hướng dẫn thiết kế công trình bảo vệ bờ

Thân kè: dạng tường chắn BTCT chiều cao tường từ vị trí đảm bảo điềukiện thi công trên mực nước lên đến cao trình đỉnh tính toán theo tần suất thiết kế.Nền xử lý bằng cọc BTCT hoặc cừ tr

1 MỤC ĐÍCH

Đảm bảo các hồ sơ thiết kế công trình bảo vệ bờ (kè) được thực hiện đúng theo quychuẩn, tiêu chuẩn và các quy định hiện hành

2 PHẠM VI ÁP DỤNG

- Đối tượng áp dụng: được áp dụng cho các hồ sơ thiết kế công trình bảo vệ bờ (Kè)

- Người sử dụng: nhân viên thiết kế các phòng thiết kế

3 QUI CHUẨN, TIÊU CHUẨN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

3.1 Qui chuẩn, tiêu chuẩn:

- Quyết định số: 4116/BNN – TCTL ngày 13/17/2010 về việc hướng dẫn phân cấp đê

- Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế Đê Biển ban hành kèm theo quyết định số BNN-KHCN ngày 09/7/2012

1613/QĐ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5664:2009: “Phân cấp đường thủy nội địa”

- TCVN 4116-1985 “Kết cấu bê tông và BTCT thuỷ công- tiêu chuẩn thiết kế”

- Căn cứ QP.TL.C-1-78: Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thủy lợi

- Căn cứ 14TCN-110-1996: Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trongcông trình thuỷ lợi

- Đường đô thị yêu cầu thiết kế: TCXDVN 104:2007

- TCVN 4054 – 2005: Đường ôtô – yêu cầu thiết kế

- 22TCN 262 – 2000: Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu

- 22TCN 241-98: công trình chỉnh trị luồng chạy tàu sông

- 22 TCN 207 – 92: Công trình bến cảng biển

- 22 TCN 19 – 94: Công trình bến cảng sông

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

Trang : 2/21

Các quyết định liên quan:

- Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi số 32/2001/PL-UBTVQH10 ra ngày04/04/2001

- Phân cấp sông theo Quyết định số 862/QĐ-CĐS ngày 25/3/2003

- Quyết định số 36/2012/TT – BGTVT ngày 13/09/2012: thông tư quy định cấp đườngthủy nội địa

- 66/2009/QĐ – UBND: Qui hoạch mạng lưới đường thủy và cảng bến khu vựcTP.HCM đến năm 2020

- Tham khảo các Quy chuẩn, Tiêu chuẩn hiện hành để thiết kế, tính toán chocác hạng mục liên quan

3.2 Tài liệu tham khảo:

3.3 Phần mềm hỗ trợ tính toán:

- Geo slope: Seep/w, Slope/w, sigma/w [Tham khảo hướng dẫn số ………….]

- Plaxis [Tham khảo tài liệu hướng dẫn số………… ]

- Prosheet [Tham khảo tài liệu hướng dẫn số………… ]

4 MỘT SỐ KẾT CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG THƯỜNG GẶP:

4.1 Kè vùng đồng bằng

1 Kè mềm mái nghiêng: (Sử dụng cho công trình bảo vệ bờ vùng ngoại ô, vùng xa)

a Kết cấu đỉnh kè: gồm lan can, hành lang đi bộ và đường giao thông dọc bờsông tùy vào yêu cầu cụ thể tại khu vực làm kè Kết cấu dầm BTCT, lát gạch tự Bt

tự chèn làm hành lang…

b Thân kè: kết cấu lát mái với các cấu kiện thường dùng như viên Bt tựchèn, đá lát khan trong khung, đá xây vữa, thảm đá… kết hợp làm tầng lọc bằng đádăm dày 10÷20cm, trên nền vải địa kỹ thuật Hệ số mái thân kè m=1.5÷3 tùy thuộcvào điều kiện địa chất và chiều cao đắp đỉnh kè

c Chân kè: Cao trình chân kè đảm đảo được điều kiện thi công được trongđiều kiện mực nước thay đổi Kết cấu dầm BTCT chặn mái thân kè tạo cơ kè từ2÷5m bằng tấm BT hoặc thảm đá, kéo dài gia cố thảm đá trên nền vãi địa kỹ thuậtđến đường tự nhiên mái sông có hệ số mái m≥3

2 Kè cứng dạng tường chắn: (Sử dụng cho công trình bảo vệ bờ vùng đô thị)

a Đỉnh kè: tương tự như kè mái nghiêng, kiến trúc và chủng loại vật liệu phụthuộc vào điều kiện yêu cầu cụ thể của từng vị trí làm kè

b Thân kè: Kết cấu thường dùng dạng tường chắn BTCT trên nền cọc hoặc

sử dụng kết cấu cừ dự ứng lực kết hợp gia cố ổn định với các hình thức neo, cọc ximăng đất…

c Chân kè: thông thường sử dụng rọ đá phản áp và chống xói chân kè.

3 Kè kết hợp tường chắn và mái nghiêng: tùy thuộc vào điều kiện địa chất, yêu cầuchung của khu vực có thể chọn kiểu kè kết hợp này để giảm chi phí xây dựng vàtăng tính thẩm mỹ

a Đỉnh kè: kết cấu tương tự 2 kiểu kè trên

b Thân kè: dạng tường chắn BTCT chiều cao tường từ vị trí đảm bảo điềukiện thi công trên mực nước lên đến cao trình đỉnh tính toán theo tần suất thiết kế.Nền xử lý bằng cọc BTCT hoặc cừ tràm tùy vào chiều cao tường và điều kiện địachất

c Chân kè: kết cấu tương tự kè mái nghiêng

4 Kè kết hợp tường chắn và đỉnh kè mái nghiêng: thường áp dụng cho các khu vựcyêu cầu thẩm mỹ cao và các khu vực bến bãi cập ghe, tàu…

a Đỉnh kè: kết cấu tương tự 3 kiểu kè trên

b Thân kè: dạng mái nghiêng từ cao trình mực nước trung bình lên đến đỉnh

kè, phần dưới mực nước dân bình thường là kiểu kè đứng có thể là cừ Dự ứng lực,tường cọc kết hợp tấm bê tông chắn đất

c Chân kè: kết cấu tương tự kè mái nghiêng

4.2 Kè vùng Tây nguyên: với đặc tính dòng chảy tập nhanh với lưu lượng lớn do độ dốclòng sông lớn Kết cấu thường dùng là kè mái nghiêng

1 Kè mái nghiêng bảo vệ bờ:

a Đỉnh kè: gồm lan can, hành lang đi bộ và đường giao thông dọc bờ sôngtùy vào yêu cầu cụ thể tại khu vực làm kè Kết cấu dầm BTCT, lát gạch bê tông tựchèn làm hành lang…

b Thân kè: kết cấu lát mái với các cấu kiện thường dùng như viên bê tông tựchèn, đá lát khan trong khung, đá xây vữa, thảm đá… kết hợp làm tầng lọc bằng đádăm dày 10÷20cm, trên nền vải địa kỹ thuật Hệ số mái thân kè m=1.5÷3 tùy thuộcvào điều kiện địa chất và chiều cao đắp đỉnh kè

c Chân kè: Thường thi công vào mùa khô, cạn nước nên kết cấu thường dùng

là đá đổ khối lớn, ống buy tròn chôn sâu xuống đất để giữ chân kè

2 Kè hướng dòng chỉnh trị dòng chảy kiểu kè Mỏ Hàn:

a Mỏ hàn chìm: gây bồi chân chống sạt lở, thường bố trí ở bờ lõm đoạn sôngcong Đỉnh kè thường ngập trong nước, cao trình đỉnh tùy thuộc vào tính toán tần suấtmực nước và hình thái lòng sông để chọn cao trình phù hợp đảm bảo không gây sạt lở

bờ đối diện Kết cấu thường gặp như rồng tre gây bồi chân, kết cấu đất bọc đá, đá hộcthả rời

b Kè mỏ hàn cứng: sử dụng trong trường hợp chiều rộng mực nước ứng vớimực nước tạo lòng lớn hơn 200m Trên cơ sở bản đồ phân bố lưu tốc dòng chảy trên cắtngang, cắt dọc và mặt bằng để xác định vùng cần bố trì kè mỏ hàn và số lượng mỏ hàncũng như phương hợp bởi kè mỏ hàn với dòng chảy Kết cấu kè đứng cọc BTCT, dầmngang, phên tre, nứa , cành cây, đá đổ giữ chân, đệm chống xói …

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

Trang : 4/21

5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

Bước 1 : Thu thập tài liệu cơ bản

- Các số liệu đã được cung cấp

 Mực nước trung bình mùa kiệt tại vị trí công trình

 Mực nước đỉnh lũ tại vị trí công trình

+ Thu thập các số liệu về điều kiện giao thông thủy, cấp sông (thuộc địa phươngquản lý)

+ Qui hoạch khu vực thiết kế

- Cán bộ thiết kế (CBTK) phải khảo sát hiện trường và địa hình khu vực, kết hợp với ýkiến chủ đầu tư nhằm đề ra giải pháp và bố trí tuyến công trình sơ bộ để lập đềcương, khảo sát, thiết kế

- Kiểm tra các số liệu, tài liệu cần thiết đảm bảo đủ và đúng để thiết kế

a Khi công trình bảo vệ bờ cấu thành 1 bộ phận của mặt cắt đê thì cấp côngtrình bảo vệ bờ sông lấy bằng cấp đê đó Trường hợp này công trình bảo vệ bờ được gia

cố, xây dựng trên mái đê đắp (có thể gia cố đến lòng sông) Cấp đê theo qui chuẩn phâncấp đê hiện hành được bảo vệ (theo quyết định số 4116/ BNN – TCTL):

Bảng 1 – Xác định cấp công trình bảo vệ bờ theo cấp đê

Diện tích bảo vệ khỏi

ngập lụt (ha)

Số dân được đê bảo vệ (người)

Trên1.000.000

1.000.000đến trên500.000

500.000đến trên100.000

100.000đến trên10.000

Dưới10.000

và phân cấp công trình xây dựng Cụ thể là:

 (1) Xác định cấp công trình bảo vệ bờ bằng cấp đê theo TCVN 8419 – 2010 vớidiện tích bảo vệ chống xói lở vùng dân cư khu vực bị ảnh hưởng (trường hợpcao trình đỉnh kè theo mặt đất tự nhiên – kè sông miền núi – nhiệm vụ bảo vệbờ) hoặc với diện tích chống ngập nước, dân cư, lưu lượng lũ thiết kế chống xói

lở cho khu vực đồng bằng, đặc biệt là đô thị với cao trình đỉnh kè ngăn nướcxâm nhập)

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

Trang : 6/21

 (2) Xác định cấp công trình theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT theo điều kiệnchiều cao công trình và đất nền Trường hợp này do chiều cao đắp không cao(đối với kè mái nghiêng) và chiều cao công trình bê tông (đỉnh kè – chân kè)không lớn nên cấp công trình thường nhỏ

 (3) An toàn chọn cấp công trình lớn nhất theo 2 điều kiện (1) và (2)

- Mặt bằng gia cố phía sông cần phải đảm bảo giới hạn an toàn theo cấp đường thủy

- Mặt bằng đền bù được xác định theo phạm vi công trình chiếm chỗ cộng thêm 1 ÷ 2m

dự phòng khi thi công hoặc địa hình thay đổi cục bộ

- Mặt bằng ranh giới phạm vi an toàn bảo vệ kè (không được xây dựng) theo pháp lệnhkhai thác và bảo vệ công trình thủy hoặc theo luật đê điều

- Mặt bằng tổng thể kè phải được thỏa thuận ở các sở ban nghành đặc biệt là sở giaothông công chánh (đối với đường sông thuộc cấp tỉnh) và cục đường thủy nội địa (đốivới đường sông thuộc cấp quốc gia)

1.4 Chọn mặt cắt ngang kè (kè nghiêng, kè đứng).

- Mặt cắt ngang là kè đứng hay kè mái nghiêng, loại kết cấu tùy thuộc vào chi phí đầu

tư cho từng mét dài kè Từ đó cân nhắc theo điều kiện địa hình, địa chất, tính đồng bộ,

mỹ quan khu vực làm kè để chọn loại mặt cắt và kết cấu kè

1.5 Hệ thống công trình đi kèm:

- Hệ thống thoát nước dọc tuyến kè: gồm hệ thống các đường ống dọc theo tuyến kè kếthợp với các hố ga (trung bình 30  35m/hố) và ống thoát nước ngang (trung bình 200m/ống) Kích thước đường ống dọc, ngang phụ thuộc vào yêu cầu tiêu nước cho hành langtuyến kè, tuyến đường hoặc lưu vực khác chảy đến Phải lưu ý đấu nối với các hệ thốngthoát nước của khu vực

- Tuyến đường điện, hệ thống chiếu sáng: theo yêu cầu của công trình để thiết kế neontrang trí, đèn chiếu sáng và hệ thống điện phục vụ Chú ý phải thỏa thuận việc đấu nốiđiện với các cơ quan quản lý điện

- Giao với các công trình hiện hữu như: Mố cầu, cống, kè hiện trạng, hệ thống cấp thoátnước cần phải đo đạc chi tiết và tùy trường hợp để đề nghị dời bỏ, thay mới hoặc kếtnối vào công trình hiện hữu

2 Tính toán các thông số kỹ thuật ( Quốc gia TCVN 8419-2010)

Trường hợp cao trình đỉnh kè đảm bảo không ngập nước thì:

CTdk = MNmax + hsl + aTrong đó:

 MNmax: Mực nước ứng với tần suất năm theo cấp công trình theo QCVN 05-2012 khi tính hsl theo gió, m

04- MNmax: Mực nước ứng với tần suất gió (5%) khi tính hsl do thuyền, m

 hsl : Chiều cao sóng leo, m

 a: độ vượt cao an toàn (tham khảo độ gia tăng an toàn của đê theo bảng 8 quyết định 4116 – BNN PTNT phụ thuộc vào cấp công trình)

2.1.2 Bề rộng đỉnh kè: thường lấy từ 1  2m (TCVN 8419 : 2010) Trường

hợp kết hợp với đường giao thông, hành lang, mỹ quan thì bề rộng đỉnh kètheo các tiêu chuẩn chuyên ngành kèm theo

2.1.3 Kết cấu đỉnh kè:

- Kết cấu lan can: theo mẫu của sở GTVT đối với công trình TP Hồ Chí Minh

- Kết cấu hành lang: theo mẫu của sở GTVT đối với công trình TP Hồ Chí Minh

- Kết cấu bó vỉa: theo mẫu của sở GTVT đối với công trình TP Hồ Chí Minh

- Kết cấu nền đường mặt đường: tham khảo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm, áođường cứng…

Khi thiết kế chân kè phải tuân thủ những quy định sau đây:

a Kết cấu và vật liệu xây dựng chân kè phải thỏa mãn yêu cầu:

-Đảm bảo ổn định của chân kè và công trình;

-Chống được sự kéo trôi của chân kè và công trình;

-Chống được sự kéo trôi của dòng chảy và dòng bùn cát đáy;

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG

Trang : 8/21-Phải thích ứng với sự biến hình của lòng sông;

-Phải chống được sự xâm thực của nước;

-Thuận lợi cho việc thi công trong nước

d Xác định phạm vi gia cố, bảo vệ chân kè:

2.4 Tính toán vải lọc, tấm lát, thảm đá:

2.4.1 Tính chiều dày tấm Bêtông lát mái

* Chiều dày của tấm bê tông được xác định như sau:

3

108 0

B m

L h

d

b s

b

*

* ) (

*

*

*

* ,

db – chiều dày tấm bê tông (m)

hs – chiều cao sóng tính theo công thức sau: hs=0.0208 W5/4D1/3

W tốc độ gió (m/s)

D đà gió (km)

b – Trọng lượng riêng của tấm bê tông (t/m3)

 - Trọng lượng riêng của nước (t/m3)

m – hệ số mái dốc

B - chiều rộng tấm bê tông

L – chiều dài tấm bê tông vuông góc với đường bờ (m)

 – hệ số ổn định cho phép

2.4.2 Tính toán xói cục bộ chuyển mái

Gia tốc trọng trường : g(m2

s )Vận tốc dòng chảy trung bình U (m/s)

Độ sâu xói cục bộ h xói sâu chân công trình tính theo công thức I.A.laroxlavchiep

Góc mái dốc : 

Bề rộng mặt nước ứng với lưu lượng tạo lòng : B (m)

Chiều dài hình chiếu mái kè lên mặt cắt ngang sông tại mặt cắt tính tóan: Bk(m)

2 5.1

m U

2.4.3 Tính toán chiều dày rọ đá

-Tính toán chiều dày rọ đá dưới tác dụng của dòng chảy :

  Trọng lượng riêng của đá và nước

Chiều dày rọ đá được xác định theo công thức PILARCXYK:

2 1

0.035

d d

Hệ số tính chuyển từ vận tốc trung bình thủy lực trực tiếp thành vận tốc đáy Kh=1.0

Hệ số kể đến ảnh hưởng độ rối của dòng chảy Kt=1.0

S d

H D

Chiều cao sóng tính toán Hs (m)

Tỷ trọng tương đối của đá: 3

t m

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Trang :

10/21Đảm bảo được 2 điều kiện thoát nước và phân cách giữa các lớp vật liệu

a Tính toán theo yêu cầu chặn đất:

Toàn bộ các lớp đất dưới vải lọc là đất dính có chỉ số dẻo < 20% nên phải thỏa mãnyêu cầu về kích thước lỗ lọc Dw

- Dùng phần mềm Geo-Slope để kiểm tra ổn định: tính cung trượt và tính lún

3 Tính toán ổn định, kết cấu công trình bảo vệ bờ sông:

3.1 Hệ số an toàn và tần suất mực nước theo tính toán ổn định:

- Hệ số an toàn trượt, lật:

 Theo QCVN 04-05:2012 BNN PTNT:

Hệ số an toàn nhỏ nhất về ổn định của các hạng mục công trình và hệ công trình

và nền trong điều kiện làm việc bình thường:

Loại công trình và hạng mục công trình

Hệ số an toàn theo cấp công trìnhĐặc

III, IV

1 Công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền đất và

2 Công trình bê tông và bê tông cốt thép trên nền đá:

- Khi mặt trượt đi qua các khe nứt trong đá nền 1,25 1,20 1,15 1,15

- Khi mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá

hoặc đi trong đá nền có một phần qua các khe nứt, một

phần qua đá nguyên khối

3 Đập vòm và các công trình ngăn chống khác trên nền đá 1,70 1,60 1,55 1,55

- Tần suất MNmax thiết kế:

+ Tần suất mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra: theo QCVN 04-05:2012

1 Cụm công trình đầu mối các loại (trừ công trình

đầu mối vùng triều); công trình dẫn nước qua sông suối của

hệ thống tưới tiêu nông nghiệp:

2 Công trình đầu mối vùng triều; công trình và hệ

thống dẫn nước liên quan trong hệ thống tưới tiêu nông

nghiệp (trừ công trình dẫn nước qua sông suối của hệ thống

tưới tiêu nông nghiệp):

CHÚ THÍCH:

+ Lưu lượng, mực nước lớn nhất trong tập hợp thống kê là lưu lượng, mực nước có trị số lớn nhất xuất hiện trong từng năm Chất lượng của chuỗi thống kê (độ dài, tính đại biểu, thời gian thống kê v.v ) cần phải thoả mãn các yêu cầu quy định trong các tiêu chuẩn tương ứng Các số liệu cần được xử lý về cùng một điều kiện trước khi tiến hành tính toán;

+ Nếu ở phía thượng nguồn có những tác động làm thay đổi điều kiện hình thành dòng chảy hoặc có công trình điều tiết thì khi xác định các yếu tố quy định trong điều này cần phải kể đến khả năng điều chỉnh lại dòng chảy của các công trình đó;

+ Nếu ở phía hạ du đã có công trình điều tiết thì mô hình xả không được phá hoại hoặc vượt quá khả năng điều tiết của công trình đó;

+ Những công trình thủy lợi cấp đặc biệt nằm trong nhóm số 1 của bảng này, khi có luận chứng tin cậy và được chủ đầu tư chấp thuận, lũ kiểm tra có thể tính với tần suất 0,01% (tương ứng với chu kỳ lặp lại 10 000 năm) hoặc lũ cực hạn.

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG Trang :

12/21+ Mực nước thấp nhất để tính toán ổn định kết cấu công trình nền móng:

Tần suất lưu lượng, mực nước thấp nhất,

%

Mực nước thấp nhất quy định trong khai thác

Mực nước tháo cạn để sửa chữa, nạo vét v.v

+ Khi thiết kế các công trình từ cấp I trở lên phải xét đến khả năng mực nước này có thể hạ thấp hơn do lòng dẫn hạ lưu bị xói sâu hoặc do ảnh hưởng điều tiết lại của các công trình khác trong bậc thang sẽ được xây dựng tiếp theo.

3.2 Tính toán ổn định trượt:

Tham khảo hướng dẫn phần mềm Slope, Seep

3.3 Tính toán ổn định trượt phẳng:

3.4 Tính toán ổn định trượt, lật kết cấu cho kè đứng kết hợp mái nghiêng:

- Tham khảo phần mềm Slope để tính toán ổn định trượt sâu

- Tham khảo Plaxis, Geo 5 để tính chiều dài cọc và kết cấu

- Tham khảo Sap để tính kết cấu tường kè

- Tính sức chịu tải của cọc:

+ Theo phương đứng: tham khảo báo cáo chuyên đề hướng dẫn các phươngpháp tính cọc BTCT chịu tải trọng đứng

+ Theo phương ngang: tham khảo tài liệu của

3.5 Tính lún:

- Tính lún nền: tham khảo hướng dẫn tính toán Sigma…………

- Tính lún dưới móng cọc: tham khảo hướng dẫn thiết kế móng cọc chịu tảitrọng đứng

4 Một số giải pháp gia cố đất nền, giảm áp lực ngang lên tường kè.

4.1 Cọc CDM: Áp dụng cho kè đứng, thường đi kèm trong thiết kế với cừ Dự

ứng lực nhằm giảm áp lực ngang tác dụng lên tường cừ

Tiêu chuẩn áp dụng: Tiêu chuẩn quốc gia: TCVN 9403:2012 – Gia cố đất yếu –phương pháp trụ đất xi măng