nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sông có độ dốc lớn ở quảng ninh

LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Khoa Công trình Tên tác giả: Phạm Văn Long Học viên cao học: CH19C21 Người hướng dẫn: PGS – TS Nguyễn Quang Hùng Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sông có độ dốc lớn ở Quảng Ninh”. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận v ăn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Long LỜI CẢM ƠN Tác giải xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Thủy lợi; đặc biệt là các cán bộ, giảng viên khoa Công trình, phòng Đào tạo đại học và sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn này. Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Nguyễn Quang Hùng đã hết lòng ủng hộ và hướng d ẫn tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong hội đồng khoa học đã đóng góp những ý kiến và lời khuyên quý giá cho bản luận văn. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Chi cục Thủy lợi Quảng Ninh, phòng Quản lý công trình – Sở NN&PTNN tỉnh Quảng Ninh đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập thông tin, tài liệu trong quá trình th ực hiện luận văn. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên chia sẻ khó khăn và động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để có thể hoàn thành luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn./. Hà Nội, tháng 08 năm 2013 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Văn Long MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1 1.1Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh 1 1.2Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông 6 1.2.1Trồng cỏ 12 1.2.2 Kè lát mái bằng đá lát khan 13 1.2.3 Kè lát mái bằng đá xây, đ á chít mạch 14 1.2.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông bằng ốngbuy đổ đá hộc 15 1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái 16 1.2.6 Sự hư hỏng của tường đá xây 18 1.2.7Cừ thép bảo vệ mái. 18 1.3Tình hình hư hỏng đê hàng năm 19 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO V Ệ MÁI SÔNG 22 2.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm ổn định trong đê và mái sông 22 2.2 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp lũ rút 24 2.3 Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn 29 2.3.1 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH. 29 2.3.2 Giải bài toán thấm bằng phương pháp PTHH: 31 2.3.3 Đường bão hòa của đê đất đồ ng chất khi mực nước hạ thấp 32 2.4 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp ngâm lũ . 35 2.4.1 Phương pháp tính toán trượt cung tròn 35 2.4.2 Phương pháp tổng ứng lực 36 2.4.3 Phương pháp ứng lực hữu hiệu 36 2.5 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp lũ rút 37 2.6 Phân tích ổn định khi có xét đến mực nước dao động ( mực nước rút nhanh) 38 2.6.1 Nguyên lý chung 38 2.6.2 Những giả thiết chung của phương pháp 39 2.7 Kết luận chương: 45 CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÁC KẾT CẤU BẢO VỆ KÈ PHÙ HỢP CHO KÈ SÔNG KA LONG 46 3.1 Giới thiệu công trình. 46 3.1.1 Tên, vị trí và phạm vi xây dựng công trình 46 3.1.2 Mục tiêu, nhiệ m vụ công trình 46 3.1.3 Quy mô hạng mục công trình. 46 3.2Các điều kiện tự nhiên tác động tới kết cấu công trình. 47 3.3Bài toán nghiên cứu. 47 3.3.1Hình thức kết cấu. 47 3.3.2Chỉ tiêu cơ lý tính toán 49 3.3.3Các tổ hợp lực dùng trong tính toán. 49 3.4Kết quả nghiên cứu. 50 3.5 Phần mềm sử dụng trong toán 52 3.6Phân tích hệ số ổn định của kè trong điều kiện rút nước 52 3.6.1Xét sự thay đổi K ~ t của phương án 1 52 3.6.2Xét tốc độ suy giảm K ~ t của phương án 1 57 3.6.3Xét sự thay đổi K ~ t phương án 2 62 3.7So sánh hệ số ổn định hai phương án kết cấu : 66 3.8Kết luận chương 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ hệ thống đê điều lưu vực sông Hồng 3 Hình 1.2: Tỉnh Quảng Ninh 6 Hình 1.3 Trồng cỏ bảo vệ mái đê, mái sông 13 Hình 1.4. Lát mái bằng đá khan 14 Hình 2.1: Dòng chảy ngầm trong đê 22 Hình 2.2: Sơ đồ biểu thị định luật bảo toàn khối lượng cho dòng thấm không ổn định 24 Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực kẽ rỗng 28 Hình 2.4: Rời rạc hóa miền xác định 30 Hình 2.5: Tính toán đường bão hòa khi mực nước hạ xuống 35 Hình 2.6: Tính toán theo phương pháp trượt cung tròn 35 Hình 2.7: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định 40 Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu phương án 1 47 Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu phương án 2 48 Hình 3.3: Sơ đồ và kết qu ả tính toán ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA1 50 Hình 3.4 : Sơ đồ và kết quả tính toán ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA2 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Các giả thiết của một số phương pháp đại biểu 42 Bảng 3.1: Kết quả nghiên cứu hệ số ổn định K với các tổ hợp lực 50 Bảng 3.2: Kết quả K theo thời gian 52 Bảng 3.2 Kết quả K theo thời gian. 54 Bảng 3.3 Kết quả K theo thời gian 56 Bảng 3.4 Kết quả K theo th ời gian 57 Bảng 3.5Kết quả K theo thời gian 59 Bảng 3.6Kết quả K theo thời gian 61 Bảng 3.7 : Kết quả K theo thời gian 62 Bảng 3.8 Kết quả K theo thời gian 63 Bảng 3.9Kết quả K theo thời gian 65 Biểu đồ 3.1: Quan hệ K ~ t mái trên, phương án 1 53 Biểu đồ 3.2 Quan hệ K ~ t mái dưới, phương án 1 54 Biểu đồ 3.3 Quan hệ K ~ t tổng thể mái phương án 1 56 Biểu đồ 3.4: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t kè cấp kè cấp 2 phương án 1 58 Biểu đồ 3.5:Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t mái dưới phương án 1 59 Biểu đồ 3.6: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t tổng thể phương án 1 61 Biểu đồ 3.7: Quan hệ K ~ t mái trên của phưong án 2 63 Biểu đồ 3.8 : Quan hệ K ~ t mái dưới của phưong án 2 64 Biểu đồ 3.9: Quan hệ K ~ t tổng thể của phưong án 2 65 Biều đồ 3.10: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 3 66 Biều đồ 3.11 : Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 3 67 Biều đồ 3.12 Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 3 68 Biều đồ 3.13: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 4 69 Biều đồ 3.14: Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 4 69 Biều đồ 3.15: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 4 70 Biều đồ 3.16: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 5 70 Biều đồ 3.17: Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 5 71 Biều đồ 3.18: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 5 71 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1.1 Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh Ở miền Bắc có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, miền Trung có hệ thống sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia Thu Bồn, sông Vệ, sông Trà Khúc, sông Côn, sông Ba, sông Cái Nha Trang; miền Nam có sông Đồng Nai, sông Bé, sông Cửu Long Các hệ thống sông này hàng năm đã cung cấp cho chúng ta nguồn nước quí giá để phục vụ đờ i sống con người và phát triển nền kinh tế quốc dân. Lợi ích mà các hệ thống sông này đem lại là vô cùng to lớn, nhưng tác hại do lũ lụt từ các hệ thống sông này gây ra cho cho con người và nền kinh tế quốc dân cũng không phải là nhỏ. Từ thủa xa xưa cha ông ta đã biết đắp đê ngăn lũ dọc theo các dòng sông để hạn chế lũ lụt do chúng gây ra đối với các cư dân sinh sống ở dọc 2 bên sông. Một trong những công trình ngăn lũ tiêu biểu đã được xây dựng từ xa xưa còn tồn tại đến ngày nay đó là hệ thống đê sông Hồng. Ngày nay trong công cuộc xây dựng đất nước, Nhà nước tiếp tục đầu tư xây dựng các công trình phòng chống lũ, trong đó chú trọng đến kiên cố hệ thống đê sông, đê biển nhằm giảm nhẹ thiên tai do lũ lụt gây ra. Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế quan trọng của cả nước. Trong vùng có hệ thống đê sông Hồng và sông Thái Bình là 2 hệ thống đê sông chống lũ quan trọng với tổng chiều dài gần 2.400km, chiều cao đê đến nay đã được tu bổ nâng cấp, với chiều cao trung bình từ 6m đến 11m, đê chủ yếu đắp bằng đất. 2 Lũ sông Hồng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ lũ sông Đà, lũ sông Thao và lũ sông Lô. Trên sông Đà hiện nay có thuỷ điện Hoà Bình, đây là công trình ngoài tác dụng cấp điện cho miền Bắc nó còn là công trình cắt lũ có ý nghĩa quan trọng cho sông Hồng. Thực tế cho thấy những năm trước đây chưa có nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, về mùa lũ, mực nước sông dâng cao, chúng ta không thể kiểm soát đượ c vì vậy đê sông Hồng thường xuyên bị uy hiếp. Từ khi nhà máy thuỷ điện Hoà Bình đi vào hoạt động, lũ trên sông Hồng đã giảm đáng kể do lũ sông Đà đã bị cắt. Đây là yếu tố tích cực mà hồ Hoà Bình đem lại. Nhưng những tác hại mà hồ Hoà Bình gây ra cho hạ lưu cũng không phải là nhỏ, đó là sự thay đổi rõ rệt về chế độ dòng chảy trên sông Đ à cả về mùa kiệt lẫn mùa lũ làm cho diễn biến sạt lở bở sông trên sông Đà cũng như sông Hồng đang diễn ra ngày càng phức tạp, hàng trăm ha đất, nhà của dân dọc hai bờ sông đã bị mất Sử sách còn ghi lại con đê đầu tiên của Việt Nam đã có từ thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên cùng thời Hai Bà Trưng và đến đầu thế kỷ thứ 11, nhà Lý đã đắp đ ê thành Đại La, sau đổi ra thành Thăng Long tức Hà Nội ngày nay với mục đích bảo vệ kinh đô bên dòng sông Hồng và đến thế kỷ thứ 13 thời nhà Trần thì đê sông Hồng đã được nối dài từ đầu châu thổ ( Việt Trì) ra đến biển để phòng chống lũ. Từ đó nhân dân Việt Nam vì bảo vệ cuộc sống của mình đã không ngừng đắp to, nâng cao và khép kín các tuyến đê sông, đê biển. Đế n nay, Việt Nam có gần 8000km đê, trong đó có gần 6000km đê sông và 2000km đê biển. Riêng đê sông chính có 3000km và 1000km đê biển quan trọng. Có gần 600 kè các loại và 3000 cống dưới đê. Ngoài ra còn có 500 km bờ bao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long. Riêng hệ thống sông Hồng trong đồng bằng Bắc Bộ có 3000km đê sông và 1500 km đê biển. [...]... rõ tác động của sóng vỗ vào mái đê, mái sông Chính sự tiêu tán năng lượng sóng trên mái sẽ phá hoại cục bộ mái, tải trọng sóng đã làm mái đê, mái sông xảy ra chuyển vị lớn và mái đê, mái sông dần bị xói lở 12 Hình 2.5.b Mái đê, mái sông xảy ra chuyển vị lớn dưới tác dụng của sóng Tác dụng của chất tải trên mái đê, mái sông Trên hình 2.4 nhận thấy rõ ràng rằng khi chất tải trên mái đê, mái sông, thành... mép bờ sông 8 Tác dụng của dòng thấm ảnh hưởng đến an toàn mái đê, mái sông Rõ ràng nhận thấy trằng : trong trường hợp hình 2.3.a mái đê, mái sông mất ổn định do mái quá dốc và vượt quá mái cân bằng tự nhiên của vật liệu địa phương Trong trường hợp hình 2.3.b là sự mất ổn định do các thành phần lực gây trượt Hình 2.3 mặt trượt của mái đê, mái sông lớn lơn khả năng chống trượt của mái đê, mái sông Luận... tỉnh phần lớn là đồi núi, phần còn lại là vùng đồng 5 bằng và đồng bằng duyên hải Quảng Ninh có lượng sông suối khá lớn, mật độ trung bình biến đổi từ 1 đến 1,9 km/km2 , có nơi tới 2,4 km/km2 Các sông lớn là sông Ka Long, Sông Tiên Yên, Sông Phố Sông Ba Chẽ , sông Diễn Vọng, Sông Bạch Đằng, sông Đông Mai, sông Đá Bạc, sông Đá Vách, Sông Mạo Khê, Sông Chanh Ngoài ra còn có các con sông khác như sông Hà... thức bảo vệ mái bằng rọ đá xếp dọc bảo vệ mái Hình 2.6 Hư hỏng rọ đá bảo vệ mái Hình 2.7 Hư hỏng kè mỏ hàn tại ngã ba sông Sự hư hỏng của lớp rọ đá bảo vệ mái được thể hiện ở ở hình 2.6 là hư hỏng xảy ra do nguyên nhân tách dòng chảy trong sông Sự hư hỏng này chủ yếu là do biện pháp bảo vệ mái chưa hoàn thiện Công trình bảo vệ mới chỉ chủ ý đến phần công trình nổi phía trên mái Chính sự gia tải trên mái. .. khoảng 169 km đê nội đồng kinh mương hư hỏng; hơn 266,000 ha diện tích hoa màu và thủy sản bị ngập úng; hàng trăm nghìn nhà cửa bị sập đổ và hư hại 22 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO VỆ MÁI SÔNG 2.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm ổn định trong đê và mái sông Trong truờng hợp ngâm lũ, áp lực khe rỗng ảnh hưởng cả tải trọng và cường độ đất nên việc phân tích ổn đính mái đê, mái sônglà rất... trồng trên mái đê, mái sông để cỏ và bộ rễ tạo thành lớp bảo vệ chống xói bề mặt đê Ngày nay để tăng khả năng bảo vệ mái đê, mái sôngcỏ được trồng trong ô được chia ra bởi các khối xây Nhìn chung giải pháp tạo thảm cỏ được đánh giá là hiệu quả và là giải pháp được sử dụng từ lâu vì lá cỏ, rễ cỏ đều có tác dụng chống xói bề mặt đê khi có dòng chảy tràn Tuy nhiên, lớp cỏ bảo vệ chỉ chịu được tốc độ xói bề... các chỉ tiêu cơ lý của đất (φ,c) giảm nhỏ dẫn tới hệ số ổn định K giảm nhỏ Điều này có nghĩa là khả năng chống trượt giảm nhỏ 10 Tác dụng của dòng thấm rút nhanh đến an toàn mái đê, mái sông Đối với mái thượng lưu (bờ sông) , khi mực nước trong sông dâng cao, áp lực thấm có tác dụng tăng thêm ổn định Khi nước trong sông rút, nước trong mái đê, mái sông có thể thoát ra phía sông và có tác dụng bất lợi... trên mái do chân kè bị mất ổn định ( khi đó giảm nhỏ lực chống trượt tại chân kè) như trên hình 2.8 17 Hình 2.8 Hư hỏng kè lát mái bê tông Đối với loại hình kè này có thể tóm tắt ở một số hình thức hư hỏng sau: Hình 2.8.a Các dạng hư hỏng của kè bảo vệ mái đê, mái sông 18 1.2.6 Sự hư hỏng của tường đá xây Hình 2.9 Mất ổn định của tường đá xây bảo vệ mái Việc lựa chọn hình thức tường đá xây bảo vệ mái. .. bão lớn, nước trên sông Thao, sông Lô và sông Đà đã hợp lại gây nên cơn lũ lịch sử của đồng bằng sông Hồng Mực nước sông Hồng ngày 20 tháng 8 lên đến 14.13 m ở Hà Nội (cao hơn mực nước báo động cấp III đến 2.63 m) Mực nước Sông Hồng đo được 18.17 m ở Việt Trì (cao hơn 2.32 m mức báo động cấp III) và 16.29 m ở Sơn Tây (1.89 m cao hơn mức báo động cấp III) Đồng thời mực nước ở các Sông Cầu, Sông Lô, Sông. .. làm mất ổn định mái Hình 2.5 Ảnh hưởng của dòng thấm rút nhanh đến ổn định mái đê, mái sông Tuy nhiên với đặc điểm lũ của sông Mêkông đoạn chảy qua vương quốc CamPuchia có đặc điểm lên xuống từ từ nên ở đây tác động do mực nước rút nhanh là không được đặt ra để nghiên cứu 11 Tác dụng của sóng Tác dụng của sóng leo Tác động của sóng vỗ Hình 2.5.a Ảnh hưởng của sóng tới mái đê, mái sông Trên hình 2.5.a . Quang Hùng Tên đề tài Luận văn: Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sông có độ dốc lớn ở Quảng Ninh . Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin,. VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1.1 Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh Ở miền Bắc có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, miền Trung có hệ thống sông Mã, sông. QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG 1 1.1Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh 1 1.2Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông 6 1.2.1Trồng cỏ 12 1.2.2 Kè lát mái bằng