Ảnh hưởng của lũ và lũ quét đến một số công trình giao thông ở vùng duyên hải miền trung

11 ẢNH HƯỞNG CỦA LŨ VÀ LŨ QUÉT ĐẾN MỘT SỐ CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Ở VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG TS Lê Xuân Khâm Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt Việt Nam là một nước nằm trong vùng áp thấp nhiệt đới, có nh[.]

ẢNH HƯỞNG CỦA LŨ VÀ LŨ QUÉT ĐẾN MỘT SỐ CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Ở VÙNG DUN HẢI MIỀN TRUNG TS Lê Xuân Khâm Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Việt Nam nước nằm vùng áp thấp nhiệt đới, có nhiều thiên tai bất thường lũ, bão Một số năm gần đây, vùng duyên hải miền Trung nơi có bão áp thấp nhiệt đới đổ nhiều so với nước Bão áp thấp nhiệt đới thường kéo theo mưa lớn, tập trung sinh lũ lụt gây nhiều thiệt hại tài sản thiệt hại người, có cơng trình giao thơng nơng thơn Trong báo, tác giả thống kê số dạng hư hỏng cơng trình giao thơng nơng thơn vùng duyên hải miền Trung nước ta, phân tích tổng quan nguyên nhân nghiên cứu sơ giải pháp giảm thiểu thiệt hại lũ gây Từ khóa: lũ, lũ qt, hư hỏng, cơng trình giao thông ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước nằm vùng chịu ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới, có nhiều thiên tai bất thường bão, lũ, lũ quét Khi ảnh hưởng kết hợp bão, áp thấp nhiệt đới hay dãy hội tụ nhiệt đới có mưa lớn sinh lũ Lũ lớn sông diễn biến chậm thường xảy diện rộng kéo dài; lũ quét tượng thiên tai có tính chất đặc điểm khác biệt lũ diễn biến nhanh, mang tính bất thần khốc liệt Lũ quét thường xảy vùng đồi núi, nơi có độ dốc sơng suối lớn, cường độ mưa lớn mà đường thoát lũ bất lợi Hằng năm, lũ lũ quét gây nhiều thiệt hại người Một số năm gần đây, khu vực duyên hải miền Trung nơi có bão áp thấp nhiệt đới đổ nhiều so với nước Chỉ tính riêng từ năm 1972 đến năm 2005 có 39 bão đổ vào nước ta có 19 bão đổ vào miền Trung (chiếm 49% số bão) Những năm gần đây, tỷ lệ lại cao Trong khoảng thời gian từ năm 1995 đến 2005 có 18 bão đổ vào nước ta có tới 11 bão đổ vào duyên hải miền Trung Bão áp thấp nhiệt đới thường kéo theo mưa lớn Mưa bão trung bình chiếm khoảng 20÷30% lượng mưa hàng năm Mưa tập trung gây lũ lụt triền sông ngập úng vùng thấp Dun hải miền Trung có 15 sơng với diện tích lưu vực lớn 1000 km2 phân bố khắp tỉnh, hầu hết sông bắt nguồn từ dãy Trường Sơn đổ biển Đông với độ dốc lớn, gặp chế độ thủy triều phức tạp chế độ sóng biển, tạo dịng ven tác động mạnh mẽ tới chế độ bùn cát cửa sông [1] Sơng miền Trung có mùa kiệt dài lưu lượng bé, mùa lũ ngắn lưu lượng lớn (khoảng 70% lưu lượng năm), lên xuống đột ngột Rừng đầu nguồn bị phá nghiêm trọng, nhiều nơi sinh lũ qt Lũ thường đơi với bão gây xói bồi nghiêm trọng bờ sông vùng cửa sông Các tuyến đường sắt, đường giao thông Bắc-Nam, tuyến đường giao thông nông thôn bị xói lở, hư hỏng lũ gây Chỉ tính riêng trận lũ tháng 12 năm 1999 tỉnh Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú n, Khánh Hịa có số cơng trình như: cầu cống sập trôi 43 cái, cầu cống hư hỏng 1060 cái, đường bị hư hại 36 km, gần triệu m3 đất bị sạt lở… tổng thiệt hại lên tới 120 tỷ đồng [2] Các cơng trình giao thơng cơng trình giao thơng nơng thơn thường xây dựng mức bảo đảm thấp (thường cấp IV, cấp V [3], [4]) Song vùng nông thôn, 11 khu vực miền núi lại thường xả đợt lũ lớn, lũ quét nên có nhiều yếu tố chủ quan người thiết kế chưa kể tới: mực nước, lưu lượng dòng chảy, va chạm vật với cơng trình…Cho nên mức độ hư hỏng cơng trình loại tương đối lớn Vấn đề đặt cần phải nghiên cứu nguyên nhân hư hỏng cầu đường, từ khuyến cáo giải pháp để giảm thiểu thiệt hại bão lũ gây 2.1 Cầu bị hư hỏng: - Sạt lở kè mố cầu (hình 1): Khi xây dựng cầu, thu hẹp dòng chảy đường dẫn đầu cầu chốn chỗ vào lịng dẫn [5] Vì dịng chảy liên tục nên giảm nhỏ tiết diện dòng chảy, làm tăng lưu tốc trung bình ứng suất tiếp đoạn thu hẹp Vào mùa lũ, mực nước dâng cao nên giá trị lưu tốc trung bình dịng chảy lớn phần kè mố cầu dễ bị xói, sạt lở - Lũ trơi cầu (hình 2): thực tế cho thấy, có nhiều cầu độ khơng đảm bảo nước vào mùa lũ Cầu bị nhấn chìm ngập hồn tồn đợt lũ quét Mặt cầu chịu áp thủy động xơ ngang dịng nước, kết hợp với áp lực đẩy nổi, nên cầu bị trơi phần hay trơi tồn - Hư hỏng đường đầu cầu: nguyên nhân diện cầu khơng đảm bảo nước vào mùa lũ, nước tràn lên cầu hai bên đầu cầu Phần đất đắp đầu cầu bị bão hòa nước, cường độ chống cắt đất bị giảm; mặt khác khối đất lại bị chịu áp lực thấm áp lực đẩy phần nối tiếp đầu cầu bị xói lở bị trơi hồn tồn - Xói cục trụ cầu: xói cục xói lở có dạng hố sâu sinh sát chân trụ cầu cấu dòng chảy quanh trụ cầu bị thay đổi đột ngột Nguyên nhân chủ yếu nước chảy từ thượng lưu gặp trụ cầu bị dâng lên uốn quanh theo hình dáng trụ làm cho tốc độ lưu lượng nguyên tố hai bên tường trụ tăng lên đáng kể so với lúc tự nhiên [6] hình thành dịng chảy xốy quanh trụ cầu Hiện tượng mạnh lên mực nước sông dâng cao dịng chảy lũ, phạm vi xói chân cầu phát triển; kết hợp với tải trọng động nước, vật làm phá hủy mố, trụ thân cầu bị sập (hình 3) 2.2 Đường bị hư hỏng - Xói lở rãnh mặt đường: cường độ mưa lượng mưa lớn hình thành dòng chảy mặt đường Lớp đất sát mặt đường bị bão hòa nước, cường độ đất bị giảm Nước sườn đồi đổ xuống mặt đường (nếu đường nằm sườn đồi), nước lũ đến từ vùng lân cận hình thành dòng chảy tập trung với lưu tốc lớn lưu tốc cho phép vật liệu làm rãnh vật liệu làm mặt đường; bên cạnh cường độ đất đường yếu bão hòa nước nên đường lịng rãnh bị xói lở, làm ổn định đường (hình 4) Hình Hư hỏng kè mố cầu (cầu Gia Thiều – Quảng Ngãi) Hình Mặt cầu (Hà Tĩnh) bị trôi nên phải bắc cầu tạm để lại CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG XẢY RA DO BÃO LŨ 12 Hình Cầu Xóm Đền (Quảng Ngãi) bị sập trụ bị phá hoại Hình Xói lở đường Bình Tiên (Quảng Nam) - Bong tróc mặt đường ngập nước: có lũ, nhiều tuyến đường bị ngập nước, mặt đường đường bị bão hòa nước, lớp phía mặt đường có kết cấu nước bê tông, bê tông asphalt chịu tác dụng áp lực đẩy Ngồi cịn chịu tác dụng tải trọng động thẳng đứng lực tác dụng ngang phát sinh xe chạy hãm phanh ô tô, xe máy…sẽ làm liên kết mặt đường bị phá vỡ mối liên kết hạt gây nên tượng bong tróc mặt đường bị ngập nước - Sạt lở sườn dốc đồi mái dốc đường: tượng thường xảy có đợt mưa lớn kéo dài tuyến đường ven sườn đồi, đường phải tôn cao so với độ dốc tự nhiên…khi lượng mưa đủ lớn làm đất bão hòa nước, trọng lượng khối đất tăng, khả chống cắt giảm đồng thời xuất dòng chảy ngầm tạo dòng thấm khối đất nên gây nên tượng trượt đất từ sườn đồi xuống đường trượt mái taluy đường đầu cầu…Vấn đề đặt nguyên nhân để độ cầu không đảm bảo dẫn nước mà để nước tràn ngập qua mặt cầu vào mùa lũ, làm tồn thân mặt cầu chịu áp lực xơ ngang lớn; hậu thân mặt cầu bị nước lũ trơi, xói lở đường hai bên đầu cầu, sạt lở kè mố cầu? rõ ràng nguyên nhân chủ quan người thiết kế mà nguyên nhân thiên tai bất thường gây lũ, lũ quét Các tác động thiên tai bất thường chưa kể đến thiết kế - Sạt lở kè mố cầu: thu hẹp dòng chảy đường dẫn đầu cầu chốn chỗ lịng sơng tự nhiên nguyên nhân bị sạt lở đầu cầu Vào mùa mưa lũ, phần đường giao thông đầu cầu bị bão hịa nước mưa Vì vậy, chịu tác dụng thay đổi thay đổi tăng lên lưu tốc dịng chảy, phần đầu cầu chịu tác dụng dòng thấm từ mặt đường hướng xuống xảy tượng xói ngầm, nguyên nhân gây sạt lở kè chân mố cầu - Lũ trơi cầu; xói lở, hư hỏng đường đầu cầu: Khẩu diện thơng nước cầu tính theo Q p% cơng thức [6]:  c  .P.Vch Trong đó: c – diện tích nước cầu trước xói ứng với mực nước tính tốn Qp% - lưu lượng tính tốn ứng với tần suất p%  - hệ số thu hẹp dòng chảy mố trụ cầu, phụ thuộc vào lưu tốc dòng chảy độ mố P – hệ số xói cho phép lớn nhất, phụ thuộc vào chiều sâu dịng chảy hình thức móng trụ cầu PHÂN TÍCH CÁC NGUN NHÂN VÀ PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI 3.1 Đối với cầu: phân tích ngun nhân hư hỏng cầu dịng nước lũ vật trơi Có nhiều cầu thiết kế theo kiểu cầu tràn (vào mùa kiệt, nước thoát mặt cầu; vào mùa mưa lũ, nước tràn mặt cầu) Để đảm bảo giao thông cho mùa mưa mùa khô, đa số cầu thiết kế không cho nước tràn qua Song thực tế cho thấy loại cầu này, vùng nông thôn miền núi bị nước tràn qua vào mùa lũ, gây số hư hỏng như: cầu sập, xói lở đường hai bên 13 Vch - tốc độ trung bình dịng chảy lúc tự nhiên ứng với lũ tính tốn; Trên cơng thức tính diện thoát nước cầu dùng ứng với tần suất lũ p%, diện cầu phụ thuộc vào chiều sâu, lưu lượng lưu tốc dòng chảy Thực tế, vào mùa lũ thường có nhiều vật trơi sơng (ví dụ cối bị lũ trơi), vật trơi theo dịng nước với vận tốc lớn va chạm vào mố trụ cầu làm hư hỏng phận Đặc biệt có thiên tai bất thường lũ quét, mực nước sông tăng lên đột ngột với mực nước lưu lượng lớn, thân cầu chịu áp lực xô ngang nước đồng thời chịu tác dụng va chạm vật nổi… nên thân cầu bị trơi nhiều nhịp, toàn mặt cầu Đối với đường hai bên đầu cầu, phía mặt bị xói mịn dịng nước lũ, tồn khố đất chịu áp lực thấm áp lực đẩy Đây nguyên nhân hư hỏng đầu cầu - Xói cục trụ cầu: nguyên nhân chủ yếu vận tốc dòng chảy quanh trụ vượt vận tốc cho phép xói, đất đá xung quanh trụ cầu bị phá vỡ liên kết xoáy nước tăng tốc dòng chảy xung quanh trụ Trong tài liệu tính xói tác giả Trần Đình Nghiên [7] tác giả trình bày chi tiết cách tính tốn xói lở trụ mố cầu, song chưa đề cập chi tiết trường hợp thiên tai bất thường Diễn biến xói phát triển mạnh lưu tốc dòng chảy hàm lượng bùn cát tăng vào mùa lũ Ngoài trụ cầu chịu tác dụng tăng thêm vật nổi, lực tác dụng tăng thêm dòng chảy thu hẹp dòng chảy trụ mố cầu ngăn vật lại 3.2 Đối với đường: cầu, đường vùng duyên hải miền Trung có nhiều hư hỏng sau đợt mưa lũ Có nhiều nguyên nhân khác nhau, song chủ yếu nguyên nhân đặc biệt xảy có thiên tai bất thường - Xói lở rãnh mặt đường: nguyên nhân chủ yếu lớp nước chảy mặt đường có mưa lũ gây Những nguồn nước xâm nhập vào mặt đường rãnh chủ yếu từ nguồn: nước mưa rơi trực tiếp mặt đường, mái đường; nước ngầm từ đất tác dụng lên đường; nước từ dòng chảy lớn nhỏ tác dụng vào đường [8] Rãnh thoát nước thiết kế mặt cắt độ dốc đáy đảm bảo nước 14 có mưa lũ Song thực tế ta thấy nhiều tuyến đường bị xói lở rãnh nước, xói lở sâu vào đường (hình 4) sau đợt mưa lũ Nhiều vị trí đường cạnh sườn núi, đồi chịu tác dụng dòng chảy tập trung từ xuống với động lớn, gây xói lở cục mặt đường, rãnh nước; ngồi mưa lũ, có trường hợp đá rơi từ sườn đồi, phá vỡ kết cấu rãnh nước Kết hợp với dịng chảy tập trung rãnh nước vị trí trũng có mưa kéo dài với cường độ lớn, vị trí đường rãnh bị phá hại cục đá rơi, dòng chảy sườn đồi đổ xuống phát triển kể chiều sâu chiều rộng - Bong tróc mặt đường ngập nước: thiết kế đường, thân người thiết kế phải đặt yêu cầu đường làm việc không bị ngập nước Để đảm bảo điều đó, người ta phải thiết kế hệ thống thoát nước ngầm, thoát nước mặt cho đường [8] Vì có mưa lũ bất thường, hệ thống nước khơng đảm bảo u cầu thoát nước, nước bị ngập mặt đường Vấn đề thường người thiết kế không đưa vào sức chịu tải đường Khi nước ngập, mặt đường đường bị bão hòa nước, cường độ đường vật liệu làm đường giảm Lớp mặt đường chịu tác dụng áp lực đẩy nổi; chịu tác dụng lực thẳng đứng, tác dụng lực nằm ngang (ở mặt đường) phát sinh phương tiện giao thông chạy đường hãm phanh Lớp mặt đường bị giao động lên, xuống, ngang; hậu hạt có xu tách rời liên kết mặt đường, gây nên tượng bong tróc mặt đường, tạo thành ổ gà sau đợt lũ - Sạt lở sườn dốc đồi mái dốc đường: có nhiều nguyên nhân gây trượt lở đất sườn dốc mái taluy đường: Cường độ mưa lượng mưa lớn tạo động lớn hạt mưa rơi gây xói mịn đất, phá vỡ vỡ mối liên kết hạt lôi chúng tạo nên dòng lũ bùn đá; bên sườn dốc nơi có địa hình trũng thấp tạo thành dịng chảy mặt, phân cắt địa hình, tạo điều kiện hình thành khối trượt độc lập Do mưa lớn liên tục, đất sườn đồi mái dốc taluy đường bão hịa nước, nước có xu hướng chảy phía chân đường chân dốc, khối đất chịu tác dụng áp lực thấm, trọng lượng khối đất tăng, đồng thời làm giảm lực kháng cắt đất đá Một nguyên nhân vào mùa mưa lũ mực nước sông tăng cao, nhiều đoạn đường cạnh sơng bị xói chân sườn dốc, gây sạt lở mái taluy đường sạt lở đường KẾT LUẬN Thiên tai bất thường tượng tự nhiên xảy nhiều nước giới, có Việt Nam Vùng duyên hải miền Trung nơi có nhiều bão, lũ – thiên tai bất thường so với nước chịu nhiều thiệt hại người của, có cơng trình dân dụng, thủy lợi, giao thơng Báo cáo tác giả đề cập số dạng hư hỏng liên quan đến số cơng trình giao thơng nơng thôn vùng duyên hải miền Trung bão lũ gây Có nhiều nguyên nhân gây nên các cố hư hỏng cơng trình cầu đường, ngồi ngun nhân chủ quan cịn có ngun nhân thiên tai gây Để giảm thiểu thiệt hại thiên tai bất thường gây ra, khảo sát thiết kế, phải đưa đầy đủ thông số chịu tải cơng trình, phải khảo sát đầy đủ số liệu thủy văn, có nghĩa phải nâng mức bảo đảm cơng trình cho phù hợp với thực tế - Đối với cơng trình cầu: ngồi tải trọng thông thường, phải kể đến tải trọng đặc biệt như: lực xô ngang nước lũ, vật nổi, phân tích yếu tố phát sinh cầu bị nước lũ tràn qua… - Đối với cơng trình đường: phân tích đầy đủ yếu tố đường mặt đường chịu ảnh hưởng mưa lũ, nước ngập đường lũ, đường mặt đường chịu tác dụng dòng chảy tập trung… Các nghiên cứu chế phá hoại định lượng khả chịu tải số sơ đồ tính điển hình đăng tải dần số TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Mạo Thuyết minh đề tài “Nghiên cứu sở khoa học giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo an tồn cơng trình xây dựng điều kiện thiên tai bất thường miền Trung” Bộ khoa học Công nghệ, Hà Nội, 2008 [2] Ban đạo phòng chống lụt bão Trung ương “Báo cáo tổng hợp thiệt hại lũ lụt miền Trung gây tháng 12 năm 1999” [3] TCVN 4054-2005 “Đường ô tô- yêu cầu thiết kế”.Tiêu chuẩn Việt Nam, Hà Nội, 2005 [4] 22 TCN 272 - 05 “Đường ô tô – yêu cầu thiết kế” Tiêu chuẩn ngành, 2005 [5] Nhóm tác giả “Sổ tay tính tốn thủy lực thủy văn ngành cầu đường” Tổng công ty Tư vấn thiết kế Giao thông vận tải - Bộ giao thông vận tải, Hà Nội, 2006 [6] Nguyễn Xuân Trục “Thiết kế đường ô tô - Công trình vượt sông” Nhà xuất Giáo dục, 77-80, 1998 [7] Trần Đình Nghiên “Xói lở cơng trình cầu” Nhà xuất Xây dựng, năm 2008 [8] Nguyễn Văn Định “ Giáo trình thiết kế đường ô tô” Trường đại học Giao thông đường sắt đường Abstract EFFECTS OF FLOODS AND FLASH FLOODS TO SOME WORKS TRAFFIC IN THE CENTRAL COASTAL REGION Vietnam is a country in the tropical low pressure area, there are many natural disasters unusual such as flood, storms In recent years, the central coastal region is where storms and tropical low pressure are landing more than in the country Storms and tropical low pressure usually follow heavy rains, concentration, causing inundations It has caused much damge of property and human lives, including rural works traffic In this report, the author statistics some damage of rural works traffic in the central coastal region of Vietnam, analyze the cause overview as well as preliminary studies to minimizing solutions of damage that are caused by flood Key words: flood, flash flood, damages, rural works traffic 15 ... Nam Vùng duyên hải miền Trung nơi có nhiều bão, lũ – thiên tai bất thường so với nước chịu nhiều thiệt hại người của, có cơng trình dân dụng, thủy lợi, giao thông Báo cáo tác giả đề cập số dạng... giả đề cập số dạng hư hỏng liên quan đến số cơng trình giao thơng nơng thơn vùng dun hải miền Trung bão lũ gây Có nhiều nguyên nhân gây nên các cố hư hỏng công trình cầu đường, ngồi ngun nhân chủ... sát thiết kế, phải đưa đầy đủ thơng số chịu tải cơng trình, phải khảo sát đầy đủ số liệu thủy văn, có nghĩa phải nâng mức bảo đảm cơng trình cho phù hợp với thực tế - Đối với công trình cầu: ngồi