Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và giải pháp xử lý kè Hàm Rồng tỉnh Thanh Hóa

M ất 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

Xin c ảm 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 nghi ệp trong cơ quan, cùng gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi

v ề mọi mặt cho tác giả trong thời gian hoàn thành luận văn

Trong quá trình th ực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên

ch ắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được

s ự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về

m ặt kiến thức trong học tập và nghiên cứu

Xin trân tr ọng cảm ơn!

Hà n ội, ngày 15 tháng 8 năm 2014

Tác gi ả

Nguy ễn Thị Thu Trang

M ỤC 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 M ỤC 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

M Ở 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

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 M ục 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

3 Cách ti ếp 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 K ết 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT

L Ở KÈ HÀM RỒNG 1.1 T ổng 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 th ức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam

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

Công trình bán kiên cố có hai dạng chủ yếu Một là dạng sử dụng vật liệu đá

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

* 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

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

- 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 d ạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông

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

Hình 1-1 Công trình kè b ờ 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)

a M ất 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:

h p

) 2 45 ( tan 2

h P

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

b M ất 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

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 M ất 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)

Khung BTCT - kè Vĩnh Long cũ –

Sông Ti ền (1994)

T ấm bê tông lát mái kè cảng Năm Căn -

Cà Mau- sông C ửa Lớn (2002) Hình 1-4 Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy

+ 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)

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)

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 M ất ổn định cục bộ theo phương đứng do xói chân công trình kè Long

Xuyên – An Giang (2005)

1.1.4 Nh ững tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông 1.1.4.1 Ứng dụng vật liệu mới

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 S ử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm

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)

a 2 S ử dụng vải địa kỹ thụât để gia cường nền đất thân kè gia cố, thân m ỏ 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 lo ại 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)

Hình1-10 Một số loại thảm BT túi khuôn Hình 1-11 Kết cấu thảm FS

Một dạng khác của thảm bê tông túi khuôn là thảm bê tông FS cũng là dạng thảm bêtông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao Thảm được trải lên mái công trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm, thảm có chiều dày 10cm¸ 25cm Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàn toàn cứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái công trình Tương tự với loại trên nhưng tiết kiệm hơn là loại túi cát ni lông hoặc sợi tổng hợp có độ bền cao chứa cát Hiện nay ở Mỹ, Trung Quốc, Nhật đã sử dụng (Hình 1.11)

Ở Việt Nam, Tiến sỹ Trịnh Công Vấn – TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu ứng

dụng loại kết cấu này vào một đoạn bờ sông Sài Gòn – chân cầu Bình Phước và cho

kết quả khá tốt

- Các ống địa kỹ thuật (Geo-Tube hoặc Geocontainer)

Các loại ống địa kỹ thụât (GeoTube) được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất, cát tạo thành những cấu kiện được xếp chồng lên nhau.dùng để gia

cố chân, mái bờ, lòng sông hoặc làm kè mỏ hàn Phía ngoài các GeoTube có thể được phủ bằng các vật liệu như đất, cát, đá hộc để tăng cường ổn định và bảo vệ ống (Hình 1.13)

- Các túi địa kỹ thuật ( Bagwork)

Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để

chứa đất, cát hoặc bêtông tạo thành những cấu kiện dùng để gia cố chân, mái bờ, lòng sông Các túi có kích thước nhỏ được chế tạo như chiếc gối thường được ghép

nối với nhau bằng các khớp nối nhựa Loại túi có kích thước lớn, độc lập thường được xếp chồng lên nhau (Hình 1.14)

Hình 1-12 Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn

Hình 1-13 Kè bằng GeoTube Hình 1-14 Một loại túi địa kỹ thuật

uPVC là một Polyvinyl Chlorua chưa được nhựa hoá là loại vật liệu khá mới có

độ bền cao, chịu được va đập mạnh, không bị oxy hóa, không bị co ngót, không bị

biến dạng theo thời gian và đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghịêp, xây dựng Một sản phẩm của loại vật liệu này là tấm cừ nhựa được bắt nguồn từ Mỹ

và ứng dụng trong xây dựng trong đó có công trình bảo vệ bờ sông (Hình 1.15)

Hình1- 15 Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa

c Công ngh ệ bê tông Miclayo sử dụng phụ gia CSSB

Đây là sản phẩm TS Nguyễn Hồng Bỉnh, phó chủ tịch Hội Khoa học kỹ thuật xây dựng TP.HCM Bêtông Miclayo được chế tạo từ đá đủ loại (đá bụi, đá mi, sành

sứ và gạch vỡ ), đất cát đủ loại (thô hoặc mịn), nước đủ loại (nước phèn, nước lợ

và thậm chí cả nước biển) kết hợp chất phụ gia CSSB Chất phụ gia này có khả năng “trục xuất” các thành phần sét và muối trong đất ra bề mặt nhờ cơ chế điện lý hoá, tạo hiệu quả làm tăng tính kết dính các nguyên vật liệu thành một khối trơ chịu

lực tốt và không trương nở Sản phẩm mới được thử nghiệm ở khu sinh thái biển Hòn Ngọc Phương Nam - Cần Giờ - TP Hồ Chí Minh

1.1.4.2 C ải tiến cấu kiện và kết cấu công trình

Để nâng cao hiệu quả các loại hình công trình cơ bản, nhiều nghiên cứu đã tập trung cải tiến các cấu kiện, kết cấu tổng thể công trình theo hướng linh hoạt, bền

vững, thụân tiện cho thi công Cụ thể:

Hình 1-16 Thảm tấm bê tông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường

Giang – Trung Quốc

Thảm bê tông bằng các khối bê tông phức hình là loại thảm sử dụng các khối bê tông liên kết chúng lại với nhau bằng móc nối, dây nilon Kết cấu loại này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản để chống xói đáy và bảo vệ mái bờ (Hình 1.16)

Ở Việt Nam, gần đây công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đã cho

ra đời thảm bê tông tự chèn đan lưới Thảm đã được ứng dụng thành công tại An Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (Hình 1.17)

Hình 1-17 Kè lát mái bằng thảm tấm bê tông

Rồng, rọ là cấu kiện được sử dụng khá rộng rãi trong bảo vệ mái và chống xói đáy do tính linh hoạt, mềm dẻo của nó Rồng truyền thống thường được chế tạo

bằng rọ tre, lưới thép, lõi bằng đất hoặc đá Gần đây đã có những nghiên cứu cải

tiến kết cấu lõi rồng, sử dụng các lưới sợi nilon, sợi tổng hợp làm vỏ rồng, chế tạo

thảm đá lưới thép cho kết quả khá khả quan

b 1 C ải tiến rồng đá vỏ thép

Ở Việt Nam, trong khuôn khổ dự án Phát triển đồng bằng sông Hồng giai đoạn

2 năm 2006 đã mạnh dạn thử nghiệm cải tiến rồng thép từ lõi đá hộc chuyển sang lõi bằng vật liệu có tầng lọc bằng vải lọc, cát, đá dăm và đá hộc ở kè Ngăm Mạc – Thái Bình (Hình 1.18)

Hình 1-18 Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép

b 2 Th ảm rồng đá bằng túi lưới (Rock Rolls)

Thảm rồng đá bằng túi lưới được sử dụng rộng rãi ở Anh Đá hộc được bọc trong các túi lưới tạo nên tấm thảm và được đặt dưới chân bờ để chống xói Loại

thảm này rất linh hoạt, mềm dẻo và tạo được các kẽ hở thụân lợi để thực vật mọc lên, tăng cường ổn định chân bờ Có thể sử dụng các loại đá có kích thước nhỏ hơn

so với đá để tạo rọ đá Độ bền của loại thảm này phụ thuộc vào vật liệu làm túi lưới (Hình 1.19; Hình 1.20)

Hình 1-19 Các rồng đá túi lưới đơn Hình 1-20 Thảm rồng đá túi lưới

b 3 Th ảm đá

Thảm đá (RENO MATTRESS) được chế tạo tại chỗ trên mái bờ bằng cách liên

kết các vỏ rọ đá lại với nhau trước khi hoàn thiện rọ đá Thảm rọ đá được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới, trong đó nổi bật có sản phẩm thảm rọ đá của hãng Maccaferri (Hình 1.21)

Hình 1-21 Thảm đá bảo vệ bờ sông

c C ải tiến các khối bê tông lát mái

Ngoài đá hộc, các khối bê tông rời dùng để bảo vệ mái bờ sông được dùng khá

phổ biến Các loại khối thông dụng có thể kể đến khối hình vuông đơn giản, hình

lục giác Phần lớn các khối này không liên kết với nhau và tạo nên một mặt phẳng kín nước trên lớp lọc bằng đá dăm và vải lọc Ưu điểm của loại kết cấu này là giảm tác dụng của sóng, dòng chảy vào vật liệu được bảo vệ phía dưới nhưng lại dễ bị hư

hỏng cục bộ, có một diện cản lớn khi chịu tác động của áp lực âm khi dòng chảy rút trên mái và không có khe hở để các loại thực vật sinh sống Để cải tiến, khắc phục

những khuyết điểm trên, những năm gần đây xuất hiện một số loại khối bê tông

rỗng, liên kết trên mặt bằng khá linh hoạt và có tính thẩm mỹ cao, có thể tạo thành

thảm tấm bêtông như khối Amorloc, Amorflex, Amorstone, Terrafix, khối Flex – Slab, khối TAC, thảm tấm bêtông có cốt dẫn P.Đ TAC CM của TS Phan Đức Tác (Hình 1.22)

Có một xu hướng khá độc lập, khác với xu hướng trên đã được các nhà kỹ thụât

Hà Lan nghiên cứu và ứng dụng trong công trình bảo vệ bờ sông và biển Theo

Hình 1-22 Khối Amorloc

Hình 1-23 Cấu tạo khối Hydroblock

hướng nghiên cứu này, thay vì tăng cường kết nối các tấm bê tông, giảm chiều dày

và khối lượng, các nhà kỹ thuật Hà Lan lại quan tâm đến tính ổn định của tấm bê tông theo thông số chiều dày tấm và có xu hướng giảm nhỏ kích thước tiết diện mặt

cắt của tấm Theo kết quả nghiên cứu, cải tiến này làm cho tấm bê tông ổn định hơn

do chiều dày tấm khá lớn nhưng khối lượng công trình lại tăng lên nhiều lần Một trong những khối dạng này đang ứng dụng phổ biển ở Hà Lan là khối Hydroblock (Hình 1.23)

Tường đứng thường được sử dụng bằng kết cấu có khả năng chịu tải trọng ngang lớn như cọc ván bê tông cốt thép ứng suất trước, hiện nay loại kết cấu này ứng dụng khá phổ biến để bảo vệ bờ sông vùng đồng bằng Nam Bộ

1.1.4.3 S ử dụng các loại thực vật thân thiện với môi trường (kỹ thuật 'Mềm')

Kỹ thuật 'Mềm', hoặc công nghệ sinh học là sử dụng thực vật thích hợp để giữ

lại bờ sông, nó ít tốn kém và cung cấp nhiều lợi ích

Sử dụng các loại thực vật bảo vệ bờ sông có những lợi ích sau:

- Cải thiện môi trường sống của động vật hoang dã và cá sinh sản

- Tạo cảnh quan môi trường

- Có chi phí đầu tư thấp

Mặc dù thực vật từ lâu đã được sử dụng để tăng cường ổn định bờ, chống sạt lở Trong các giải pháp truyền thống, các con rồng, bè chìm bằng cành cây, gốc cây của

Hình 1-24 Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông

các loại như tre, liễu… được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trước khi sử dụng ồ ạt các

giải pháp công nghệ “Cứng” như bê tông, đá hoá các bờ sông Tuy nhiên gần đây nhiều nước trên Thế giới đã nhận thức được yêu cầu bảo vệ bờ sông phải hài hoà với môi trường tự nhiên nên phần nào hạn chế công nghệ “cứng” và có xu hướng quay

trở lại với công nghệ “mềm” với nhiều cải tiến kỹ thuật kết hợp với các sản phẩm công nghịêp nhưng cũng gần gũi môi trường để làm tăng hiệu quả của giải pháp công nghệ này

Một trong những giải pháp của công nghệ mềm là nghiên cứu lựa chọn những

loại thực vật có khả năng sống tốt, sống khoẻ trong điều kiện ngập nước thường xuyên hoặc ở khu vực mái bờ chịu sự dao động của nước để trồng ở bờ sông nhằm

chống sạt lở bờ Trong đó điển hình là cỏ Vetiver Cỏ vetiver có bộ rễ ăn sâu 1-4m,

khả năng chịu tác động của môi trường ven sông tốt, tốc độ tăng trưởng nhanh nhưng không gây hại đến các loại cây khác xung quanh

Ngoài ra, loại kè bằng thực vật cũng đang được ứng dụng ngày càng nhiều hơn do vừa đơn giản trong thi công, thân thiện môi trường Một trong những loại kè này là sử dụng các cây có khả năng chịu nước cao để làm cấu kiện thân kè như cây

liễu, cây cừ tràm Sự kết hợp với các loại vải địa kỹ thuật trong kè bằng thực vật cũng cho hiệu quả rất cao Đã có hẳn những công ty lớn chuyên cung cấp các sản

phẩm và giải pháp công nghệ từ thực vật để bảo vệ bờ sông chống lũ như Công ty EnviroForm, tổ chức JPR Environmental của Anh

Hình 1-25 Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và thực vật

Trong một số trường hợp, sử dụng các lưới bằng sợi vỏ dừa, sợi đay phủ mái

bờ nhằm tăng cường ổn định, chống xói, lở, tạo điều kiện để thực vật phát triển, thân thiện với môi trường

Công trình c ỏ nhân tạo

- Theo sự phát triển của công nghiệp hoá học, ở nước ngoài đã sử dụng loại cỏ nhân tạo trong kết cấu của công trình giảm tốc gây bồi bảo vệ bờ Loại kết cấu này

sử dụng các loại sợi tổng hợp đan thành các tấm rèm, mép dưới cố định vào vật neo đặt trên đáy sông; phía trên nổi tự do trong nước, lay động trong nước giống như cỏ

Vật neo của cỏ biển có thể là khối bê tông hoặc là rọ đá Công trình dạng cỏ nhân

tạo có tác dụng tốt trong cản dòng gây bồi và tiêu hao năng lượng sóng Cỏ nhân tạo còn được sử dụng làm thảm phủ mái bờ cho hiệu quả cũng rất tốt

1.1.4.4 K ết hợp giữa công nghệ cứng và vật liệu mềm

Ngoài những giải pháp công trình cứng, công trình mềm thì sự kết hợp giữa hai

giải pháp này đã được ứng dụng và cho kết quả tốt bằng các hình thức: hỗ trợ cho các công trình kè cừng bằng cách tạo ra một thảm thực vật ở ngay phía ngoài hoặc phía trong chân kè cứng vừa tăng ổn định chân kè vừa tạo cảnh quan

Hình 1-26 Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và

phát triển thực vật

1.1.4.5 Công ngh ệ mới gia cố mái bờ và chân bờ

Ngoài việc bố trí các lớp phủ, các kết cấu công trình để bảo vệ chân, mái bờ thì việc gia cường mái bờ, xử lý đất nền bờ, lòng sông tăng cường khả năng chịu tải, đặc biệt là cho nền đất yếu rất quan trọng Trong những năm gần đây, nhiều công nghệ gia cố mái

bờ như lưới địa kỹ thụât, hệ thống NeoWeb , xử lý nền đất yếu như bấc thấm ngang,

cọc xi măng đất khoan sâu trộn khô, trộn ướt đã được ứng dụng rộng rãi trong xây

dựng có thể ứng dụng cho các công trình bảo vệ bờ sông chống lũ

Lưới địa kỹ thuật được làm bằng chất polypropylen (PP), polyester (PE) hay bọc

bằng polyetylen-teretalat (PET) với phương pháp ép và dãn dọc, có một cấu trúc lưới đặc

biệt, gồm các mối nối có cường độ cao và cạnh chắc chắn, nhờ đó tạo ra các gờ vuông và dày giữ vật liệu, tạo một góc chống trượt hiệu quả cao, giúp mái đất ổn định

Bấc thấm ngang là loại vật liệu bao gồm lõi nhựa làm bằng Polyvinyl Chloride

và được bao bọc bên ngoài bằng loại vải polyester không dệt được sử dụng để thoát nước ngang

Với chức năng này có thể ứng dụng phù hợp cho các công trình kè gia cố bờ sông chống lũ trên nền đất đắp

Hệ thống NeowebTM là công nghệ phân tách, ổn định và gia cố nền đất được phát triển, sản xuất và thương mại hoá bởi Công ty TNHH Địa Trung Hải PRS – Israel Hệ thống ô ngăn hình mạng NeowebTM là mạng lưới các ô ngăn hình mạng

dạng tổ ong được đục lỗ và tạo nhám Khi chèn lấp vật liệu, một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật bao gồm các vách ngăn và vật liệu được tạo ra, với các đặc tính cơ – lý địa kỹ thuật được tăng cường Hiện nay công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong giao thông nhưng trong thuỷ lợi chưa được ứng dụng nhiều, đặc biệt trong công trình bảo vệ bờ sông chống lũ (Hình 1.27)

Hình 1-27 Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeowebTM

d Gia c ố chân bờ sông bằng công nghệ cọc xi măng đất

Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt)

Đây là một công nghệ gia cố nền khá ưu việt đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Đối với những doạn bờ sông có địa chất yếu, lớp đất yếu dày như các sông ở khu vực Nam Bộ, giải pháp đóng cọc bêtông, cọc cừ hộ chân bờ không hiệu quả thì

việc sử dụng công nghệ cọc ximăng đất là rất phù hợp Công nghệ này đã được ứng

dụng trong công trình kè bảo vệ bờ cho nhà máy đóng tàu AKER YARD – hạ lưu sông Dinh – thành phố Vũng Tàu cho kết quả tốt

1.1.4.6 C ải tiến giải pháp thi công

Công trình bảo vệ bờ sông thường gồm hai phần: trên cạn và dưới nước Trong

đó phần thi công dưới nước khá phức tạp Đồng thời để đảm bảo hiệu quả chống lũ, nhiều công trình phải thi công gấp rút để vượt lũ, đòi hỏi công nghệ thi công phải đáp ứng tiến độ nhanh Do đó đã có nhiều cải tiến công nghệ thi công để đáp ứng yêu cầu

Mười mấy năm gần đây, ở Đức đã xuất hiện một loại bê tông đổ trong nước, mở

ra một thời kỳ mới trong lịch sử thi công công trình dưới nước Loại bê tông này không phân rã dưới nước được chế tạo như bê tông thông thường cộng thêm chất

phụ gia đông kết nhanh Trong quá trình đổ bê tông, cho dù có tác dụng xói ở trong nước, do có tính chất kháng phân tán và tính chất tự làm phẳng nên chất lượng bê tông vẫn bảo đảm mà không gây ô nhiễm nước Do đó kỹ thuật này được ứng dụng

rộng rãi, như để lấp đầy khe hẹp ở dưới nước và trong điều kiện thi công với cấu

kiện mỏng Ở Nhật Bản, đã nghiên cứu ra các chất vữa để xây đá ở dưới nước, phục

vụ xây dựng công trình chỉnh trị và công trình gia cố cầu cho kết quả tốt

b C ải tiến kết cấu và biện pháp thi công khối đá đổ hộ chân

Khối đá hộc đổ hộ chân kè gia cố mái được sử dụng rất phổ biến Việt Nam, đặc biệt là vùng Bắc Bộ Tuy nhiên do được đổ tự do trực tiếp lên nền đất lòng sông, không có tầng lọc và rất khó kiểm soát chất lượng cũng như hình dạng khối theo thiết kế nên thường bị dòng thấm, dòng chảy rút làm rỗng phần đất chân kè, dẫn đến lún, sụt khối đá hộc làm mất ổn định tổng thể chân kè và gây hư hỏng toàn bộ công trình Trong dự án Phát triển đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2- Hợp phần B: Dịch

vụ tư vấn công trình phòng chống lũ Cơ quan phát triển Pháp (AFD), các nhà tư vấn Pháp và Việt Nam cải tiến phần đá đổ hộ chân dưới nước bằng cách bổ sung tầng

lọc lần lượt: cát, sỏi và đá hộc Cải tiến này được áp dụng ở kè Quang Lãng – sông

Hồng, kè Đức Tái, kè Thị Thôn Mão

Khối vật liệu này được thả bằng thuyền mở đáy hoặc thùng chứa

Hình 1-28 Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa

1.2 Gi ới thiệu về Kè Hàm Rồng

1.2.1 V ị trí, nhiệm vụ, quy mô

1.2.1.1 V ị trí:

a Vị trí tỉnh Thanh Hóa

Hình 1-29 Vị trí tỉnh Thanh Hóa trên bản đồ Việt Nam

Trên bản đồ Việt Nam, Thanh Hoá có vai trò trung tâm, cầu nối giao thông huyết mạch 2 phần Nam - Bắc Việt Nam Trong đó, vị trí có vai trò then chốt nhất

là cầu Hàm Rồng và cầu Hoàng Long

b Vị trí TP Thanh Hóa:

Thành phố Thanh Hóa là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của tỉnh Thanh Hóa

và là một đô thị phát triển của khu vực Bắc Trung Bộ, là một trong 3 trung tâm của khu

vực Bắc Trung Bộ cùng với Vinh và Huế, đồng thời thành phố có sức lan tỏa tới khu

vực Nam Bắc Bộ Thành phố Thanh Hóa nằm hai bên bờ sông Mã hùng vĩ

- Phía Bắc và đông bắc giáp với huyện Hoằng Hóa

- Phía Tây giáp với huyện Đông Sơn

- Phía Nam và đông Nam giáp với huyện Quảng Xương

- Phía Tây bắc giáp huyện Thiệu Hóa

Thị xã Thanh Hóa trở thành thành phố Thanh Hóa năm 1994 Thành phố Thanh Hóa hiện nay có diện tích tự nhiên 146,77 km² với 20 phường và 17 xã, dân số

393.294 người Thành phố là một trong những đụ thị cú quy mụ dõn số và diện tớch

lớn của khu vực phớa Bắc

c Vị trớ vựng nghiờn cứu:

Kố đờ hữu sụng Mó đoạn từ K39+350 – K40+742 (Chõn cầu Hàm Rồng cũ đến ngó ba Trần Hưng Đạo – TP Thanh Hoỏ) với chiều dài L=1392 (m)

Cụng trỡnh là dải đất cú diện tớch: 57159 m2 trải dài từ Bắc xuống Nam, dài 1392m,

dọc theo bờ hữu sụng Mó

- Phớa Tõy Nam giỏp tuyến đường bao trong quy hoạch

- Phớa Đụng Bắp giỏp sụng Mó

10 KV 3

Ub

Cty giầy Hoàng Long

than than Cty VLXD

trần khát chân

đ ng

chùa Yến Vực tào xuyên

Ub

S

35 KV 3

Hoàng Longkhu đô thị và CN

110 K 4 V

110 KV

tượng đài Thanh niên xung phong70n

Ph Hàm Rồng

Cầu Hàm Rồng

1,0

Cầu Hoàng Long

7,0 7,0

1,0

1,0

cầu Hàm Rồng vượt

d Về giao thông:

Công trình nằm tại đầu mối của nhiều loại hình giao thông: đường sắt, đường thuỷ, đường bộ Tại các điểm đầu mối giao thông như vậy luôn là các công trình có tính chất quan trọng Đây là điều kiện thuận lợi bậc nhất đối với tất cả các công trình kiến trúc

Phía Nam công trình là tuyến đường lớn chạy dọc Phía Đông Bắc là tuyến đường sông, thuận lợi cho việc sử dụng các tàu thuyền du lịch Phía Bắc là tuyến đường sắt Bắc – Nam chạy trên cầu Hàm Rồng

1.2.1.2 Nhi ệm vụ:

Đây là đoạn đê trọng yếu bảo vệ đảm bảo chống lũ an toàn cho toàn bộ Thành

phố Thanh Hoá, Quốc lộ 1A, tuyến đường sắt Bắc Nam

Nằm ở vị trí có vai trò cửa ngõ ra vào Thanh Hoá, công trình “Xử lý sạt lở khẩn

cấp đê hữu sông Mã, đoạn từ K39+350 – K40+742” không chỉ cần đạt được yêu

cầu về Thuỷ lợi, phòng chống lụt bão, mà còn phải đáp ứng được yêu cầu về Kiến trúc cảnh quan Là bộ mặt đón chào, cửa ngõ phía Bắc của thành phố Thanh Hoá

cấp I (Theo TCVN 8419:2010 [11]) Kè Hàm Rồng là vùng ảnh hưởng thuỷ triều,

mực nước luôn thay đổi, địa hình bờ bãi tương đối phức tạp, hàng năm vào mùa lũ dòng chủ lưu chảy áp sát dẫn đến xói lở bờ sông

1.2.2 Quá trình xây d ựng

- Trước khi xây dựng công trình thì đây là kè bãi cao độ (+3.20 ~ +4.00) năm

1998 đã được lát mái đoạn từ K39+460 - K39+883, nhưng đến năm 2009 đã bị xói

lở gây mất an toàn cho thành phố Mặt đê toàn tuyến đã đổ nhựa đường và có tường

chắn sóng cao 1m, mái từ đỉnh đê xuống đến bãi đã được lát khung bê tông bên trong trồng cỏ hiện nay còn tốt

- Quyết định số 1538/QĐ -UBND ngày 25/5/2009 của UBND tỉnh Thanh Hóa

về việc phê duyệt chủ trương lập dự án: Xử lý sạt lở khẩn cấp đê hữu sông Mã đoạn

từ K39+350 – K40+742 (Chân cầu Hàm Rồng cũ đến ngã ba Trần Hưng Đạo) thành

phố Thanh Hoá- tỉnh Thanh Hóa Công ty CP Tư vấn xây dựng Thuỷ lợi Thanh Hoá

đã tiến hành khảo sát địa hình, địa chất, thiết kế cơ sở và Tổng mức đầu tư

- Quyết định số 1093/QĐ -UBND ngày 7/4/2010 của UBND tỉnh Thanh Hóa

về việc phê duyệt dự án đầu tư xây dựng công trình: Xử lý sạt lở khẩn cấp đê hữu sông Mã đoạn từ K39+350 – K40+742 (Chân cầu Hàm Rồng cũ đến ngã ba Trần Hưng Đạo) thành phố Thanh Hoá- tỉnh Thanh Hóa Công ty CP Tư vấn xây dựng Thuỷ lợi Thanh Hoá sử dụng các kết quả khảo sát địa hình, địa chất đã đo đạc tiến hành lập thiết kế bản vẽ thi công

- Căn cứ vào quyết định số 1254/QĐ - UBND ngày 10/5/2010 của Chủ tịch UBND Tỉnh về việc phê duyết kế hoạch đấu thầu và điều chỉnh nguồn vốn Dự án:

Xử lý khẩn cấp đê hữu sông Mã đoạn từ K39+350 ~ K40+742 (Chân cầu Hàm

Rồng cũ đến ngã ba Trần Hưng Đạo) Thành Phố Thanh Hoá

Cuối năm 2010 bắt đầu thi công tuyến kè Trong quá trình thi công, đoạn từ K39+425 – K39+455 bị sạt sụt, thả đá đến đâu bị trôi đến đó, Chủ đầu tư và Tư vấn trình UBND tỉnh hồ sơ khảo sát địa hình và thiết kế xử lý đoạn kè này bằng đá hộc

với khối lượng 4172m3, cho đến nay đoạn kè xử lý này vẫn đảm bảo ổn định

Nhưng đoạn kè từ K39+350 – K39+425 từ khi công trình đưa vào sử dụng đã có

dấu hiệu sạt lở, những vết nứt hành lang kè, mái kè bị đứt gãy ngày càng nhiều

- Tháng 12/2012 công ty Tư vấn đã tiến hành khảo sát lại địa hình, địa chất đoạn kè từ K39+350 – K39+425

- Tháng 3/2012 khi tiến hành khảo sát lại thì đoạn kè này lại tiếp tục sạt sụt, lòng sông bị xói sâu hơn

- Tháng 7/2013, tiến hành khảo sát lại địa chất, các kết quả tính toán lựa chọn phương án xử lý lấy theo kết quả địa chất này Kết quả khảo sát địa hình cho thấy đoạn sạt sụt và xói lở đã tương đối ổn định

- Tháng 12/2013 khảo sát theo dõi sụt lún

1.3 Hi ện trạng sạt lở kè Hàm Rồng

1.3.1 Quá trình s ạt lở

Kè đê Hữu sông Mã đoạn từ K39+350 ÷ K40+742 (Chân cầu Hàm Rồng cũ đến ngã ba Trần Hưng Đạo) Đây là đoạn đê trọng yếu bảo vệ cho quốc lộ 1A, tuyến đường sắt Bắc Nam và thành phố Thanh Hoá Đặc điểm của đoạn sông này phía thượng lưu là cầu Hàm Rồng (cũ), lòng sông bị thu hẹp hai bên bờ có núi đá Đoạn này vừa chịu tác động của dòng chảy trên sông từ thượng lưu về vừa chịu ảnh hưởng thuỷ triều tạo nên chế độ dòng chảy rất phức tạp nhất là về mùa mưa lũ, địa hình

bờ bãi tương đối phức tạp, do đặc điểm của địa hình khu vực làm cho dòng chủ lưu của sông Mã luôn ép sát vào bờ hữu, đặc biệt là đoạn sát hạ lưu cầu Hàm Rồng nên bờ sông thường xuyên bị xói lở Để xử lý sạt lở và tăng cường ổn định của bờ sông năm 2010

Chủ tịch UBND tỉnh Thanh Hoá phê duyệt dự án đầu tư “Xử lý sạt lở khẩn cấp đê hữu sông Mã đoạn từ K39+350 ÷ K40+742 (Chân cầu Hàm Rồng cũ đến ngã ba Trần Hưng Đạo) Thành Phố Thanh Hoá” và công trình đã được xây dựng đưa vào sử dụng tháng 4/2011 Nhìn chung toàn bộ tuyến kè dài 1392m đến nay vẫn ổn định, riêng đoạn từ K39+350÷K39+425 dài 75m xảy ra hiện tượng sụt lún Đây là 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), độ chênh cao từ mặt bãi bờ sông đến đáy sông hơn 35m, lưu vực sông Mã chảy về đây gần 29.000Km2 lại chịu ảnh hưởng lớn của thuỷ triều, nên diễn biến dòng chảy rất phức tạp

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)

1.3.2 Hi ện trạng công trình đoạn từ K39+350 ~ K39+425

Đoạn bờ hữu sông Mã từ cầu Hàm Rồng đến cầu Hoàng Long dài 316m, mái

bờ sông rất dốc m = (1,9 ~ 2,3) đáy sông rất sâu có chỗ đến (-32m) chênh lệch chiều cao với mặt bãi hơn 35m, đoạn từ K39+350 ÷ K39+460 dài 110m trước khi được đầu tư theo dự án này vẫn là bờ đất, đoạn từ K39+460 đến cầu Hoàng Long đã có

kè bảo vệ bờ nhưng vẫn bị sạt lở, nhiều vị trí cơ kè bị biến dạng lồi lõm không ổn định Để giữ cho bờ sông ổn định, trong dự án: “Xử lý sạt lở khẩn cấp đê hữu sông

Mã đoạn từ K39+350 ~ K40+742” đoạn bờ đã có kè này vẫn phải làm lại có kết

cấu thống nhất theo dự án xử lý mới

Công trình được khởi công xây dựng từ tháng 8/2010 đến tháng 4/2011 hoàn thành Sau khi nghiệm thu đưa vào sử dụng nhìn chung toàn bộ tuyến kè dài 1392m đến nay vẫn ổn định, riêng có đoạn K39+350÷K39+425 dài 75m sau trận lũ tháng 9/2012 xuất hiện các vết rạn và sau đó phát triển rộng tới (15÷20)cm và bị sụt lún đứt gãy cả phần mặt bãi, tường chắn đất và cơ kè, tháng 12/2012 tụt sâu khoảng 0,8m đến tháng 12/2013 có chỗ tụt sâu tới 2,50m so với thời điểm công trình vừa thi công xong

Hình 1-32 Đoạn K39+350÷K39+425 dài 75 m sau trận lũ tháng 9/2012 xuất

hiện các vết rạn

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

Hình 1-34 Tháng 12/2012 chân kè tụt sâu khoảng 0,8m

Hình 1-35 Đến tháng 12/2013 có chỗ tụt sâu tới 2,50m so với thời điểm công trình

vừa thi công xong

1.3.3 Nh ững nghiên cứu đã tiến hành

Đoạn kè từ K39+350 – K39+425 từ khi công trình đưa vào sử dụng đã có dấu

hiệu sạt lở, những vết nứt hàng lang kè, mái kè bị đứt gãy ngày càng nhiều

- Tháng 12/2012 công ty Tư vấn đã tiến hành khảo sát lại địa hình, địa chất đoạn

- Tháng 12/2013 khảo sát theo dõi sụt lún

Bảng 1-1 Bảng tổng hợp độ lún tại các thời điểm khảo sát (m)

Cọc Cao độ lòng sông tại các thời điểm khảo sát

Từ khi đoạn kè từ K39+350 – K39+425 có dấu hiệu sạt lở, các đoàn kiểm tra

của Đơn vị thi công, Tư vấn thiết kế, các Sở ban ngành liên quan liên tục kiểm tra

hiện trường và đánh giá sụt lún Các cuộc họp báo cáo hiện trạng và lựa chọn phương án xử lý cũng nhiều lần được tổ chức nhưng đến nay việc lựa chọn phương

án vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau nên hiện tại phương án xử lý của đoạn kè này

vẫn là vấn đề được các cơ quan chức năng rất quan tâm