Làm rõ ảnh hưởng của biến dạng thấm đến các sự cố đê điều, đồng thời làm sáng tỏ khả năng mất ổn định thấm nền đê tả sông hồng qua huyện kim động, tỉnh hưng yên (từ km108 ÷ km114)

MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU DÙNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÊ ĐIỀU VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình đê sơng đồng Bắc Bộ 1.1.1 Tổng quan hệ thống đê sông đồng Bắc Bộ 1.1.2 Hiện trạng đê sông cố xảy 1.1.3 Cấu trúc địa chất lớp đất thân đê đê 1.2 Các dạng phá hoại thường gặp thấm gây 1.2.1 Mất ổn định mái dốc thân đê 1.2.2 Hiện tượng xói ngầm [1] 12 1.2.3 Hiện tường đùn đất đẩy trồi đất 16 1.3 Kết luận chương 18 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THẤM, NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA DÕNG THẤM CÓ ÁP ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐÊ 20 2.1 Phương trình vi phân dịng thấm 20 2.1.1 Thiết lập phương trình 20 2.1.2 Điều kiện biên 22 2.2 Phương pháp giải toán ổn định thấm đê 24 2.2.1 Mục đích 24 2.2.2 Phương pháp giải tích [3] 24 2.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 27 2.2.4 Phân tích lựa chọn phương pháp tính tốn .29 2.3 Tác động thủy lực dịng thấm có áp đến ổn định đẩy bục tầng phủ [4] 30 2.3.1 Phân tích tác động đẩy bục đột ngột 30 2.3.2 Phương pháp TTCBGH tính hệ số an toàn ổn định tầng phủ [3] 32 2.3.3 Điều kiện không xảy đùn đất .33 CHƢƠNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ VÀO VIỆC KIỂM TRA AN TỒN ĐÊ TẢ SƠNG HỒNG QUA HUYỆN KIM ĐỘNG, TỈNH HƢNG YÊN (KM108 ÷ KM114) 35 3.1 Hiện trạng tuyến đê nghiên cứu 35 3.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 35 3.1.2 Đặc điểm thủy văn địa chất thủy văn 35 3.1.3 Đặc điểm địa chất cơng trình 36 3.1.4 Đặc điểm cấu trúc địa chất đê 37 3.1.5 Mặt cắt ngang đặc trưng đoạn đê tả sơng Hồng (Km108 ÷ Km114) 38 3.2 Mơ hình tính tốn 39 3.2.1 Sơ đồ tính toán 39 3.2.2 Các đặc trưng thấm đất dùng cho tính tốn .39 3.2.3 Trường hợp tính tốn .40 3.3 Kết tính tốn .40 3.4 Nhận xét đánh giá 43 3.5 Tính tốn cho trường hợp cụ thể đoạn đê tả sơng Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (Km108 ÷ Km114) 43 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN XỬ LÝ BIẾN DẠNG THẤM THÍCH HỢP Ở NỀN ĐÊ TẢ SƠNG HỒNG QUA HUYỆN KIM ĐỘNG, TỈNH HƢNG YÊN (KM108 ÷ KM114)……… 50 4.1 Các hư hỏng thường gặp đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (đoạn từ Km108 ÷ Km114) 50 4.2 Các giải pháp xử lý biến dạng thấm đê .50 4.2.1 Chống thấm sân trước .51 4.2.2 Kéo dài đường thấm tường chống thấm đê 52 4.2.3 Tạo màng chống thấm 52 4.2.4 Gia cố đắp khối phản áp phía đê .53 4.2.5 Xây dựng giếng giảm áp 54 4.2.6 Xây dựng tuyến đê quây giảm cấp phía đê 55 4.2.7 Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mức nước nơi dòng thấm 56 4.3 Đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (Km108 ÷ Km 114) 58 4.4 Tính tốn ổn định thấm sau có biện pháp xử lý 59 4.4.1 Trường hợp gia cố đắp phản áp .59 4.4.2 Trường hợp gia cố giếng giảm áp 64 4.4.3 Nhận xét kết sau dùng biện pháp gia cố 65 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 73 CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU DÙNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị Tên gọi ký hiệu Cu - d10, d60 mm Kích thước đường kính hạt có hàm lượng tích lũy tương ứng 10% 60% h1 mm Cột nước áp phía thượng lưu Hệ số không hạt đất  Thế lưu tốc ∆ Tỷ trọng hạt đất e Hệ số rỗng đất  Ứng suất tổng ’ Ứng suất hữu hiệu u kG/cm2  Độ C kG/cm2 Lực dính đất ,n kN/m3 Trọng lượng riêng đất nước K cm/s Góc ma sát đất Hệ số thấm đất Gradien áp lực dòng thấm I Gradien áp lực cho phép [I] đn Áp lực nước lỗ rỗng kN/m3 Trọng lượng riêng đẩy đất DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Kết tính tốn thơng số tốn thấm 27 Bảng 3.1 Cao trình mực nước thiết kế đê 36 Bảng 3.2 Số liệu địa chất lớp đất (Km 111÷ Km114) 36 Bảng 3.3 Bảng số liệu trường hợp tính tốn 40 Bảng 3.4 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=1m 40 Bảng 3.5 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=1.5m 41 Bảng 3.6 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=2m 41 Bảng 3.7 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=2.2m 41 Bảng 3.8 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=2.5m 41 Bảng 3.9 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=3m 42 Bảng 3.10 Bảng kiểm tra ổn định thấm trường hợp H1=5m 42 Bảng 3.11 Bảng kiểm tra ổn định thấm mặt cắt C704 (Km112+058) 49 Bảng 4.1 Bảng kiểm tra ổn định thấm sau gia cố đắp phản áp 60 Bảng 4.2 Bảng kiểm tra ổn định thấm sau gia cố giếng giảm áp 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ tả địa chất đê tả sơng Hồng (Km76 ÷ Km124) Hình 1.2 Sơ đồ phá hoại ổn định mái dốc mực nước lũ dâng cao 10 Hình 1.3 Trượt sâu mái đê phía đồng thấm 10 Hình 1.4 Sơ đồ phá hoại mực nước lũ rút nhanh 11 Hình 1.5 Phá hoại mái đê theo mặt trượt 11 Hình 1.6 Dạng phá hoại mối đào hang 12 Hình 1.7 Các dạng hang thấm tập trung 12 Hình 1.8 Sự cố xói ngầm 13 Hình 1.9 Sự ổn định tượng đùn đất 17 Hình 1.10 Sự cố mạch đùn, mạch sủi ao, hồ phía đê 18 Hình 1.11 Sự cố đùn đất 18 Hình 2.1 Sơ đồ thiết lập phương trình vi phân 20 Hình 2.2 Điều kiện biên 22 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn 25 Hình 2.4 Sơ đồ lưới phần tử 29 Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn hệ số an tồn chống đẩy bục đột ngột tầng phủ 31 Hình 3.1 Mặt cắt ngang đặc trưng đê 39 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn 39 Hình 3.3 Biến đổi hệ số an tồn đẩy bục tầng phủ phía đê 42 Hình 3.4 Mặt cắt địa chất C704 Km 112+058 44 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C704 (Km112+058) 45 Hình 3.6 Phân bố tổng cột nước thân đê mặt cắt C704 (Km112+058) 46 Hình 3.7 Phân bố Gradien thân đê mặt cắt C704 (Km112+058) 47 Hình 3.8 Cột nước đo áp điểm đáy lớp địa chất số 2, mặt cắt C704 (Km112+058) 48 Hình 3.9 Biến đổi hệ số an tồn đẩy bục tầng phủ phía đồng, mặt cắt C704 (Km112+058) 49 Hình 4.1 Giải pháp sân phủ chống thấm đê 51 Hình 4.2 Giải pháp tường chống thấm phía ngồi đê 52 Hình 4.3 Giải pháp tạo màng chống thấm 53 Hình 4.4 Giải pháp áp tiêu nước phía đê 53 Hình 4.5 Giái pháp giếng giảm áp 54 Hình 4.6 Xây dựng tuyến đê quây giảm cấp phía đê 56 Hình 4.7 Giải pháp có mạch đùn, mạch sủi 57 Hình 4.8 Giải pháp có tập đồn mạch đùn, mạch sủi 57 Hình 4.9 Biến đổi hệ số an tồn đẩy bục tầng phủ phía đồng sau gia cố, mặt cắt C704 (Km112+058) 60 Hình 4.10 Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C704 (Km112+058) sau đắp phản áp 61 Hình 4.11 Phân bố tổng cột nước thân đê mặt cắt C704 (Km112+058) trường hợp gia cố đắp phản áp 62 Hình 4.12 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp gia cố đắp phản áp 63 Hình 4.13 Mặt cắt giếng khoan giảm áp 64 Hình 4.14 Biến đổi hệ số an toàn đẩy bục tầng phủ phía đồng sau gia cố_ mặt cắt C704 (Km112+058) 65 Hình 4.15 Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C704 (Km112+058) sau bố trí giếng giảm áp 66 Hình 4.16 Biểu đồ véc tơ thấm 67 Hình 4.17 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp gia cố giếng giảm áp 68 Hình 5.1 Sơ đồ thấm trường hợp H1=1m 74 Hình 5.2 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=1m 75 Hình 5.3 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=1m 76 Hình 5.4 Sơ đồ thấm trường hợp H1=1.5m 77 Hình 5.5 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=1.5m 78 Hình 5.6 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=1.5m 79 Hình 5.7 Sơ đồ thấm trường hợp H1=2m 80 Hình 5.8 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=2m 81 Hình 5.9 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=2m 82 Hình 5.10 Sơ đồ thấm trường hợp H1=2.5m 83 Hình 5.11 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=2.5m 84 Hình 5.12 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=2.5m 85 Hình 5.13 Sơ đồ thấm trường hợp H1=3m 86 Hình 5.14 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=3m 87 Hình 5.15 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=3m 88 Hình 5.16 Sơ đồ thấm trường hợp H1=5m 89 Hình 5.17 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=5m 90 Hình 5.18 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=5m 91 PHẦN MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống đê điều Bắc Bộ nói chung đê tả sơng Hồng chạy qua tỉnh Hưng n nói riêng đóng vai trị quan trọng việc phịng chống, giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn cho trung tâm văn hóa, khu dân cư tỉnh Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Lịch sử ghi nhận vụ vỡ đê với sức tàn phá ghê gớm để lại hậu lâu dài Trong điều kiện đất nước giai đoạn công nghiệp hóa – đại hóa u cầu việc bảo vệ khu dân cư, khu kinh tế công nghiệp chống lại tàn phá bão, lũ cần thiết Đoạn đê tả sông Hồng qua tỉnh Hưng Yên có địa chất phức tạp Ở khu vực nhiều khu vực xuất mạch đùn, mạch sủi, sạt trượt mái đê đoạn đê xã Phú Thịnh – Mai Động - Đức Hợp huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (từ Km108 ÷ Km114)… Nguyên nhân cố chủ yếu dòng thấm đê gây nên Đê tả sơng Hồng đoạn từ Km108 ÷ Km114, đánh giá đoạn đê xung yếu huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên Thực tế, hàng năm nước lũ sông Hồng đạt mức báo động 3, đoạn đê xảy nhiều mạch sủi, mạch đùn đe dọa nghiêm trọng ổn định đê Vì vậy, nghiên ảnh hưởng dịng thấm đến làm việc àn tồn đê cần thiết, kết nghiên cứu áp dụng để phân loại, lựa chọn khu vực, đoạn cần gia cố nhằm tăng cường ổn định thấm đoạn đê tả (Km108 ÷ Km114), để từ có biện pháp xử lý thích hợp Mục tiêu luận văn Mục tiêu đề tài làm rõ ảnh hưởng biến dạng thấm đến cố đê điều, đồng thời làm sáng tỏ khả ổn định thấm đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (từ Km108 ÷ Km114), để từ đề xuất giải pháp xử lý thích hợp nhằm nâng cao mức độ ổn định cho đoạn đê Phƣơng pháp phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Thu thập số liệu địa hình, địa chất, thủy văn khu vực tuyến đê, cố xảy năm qua đoạn đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (đoạn từ Km108 ÷ Km114) Sử dụng lý thuyết phần mềm Geo-Studio Canada để tính tốn thơng số đưa vào nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ổn định thấm đoạn đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (đoạn từ Km108 ÷ Km114) Các kết đạt đƣợc - Làm rõ ảnh hưởng đặc tính biến dạng thấm cố xảy với đê sông, đưa ảnh hưởng chiều dày tầng phủ đến ổn định thấm đê - Làm sáng tỏ ảnh hưởng chiều dày tầng phủ đến khả ổn định thấm đê tả sông Hồng qua huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (đoạn từ Km108 ÷ Km114) làm rõ trường hợp cần phải có biện pháp xử lý biến dạng thấm, trường hợp không cần xử lý, qua tác giả phân vùng, lựa chọn nhứng đoạn để xử lý biến dạng thấm để từ đề xuất giải pháp xử lý biến dạng thấm thích hợp nhằm đảm bảo ổn định cho tồn tuyến đê CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÊ ĐIỀU VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình đê sơng đồng Bắc Bộ 1.1.1 Tổng quan hệ thống đê sông đồng Bắc Bộ Việt Nam có gần 8.000 km đê, có gần 6.000 km đê sông 2.000 km đê biển Riêng đê sơng có 3.000 km 1.000 km đê biển quan trọng Có gần 600 kè loại 3.000 cống đê Trong đó, riêng hệ thống đê sơng Bắc Bộ Bắc Trung Bộ có tổng chiều dài khoảng 5.200 km Trong đó: Đê từ cấp III đến cấp đặc biệt có chiều dài khoảng 2.400 km Bao gồm - Hệ thống đê sơng Hồng có tổng chiều dài 1.400 km, bao gồm: + Đê cấp đặc biệt (đê nội thành Hà Nội) : 37,7 km + Đê cấp I : 382,8 km + Đê cấp II : 376,9 km + Đê cấp III : 608,4 km - Hệ thống đê sơng Thái Bình có chiều dài 621,5 km gồm + Đê cấp I : 73,8 km + Đê cấp II : 126 km + Đê cấp III : 421,6 km - Hệ thống sông Mã, sơng Cả có tổng chiều dài 357,6 km, gồm: chiều dài đê thuộc hệ thống sông Mã, sông Chu 292,2 km chiều dài đê thuộc hệ thống sông Cả, sông La 65,4 km; - Hưng Yên tỉnh thuộc trung tâm đồng sông Hồng, có đê lớn đê sơng Hồng đê sơng Luộc Đây cơng trình dồn tụ nhiều cơng sức, trí tuệ nhiều hệ Tồn đê sơng Hồng đê cấp I có chiều dài 59 Km, đê sông Luộc dài khoảng 21 Km Đê có bề mặt rộng từ 5÷ 6m 1.1.2 Hiện trạng đê sông cố xảy 1.1.2.1.Hiện trạng [10] Địa hình hai ven đê dọc theo chiều dài tuyến lúc đầu kiểu địa hình bãi bồi ngồi nhau, có lũ cao bãi ngồi đê phủ thêm lớp phù sa làm bề mặt bãi ngồi khác nâng cao phía đồng Bề mặt địa hình ven đê sơng phía đồng thay đổi tác động người theo thời gian bị phân cắt chủ yếu việc lấy đất làm gạch, đào ao …tạo nhiều ao, hồ, thùng đấu, đầm lầy …Địa hình ven đê sơng thay đổi theo thời gian tùy vào chế độ dòng chảy lượng phù sa bãi bồi, có nơi tơn cao mở rộng, có nơi bị bào mịn xói lở Như đoạn đê huyện Kim Động: xã Phú Thịnh, Mai Động (Km 109 ÷ Km110+500), xã Ngọc Thanh (Km 111+200 đến Km 115 + 500) phía đồng Các tuyến đê từ lâu đắp phương pháp thủ công với công cụ thô sơ kỹ thuật đơn giản, thân đê có nhiều lỗ rỗng Phần lớn tuyến đê đắp tôn cao áp trúc qua nhiều thời kỳ nhiều loại đất không đồng chất, đặc biệt riêng đê từ hình thành chưa xử lý triệt để Từ thấy thân đê cịn nhiều tồn tại, ẩn họa: tổ mối, khe nứt, lỗ rỗng, …gây sạt trượt, thẩm lậu mùa lũ Mặt khác, đắp đê tự nhiên không qua khảo sát, xử lý, nhiều hồ, ao đầm nằm sát chân đê Vì mùa lũ tượng thấm qua tạo thành cố mạch sủi, hồ sủi lớn, giếng phun nước… gây xói mịn đê nguy dẫn đến vỡ đê Trong vịng 100 năm qua, hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình xuất 26 trận lũ lớn Các trận lũ lớn đa số xảy vào tháng 8, nhằm vào thời kỳ cao điểm mùa mưa bão Lịch sử lũ lớn năm 1971, mực nước lũ năm 1971 cao mặt đất đồng ruộng ven đê từ đến 10m Mực nước sông Hồng ngày 20/8 lên đến 14,3m Hà Nội (cao mực nước báo động III đến 2,63m) Năm 1945 vỡ 79 đoạn đê, làm ngập 260.000ha Năm 1957 vỡ đê Mai Lâm – sông Đuống, lũ năm 77 Hình 5.4 Sơ đồ thấm trường hợp H1=1.5m 78 Hình 5.5 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=1.5m 79 Hình 5.6 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=1.5m 80 Hình 5.7 Sơ đồ thấm trường hợp H1=2m 81 Hình 5.8 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=2m 82 Hình 5.9 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=2m 83 Hình 5.10 Sơ đồ thấm trường hợp H1=2.5m 84 Hình 5.11 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=2.5m 85 Hình 5.12 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=2.5m 86 Hình 5.13 Sơ đồ thấm trường hợp H1=3m 87 Hình 5.14 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=3m 88 Hình 5.15 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=3m 89 Hình 5.16 Sơ đồ thấm trường hợp H1=5m 90 Hình 5.17 Phân bố tổng cột nước thân đê trường hợp H1=5m 91 Hình 5.18 Cột nước đo áp điểm đáy tầng phủ trường hợp H1=5m