Tài liệu Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và giải pháp xử lý kè hàm rồng tỉnh thanh hóa

  • Số trang: 108 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 284 |
  • Lượt tải: 0
sakura

Đã đăng 11429 tài liệu

Mô tả:

LỜI CẢM ƠN Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS Nguyễn Chiến, người đã tận tình hướng dẫn và vạch ra những định hướng khoa học, chỉ bảo và đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Tập thể lớp cao học 20C22, Các đồng nghiệp trong cơ quan, cùng gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt cho tác giả trong thời gian hoàn thành luận văn. Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về mặt kiến thức trong học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 15 tháng 8 năm 2014. Tác giả Nguyễn Thị Thu Trang MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG .........................................................................................................3 1.1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông. ..............................................3 1.1.1. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam ......................................3 1.1.2. Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông .................................................5 1.1.3. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông ..........................................6 1.1.4. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông .....12 1.2. Giới thiệu về Kè Hàm Rồng ...............................................................................26 1.2.1. Vị trí, nhiệm vụ, quy mô. ................................................................................26 1.2.2. Quá trình xây dựng..........................................................................................28 1.3. Hiện trạng sạt lở kè Hàm Rồng ..........................................................................30 1.3.1 Quá trình sạt lở .................................................................................................30 1.3.2. Hiện trạng công trình đoạn từ K39+350 ~ K39+425 ......................................31 1.3.3. Những nghiên cứu đã tiến hành ......................................................................33 1.3.4. Những vấn đề tồn tại. ......................................................................................33 1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn........................................................34 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG.............35 2.1. Các điều kiện xây dựng ......................................................................................35 2.1.1. Điều kiện địa hình ...........................................................................................35 2.1.2. Điều kiện địa chất............................................................................................37 2.1.3. Điều kiện khí tượng thuỷ văn ..........................................................................39 2.2. Phân tích các nguyên nhân gây mất ổn định kết cấu kè. ....................................41 2.2.1. Ảnh hưởng của dòng chảy trong sông ............................................................41 2.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất ...................................................................41 2.2.3. Ảnh hưởng của việc gia tải sau khi làm kè .....................................................44 2.2.4. Tính toán kiểm tra ổn định của kè thiết kế năm 2009. ....................................45 2.3. Kết luận chương 2 ..............................................................................................46 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỂ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH KÈ HÀM RỒNG .............................................................................................................47 3.1. Các nguyên tắc chung khi xử lý kết cấu kè Hàm Rồng .....................................47 3.2. Đề xuất giải pháp xử lý. .....................................................................................47 3.2.1. Xử lý nền mái kè đảm bảo ổn định. ................................................................47 3.2.2. Xử lý kết cấu kè: .............................................................................................48 3.2.3. Xử lý phần dưới chân kè (ngập nước).............................................................49 3.2.4. Phương án tổng thể xử lý kè Hàm Rồng. ........................................................50 3.3. Tính toán kích thước các bộ phận kè .................................................................51 3.3.1. Kết cấu thân kè ................................................................................................51 3.3.2. Kết cấu phần dưới chân kè. .............................................................................59 3.4. Tính toán ổn định tổng thể kết cấu kè: ...............................................................60 3.4.1. Chỉ tiêu thiết kế. ..............................................................................................60 3.4.2. Các tường hợp tính toán ..................................................................................61 3.4.3. Các số liệu tính toán ........................................................................................61 3.4.4. Phương pháp tính toán. ...................................................................................62 3.4.5. Trình tự tính toán. ...........................................................................................62 3.4.6. Kết quả tính toán. ............................................................................................72 3.5. Phân tích kết quả. ...............................................................................................72 3.5.1. Về kết cấu thân kè ...........................................................................................72 3.5.2. Về ổn định tổng thể cùa kè. .............................................................................73 3.6. Kết luận chương 3. .............................................................................................73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................76 PHỤ LỤC 1 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ THIẾT KẾ 2009 ...................................78 PHỤ LỤC 2 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ ...............................…………………...97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1. Công trình kè bờ khu vực bến phà Cần Thơ, tuyến chỉnh trị chưa đạt .......7 Hình 1-2. Kè kiên cố bị mất ổn định theo phương ngang ...........................................8 Hình 1-3. Kè bảo vệ bờ sông tại Huyện ủy huyện Mỏ Cày, sau hai năm hoàn thành, phần đất đắp trên kè bị lún, sụt do nước xói ngầm lấy đi ..........................................9 Hình 1-4. Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy .........................................................10 Hình 1-5. Mất ổn định tổng thể ở kè Sa Đéc cũ – Đồng Tháp (1996) ......................11 Hình 1-6. Mất ổn định tổng thể kè Phong Điền – TP. Cần Thơ (2007)....................11 Hình 1-7. Kè khu vực cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP.HCM bị mất ổn định do thi công trên bờ trước khi thi công phần chân kè (2007) .............................12 Hình 1-8. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng do xói chân công trình kè Long Xuyên – An Giang (2005) .........................................................................................12 Hình 1-9. Trải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè .................................................13 Hình 1-10 .Một số loại thảm BT túi khuôn ...............................................................14 Hình 1-11. Kết cấu thảm FS .....................................................................................14 Hình 1-12. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn .......................15 Hình 1-13. Kè bằng GeoTube ...................................................................................15 Hình 1-14. Một loại túi địa kỹ thuật..........................................................................15 Hình 1-15. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa ........................................................15 Hình 1-16. Thảm tấm bê tông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường Giang – Trung Quốc..................................................................................................16 Hình 1-17. Kè lát mái bằng thảm tấm bê tông ............................................................17 Hình 1-18. Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép .....................................................17 Hình 1-19.Các rồng đá túi lưới đơn ..........................................................................18 Hình 1-20 . Thảm rồng đá túi lưới ............................................................................18 Hình 1-21. Thảm đá bảo vệ bờ sông .........................................................................18 Hình 1-22. Khối Amorloc .........................................................................................19 Hình 1-23. Cấu tạo khối Hydroblock ........................................................................19 Hình 1-24. Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông............................................................20 Hình 1-25. Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và thực vật .....................................21 Hình 1-26. Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát triển thực vật ......................................................................................................22 Hình 1-27. Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeowebTM ..............................23 Hình 1-28. Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa ............................................25 Hình 1-29. Vị trí tỉnh Thanh Hóa trên bản đồ Việt Nam ..........................................26 Hình 1-30. Mặt bằng khu vực Hàm Rồng .................................................................27 Hình 1-31. Đoạn lòng sông bị thu hẹp nhiều do 2 bờ đều có núi đá, đáy sông bị xói rất sâu có chỗ gần đến (-32.00) .................................................................................30 Hình 1-32. Đoạn K39+350÷K39+425 dài 75m sau trận lũ tháng 9/2012 xuất hiện các vết rạn .................................................................................................................31 Hình 1-33. Vết nứt phát triển rộng tới (15÷20)cm và bị sụt lún đứt gãy cả phần mặt bãi, tường chắn đất và cơ kè.............................................................................32 Hình 1-34. Tháng 12/2012 chân kè tụt sâu khoảng 0,8m.......................................32 Hình 1-35. Đến tháng 12/2013 có chỗ tụt sâu tới 2,50m so với thời điểm công trình vừa thi công xong ......................................................................................................32 Hình 2-1. Mặt cắt địa chất ngang kè tại K39+610 (Năm 2009) ...............................42 Hình 2-2. Mặt cắt địa chất công trình cách chân cầu Hàm Rồng 27m (tháng 7/2013) ...................................................................................................................................43 Hình 2-3. Hiện trạng trước khi xây dựng công trình ................................................44 Hình 2-4. Mặt cắt điển hình đoạn từ K39+350 – K39+460 (Thiết kế năm 2009) ....45 Hình 3-1. Phương án xử lý giảm tải bạt mái, tạo cơ kè Hàm Rồng ..........................48 Hình 3-2. Phương án tổng thể xử lý kè Hàm Rồng đoạn từ K39+350 – K39+425 ..50 Hình 3-3. Chi tiết cấu kiện bê tông đúc sẵn (40x40x22)cm .....................................57 Hình 3-4. Trích mặt bằng lắp đặt cấu kiện bê tông đúc sẵn (40x40x22)cm .............57 Hình 3-5. Trích mặt bằng tổng thể 1 đoạn kè từ K39+350 - K39+425 ....................57 Hình 3-6. Bãi đúc cấu kiện BTĐS ............................................................................58 Hình 3-7. Nhập số liệu trường hợp 1 ........................................................................63 Hình 3-8. Kết quả bài toán thấm trường hợp 1 .........................................................63 Hình 3-9. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 1 ....................................................64 Hình 3-10. Nhập số liệu trường hợp 2 ......................................................................64 Hình 3-11. Mô hình vật liệu và các thông số vật liệu của đá và bê tông ..................65 Hình 3-12. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 2 ..................................................65 Hình 3-13. Khai báo thời gian rút nước cho từng loại đất đắp .................................66 Hình 3-14. Khai báo vật liệu đất nền ........................................................................67 Hình 3-15 .Gán hàm chứa nước vào hàm thấm ........................................................67 Hình 3-16. Kết quả bài toán thấm trường hợp tích nước ..........................................68 Hình 3-17. Khai báo chế độ tính toán file nước rút .................................................68 Hình 3-18. Khai báo các thông số .............................................................................69 Hình 3-19. Khai báo cột nước thay đổi theo thời gian ..............................................70 Hình 3-20 .Phía sông nước rút từ (+5.4) xuống (-0.7) ..............................................70 Hình 3-21. Chạy kết quả trường hợp mực nước rút nhanh .......................................71 Hình 3-22. Kết quả bài toán thấm trường hợp mực nước rút nhanh .........................71 Hình 3-23. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 3 ..................................................72 Hình P-1. Nhập số liệu ..............................................................................................78 Hình P-2. Xác định các loại vật liệu .........................................................................79 Hình P-3. Mô hình vật liệu ........................................................................................80 Hình P-4. Chia phần tử ..............................................................................................80 Hình P-5. Điều kiện cột nước H ................................................................................81 Hình P-6. Lưu lượng tổng Q .....................................................................................81 Hình P-7. Kết quả bài toán thấm ...............................................................................82 Hình P-8. Tạo miền nước ..........................................................................................82 Hình P-9. Vẽ miền nước ...........................................................................................83 Hình P-10. Nhập lại đường thấm bên file thấm ........................................................83 Hình P-11. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C ........................................................84 Hình P-12. Kết quả tính toán ổn định kè thiết kế 2009 - Địa chất 2009 ...................84 Hình P-13. Nhập số liệu ............................................................................................85 Hình P-14. Xác định các loại vật liệu .......................................................................86 Hình P-15. Mô hình vật liệu ......................................................................................87 Hình P-16. Chia phần tử............................................................................................87 Hình P-17. Điều kiện cột nước H ..............................................................................88 Hình P-18. Lưu lượng tổng Q ...................................................................................89 Hình P-19. Kết quả bài toán thấm .............................................................................89 Hình P-20. Tạo miền nước ........................................................................................90 Hình P-21. Vẽ miền nước .........................................................................................90 Hình P-22. Nhập lại đường thấm bên file thấm ........................................................91 Hình P-23. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C ........................................................91 Hình P-24. Kết quả tính toán ổn định kè thiết kế 2009 - Địa chất 2013 ...................92 Hình P-25. Nhập số liệu trường hợp 1 ......................................................................93 Hình P-26. Thiết lập đơn vị tính toán trường hợp 1..................................................94 Hình P-27. Xác định các loại vật liệu .......................................................................95 Hình P-28. Mô hình vật liệu ......................................................................................96 Hình P-29. Chia phần tử............................................................................................96 Hình P-30. Điều kiện cột nước H ..............................................................................97 Hình P-31. Lưu lượng tổng Q ...................................................................................97 Hình P-32. Kết quả bài toán thấm trường hợp 1 .......................................................98 Hình P-33. Tạo miền nước ........................................................................................98 Hình P-34. Vẽ miền nước .........................................................................................99 Hình P-35. Nhập lại đường thấm bên file thấm ........................................................99 Hình P-36. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C ......................................................100 Hình P-37. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 1 ...............................................100 1 MỞ ĐẦU 1. Ý nghĩa khoa học và sự cần thiết phải nghiên cứu của Đề tài Cùng với lũ lụt, bão lốc, sạt lở bờ sông đang là vấn đề lớn bức xúc của nhiều nước trên thế giới. Sạt lở bờ sông là một qui luật tự nhiên nhưng gây thiệt hại nặng nề cho các hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông như gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn bộ một khu dân cư, đô thị. Cũng như nhiều nước trên thế giới, sạt lở bờ sông cũng đang là vấn đề lớn bức xúc hiện nay ở nước ta. Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các triền sông và ở hầu hết các địa phương có sông. Sạt lở bờ sông ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế và xã hội của địa phương. Quá trình xói, bồi, biến hình lòng dẫn, sạt lở bờ mái sông, bờ biển trong các điều kiện tự nhiên và có tác động của con người vô cùng phức tạp. Việc xác định các nguyên nhân, cơ chế, tìm các giải pháp quy hoạch, công trình nhằm phòng, chống và hạn chế tác hại của quá trình sạt lở là việc làm có ý nghĩa rất lớn đối với sự an toàn của các khu dân cư, đô thị, đối với công tác quy hoạch, thiết kế và xây dựng các đô thị mới. Hiện nay kè đê hữu sông Mã đoạn chân cầu Hàm Rồng cũ bị sụt lún rất nghiêm trọng, đá thả chân kè và cơ kè bị cuốn trôi, mái kè bị đứt gãy, hành lang kè bị sụt sạt nghiêm trọng. Vị trí kè Hàm Rồng nằm ở ngay trung tâm Thành phố Thanh Hóa, việc sụt lún này không chỉ ảnh hưởng đến ổn định kè, đe dọa tính mạng của nhân dân mà còn ảnh hưởng rất lớn đến mỹ quan Thành phố Thanh Hóa, vì vậy đoạn kè này đang được rất nhiều cơ quan chức năng quan tâm nhưng chưa tìm được giải pháp xử lý nào cho kè Hàm Rồng. Vì vậy việc Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và giải pháp xử lý Kè Hàm Rồng - tỉnh Thanh Hoá là vấn đề vô cùng cấp thiết với tỉnh Thanh Hoá hiện nay. 2. Mục đích của Đề tài: - Đánh giá được các tồn tại trong xây dựng kè Hàm Rồng – tỉnh Thanh Hóa - Đề xuất dạng công trình bảo vệ bờ phù hợp cho kè Hàm Rồng – tỉnh Thanh Hóa 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu thời gian gần đây về xử lý mái kè và chân kè những đoạn đê xung yếu, dòng chảy phức tạp. - Phân tích đánh giá nguyên nhân gây sạt lở kè Hàm Rồng. - Đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ phù hợp - Lựa chọn giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Mã đoạn đầu kè Hàm Rồng tỉnh Thanh hóa 4. Kết quả đạt được - Đưa ra các nguyên nhân gây sạt lở của đoạn kè. - Đưa ra các giải pháp xử lý giảm thiểu sạt lở, đảm bảo an toàn cho kè Hàm Rồng. - Tính toán xác định loại thảm đá sử dụng bọc chân kè giảm thiểu tình trạng đá bị cuốn trôi ở chân kè, ảnh hưởng đến mái và cơ kè. Tính toán lựa chọn loại cấu kiện bê tông đảm bảo kỹ thuật và mỹ thuật. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG 1.1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông. Công trình bảo vệ bờ sông là dạng công trình áp dụng tại những nơi cần chống sạt lở, không làm ảnh hưởng đến lòng dẫn. Công trình này làm tăng khả năng chống xói lở của lòng dẫn, không phá hoại kết cấu dòng chảy. Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông, đặc biệt là về mùa lũ. Công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng để bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến dạng do dòng chảy mặt và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát đi theo những hướng xác định theo mục đích chỉnh trị sông. Công trình bảo vệ bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh trị, nhằm bảo vệ các điều kiện làm việc có lợi của một con sông, bảo vệ bờ chống xói lở, bảo vệ dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông. 1.1.1. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam 1.1.1.1. Các loại công trình dân gian, thô sơ Có thể phân chia các loại công trình thô sơ làm 3 dạng: * Trồng cây chống sóng, chống xói, gây bồi bảo vệ bờ Loại cây trồng để bảo vệ bờ gồm có bèo tây (lục bình), dừa nước, mắm (trắng), bần, nga. Riêng ở tỉnh An Giang trên một số kênh hay đê bao chống lũ được bảo vệ mái bằng cỏ Vetiver. * Bảo vệ bờ bằng phên liếp, cọc cừ gỗ Các loại vật liệu để bảo vệ bờ gồm phên tre, phên cừ tràm, cừ tràm hoặc cọc tre, gỗ đóng ken sát nhau. Đôi khi ở phía trong bờ còn có lục bình hoặc trồng cây cỏ. * Bảo vệ bờ bằng bao tải cát, xà bần đá đổ kết hợp cọc cừ gỗ Các loại vật liệu bảo vệ bờ gồm bao tải cát, xà bần (gạch vỡ), đá đổ, bao đất đắp trên mái bờ tạm thời bảo vệ bờ. 1.1.1.2. Các loại công trình bán kiên cố Công trình bán kiên cố có hai dạng chủ yếu. Một là dạng sử dụng vật liệu đá 4 xây, thảm đá, rọ đá. Hai là dạng sử dụng cọc, cừ bê tông cốt thép (BTCT) kết hợp gạch xây, cừ tràm. * Dạng sử dụng vật liệu là đá xây, thảm đá, rọ đá Đá là một loại vật liệu chống xói, bảo vệ bờ khá hiệu quả, nhờ có tính chống xói cao (do đường kính hạt lớn), dễ biến dạng trên mặt nền công trình. Tuy vậy, trong môi trường đất nền yếu đá dễ bị chìm vào trong lớp bùn sét nếu không có lớp lọc ngược, hoặc lớp lọc bị hư hỏng. Để khắc phục tình trạng chìm của đá hộc trên nền mềm yếu, ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thường dùng đá xây, rọ đá (gabion) hoặc thảm đá (loại gabion có chiều dày nhỏ - khoảng 30 cm). Đá xây liên kết các viên đá lại thành mảng, nhưng khó biến dạng, thường được dùng ở những khu vực nền ít lún, vững chắc. Rọ đá hay thảm đá liên kết nhiều viên đá hộc lại với nhau bằng lưới thép (ở ĐBSCL thường dùng lưới thép bọc PVC để tránh ăn mòn trong môi trường phèn, mặn). Thông thường, cả đá hộc, rọ đá hay thảm đá đều được đặt trên tầng lọc ngược để tránh đất cát bị trôi ra ngoài do tác động của dòng thấm. Mái kè được xây dựng cả theo dạng tường đứng, hơi nghiêng hoặc lát trên mái nghiêng. * Dạng sử dụng cọc, cừ BTCT (kết hợp gạch xây, cừ tràm, cọc tre) Những dạng công trình này, thông thường lấy hệ cọc BTCT là kết cấu chịu lực chính. Hệ cọc bê tông thường được liên kết với nhau bằng đà giằng ở đỉnh cọc (dầm mũ). Có một số công trình, các cọc được đóng thành hai hàng, hàng ngoài nối với hàng trong bằng đà giằng. Khi đó hệ cọc liên kết với nhau theo dạng khung. Bản chắn đất giữa các cọc BTCT, có khu vực dùng bản (cừ) BTCT, có nơi dùng gạch xây và có khi dùng cả cọc tre, tràm đóng ken sát nhau để chắn đất. 1.1.1.3. Các loại công trình kiên cố * Kè rọ đá, đá xây kết hợp bê tông Vật liệu liệu chính là đá hộc, được liên kết với nhau để chịu lực (xây vữa) hoặc để chống chìm trong đất yếu bằng cách xếp trong rọ đá hay thảm đá. Vật liệu chế tạo rọ và thảm thường là loại lưới thép bọc PVC, phù hợp với môi trường phèn, mặn. * Kè bê tông cốt thép mái nghiêng hoặc nửa đứng nửa nghiêng 5 Kết cấu chính của kè dạng này là tường bê tông cốt thép có dạng nửa đứng nửa nghiêng. Kết cấu phần đứng đảm bảo tiết kiệm quỹ đất do công trình xây dựng hầu hết ở các khu đô thị hay khu tập trung dân cư, nơi đất đai được coi là “tấc đất tấc vàng”. Ngoài ra, phần tường đứng thuận lợi cho việc neo đậu thuyền bè ở “mặt tiền sông”, phù hợp với tập quán khai thác thế mạnh của sông nước. Mái kè còn lại là mái nghiêng bảo đảm sát với mái bờ sông tự nhiên, giảm khối lượng đào đắp và giảm được tác động của lực ngang. Phần chân của mái nghiêng ra phía lòng sông thường được bảo vệ bằng thảm đá, rọ đá, hoặc thảm bê tông để chống xói, bảo đảm cho chân kè ổn định. * Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo được xây dựng ở những khu vực khó di dời, giải tỏa, không còn quỹ đất. Kết cấu của kè là loại cừ bản bê tông cốt thép hoặc cừ BTCT dự ứng lực, loại vật liệu chịu được lực ngang lớn. * Kè bê tông cốt thép, cừ thép tường đứng có neo Kè bê tông cốt thép hoặc kè bằng thép có neo được xây dựng ở những khu vực có mặt bằng rộng rãi, có thể giải tỏa để bố trí hệ thanh neo, dây neo. Kết cấu kè hợp lý hơn do lực ngang được giữ bởi neo trong bờ, giảm được chuyển vị ngang ở đỉnh kè. * Kè kết hợp tác động vào lòng dẫn và dòng chảy Kè kết hợp nhiều biện pháp chỉnh trị thực chất là kè tác động không chỉ vào lòng dẫn (biện pháp bị động) mà còn tác động vào cả dòng chảy (biện pháp chủ động) làm giảm vận tốc dòng chảy để bảo vệ bờ. 1.1.2. Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông - Kè chịu áp lực đất nằm ngang, áp lực nước ngầm trong đất, chân kè bị xói lở dẫn đến kè mất ổn định theo phương ngang. - Chịu áp lực theo phương đứng. Phần bảo vệ chân kè chưa đủ sâu dưới tác động của dòng chảy trong sông rạch, khi đó, chân kè bị xói rỗng, mái bờ kè bị lún, sụt kéo theo đất, cát theo phương đứng ra ngoài làm sụp mái kè, mất ổn định do xói chân kè, nhưng phương ngang của kè vẫn ổn định. 6 - Kè mất ổn định do kết cấu. Do nền đất yếu, các khung bê tông cốt thép bị chuyển vị lớn, bị nứt sau đó cốt thép bị phá hoại và bị ăn mòn. Hoặc do lớp bảo vệ cốt thép nhỏ, kết cấu bị hư hại ngay trong quá trình lắp đặt, vận chuyển hoặc sẽ mau chóng bị xâm thực. - Kè chịu đồng thời nhiều áp lực. Không được tính toán khả năng xói chân kè dưới tác dụng của dòng chảy, sau một thời gian nhất định, chân kè bị xói và kè bị mất ổn định do tác động của lực ngang và lực đứng hoặc tải trọng trên bờ quá lớn so với khả năng chịu lực của kè. Quá trình thi công không đúng trình tự, làm kè không chịu được tải trọng trong quá trình thi công, do công trình thi công phần trên mái kè trước, trong khi chân kè chưa được bảo vệ, làm cho tường kè mất ổn định. 1.1.3. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông 1.1.3.1. Chưa có quy hoạch tổng thể Hầu hết các công trình đã thi công chưa có quy hoạch chỉnh trị tổng thể của sông cũng như đoạn sông nơi có công trình, chưa lường trước những diễn biến phức tạp do công trình gây ra đối với bản thân nó cũng như các khu vực lân cận. Ví dụ về hậu quả của vấn đề này trình bày trên Hình 1.1 - Hệ tường cừ thép có neo bảo vệ bờ sông tại phà Cần Thơ - Bình Minh, Vĩnh Long, sông Hậu, xây dựng chưa theo tuyến chỉnh trị, làm dòng chảy phân bố không đều, dễ gây xói cục bộ ở chân điểm nhô ra của kè. 7 Hình 1-1. Công trình kè bờ khu vực bến phà Cần Thơ, tuyến chỉnh trị chưa đạt Ngay cả các công trình kè khác đã xây dựng trên các dòng sông chính đã thiết kế và xây dựng, nhưng quy hoạch chỉnh trị tổng thể của các đoạn sông thì hoặc chưa có hoặc chưa được phê duyệt để bảo đảm quản lý, kiểm soát các công trình có liên quan sẽ xây dựng. Cũng liên quan đến tuyến chỉnh trị là việc xác định phạm vi công trình. Chiều dài công trình thường chưa được xác định một cách thỏa đáng. Một nguyên nhân cơ bản là do kinh phí có hạn, cho nên chiều dài công trình chưa đủ đến vị trí sông ổn định. Xác định chiều dài của công trình rất khó tính toán trên lý thuyết, nhất là đối với hệ thống sông chịu tác động của dòng chảy hai chiều (thủy triều). 1.1.3.2. Mất ổn định cục bộ do xói chân kè a. Mất ổn định cục bộ theo phương ngang Do xói chân kè làm lực ngang tăng lên vượt quá giới hạn cho phép của tường cừ. Lực ngang gây ra bởi hai nguyên nhân: một là áp lực đất chủ động, hai là áp lực nước thấm. Áp lực đất chủ động tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu từ đỉnh đến chân kè. Nếu gọi áp suất chủ động là p và áp lực chủ động là P ta nhận được các công thức sau từ cơ học đất: 8 p = γ .h. tan 2 ( 45o − ϕ 2 ) 1 ϕ P = γ .h 2 tan 2 (45o − ) 2 2 Trong đó: + γ là trọng lượng riêng của đất; + h là cột đất tính từ mặt đất đến điểm tính áp lực chủ động + ϕ là góc ma sát trong của đất. Trong trường hợp không có tầng lọc hoặc tầng lọc không bảo đảm thoát nước thấm, áp lực nước trong đất cũng gia tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu tính từ mực nước ngầm trong đất đến mực nước ngoài sông. Khi chân kè bị xói, lực ngang tăng vượt quá giới hạn chịu lực ngang của tường kè, làm kè bị xô ngang, hoặc nếu kè có thanh neo, thì thanh neo không đủ sức giữ kè và kè bị đổ nghiêng ra sông. Cừ thép bị đổ do xói chân kè công trình Tường kè đình Tân Hoa bị đổ, Mỹ Thuận kè cũ tại Sa Đéc - Đồng Tháp (1998) - Tỉnh Vĩnh Long (2005) Hình 1-2. Kè kiên cố bị mất ổn định theo phương ngang b. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng Trường hợp này cũng giống như ở công trình bán kiên cố, do chưa dự phòng xói (bảo vệ chân kè chưa đủ sâu dưới tác động của dòng chảy trong sông), khi đó chân kè bị xói rỗng, mái bờ kè bị lún, sụt kéo theo đất, cát theo phương đứng ra ngoài làm xụp mái kè. Trường hợp này cũng bị mất ổn định do xói chân kè, nhưng 9 phương ngang của kè vẫn ổn định. Hình 1.3 thể hiện công trình kè tại Ủy Ban và Huyện Ủy huyện Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre bị hư hỏng do nguyên nhân mất ổn định cục bộ theo phương đứng. Hình 1-3. Kè bảo vệ bờ sông tại Huyện ủy huyện Mỏ Cày, sau hai năm hoàn thành, phần đất đắp trên kè bị lún, sụt do nước xói ngầm lấy đi c. Mất ổn định cục bộ của kết cấu - Một số kết cấu có dạng khung bằng bê tông cốt thép, mặc dù khả năng chịu lực vẫn đủ, cường độ của bê tông sau khi kiểm tra vẫn bảo đảm, nhưng do biến dạng và biến dạng không đều (nền đất yếu), các nút khung bị chuyển vị lớn, bị nứt, sau đó, cốt thép bị ăn mòn và kết cấu bị phá hoại. Trường hợp điển hình là nút khung của kết cấu kè bị phá hủy tại công trình kè Vĩnh Long cũ (Hình 1.4). - Một số tấm bản bê tông cốt thép lát mái có lớp bảo vệ cốt thép quá nhỏ, kết cấu bị hư hại ngay trong quá trình lắp đặt, vận chuyển hoặc sẽ mau chóng bị xâm thực bởi môi trường phèn, mặn, là môi trường thường xuyên gặp phải ở ĐBSCL: Trường hợp điển hình là tấm lát mái kè bị phá hoại tại công trình kè bến cảng Năm Căn – sông Cửa Lớn– Cà Mau (Hình 1.4). 10 Khung BTCT - kè Vĩnh Long cũ – Tấm bê tông lát mái kè cảng Năm Căn - Sông Tiền (1994) Cà Mau- sông Cửa Lớn (2002) Hình 1-4. Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy d. Mất ổn định tổng thể Trường hợp mất ổn định tổng thể xảy ra do một hoặc kết hợp của các nguyên nhân sau: + Không được tính toán khả năng xói chân kè dưới tác dụng của dòng chảy, sau một thời gian nhất định, chân kè bị xói và kè bị mất ổn định do tác động của lực ngang và lực đứng như trường hợp của kè Sa Đéc cũ (Hình 1.5). + Tải trọng trên bờ quá lớn so với khả năng chịu lực của kè, như trường hợp ở kè Phong Điền, TP Cần Thơ ( Hình 1.6). + Thi công không đúng trình tự, làm kè không chịu được tải trọng trong quá trình thi công. Đó là trường hợp ở kè cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP Hồ Chí Minh. Do công trình thi công phần trên mái kè trước, trong khi chân kè chưa được bảo vệ, làm cho tường kè mất ổn định (Hình 1.7) 11 Hình 1-5. Mất ổn định tổng thể ở kè Sa Đéc cũ – Đồng Tháp (1996) Hình 1-6. Mất ổn định tổng thể kè Phong Điền – TP. Cần Thơ (2007) 12 Hình 1-7. Kè khu vực cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP.HCM bị mất ổn định do thi công trên bờ trước khi thi công phần chân kè (2007) Hình 1-8. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng do xói chân công trình kè Long Xuyên – An Giang (2005) 1.1.4. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông 1.1.4.1. Ứng dụng vật liệu mới a. Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao Trong những năm gần đây, theo sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa chất, các loại vải, dây được sản xuất bằng sợi tổng hợp Polymer được sử dụng rộng rãi trong công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển như các loại vải địa kỹ thuật làm tầng lọc, cốt cho đất đắp, các thảm, ống, túi vải độn vật liệu chống xói đáy, bảo vệ chân và mái bờ sông... a 1 . Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm 13 Hình 1-9. Trải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè Vải địa kĩ thuật được chọn để thay thế tầng lọc ngược truyền thống, có thể xúc tiến nhanh tiến độ thi công, tiết kiệm đầu tư, đồng thời do khả năng lọc của vải địa kỹ thuật được sản xuất công nghiệp hóa vì vậy càng đảm bảo chất lượng lọc của công trình (Hình 1.9) a2. Sử dụng vải địa kỹ thụât để gia cường nền đất thân kè gia cố, thân mỏ hàn đất Khi các công trình kè gia cố mái, mỏ hàn bằng đất đắp có chiều cao đất đắp lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, vải địa kĩ thuật có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc. Trong trường hợp này vải địa có chức năng gia cường a 3 . Các loại thảm bảo vệ mái và chống xói đáy Để tăng cường tính ổn định và mềm dẻo của khối bảo vệ mái, từ lâu đã có nhiều nghiên cứu chế tạo các loại thảm được chế tạo từ vải địa kỹ thụât, vải bằng sợi tổng hợp có cường độ cao, sợi nilon...để chứa bêtông hoặc chứa đất, cát làm thảm bảo vệ mái bờ sông và chống xói đáy chân bờ sông như là thảm phủ bằng vải địa kỹ thụât, thảm bêtông túi khuôn, thảm túi cát, ống, túi địa kỹ thuật (Hình 1.10).
- Xem thêm -