Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục sự cố sạt trượt mái kè hưng lĩnh, huyện hưng nguyên, tỉnh nghệ an

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I Tính cẤp thiẾt cỦa đỀ tài 11 II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 12 III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG KÈ VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH CỦA KÈ 14 1.1 Tổng quan xây dựng kè bảo vệ bờ sông Việt Nam 14 1.1.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống sông, suối Việt Nam 14 1.1.2 Tình hình xây dựng kè bảo vệ bờ sông Việt Nam 15 1.2 Điều kiện làm việc yêu cầu kỹ thuật kè khu vực tỉnh Nghệ An 17 1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực tỉnh Nghệ An 17 1.2.2 Tình trạng sạt lở bờ sông Nghệ An 19 1.2.3 Tình hình xây dựng kè điều kiện làm việc kè Nghệ An 21 1.3 Các yếu tố tác động làm cho mái kè bị sạt trượt 25 1.3.1 Mất ổn định cục theo phương ngang 25 1.3.2 Mất ổn định cục theo phương đứng .26 1.3.3 Mất ổn định tổng thể 26 1.3.4 Mất ổn định cục kết cấu 26 1.3.5 Sóng 27 1.4 Một số biện pháp thường dùng để khắc phục cố sạt trượt mái kè, khó khăn, tồn 30 1.4.1 Các loại công trình đơn giản .30 1.4.2 Các loại công trình bán kiên cố 30 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 32 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .33 2.1 Các trạng thái ổn định kè sở lý thuyết 33 2.1.1 Mất ổn định chân kè 33 2.1.2 Mất ổn định mái kè .41 2.1.3 Mất ổn định đỉnh kè 44 2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán dòng thấm 45 2.2.1 Nguyên nhân hình thành dòng thấm môi trường đất đá 45 2.2.2 Tác hại dòng thấm công trình xây dựng 48 2.2.3 Phân loại dòng thấm môi trường đất rỗng 48 2.2.4 Các giả thiết tính toán thấm 48 2.2.5 Các phương pháp tính toán thấm 49 2.3 Những vấn đề kỹ thuật nghiên cứu ổn định sạt trượt mái tác dụng dòng thấm 54 2.3.1 Phân loại dòng thấm môi trường đất rỗng 54 2.3.2 Các giả thiết tính toán thấm 55 2.4 Đánh giá, lựa chọn phương pháp tính toán phần mềm dùng nghiên cứu 57 2.4.1 Phương pháp cân giới hạn 58 2.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 60 2.4.3 Lựa chọn phương pháp tính 64 2.4.4 Lựa chọn phần mềm dùng nghiên cứu 72 2.5 Đề xuất biện pháp xử lý để đảm bảo ổn định kè 74 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP ÁP DỤNG CHO HIỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI KÈ TẠI XÃ HƯNG LĨNH, HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN 77 3.1 Giới thiệu công trình 77 3.1.1 Vị trí công trình 77 3.1.2 Điều kiện tự nhiên 78 3.1.3 Nhiệm vụ công trình 80 3.1.4 Quy mô công trình 80 3.2 Đánh giá ổn định mái kè đoạn kè nghiên cứu 81 3.2.1 Quá trình sạt lở 81 3.2.2 Hiện trạng công trình đoạn từ K68+914 – K69+414 82 3.3 Nguyên nhân hư hỏng công trình 82 3.3.1 Ảnh hưởng dòng chảy sông 82 3.3.2 Ảnh hưởng dòng thấm 83 3.3.3 Các nguyên nhân chủ quan 84 3.4 Đề xuất giải pháp gia cố 85 3.4.1 Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 86 3.5 Phân tích đánh giá kết tính toán lựa chọn giải pháp phù hợp 87 3.5.1 Kết tính toán giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại .87 3.5.2 Kết tính toán giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 Các kết đạt luận văn 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 108 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 118 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lược đồ hệ thống sông lớn Việt Nam 15 Hình 1.2 Chống sạt lở bờ, ổn định lòng dẫn sông Thái Bình khu vực TP Hải Dương (báo XD) 16 Hình 1.3 Dự án đê kè bờ hữu sông Mã ( báo VH&ĐS) 16 Hình 1.4 Kè Thị xã Hội An bảo vệ cửa sông tỉnh Quảng Nam 16 Hình 1.5 Kè Đức Quang tỉnh Hà Tĩnh cửa sông Lam 17 Hình 1.6 Kè Phong Vân – Ba Vì – Hà Nội 17 Hình 1.7 Bản đồ tự nhiên tỉnh Nghệ An 18 Hình 1.8 Sạt lở bờ sông xã Hưng Hòa-Nghệ An 20 Hình 1.9 Sạt lở H.Hưng Nguyên Hình 1.10 Sạt lở đê La Giang - HT 20 20 Hình 1.11 Sạt lở H.Thanh Chương – Nghệ An 20 Hình 1.12 Sạt lở bờ sông Lam – huyện Đô Lương 21 Hình 1.13 Kè sông Lam Tp.Vinh 21 Hình 1.14 Cấu tạo kè lát mái 23 Hình 1.15 Cấu tạo kè mỏ hàn 24 Hình 1.16 Mặt cắt thiết kế thường dùng cho sạt lở sông Lam 25 Hình 1.17 Lực tác dụng sóng lên mái kè dạng bê tông 27 Hình 1.18 Các biểu đồ áp lực sóng lên đê chắn sóng ngập nước 28 Hình 1.19 Sóng đánh vào kè Bạc Liêu 29 Hình 1.20 Kè sông Mã bị hư hỏng 29 Hình 1.21 Kè kênh Ba Bò – Bình Dương bị sụt, lún 29 Hình 1.22 Thi công đóng cừ BTCT UST chân kè khối BT hộ chân kè 31 Hình 1.23 Kè bờ sông rọ đá sông Tiền – Đồng Tháp 31 Hình 2.1 Cấu tạo chân kè lát mái 33 Hình 2.2 Hình thức chân kè lát mái đường lạch sâu nằm vùng xây dựng kè 34 Hình 2.3 Chân kè đá đổ 34 Hình 2.4 Chân kè rồng 35 Hình 2.5 Chống xói chân kè rồng bè chìm 35 Hình 2.6 Rọ đá bị phá vỡ, trôi 36 Hình 2.7 Rọ đá bị trôi Quảng Bình 36 Hình 2.8 Rọ đá bị phá hủy, trôi Tuyên Hóa – Quảng Bình .37 Hình 2.9 Bê tông chân kè bị phá vỡ 37 Hình 2.12 Kết cấu thân kè .41 Hình 2.13 Kè đá hộc lát khan bê tông lắp ghép 43 .43 Hình 2.14 Kè đá xây liền khối Thái Bình 43 Hình 2.15 Cấu tạo cốt đất khô .45 Hình 2.16 Sơ đồ điểm môi trường đất .46 Hình 2.17 Sơ đồ, hướng dòng chảy hình thành hai điểm môi trường đất 47 Hình 2.18 Sơ đồ hình thành chuyển động dòng thấm đập đất 47 Hình 2.19 Sơ đồ phương pháp tính toán thấm 51 Hình 2.20 Sơ đồ sai phân .52 Hình 2.21 Sơ đồ phân tử tam giác 53 Hình 2.22 Mặt cắt ngang kè 56 Hình 2.23 Các phương pháp phân tích ổn định mái 58 Hình 2.24 Sự tương tác slice với mô tả interslice forces 58 Hình 2.25 Lực tác dụng mặt trượt thông qua khối trượt với mặt trượt tròn 62 Hình 2.26 Lực tác dụng lên mái trượt thông qua khối trượt với mặt tổ hợp 62 Hình 2.27 Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt 62 với đường trượt đặc biệt 62 Hình 2.28 Các phương phương pháp tính toán ứng suất biến dạng 66 Hình 2.29 Các phương phương pháp giải hệ phương trình 70 Hình 2.30 Dạng hình học đơn giản phần tử 71 Hình 2.31 Giải pháp kết cấu mái kè nghiêng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường làm tăng ổn định kè 75 Hình 2.32 Thảm rồng đá túi lưới rồng đá túi lưới đơn .76 Hình 3.1 Bản đồ khu vực xây dựng công trình 78 Hình 3.2 Giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 86 Hình 3.3 Giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 86 Hình 3.4 Mô hình tính toán Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.5 Kết tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.6 Kết tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.7 Kết tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.8 Kết tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.9 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.10 Kết tính toán ứng suất lớn – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.11 Kết tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.12 Kết tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.13 Kết tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.14 Mô hình tính toán Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.15 Kết tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.16 Kết tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 94 Hình 3.17 Kết tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m)94 Hình 3.18 Kết tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 95 Hình 3.19 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 95 Hình 3.20 Kết tính toán ứng suất lớn – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) .96 Hình 3.21 Kết tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 96 Hình 3.22 Kết tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.23 Kết tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.24 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác với hệ số ổn định phương án 98 Hình 3.25 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .99 Hình 3.26 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .99 Hình 3.27 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .100 Hình 3.28 Hình vẽ thể lực tác dụng lên thỏi đất theo phương pháp cân giới hạn 101 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết tính toán lưu lượng nhỏ thiết kế trạm thủy văn Chợ Tràng 80 Bảng 3.2: Bảng tổng hợp tiêu lý giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 87 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp tiêu lý giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 87 Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết tính toán phương án 97 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết tính toán phương án 98 10 MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong năm qua, quan tâm đầu tư Trung ương Bộ, Nghành, đặc biệt đầu tư Bộ NN & PTNT, nhiều công trình chống sạt lở bờ sông triển khai xây dựng nhằm mục đích chống xói lở bờ sông, giữ đất đất sản xuất nông nghiệp cho nhân dân, ổn định đời sống khu dân cư Tuy nhiên, không công trình, hạng mục kè số không phát huy hết công gặp cố sạt trượt mái, gây ảnh hưởng lớn đến trình khai thác, sử dụng, gây lãng phí nguồn vốn Nhà nước đầu tư Hình Kè bãi bồi đê sông Mã bị sạt lở (Nguồn: vov.vn) Hiện tượng sạt, trượt mái kè tượng xảy phổ biến, nên có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều giải pháp đưa áp dụng nhằm ổn định mái kè, chưa thực giải triệt để vấn đề, với công trình, hạng mục có địa chất yếu, có hoạt động dòng thấm dòng nước mặt hoạt động mạnh 11 Để giải vấn đề sạt trượt mái kè cần phải tiến hành nghiên cứu lý thuyết phân tích, đánh giá, tìm nguyên nhân để từ đề xuất giải pháp vấn đề xử lý sạt trượt nhằm đảm bảo tính ổn định lâu dài, để công trình phát huy hiệu mặt kinh tế kỹ thuật Hơn nữa, vùng có địa chất yếu, thường xuyên chịu tác động dòng chảy, dòng thấm điều kiện làm việc công trình kè phức tạp hơn, không tuân theo điều kiện làm việc thông thường Chính vấn đề nghiên cứu luận văn vừa mang ý nghĩa thực tiễn, vừa khoa học II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Xác định nguyên nhân hư hỏng hạng mục công trình kè sông tác dụng điều kiện bất thường - Nghiên cứu phân tích, đánh giá, đề xuất giải pháp phũng chống sạt trượt mái kè tác dụng dũng thấm - Vận dụng kết nghiên cứu để kiểm tra ổn định cho kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Cách tiếp cận - Từ thực tế: Các trường hợp kè bị sạt trượt sau đưa vào sử dụng - Tiếp cận từ điều kiện kỹ thuật: Công trình phải đảm bảo điều kiện ổn định - Tiếp cận đại: Ứng dụng phương pháp tính tóan tiên tiến, phần mềm kiểm tra ổn định cho kè - Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin, kế thừa nghiên cứu đá có - Phân tích lý luận quan hệ ổn định mái kè với dòng thấm, dòng chảy mặt - Sử dụng mô hình toán - Ứng dụng cho công trình thực tế 12 Hình PL1.11 Mô hình tính toán Geoslope – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.12 Kết tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 113 Hình PL1.13 Kết tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.14 Kết tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m)) 114 Hình PL1.15 Kết tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.16 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 115 Hình PL1.17 Kết tính toán ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.18 Kết tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 116 Hình PL1.19 Kết tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.20 Kết tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 117 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP MNTT=MNTC=0.50(m) Hình PL2.1 Mô hình tính toán Geoslope – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.2 Kết tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 118 Hình PL2.3 Kết tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.4 Kết tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 119 Hình PL2.5 Kết tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.6 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 120 Hình PL2.7 Kết tính toán ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.8 Kết tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 121 Hình PL2.9 Kết tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.10 Kết tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 122 TỔ HỢP MNTT=MNMax=3.20(m) Hình PL2.11 Mô hình tính toán Geoslope – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.12 Kết tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 123 Hình PL2.13 Kết tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.14 Kết tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m)) 124 Hình PL2.15 Kết tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.16 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 125 Hình PL2.17 Kết tính toán ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.18 Kết tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT= MNmax=3.20(m) 126 Hình PL2.19 Kết tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.20 Kết tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 127 ... quan hệ ổn định mái kè dòng thấm, dòng chảy phụ thuộc vào thông số khác - Giải pháp an toàn cho mái kè bị sạt trượt - Kết tính cho kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An - Kết nghiên cứu. .. xuất giải pháp khắc phục cố sạt trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An nhằm cung cấp sở khoa học thực tế cho việc sửa chữa, xây dựng hạng mục kè tỉnh Nghệ An mang tính khoa học... dùng nghiên cứu 72 2.5 Đề xuất biện pháp xử lý để đảm bảo ổn định kè 74 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP ÁP DỤNG CHO HIỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI KÈ TẠI XÃ HƯNG LĨNH, HUYỆN HƯNG