Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông chu thanh hóa

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Chu – Thanh Hóa” hồn thành với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ nhiệt tình Khoa Cơng trình, thầy giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, Cục Đê điều, Tổng công ty tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam tạo điều kiện động viên giúp đỡ mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn quan, đơn vị cá nhân nói Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS TS Nguyễn Cảnh Thái trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ thời gian thực luận văn Sự thành công luận văn gắn liền với trình giúp đỡ, động viên cổ vũ gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, điều kiện thời gian có hạn nên khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy cô giáo, anh chị bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2015 Tác giả Tường Duy Anh LỜI CAM ĐOAN Tên Tường Duy Anh, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả Tường Duy Anh MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống đê điều Việt Nam 1.1.1 Hệ thống đê Bắc Bộ Bắc Trung Bộ 1.1.2 Hệ thống đê sông, cửa sông khu vực Trung Trung Bộ Nam Trung Bộ6 1.1.3 Hệ thống đê biển 1.1.4 Hệ thống đê sông, bờ bao khu vực Đồng sông Cửu Long 1.1.5 Kè chống xói lở biên giới Việt Trung 1.2 Hiện trạng đê điều Việt Nam 1.2.1 Đánh giá trạng tuyến đê sông 1.2.1.1 Về khả chống lũ 1.2.1.2 Về mặt cắt hình học 1.2.1.3 Về thân đê 10 1.2.1.4 Về đê 11 1.2.2 Các nguyên nhân gây ổn định đến điều kiện làm việc bình thường đê 14 1.2.3 Các biện pháp bảo vệ 16 1.2.3.1 Trồng rừng phòng hộ 16 1.2.3.3 Phân lũ chậm lũ vào vùng trũng 17 1.2.3.4 Chỉnh trị nạo vét lịng sơng, làm thơng thống bãi sơng 17 1.2.3.5 Tăng cường cơng tác quản lý, hộ đê phịng lụt, củng cố hệ thống đê điều 18 1.3 Kết luận 21 CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT CƠ BẢN 22 2.1 Lý thuyết phân tích ổn định mái dốc 22 2.1.1 Phương pháp cân giới hạn 22 2.1.1.1 Lý thuyết phương pháp cân giới hạn 22 2.1.1.2 Nhận xét chung phương pháp cân giới hạn 26 2.2 Ứng dụng mô hình tốn 26 2.2.1 Phương pháp giải tích 27 2.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 28 2.3 Lựa chọn phần mềm tính toán 28 2.3.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis 29 2.3.2 Phương pháp giảm dần liên tục ϕ, c theo phần mềm Plaxis 31 2.4 Kết luận chương II 34 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ ĐÊ SÔNG CHU 36 3.1 Giới thiệu đê hữu sông Chu 36 3.1.1 Phạm vi trạng tuyến đê hữu sông Chu 36 3.1.2 Điều kiện làm việc tuyến đê hữu sông Chu 39 3.1.3 Các cố xảy 41 3.2 Điều kiện tự nhiên 41 3.2.1 Điều kiện địa chất 41 3.2.2 Điều kiện khí hậu, khí tượng 41 3.3 Lựa chọn biện pháp cơng trình 42 3.3.1 Nguyên tắc chung 42 3.3.2 Phương án nghiên cứu 42 3.3.3 Các giải pháp xử lý 50 3.3.3.1 Phương pháp gia cố cọc cát 50 3.3.3.2 Tăng hệ số mái 51 3.3.3.3 Trồng thân thiện với môi trường 51 3.3.3.4 Khoan 52 3.3.3.5 Sử dụng kết cấu mái kè 53 3.3.3.6 Xử lý phương pháp cố kết hút chân không 54 3.3.3.7 Phương pháp gia cố cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăngvôi 55 3.3.4 Đề xuất phương án xử lý 56 3.4 Tính tốn ổn định cho đoạn đê hữu sơng Chu, xã Thiệu Tâm 56 3.4.1 Tính tốn ổn định với hệ số mái khác Plaxis 56 3.4.2 Sử dụng phương pháp đóng cọc để ổn định mái đê 62 3.4.2.1 Sử dụng cọc cừ larsen 62 3.4.2.2 Sử dụng cọc bê tông 69 3.5 Kết luận 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số đê sơng Việt Nam Hình 1.2 Đê biển Việt Nam Hình 1.3 Mặt cắt ngang đặc trưng đê Hình 1.4 Sạt lở đê .14 Hình 1.5 Nứt gây sạt lở, vỡ đê 15 Hình 1.6 Nạo vét lịng sông 18 Hình 1.7 Xây dựng củng cố đê 18 Hình 2.1 Xác định mơmen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ trịn 24 Hình 2.2 Xác định góc ma sát lực dính huy động 31 Hình 2.3 Quan hệ ∑Msft ~ chuyển vị .34 Hình 3.1 Đoạn đê từ K0+350 – K0+950 đê hữu sông Chu 36 Hình 3.2 Kè Thọ Nguyên 37 Hình 3.3 Hố sập K38+950 kè Thiệu Tâm 38 Hình 3.4 Cầu Tịng Tân .38 Hình 3.5 Hố sập K38+950 42 Hình 3.6 Lỗ rị từ đồng sang sơng K39 43 Hình 3.7 Mặt cắt địa chất đê K38+760 .44 Hình 3.8 Kết lưới biến dạng đê 46 Hình 3.9 Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước .47 Hình 3.10 Kết phổ chuyển vị đê 48 Hình 3.11 Hệ số ổn định Msf=1.026 49 Hình 3.12 Thi cơng xử lý cọc cát .50 Hình 3.13 Trồng chắn sóng bảo vệ đê 51 Hình 3.14 Trồng ven bờ sơng, bờ biển bảo vệ bờ 52 Hình 3.15 Thi công khoan 52 Hình 3.16.Một số dạng kè đê sông 53 Hình 3.17 Xử lý đất yếu phương pháp cố kết hút chân không 54 Hình 3.18 Gia cố cọc xi măng đất .55 Hình 3.19 Kết lưới biến dạng đê với hệ số mái đắp M=3.00 57 Hình 3.20 Kết gia tăng chuyển vị đê với hệ số mái đắp M=3.00 58 Hình 3.21 Kết phổ chuyển vị đê với hệ số mái đắp M=3.00 .59 Hình 3.22 Hệ số ổn định Msf=1.187 với hệ số mái M=3.00 60 Hình 3.23 Cọc cừ Larsen 62 Hình 3.24 Vị trí đặt cọc .63 Hình 3.25 Lưới biến dạng đê 65 Hình 3.26 Kết phổ chuyển vị đê 66 Hình 3.27 Kết gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước 67 Hình 3.28 Hệ số ổn định Msf=1.312 68 Hình 3.29 Cọc cừ BTCT dự ứng lực 70 Hình 3.30 Lưới biến dạng đê 74 Hình 3.31 Kết phổ chuyển vị đê 75 Hình 3.32 Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước .76 Hình 3.33 Hệ số ổn định Msf=1.273 77 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Chỉ tiêu lý dùng tính tốn 45 Bảng 2.2: Các tổ hợp tải trọng tính tốn ổn định với hệ số mái 56 Bảng 2.3: Kết tổ hợp tính tốn ổn định với hệ số mái 61 Bảng 2.4: Tổ hợp tính tốn sử dụng cọc cừ Laser SP-IV 64 Bảng 2.5: Tổng hợp kết tổ hợp tính tốn sử dụng cọc cừ Laser SP-IV .69 Bảng 2.6: Tổ hợp tính tốn sử dụng cọc cừ SW 500-B100 .73 Bảng 2.7: Tổng hợp kết tổ hợp tính tốn sử dụng cọc cừ SW 500-B100 78 PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đê hay cịn gọi đê điều, cơng trình thành lũy đất hình thành nên dọc theo bờ sông, bờ biển để ngăn nước ngập khu vực cụ thể Đê có hai dạng hình thành tự nhiên nhân tạo Đê tự nhiên hình thành lắng đọng trầm tích sơng, dịng nước tràn qua bờ sông Khi tràn qua bờ, vận tốc dòng nước giảm làm vật liệu dòng nước lắng đọng theo thời gian mà cao dần, cao đến mức bề mặt vùng đất bị lụt Còn đê nhân tạo người xây dựng nên cốt để ngăn nước tràn gây ngập lụt Đê nhân tạo có đê loại vĩnh cửu, có đê loại tạm thời vùng đất trường hợp khẩn cấp Trên giới, từ thiên niên kỷ thứ trước công nguyên, cư dân văn minh thung lũng Indus đắp đê Mỗi vùng đất, tùy theo địa hình tập quán dân tộc, khả điều kiện khoa học kỹ thuật riêng biệt mà người ta xây dựng đê nhiều hình thức khác Đối với Việt Nam địa hình đặc biệt có bờ biển dài dọc theo lãnh thổ, sơng suối nhiều, có sơng quốc tế đến Việt Nam điểm hạ lưu cuối sông Hồng, sông Đà, sông Cửu Long nên việc phải xây dựng đê để ngăn nước ngập lụt điều tất yếu đương nhiên phải bền vững, quy mô so với đê nước giới Riêng Thanh Hóa có 1.008 km đê, chưa kể đê vùng địa phương đắp chống úng, ngăn lũ, 160 kè, 900 cống đê Hệ thống đê điều bảo vệ cho 2,5 triệu dân 200.000 đất canh tác 17 huyện, thị xã, thành phố tỉnh Thực tế, phần lớn hệ thống đê điều tỉnh xây dựng cách lâu, thân đê nhỏ, thấp, yếu, nhiều cơng trình kè, cống xuống cấp, nguy vỡ đê thường trực Trên tuyến đê sông lớn đê sông xảy nhiều cố như: Sạt trượt đê sông Chu thuộc địa phận xã Thiệu Phúc Thiệu Hóa), sạt trượt mái đê kè tả sổng Bưởi (Thạch Thành), nứt dọc mặt đê hữu sông Mã thuộc địa phận xã Thiệu Quang (Thiệu Hóa), sụt chân kè Vĩnh Minh (Vĩnh Lộc) Theo đánh giá Báo cáo Đánh giá trạng cơng trình đê điều trước lũ năm 2011, đê sông Chu tuyến đê trọng yếu tỉnh Mặc dù tu, bảo dưỡng thường xuyên, nguồn vốn hạn hẹp, hạng mục đầu tư không đồng với việc cơng trình đê đầu tư xây dựng từ lâu nên hàng năm vào mùa mưa lũ, nhiều đoạn bị sạt lở, xung yếu, đe dọa trực tiếp đời sống mùa màng nhân dân Công tác cải tạo, chỉnh trang tu bổ đê điều nói chung tuyến đê sơng Chu nói riêng có ý nghĩa quan trọng, phù họp với xu phát triển chung khu vực Qua đó, tăng tuổi thọ phát huy tối đa hiệu cơng trình thủy lợi, ổn định đời sống cho người dân góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội địa phương vùng dự án II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Tu bổ nâng cấp, xử lý trọng điểm xung yếu đê sơng Chu, tỉnh Thanh Hóa - Phịng chống lũ, đảm bảo an toàn đê điều, bảo vệ dân cư phạm vi dự án - Kết hợp phát triển giao thông III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Điều tra trạng, địa chất đê - Tính tốn, nghiên cứu phương án bảo vệ đê - Kế thừa tài liệu, sở liệu, kết nghiên cứu Với cách tiếp cận cho phép đề tài tiết kiệm nhiều cơng sức, kinh phí thời gian IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC - Đảm bảo an toàn đê điều, phòng chống lụt bão, bảo vệ dân cư phạm vi vùng dự án - Kết hợp tăng cường lực giao thông phục vụ công tác kiểm tra, cứu hộ, cứu nạn, dân sinh kinh tế góp phần phát triển kinh tế xã hội cho địa phương khu vực l M=3,nước rút từ MNLTK=11m đến MNDBT=5m Hình PL 1-28: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-29: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-30: Kết phổ chuyển vị đê Tính tốn ổn định cọc cừ Laser SP-IV a Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 12.28, MNLTK=11m Hình PL 1-31: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-32: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-33: Kết phổ chuyển vị đê b Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 12.28, MNDBT=5m Hình PL 1-34: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-35: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-36: Kết phổ chuyển vị đê c Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 12.28, MNKTK=1m Hình PL 1-37: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-38: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-39: Kết phổ chuyển vị đê d Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 8.28, MNLTK=11m rút xuống MNDBT=5m Hình PL 1-40: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-41: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-42: Kết phổ chuyển vị đê e Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 8.28, MNLTK=11m Hình PL 1-43: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-44: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-45: Kết phổ chuyển vị đê f Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 8.28, MNDBT=5m Hình PL 1-46: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-47: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-48: Kết phổ chuyển vị đê g Cọc cừ Laser SP-IV đóng CT 8.28, MNKTK=1m Hình PL 1-49: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-50: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-51: Kết phổ chuyển vị đê Tính tốn ổn định cọc cừ BTCT SW 500-B100 a Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 12.28, MNLTK=11m Hình PL 1-52: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-53: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-54: Kết phổ chuyển vị đê b Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 12.28, MNDBT=5m Hình PL 1-55: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-56: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-57: Kết phổ chuyển vị đê c Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 12.28, MNKTK=1m Hình PL 1-58: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-59: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-60: Kết phổ chuyển vị đê d Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 8.28, MNLTK=11m rút xuống MNDBT=5m Hình PL 1-61: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-62: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-63: Kết phổ chuyển vị đê e Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 8.28, MNLTK=11m Hình PL 1-64: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-65: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-66: Kết phổ chuyển vị đê f Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 8.28, MNDBT=5m Hình PL 1-67: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-68: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-69: Kết phổ chuyển vị đê g Cọc cừ BTCT SW 500-B100 đóng CT 8.28, MNKTK=1m Hình PL 1-70: Lưới biến dạng đê Hình PL 1-71: Sự gia tăng chuyển vị thay đổi mực nước Hình PL 1-72: Kết phổ chuyển vị đê