng 3.7: So sánh kỹ thuật giữa giải pháp gia cố mái bằng bê tông cốt thép và giải pháp gia cố mái bằng công nghệ vật liệu neoweb .........................................................94 Bảng 3.8: So sánh ổn định tổng thể ...............................................................................95 ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Khi xây dựng các công trình thuỷ lợi để tưới, tiêu cho cây trồng hay cấp nước cho các nhu cầu dùng nước, thì hệ thống kênh mương đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dẫn nước, phát huy tổng hợp hiệu quả đầu tư của công trình. Tuy vậy, do điều kiện hạn chế về nguồn vốn xây dựng, giải pháp kỹ thuật, công nghệ và tác động từ thiên nhiên cũng như con người. Sau khi đầu tư xây dựng sử dụng trong một thời gian thì nhiều hệ thống kênh mương công trình thuỷ lợi bị hư hỏng đòi hỏi phải gia cố, sửa chữa. Việc sửa chữa, gia cố kênh mương phần nào giải quyết được vấn đề hư hỏng tuy nhiên những công trình sau khi gia cố, sửa chữa và đưa vào sử dụng lại nhanh chóng bị xuống cấp. Do đó, cần có giải pháp về kỹ thuật gia cố, sửa chữa phù hợp với từng công trình, tiết kiệm nguồn vốn đầu tư và bền vững. Hiện nay, đã có nhiều giải pháp gia cố kênh mương được nghiên cứu và sử dụng như tấm lát bê tông đúc sẵn, tấm lát bê tông đổ trực tiếp không ván khuôn, đổ bê tông trực tiếp lên mái kênh có ván khuôn (ván khuôn cố dịnh, ván khuôn trượt,..). Nhưng những giải pháp trên đều có nhược điểm là thi công khó đạt yêu cầu kỹ thuật hay nếu đạt yêu cần kỹ thuật thì giá thành cao. Thời gian gần đây, để gia cố kênh mương người ta dùng công nghệ vật liệu Neoweb, được đánh giá ban đầu là một giải pháp thích hợp để đáp ứng yêu cầu ổn định kênh, dễ thi công, thời gian hoàn thành ngắn, giảm khối lượng đào đắp... mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên, Neoweb là một loại vật liệu công nghệ mới chưa được ứng dụng nhiều trong xây dựng công trình thuỷ lợi, nhiều chủ đầu tư và đơn vị tư vấn còn gặp khó khăn khi sử dụng vào các dự án đầu tư xây dựng. Do đó, đề tài ”Nghiên cứu giải pháp gia cố kênh mương công trình thuỷ lợi bằng Công nghệ vật liệu Neoweb – Ứng dụng cho Kênh Chính Bắc hồ Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam” nhằm nghiên cứu làm rõ những ưu, nhược điểm và đưa ra những giải pháp ứng dụng trong thiết kế, thi công để nâng cao chất lượng, hiệu quả đầu tư xây dựng công trình là hết sức cần thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao. 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2.1. Mục tiêu - Nghiên cứu công nghệ vật liệu Neoweb khi gia cố kênh mương công trình thuỷ lợi. - Áp dụng công nghệ vật liệu Neoweb vào công trình thực tế, tìm ra giải pháp tối ưu cho công trình. 2.2. Nhiệm vụ - Tổng quan về việc xây dựng hệ thống kênh mương và các dạng hư hỏng trên hệ thống kênh mương công trình thuỷ lợi. - Tổng hợp một số giải pháp gia cố bảo vệ kênh. - Giới thiệu về công nghệ Neoweb và cơ sở tính toán lựa chọn công nghệ - Áp dụng tính gia cố kênh mương khi sử dụng công nghệ vật liệu Neoweb vào công trình cụ thể. - Những kiến nghị và đề xuất để nâng cao hiệu quả công trình. 3. Phạm vi nghiên cứu Luận văn chỉ nghiên cứu ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb khi sửa chữa, nâng cấp hệ thống kênh mương công trình thuỷ lợi, ứng dụng cụ thể cho việc thiết kế và thi công một phần kênh Chính Bắc, hồ Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Cách tiếp cận - Vận dụng kiến thức đã học trong nhà trường như các môn phân tích giới hạn kết cấu công trình, địa kỹ thuật công trình, cơ sở tính toán công trình thủy lợi.v.v.. để viết Luận văn. 2 - Kế thừa các đề tài nghiên cứu khoa học, văn bản quy phạm pháp luật, các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành, các hồ sơ tài liệu thiết kế các dự án liên quan đến mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của Đề tài để viết Luận văn và liên hệ thực tế. 4.2. Phương pháp nghiên cứu - Áp dụng quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế hiện hành. - Phương pháp mô hình hóa: Mô hình hóa công trình với các điều kiện biên khác nhau bằng các phần mềm địa kỹ thuật như GEOSLOPE, ... - Thống kê, điều tra khảo sát thực địa, thu thập và phân tích tài liệu. 5. Những đóng góp của luận văn - Tổng hợp được các dạng hư hỏng trên hệ thống kênh mương thủy lợi. Đề xuất giải pháp thiết kế phù hợp khi gia cố, sửa chữa, nâng cấp hệ thống kênh mương công trình thuỷ lợi. - Tính toán ổn định công trình kênh mương cho từng trường hợp ứng dụng công nghệ vật liệu Neoweb và công nghệ gia cố khác qua đó đánh giá ưu nhược điểm của từng công nghệ và đề xuất giải pháp gia cố phù hợp cho công trình. - Một số kiến nghị đề xuất khi thiết kế, thi công vật liệu công nghệ Neoweb để gia cố kênh mương và hướng ứng dụng mở rộng. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG, GIA CỐ KÊNH MƯƠNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI 1.1. Tổng quan hệ thống công trình kênh mương ở Việt Nam. Việt Nam là một trong số ít các quốc gia ở vùng Đông Nam Á có hệ thống thủy lợi phát triển tương đối hoàn chỉnh, với hàng ngàn hệ thống công trình thủy lợi lớn, vừa và nhỏ để cấp nước tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, cung cấp nước phục vụ sinh hoạt và công nghiệp, phòng chống lũ lụt, úng ngập, hạn hán, góp phần bảo vệ môi trường. Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tính đến năm 2014, cả nước đã xây dựng được 6.648 hồ chứa các loại, khoảng 10.000 trạm bơm điện lớn, 5.500 cống tưới tiêu lớn, 234.000 km kênh mương. Kênh mương là một trong những hạng mục quan trọng trong công trình thủy lợi. Từ thời xa xưa ông cha chúng ta đã biết sử dụng hệ thống kênh mương vừa để dẫn nước tưới tiêu cho đồng ruộng, vừa phục vụ giao thông đường thủy. Trong thời kỳ 9 năm kháng chiến chống thực dân Pháp (1945 - 1954), công tác thủy lợi được đặc biệt chú trọng để tăng gia sản xuất tự túc lương thực và đóng góp cho kháng chiến. Nhiều công trình thủy lợi cũ được tiếp tục sử dụng, các phương thức tưới tiêu cũ được tận dụng, đồng thời xây dựng các công trình thủy lợi mới có quy mô lớn. Sau 30 năm kháng chiến chống Pháp và chống Mỹ với sự tàn phá của chiến tranh thì các công trình thủy lợi hầu như bị hư hỏng, xuống cấp nặng cần phải nâng cấp và xây mới. Sau ngày giải phóng, cùng với cuộc vận động hợp tác hóa nông nghiệp, chính quyền và nhân dân các địa phương đã huy động sức người, sức của để tu sửa và xây dựng mới nhiều công trình thủy lợi quan trọng. Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước, từng bước đưa đất nước phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa thì kênh dẫn nước không chỉ phục vụ cho nông nghiệp, giao thông mà còn phục vụ cho công nghiệp, du lịch và dân sinh. Hàng loạt các công trình kênh mương được nâng cấp và kiên cố hóa nằm trong chương trình “Kiên cố hóa kênh mương và mục tiêu xây dựng nông thôn mới” 4 Theo đánh giá sau khi thực hiện kiên cố hóa kênh mương cho thấy các hệ thống công trình thủy lợi được nâng cao hiệu quả rõ rệt. Trước tiên là tính đồng bộ của hệ thống thủy lợi được đảm bảo, lượng nước thất thoát giảm từ 20-25%. Bảo đảm đủ độ cao mực nước trên các cấp kênh, tăng diện tích được tưới tự chảy rút ngắn thời gian tưới nước nên công tác quản lý nước trên hệ thống chủ động hơn; chi phí sửa chữa, tu sửa thường xuyên giảm trên 60% so với kênh đất trước đây. Cũng nhờ kiên cố hoá nguồn nước trong kênh sạch sẽ hơn góp phần đảm bảo vệ sinh môi trường nông thôn, các kênh đi ven trục đường giao thông sau khi kiên cố được mở rộng và vững chắc hơn; giúp nhân dân chủ động được nguồn nước tưới, tiêu trong sản xuất, nâng cao hiệu quả tưới, tiêu, từ đó nâng cao năng suất mùa, vụ; diện tích canh tác do kênh mương chiếm chỗ được trả lại đáng kể sau khi kiên cố hóa kênh mương. Chương trình kiên cố hóa kênh mương do Chính phủ đề ra trong thời gian qua đã có tác dụng rất lớn cho phát triển nông nghiệp, nông thôn của đất nước, đặc biệt là những tỉnh miền núi, các địa bàn còn nhiều khó khăn, đặc biệt khó khăn như: Bắc Cạn, Hà Giang, Lào Cai, Lai Châu, Quảng Nam, Đắc Lắc, Lâm Đồng, Bình Phước, An Giang, Hậu Giang, Sóc Trăng... Hệ thống kênh mương nội đồng của các địa phương trong cả nước đã được bê tông hóa có thể sử dụng lâu dài, phục vụ tưới tiêu cho diện tích cây trồng trong nông nghiệp như lúa, rau mầu, nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng, đưa sản xuất nông nghiệp tại nhiều khu vực phát triển theo hướng hiện đại hóa [1]. Những lợi ích mà kênh mương mang lại rất lớn, tuy nhiên hệ thống kênh mương dễ bị hư hỏng, xuống cấp do chịu tác động trực tiếp từ thiên nhiên và con người nên việc tìm ra giải pháp hợp lý để kiên cố hóa kênh mương nhằm tiết kiệm vốn đầu tư, mang lại hiệu quả lâu dài là rất cần thiết và đáng quan tâm. Muốn tìm ra giải pháp tốt để kiên cố hóa kênh mương thì trước hết chúng ta cần thống kê, nghiên cứu, phân tích đánh giá những dạng hư hỏng thường gặp. 1.2. Các dạng hư hỏng trên hệ thống công trình kênh mương thủy lợi. Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều giải pháp nhằm gia cố kênh mương, tuy nhiên sau thời gian chịu tác động bởi nhiều yếu tố bất lợi từ thiên nhiên cũng như con người hệ thống kênh đã bị hư hỏng, một số dạng hư hỏng cơ bản như: 5 1.2.1. Kênh bị sụt lún, sạt trượt Kênh bị sụt lún, sạt trượt là hiện tượng mất ổn định làm thay đổi mặt cắt kênh dẫn tới giảm hiệu suất làm việc. Kênh bị sụt lún, sạt trượt tạo nên những hố lồi lõm chặn dòng chảy, thu hẹp diện tích mặt cắt làm cho dòng nước chảy siết và phá hoại hoàn toàn kênh nếu không được xử lý. Hiện tượng sụt lún sạt lở bờ kênh thường do: - Địa chất bờ kênh yếu, có nhiều mạch, lỗ rỗng trong kênh khi mưa xuống gây sụt lún, sạt trượt. - Tác động của các yếu tố thủy lực dòng chảy lên bờ kênh tại những vị trí tuyến kênh cong hay đổi hướng gây sạt trượt. - Do nắng hạn, đất bị khô nứt giảm lực dính kết của đất, tạo lỗ rỗng trong bờ kênh khi gặp mưa dễ gây sạt trượt. - Do chất lượng thi công không đảm bảo yêu cầu. - Phương án thiết kế còn chưa phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Hình 1.1: Kênh tiêu Châu Bình tỉnh Nghệ An bị sạt trượt Kênh bị hư hỏng do sụt lún, sạt trượt làm giảm năng lực dẫn nước của kênh gây hư hại lúa, hoa màu và gây mất an toàn cho cuộc sống của người dân sống gần bờ kênh; công trình trên kênh. 6 1.2.2. Bê tông mái kênh bị hư hỏng Bê tông mái kênh bị hư hỏng như mái kênh bị nứt vỡ, cấu kiện bê tông mái bị bung bật gây thất thoát nước. 1.2.2.1. Với kênh được lát các tấm bê tông Kênh được lát các tấm bê tông sau thời gian khai thác các tấm lát thường bị bung, bật gây ra các khuyết tật trên bờ kênh; do tác động của dòng chảy gây xói và hư hỏng kênh. Nguyên nhân gây hư hại chính cho kênh này là: Do quá trình thi công chủ yếu là thủ công nên cân đong không đảm bảo, lượng nước chưa phù hợp nên thường cường độ không đạt yêu cầu, khi vận chuyển đến công trường thi công hay bị vỡ hoặc sứt mẻ. Một nguyên nhân nữa là do mái kênh đất trước khi rải vải địa kỹ thuật thi công chưa đạt độ chặt nên khi vận hành gây sụt lún toàn bộ mái kênh. Địa chất nền, mái kênh yếu không được xử lý đồng đều sau thời gian tác động của dòng chảy gây sụt các tấm lát. Các tấm lát quá mỏng ghép với nhau quá chặt sau thời gian chịu áp lực dẫn đến vỡ hay bung bật ra ngoài. Kênh không được xử lý chống thấm gây mất ổn định công trình. 7 Hình 1.2: Kênh Văn Phong tỉnh Bình Định bị hư hỏng 1.2.2.2. Với mái kênh bê tông được đổ tại chỗ Tương tự như kênh lát mái, kênh bê tông đổ tại chỗ cũng thường thi công chưa đạt độ chặt yêu cầu, hơn nữa thi công bê tông ở mái nghiêng trên nền đất mềm không đủ độ đặc chắc thậm chí nhiều chỗ bị rỗng, hay đầm chưa đảm bảo. Ngoài ra kênh thường thi công trong điều kiện đảm bảo tưới, tiêu nên khó đạt được tuổi như trong thiết kế dẫn đến sau một thời gian kênh bị hư hỏng. Địa chất mái kênh yếu không được xử lý đồng đều gây nứt vỡ mái kênh. Các dạng hư hỏng trên làm cho kênh mương không đảm bảo nhiệm vụ thiết kế vì vậy chúng ta cần tìm ra những giải pháp xử lý và hình thức gia cố phù hợp. 1.3. Giải pháp và hình thức gia cố mái kênh mương 1.3.1. Kênh bằng đất Kênh đất có kết cấu đơn giản được xây dựng bằng đất với mái trồng cỏ, kênh này rất hay được sử dụng cho các kênh cấp ba, kênh nội đồng. Kênh bằng đất có kết cấu đơn giản, thi công nhanh và đáp đứng được nhu cầu tưới tiêu trong khu vực nội đồng. Tuy nhiên loại kênh này bị ảnh hưởng lớn bởi tác động từ thiên nhiên cũng như các động vật gây hư hỏng, xuống cấp ảnh hưởng đến việc dẫn nước phục vụ nông nghiệp và sau một thời gian thì lớp cỏ trên mái kênh phát triển làm cản trở dòng chảy. Chính vì vậy 8 các đơn vị, tổ chức thường xuyên phải có những biện pháp nạo vét, dọn dẹp cỏ để đảm bảo nhiệm vụ dẫn nước của kênh. Do kênh bằng đất mái cỏ nhanh bị xuống cấp, thường xuyên phải bảo dưỡng mới đáp ứng được nhu cầu dẫn nước. Ngoài ra tại vị trí quan trọng như sau công trình đầu mối hay những nơi có dòng chảy xiết loại kênh này không đáp ứng được từ đó đã có nhiều dạng kết cấu kênh mương được đưa ra để kiên cố hóa tại những vị trí này. Hình 1.3: Nạo vét kênh để đảm bảo dòng chảy ở tỉnh Bắc Ninh 1.3.2. Kênh gạch xây Kênh gạch xây có kết cấu đơn giản chi phí thấp, kênh gạch xây có khả năng chống được các động vật phá hoại mái kênh và giảm lượng nước mất đi do thấm tuy nhiên do đặc thù về kết cấu này có những vấn đề như: 9 t B t Tr¸t VXM M100 dµy 1.5 cm G¹ch x©y XVM M75 Hình 1.4: Kết cấu thông thường kênh gạch xây Sau thời gian sử dụng kênh thường bị ngấm nước qua các khe xây dẫn tới không đảm bảo dẫn nước như thiết kế. Hơn nữa đặc thù của loại kênh gạch xây là chịu được áp lực ngang kém nên sau thời gian tác động của đất, động vật, xe cộ đi lại lên hai bên bờ kênh sẽ gây ra hư hỏng như sập bờ kênh hay thấm nước. Kênh xây bằng gạch hiện đang được sử dụng 2 loại gạch là gạch nung (gạch truyền thống) và gạch không nung. - Gạch nung: là loại gạch được nung từ đất nếu thi công không tốt như chất lượng vữa xây kém, độ dày vữa chát không đảm bảo; sau thời gian làm việc trong nước gạch có xu thế trở lại thành đất nên chịu lực kém và hư hỏng. - Gạch không nung: là loại gạch được sản xuất từ xi măng, cát hay vật liệu khác; gạch không nung đang là xu thể sử dụng hiện nay tuy nhiên chất lượng gạch cần được kiểm soát chặt chẽ. Kênh gạch xây chi phí thấp, thi công dễ dàng tuy nhiên do khả năng chịu tải kém, thời gian sử dụng công trình hạn chế nên thường áp dụng với kênh nhỏ khu nội đồng. 1.3.3. Kênh bê tông lắp ghép 1.3.3.1. Kênh bê tông sử dụng tấm lát đúc sẵn Các tấm bê tông đúc sẵn có kích thước thông thường là 600 x 600 x 80mm mác M150 đến M250 được ghép với nhau trên mái kênh. Các tấm này được chế tạo ở một nơi và chở đến nơi khác để gia cố, thuận tiện cho thi công và chất lượng của các tấm bê tông đảm bảo. Kênh này đơn giản thi công nhanh đảm bảo được khả năng dẫn nước nhưng 10