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

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm qua, được sự quan tâm đầu tư của Trung ương và các Bộ, Nghành, đặc biệt là sự đầu tư của Bộ NN & PTNT, rất nhiều công trình chống sạt lở bờ sôn

M ỤC LỤC

L ỜI CẢM ƠN 2

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 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG KÈ VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH CỦA KÈ 14

1.1 Tổng quan về xây dựng kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam 14

1.1.1 Điều kiện tự nhiên của hệ thống sông, suối ở Việt Nam 14

1.1.2 Tình hình xây d ựng kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam 15

1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với kè ở khu vực tỉnh Nghệ An 17

1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực tỉnh Nghệ An 17

1.2.2 Tình tr ạng sạt lở bờ sông ở Nghệ An 19

1.2.3 Tình hình xây d ựng kè và điều kiện làm việc của kè tại Nghệ An 21

1.3 Các yếu tố tác động làm cho mái kè bị sạt trượt 25

1.3.1 M ất ổn định cục bộ theo phương ngang 25

1.3.2 M ất ổn định cục bộ theo phương đứng 26

1.3.3 M ất ổn định tổng thể 26

1.3.4 M ất ổn định cục bộ của kết cấu 26

1.3.5 Sóng 27

1.4 Một số biện pháp thường dùng để khắc phục sự cố sạt trượt mái kè, những khó khăn, tồn tại 30

1.4.1 Các lo ại công trình đơn giản 30

1.4.2 Các lo ại công trình bán kiên cố 30

1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 33

2.1 Các trạng thái mất ổn định của kè và cơ sở lý thuyết 33

2.1.1 M ất ổn định chân kè 33

2.1.2 M ất ổn định mái kè 41

2.1.3 M ất ổn định đỉnh kè 44

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán dòng thấm 45

2.2.1 Nguyên nhân s ự hình thành dòng thấm trong môi trường đất đá 45

2.2.2 Tác h ại của dòng thấm trong công trình xây dựng 48

2.2.3 Phân lo ại dòng thấm trong môi trường đất rỗng 48

2.2.4 Các gi ả thiết cơ bản trong tính toán thấm 48

2.2.5 Các phương pháp tính toán thấm 49

2.3 Những vấn đề kỹ thuật trong nghiên cứu ổn định sạt trượt mái dưới tác dụng của dòng thấm 54

2.3.1 Phân lo ại dòng thấm trong môi trường đất rỗng 54

2.3.2 Các gi ả thiết cơ bản trong tính toán thấm 55

2.4 Đánh giá, lựa chọn phương pháp tính toán và phần mềm dùng trong nghiên cứu 57

2.4.1 Phương pháp cân bằng giới hạn 58

2.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 60

2.4.3 L ựa chọn phương pháp tính 64

2.4.4 L ựa chọn phần mềm dùng trong nghiên cứu 72

2.5 Đề xuất biện pháp xử lý để đảm bảo ổn định kè 74

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP ÁP DỤNG CHO HI ỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI KÈ TẠI XÃ HƯNG LĨNH, HUYỆN HƯNG NGUYÊN, T ỈNH NGHỆ AN 77

3.1 Giới thiệu công trình 77

3.1.1 V ị trí công trình 77

3.1.2 Điều kiện tự nhiên 78

3.1.3 Nhi ệm vụ công trình 80

3.1.4 Quy mô công trình 80

3.2 Đánh giá ổn định mái kè đối với đoạn kè đang nghiên cứu 81

3.2.1 Quá trình s ạt lở 81

3.2.2 Hi ện trạng công trình đoạn từ K68+914 – K69+414 82

3.3 Nguyên nhân hư hỏng của công trình 82

Ảnh hưởng của dòng chảy trên sông 82

3.3.2 Ảnh hưởng của dòng thấm 83

3.3.3 Các nguyên nhân ch ủ quan 84

3.4 Đề xuất các giải pháp gia cố 85

3.4.1 Bóc b ỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải v ải địa kỹ thuật và lát khan lại 86

3.5 Phân tích đánh giá kết quả tính toán và lựa chọn giải pháp phù hợp 87

3.5.1 K ết quả 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 và lát khan lại 87

3.5.2 K ết quả tính toán giải pháp 2- Bóc bỏ tất cả từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ đó tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 92

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

1 Các kết quả đạt được trong luận văn 105

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 107

PH Ụ LỤC 1 - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 1 108

PH Ụ LỤC 2 - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 2 118

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lược đồ các hệ thống sông lớn ở 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 tại 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 của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông 27

Hình 1.18 Các biểu đồ áp lực sóng lên một đê chắn sóng ngập nước 28

Hình 1.19 Sóng đánh vào kè ở 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 và khối BT hộ chân kè 31

Hình 1.23 Kè bờ sông bằng rọ đá ở 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 trong vùng xây dựng kè 34

Hình 2.3 Chân kè bằng đá đổ 34

Hình 2.4 Chân kè bằng rồng 35

Hình 2.6 Rọ đá bị phá vỡ, cuốn trôi 36

Hình 2.7 Rọ đá bị cuốn trôi ở Quảng Bình 36

Hình 2.8 Rọ đá bị phá hủy, cuốn trôi tại 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 và tấm bê tông lắp ghép 43

43

Hình 2.14 Kè đá xây liền khối ở Thái Bình 43

Hình 2.15 Cấu tạo cốt đất khô 45

Hình 2.16 Sơ đồ thế năng của một điểm trong môi trường đất 46

Hình 2.17 Sơ đồ, hướng đi của dòng chảy hình thành giữa hai điểm trong môi trường đất 47

Hình 2.18 Sơ đồ hình thành và chuyển động của dòng thấm trong đập đất 47

Hình 2.19 Sơ đồ các 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 giữa các slice với nhau được mô tả bởi các interslice forces 58

Hình 2.25 Lực tác dụng trên 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 các phương trình cơ bản 70

Hình 2.30 Dạng hình học đơn giản của các phần tử 71

Hình 2.31 Giải pháp kết cấu mái kè nghiêng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường làm tăng sự ổn định của kè 75

Hình 2.32 Thảm rồng đá túi lưới và các 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 và lát khan lại 86 Hình 3.3 Giải pháp 2- Bóc bỏ tất cả từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ đó tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 86 Hình 3.4 Mô hình tính toán trong Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.5 Kết quả tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.6 Kết quả tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.7 Kết quả tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.8 Kết quả tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.9 Kết quả tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.10 Kết quả tính toán ứng suất lớn nhất – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.11 Kết quả tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.12 Kết quả tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.13 Kết quả tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.14 Mô hình tính toán trong Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.15 Kết quả tính toán chuyển vị theo phương ngang – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.16 Kết quả tính toán chuyển vị theo phương đứng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 94 Hình 3.17 Kết quả tính toán chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 94 Hình 3.18 Kết quả tính toán ứng suất theo phương ngang – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 95

Hình 3.19 Kết quả tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 95 Hình 3.20 Kết quả tính toán ứng suất lớn nhất – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 96 Hình 3.21 Kết quả tính toán ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 96 Hình 3.22 Kết quả tính toán áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp

MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.23 Kết quả tính toán cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.24 Đồ thị quan hệ giữa các tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác nhau với hệ

số ổn định các phương án 98 Hình 3.25 Đồ thị quan hệ giữa các tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác nhau với chuyển vị tổng Usum các phương án 99 Hình 3.26 Đồ thị quan hệ giữa các tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác nhau với chuyển vị tổng Usum các phương án 99 Hình 3.27 Đồ thị quan hệ giữa các tổ hợp tính toán ứng với MNTL khác nhau với chuyển vị tổng Usum các phương án 100 Hình 3.28 Hình vẽ thể hiện các lực tác dụng lên 1 thỏi đất theo phương pháp cân bằng

giới hạn 101

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Kết quả tính toán lưu lượng nhỏ nhất thiết kế tại trạm thủy văn Chợ Tràng 80

Bảng 3.2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ 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 và lát khan lại 87

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý giải pháp 2- Bóc bỏ tất cả từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ đó tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ

vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m. 87

Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết quả tính toán phương án 1 97

Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết quả tính toán phương án 2 98

M Ở ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm qua, được sự quan tâm đầu tư của Trung ương và các Bộ, Nghành, đặc biệt là sự đầu tư của Bộ NN & PTNT, rất nhiều công trình chống sạt lở bờ sông đã được triển khai xây dựng nhằm mục đích chống xói lở bờ sông, giữ đất ở và đất sản

xuất nông nghiệp cho nhân dân, ổn định đời sống khu dân cư

Tuy nhiên, không ít các công trình, hạng mục kè trong số đó không phát huy hết công năng do gặp sự cố về sạt trượt mái, gây ảnh hưởng lớn đến quá trình khai thác, sử

dụng, gây lãng phí nguồn vốn của Nhà nước đầu tư

Hình 1 Kè bãi bồi đê sông Mã bị sạt lở (Nguồn: vov.vn)

Hiện tượng sạt, trượt mái kè là hiện tượng xảy ra rất phổ biến, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều giải pháp được đưa ra và áp dụng nhằm ổn định mái kè, nhưng vẫn chưa thực sự giải quyết được triệt để vấn đề, nhất là với những công trình,

hạng mục có địa chất yếu, có sự hoạt động của dòng thấm và dòng nước mặt hoạt động

mạnh

Để giải quyết vấn đề sạt trượt mái kè chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu lý thuyết cũng như phân tích, đánh giá, tìm nguyên nhân để từ đó đề xuất các giải pháp

mới trong vấn đề xử lý sạt trượt nhằm đảm bảo tính ổn định lâu dài, để công trình phát huy hiệu quả cả về mặt kinh tế và kỹ thuật

Hơn nữa, đối với những vùng có địa chất yếu, thường xuyên chịu tác động của dòng

chảy, dòng thấm thì điều kiện làm việc của công trình kè phức tạp hơn, không tuân theo những điều kiện làm việc thông thường Chính vì vậy vấn đề nghiên cứu của luận văn vừa mang ý nghĩa thực tiễn, vừa khoa học

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Xác định nguyên nhân hư hỏng của các hạng mục công trình kè sông dưới tác dụng

của điều kiện bất thường

- Nghiên cứu phân tích, đánh giá, đề xuất giải pháp phũng chống sạt trượt mái kè dưới tác dụng của dũng thấm

- Vận dụng những kết quả nghiên cứu đó 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 khi đưa vào sử dụng

- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Công trình phải đảm bảo điều kiện ổn định

- Tiếp cận hiện đại: Ứng dụng các phương pháp tính tóan tiên tiến, phần mềm hiện đại

để kiểm tra ổn định cho kè

- Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đá có

- Phân tích lý luận về quan hệ giữa ổn định của mái kè với dòng thấm, dòng chảy mặt

- Sử dụng mô hình toán

- Ứng dụng cho công trình thực tế

IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Khảo sát quan hệ giữa ổn định của mái kè và dòng thấm, dòng chảy phụ thuộc vào các thông số khác nhau

- Giải pháp an toàn cho mái kè khi bị sạt trượt

- Kết quả tính cho kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An

- Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn, có thể làm tài liệu tham khảo cho các nhà thiết kế sửa chữa nâng cấp các hạng mục công trình tương tự trên địa bàn tỉnh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG KÈ VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH CỦA KÈ

1.1 Tổng quan về xây dựng kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam

1.1.1 Điều kiện tự nhiên của hệ thống sông, suối ở Việt Nam

Việt Nam là quốc gia có hệ thống sông rạch dày đặc, phân bố khắp cả nước Hiện nay,

Việt Nam có tới 2.360 con sông, kênh lớn nhỏ với tổng chiều dài khoảng 41.900 km,

nhưng mới quản lý và khai thác được 8.036 km, trong đó có 392 con sông, chảy liên

tỉnh được đưa vào danh mục quản lý của Cục đường sông Việt Nam theo quyết định số

1989 ngày 1-11-2010 của Thủ tướng Chính phủ Trong đó, 191 tuyến sông, kênh với

tổng chiều dài 6.734,6 km được xem là tuyến đường sông quốc gia Tổng lưu lượng

nước trung bình của các sông và kênh là 26.600 m³/s Trong đó, phần được sinh ra trên đất Việt Nam chiếm 38,5%; phần từ nước ngoài chảy vào Việt Nam chiếm khoảng 61,5% Hệ thống sông Cửu Long chiếm 60,4%, hệ thống sông Hồng 15,1% và các con sông còn lại chiếm 24,5% 3 dòng sông được xếp vào diện hung dữ nhất (tốc độ dòng

chảy lớn nhất) là sông Hồng, sông Đà, sông Lô Trong đó, lưu lượng của sông Hồng cao nhất vào tháng 8 là hơn 9.200m3/s Nơi có mật độ sông thấp nhất là vùng Nam Trung Bộ Khu vực đông bằng sông Hồng có mật độ 0.45km/km², khu vực đồng bằng sông Cửu Long có mật độ 0.68km/km² Hướng chảy của sông chủ yếu từ Tây sang Đông, từ Tây Bắc xuống Đông Nam, lòng sông dốc, tốc độ chảy tương đối lớn Chế độ nước trên các con sông chia thành 2 mùa rõ rệt, đó là mùa lũ và mùa kiệt Về mùa lũ, nước sông lên cao, nước chảy xiết, các sông thường mang một lượng lớn chất phù sa, bùn cát lại chảy trên một nền bồi tích rất dễ xói bồi nên quá trình xói lở - bồi đọng diễn

ra liên tục theo thời gian và không gian Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các triền sông và ở

hầu hết các địa phương có sông, không chỉ diễn ra vào mùa lũ mà còn vào mùa kiệt Đặc biệt trong những thập kỷ cuối của thế kỷ XX, hiện tượng sạt lở diễn ra với chu kỳ nhanh hơn, cường độ mạnh hơn, thời gian kéo dài hơn và có nhiều dị thường

Hình 1.1 Lược đồ các hệ thống sông lớn ở Việt Nam

1.1.2 Tình hình xây d ựng kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam

Do sông ngòi ở nước ta đa số là sông nhỏ, lại chảy trong địa hình dốc nên thường gây

ra xói lở 2 bên bờ sông Để đảm bảo an toàn cho các khu vực dân cư và vùng sản xuất,

hệ thống kè được xây dựng tại các khu vực này Kè là hạng mục công trình thường

thấy ở các khu vực sông, hàng năm đều được nhà nước đầu tư tu sửa và xây mới Tùy vào hệ thống sông lớn hay nhỏ mà kè cũng được đầu tư xây dựng với quy mô tương ứng Hầu hết các địa phương có sông lớn đều được đầu tư xây dựng kè, như hệ thống

kè 2 bên bờ sông Cần Thơ với vốn đầu tư 1.000 tỷ đồng, dự án xây kè bờ sông Hồng đoạn phường Phúc Tân với số vốn 380 tỷ đồng, dự án kè bờ hữu sông Thái Bình với

số vốn 338 tỷ đồng, dự án kè bờ hữu sông Mã với số vồn 20 tỷ đồng Cùng với nguồn

vốn ngân sách, hàng năm, Nhà nước cũng sử dụng các nguồn vốn vay từ các tổ chức như WB, vốn ODA để đầu tư xây dựng các hạng mục kè

Hình 1.2 Chống sạt lở bờ, ổn định lòng dẫn sông Thái Bình khu vực TP Hải Dương

(báo XD)

Hình 1.3 Dự án đê kè bờ hữu sông Mã ( báo VH&ĐS)

Hình 1.5 Kè Đức Quang tỉnh Hà Tĩnh cửa sông Lam

Hình 1.6 Kè Phong Vân – Ba Vì – Hà Nội

1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với kè ở khu vực tỉnh Nghệ An

1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực tỉnh Nghệ An

Nghệ An là tỉnh có diện tích lớn nhất Việt Nam thuộc vùng Bắc Trung Bộ Phía Đông giáp biển, phía Tây giáp nước CHDCND Lào, phía Nam giáp tỉnh Hà Tĩnh, phía Bắc giáp tỉnh Thanh Hóa Nghệ An có 1 thành phố, 3 thị xã và 17 huyện Trong đó, Thành

ố Vinh là đô thị loại 1, là trung tâm kinh tế, văn hóa của tỉnh và của cả khu vực Bắc

Trung bộ Tỉnh Nghệ An nằm ở Đông Bắc dãy Trường Sơn, địa hình đa dạng, phức tạp

và bị chia cắt bởi các hệ thống đồi núi, sông suối hướng nghiêng từ Tây - Bắc xuống Đông - Nam với ba vùng sinh thái rõ rệt: miền núi, trung du, đồng bằng ven biển Đỉnh núi cao nhất là đỉnh Pulaileng (2.711m) ở huyện Kỳ Sơn, thấp nhất là vùng đồng bằng huyện Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Yên Thành có nơi chỉ cao đến 0,2 m so với mặt nước

biển (đó là xã Quỳnh Thanh huyện Quỳnh Lưu) Đồi núi chiếm 83% diện tích đất tự nhiên của toàn tỉnh Tỉnh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu sự tác động

trực tiếp của gió mùa Tây - Nam khô và nóng (từ tháng 4 đến tháng 8) và gió mùa Đông Bắc lạnh, ẩm ướt (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau) Nhiệt độ trung bình hàng năm 23 - 24,20C Tổng lượng mưa trong năm là 1.200 – 2.000 mm Độ ẩm trung bình hàng năm 80-90% Tổng số giờ nắng trong năm khoảng 1.460 giờ Về thủy văn: Tỉnh Nghệ An có 7 lưu vực sông (có cửa riêng biệt) với tổng chiều dài sông suối trên địa bàn tỉnh là 9.828 km, mật độ trung bình là 0,7 km/km2 Sông lớn nhất là sông Cả (sông Lam) bắt nguồn từ huyện Mường Pẹc tỉnh Xiêng Khoảng (Lào), có chiều dài là

532 km (riêng trên đất Nghệ An có chiều dài là 361 km), diện tích lưu vực 27.200 km2 (riêng ở Nghệ An là 15.346 km2) Tổng lượng nước hàng năm khoảng 28.109 m3

Hình 1.7 Bản đồ tự nhiên tỉnh Nghệ An

1.2.2 Tình tr ạng sạt lở bờ sông ở Nghệ An

Nghệ An là tỉnh có điều kiện tự nhiên không mấy thuận lợi Về địa hình, tỉnh có nhiều

loại địa hình từ miền núi cao trải xuống đồng bằng ven biển Về khí hậu, tỉnh nằm trong vùng “nắng lắm, mưa nhiều” Về mùa lũ, tỉnh thường xuyên hứng chịu những

trận lụt, bão có sức tàn phá lớn, gây nên những trận lụt lịch sử Kết hợp với địa hình lòng sông suối dốc, nước chảy xiết nên gây ra tình trạng sạt lở 2 bên bờ sông hết sức nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp tới tính mạng và tài sản của nhân dân dọc theo 2 bên bờ sông Sông Lam là con sông lớn nhất của tỉnh, là một trong hai con sông lớn nhất vùng

Bắc Trung Bộ, bắt nguồn từ cao nguyên Xiengkhuang, Lào Phần chảy trên lãnh thổ Lào gọi là Nam Khan Phần chính của dòng sông chảy qua Nghệ An, phần cuối của sông Lam hợp lưu với sông La từ Hà Tĩnh, tạo thành ranh giới của Nghệ An và Hà Tĩnh đổ ra biển tại cửa Hội Cụ thể, trên lãnh thổ Việt Nam, nó chảy qua địa phận huyện Kì Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Đô Lương, Nam Đàn, giữa các huyện Thanh Chương, Hưng Nguyên, thành phố Vinh, Nghi Lộc của tỉnh Nghệ An rồi vào Đức Thọ, Nghi Xuân, thị xã Hồng Lĩnh của tỉnh Hà Tĩnh trước khi đổ ra vịnh Bắc

Bộ Tổng cộng các chiều dài của sông theo Bách khoa toàn thư Việt Nam là khoảng

512 km, đoạn chảy trong nội địa Việt Nam khoảng 361 km Tính trung bình của cả triền sông thì sông Lam nằm ở cao độ 294 m và độ dốc trung bình là 18,3% Từ biên

giới Việt-Lào đến Cửa Rào, lòng sông dốc nhiều với hơn 100 ghềnh thác, tổng lượng nước 21,90 km³ tương ứng với lưu lượng trung bình năm 688 m³/s và môđun dòng

chảy năm 25,3 l/s.km² Lưu lượng trung bình mỗi năm tại Cửa Rào là 236 m³/s, tại

Dừa: 430 m³/s Mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 11 cũng là mùa mưa, góp khoảng 74-80%

tổng lượng nước cả năm Hiện nay, 2 bên bờ sông bị sạt lở trên toàn tuyến, nhiều nơi

phạm vi sạt lở đã ảnh hưởng tới đất sản xuất của nhân dân, thậm chí có những nơi đã ảnh hưởng tới đất ở

Hình 1.8 Sạt lở bờ sông xã Hưng Hòa-Nghệ An

Hình 1.9 Sạt lở H.Hưng Nguyên Hình 1.10 Sạt lở đê La Giang - HT

Hình 1.11 Sạt lở H.Thanh Chương – Nghệ An

Hình 1.12 Sạt lở bờ sông Lam – huyện Đô Lương

1.2.3 Tình hình xây d ựng kè và điều kiện làm việc của kè tại Nghệ An

Nghệ An là tỉnh còn dựa nhiều vào nông nghiệp, nông thôn nên tình trạng sạt lở bờ sông, làm mất đất sản xuất của người dân rất được chính quyền và các ban, nghành quan tâm Trong những năm qua, tỉnh đã được thụ hưởng nhiều dự án từ nhiều nguồn

vốn khác nhau để phòng, chống tình trạng sạt lở bờ sông Lam Các công trình thường

là các công trình vừa và nhỏ, các tiểu dự án nhằm chống sạt lở bờ sông tại các vị trí xung yếu, các công trình mang tính chất khẩn cấp, thường tập trung ở các huyện Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên và Nghi Lộc Các tiểu dự án này sử

dụng vốn từ nguồn vốn xử lý khẩn cấp đê điều hàng năm, vốn duy tu, tu bổ, các nguốn

vốn từ các tổ chức quốc tế như WB, JICA

Hình 1.13 Kè sông Lam tại Tp.Vinh

Sông suối ở Nghệ An có độ dốc lớn, về mùa hè thường có gió Tây Nam hoạt động

mạnh nên ảnh hưởng rất lớn tới sự hình thành hiện tượng sạt lở cũng như điều kiện làm việc của kè Độ dốc lớn dẫn đến lưu tốc dòng chảy lớn, trong nước thường chứa hàm lượng cát bụi cao nên khi chảy sẽ có khả năng lôi cuốn các thành phần hạt đất 2 bên bờ sông cao hơn, đẩy mạnh quá trình sạt lở Gió Tây Nam hoạt động mạnh dẫn đến dòng nước mặt luôn có sự dao động mạnh Gió Tây Nam ở Nghệ An thường được

gọi là gió Lào hay gió “phơn” (hiện tượng foehn) là ngọn gió khô và nóng Gió thường

xuất hiện từ đầu tháng Tư đến giữa tháng Chín, thường bắt đầu thổi từ 8-9 giờ sáng cho đến chiều tối, thổi mạnh nhất từ khoảng gần giữa trưa đến xế chiều Gió khô và nóng, nên làm cho khí hậu trở nên khắc nghiệt Độ ẩm có khi xuống 30% trong khi nhiệt độ có khi lên tới 43⁰C Với bầu trời nắng chói chang, gió lại thổi đều đều như

quạt lửa, tốc độ gió lớn nên sóng trên mặt sông luôn mạnh, vỗ mạnh vào bờ làm cho các vị trí sạt lở càng thêm nghiêm trọng Tại dọc 2 bên bờ sông thường là các bãi bồi, thành phần hạt gồm các hạt mịn như sét, bùn, bột, cát nên dễ bị lôi cuốn Tổng hợp các

yếu tố trên làm cho 2 bên bờ các sông suối ở Nghệ An dễ bị sạt lở nên để đảm bảo công trình kè phát huy hiệu quả thì trong quá trình thiết kế cần chú ý đảm bảo các yêu

cầu sau:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 8419:2010 Công trình thủy lợi - Thiết kế công trình

bảo vệ bờ sông để chống lũ, công trình bảo vệ bờ sông được chia làm 3 loại sau:

- Kè lát mái: gia cố trực tiếp lên mái bờ sông nhằm chống xói lở do tác động của dòng

chảy và sóng;

- Kè mỏ hàn: nối từ bờ sông nhằm hướng dòng chảy ra xa bờ gây bồi lắng và cải tạo

bờ sông theo tuyến chỉnh trị;

- Kè mềm: là loại kè không kín nước (còn gọi là kè xuyên thông) nhằm giảm tốc độ dòng chảy, gây bồi lắng và chống xói đáy

1.2.3.1 Kè lát mái

- Cấu tạo của kè lát mái

Kè lát mái gồm ba bộ phận chính: chân kè, thân kè và đỉnh kè

Hình 1.14 Cấu tạo kè lát mái a) Chân kè: là phần đáy ở chân mái dốc, có tác dụng chống xói chân mái dốc và làm

nền tựa cho thân kè

b) Đỉnh kè: là phần nằm ngang phía trên cùng của kè, có tác dụng bảo vệ thân kè đối

với tác động của dòng chảy mặt và các tác động khác; đồng thời có thể kết hợp đường

quản lý, bảo vệ

c) Thân kè: là phần kể từ đỉnh chân kè tới đỉnh kè: thân kè chịu tác động của dòng

chảy, sóng, áp lực nước và áp lực dòng thấm

1.2.3.2 Kè m ỏ hàn

Kè mỏ hàn cứng được sử dụng trong những trường hợp sau:

- Ở những đoạn sông có chiều rộng mặt nước của mực nước tạo lòng lớn hơn 200 m ứng với lưu lượng tạo lòng được xác định theo Phụ lục A của tiêu chuẩn này;

- Ở những đoạn sông đã xác định tuyến chỉnh trị;

- Kè mỏ hàn phải được thiết kế thành hệ thống, mỗi hệ thống kè mỏ hàn phải có từ hai

mỏ hàn trở lên;

- Không gây ảnh hưởng xấu tới lợi ích của giao thông vận tải thủy và các ngành kinh

tế khác

a) Bãi cây chìm thường được sử dụng để cản dòng, hạn chế xói cục bộ, bồi lấp lạch

phụ hoặc phối hợp với mỏ hàn cứng để bảo vệ bờ sông Thiết kế bãi cây chìm thường

sử dụng cây cổ thụ, cụm cây tre nguyên cành lá … Chỉ nên sử dụng bãi cây chìm trong các trường hợp sau:

- Độ sâu mức nước sông ứng với lũ tiểu mãn: Nhỏ hơn 15 m dùng cây cổ thụ; Nhỏ hơn

6 m: dùng cụm cây tre;

- Tốc độ dòng chảy bình quân nhỏ hơn 2,5 m/s;

b) Thường sử dụng mỏ hàn cọc trong trường hợp sau:

- Chiều dài mỏ hàn lớn hơn 50m;

- Khả năng chống xói của đất bờ thấp;

- Có thiết bị đóng cọc

Dựa theo TCVN 8419:2010 và các đặc điểm địa chất, địa mạo, dòng chảy kè ở Nghệ

An thường là kè lát mái, hộ chân bằng các rọ đá, rồng đá tùy theo đặc điểm lòng sông vùng xảy ra sự cố Điều kiện địa chất vùng chủ yếu là đất cát hạt mịn nên kè xây dựng thường được làm tầng lọc ngược để hạn chế sự lôi kéo các hạt đất

Hình 1.16 Mặt cắt thiết kế thường dùng cho sạt lở sông Lam

1.3 Các y ếu tố tác động làm cho mái kè bị sạt trượt

1.3.1 M ất ổn định cục bộ theo phương ngang

Do xói chân kè làm lực ngang tăng lên vượt quá giới hạn cho phép 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:

Trong đó:

+γ : trọng lượng riêng của đất;

+ h : cột đất tính từ mặt đất đến điểm tính áp lực chủ động;

+ ϕ: 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

+ 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

+ Tải trọng trên bờ quá lớn so với khả năng chịu lực của kè

+ Thi công không đúng trình tự

1.3.4 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

dần sẽ làm mất ổn định mái, hư hỏng mái kè

Hình 1.17 Lực tác dụng của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông

Theo Tiêu chuẩn Nghành 22TCN222-95 Tải trọng và tác động (do sóng và do tàu ) lên công trình thủy thì khi sóng (h1%) tiến vào theo hướng vuông góc với công trình và độ

sâu nước trước công trình d ≥ 2h1%thì chiều cao sóng leo lên mái dốc phải xác định theo công thức:

hrun t% = kr kp kNp krun h1% (1.3)

Trong đó:

+ hrun 1% - chiều cao sóng leo lên mái dốc với suất bảo đảm 1%;

+ kr, kp – hệ số nhám và hệ số cho nước thấm qua của mái dốc, lấy theo Bảng 6;

+ ksp – hệ số, lấy theo Bảng 7;

+ krun - hệ số, lấy theo các đồ thị ở Hình 10 tùy thuộc vào độ thoải của sóng λ d/h1% ở vùng nước sâu;

+ h1% - chiều cao sóng di động với suất bảo đảm 1%

Giá trị lớn nhất của hình chiếu theo phương ngang Px (kN/m) và các hình chiếu theo phương thẳng đứng Pz và Pc (kN/m) của hợp lực tải trọng do sóng tác động trên một

đê chắn sóng ngập nước khi chịu chân sóng phải tính toán theo các biểu đồ áp lực sóng theo hướng ngang và theo hướng đứng như hình vẽ Trong các biểu đồ này các giá trị

P (kPa) phải xác định có xét đến độ dốc i của đáy

Hình 1.18 Các biểu đồ áp lực sóng lên một đê chắn sóng ngập nước

Hình 1.19 Sóng đánh vào kè ở Bạc Liêu

Hình 1.20 Kè sông Mã bị hư hỏng

Hình 1.21 Kè kênh Ba Bò – Bình Dương bị sụt, lún

1.4 M ột số biện pháp thường dùng để khắc phục sự cố sạt trượt mái kè, những khó khăn, tồn tại

1.4.1 Các lo ại công trình đơn giản

Có thể phân chia các loại công trình đơn giản 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

- 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

1.4.2 Các lo ại công trình bán kiên cố

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 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

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

Hình 1.22 Thi công đóng cừ BTCT UST chân kè và khối BT hộ chân kè

1.4.3 Các lo ại công trình kiên cố

- 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

Hình 1.23 Kè bờ sông bằng rọ đá ở sông Tiền – Đồng Tháp

- 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

ập 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

1.5 Gi ới hạn phạm vi nghiên cứu

- Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu được tổng quan về thực tế xây dựng kè ở Việt Nam nói chung và ở tỉnh Nghệ An nói riêng, đặc điểm tự nhiên, thực trạng sạt lở và đánh giá chung về các nguyên nhân gây ra sự cố công trình, đồng thời giới thiệu các

giải pháp công trình đã và đang được sử dụng để khắc phục

- Kết quả nghiên cứu khái quát hiện trạng sạt lở kè, từ đó nhận thấy các nguyên nhân

dẫn đến sự làm việc mất an toàn của kè và từ đó thấy rõ tính cấp thiết cho việc nghiên

cứu và đề xuất các giải pháp để đảm bảo công trình làm việc an toàn góp phần làm phát triển kinh tế - xã hội, đời sống của người dân Nghệ An nói riêng và Việt Nam nói chung, vì vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục sự cố sạt

trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An” nhằm cung cấp cơ sở

khoa học thực tế cho việc sửa chữa, xây dựng mới các hạng mục kè tại tỉnh Nghệ An mang tính khoa học và thực tiễn

- Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào việc đánh giá nguyên nhân sạt lở và

giải pháp xử lý sạt trượt mái kè tại xã Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, đoạn từ K68+914 – K69+274, đảm bảo ổn định và phù hợp với cảnh quan

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Các tr ạng thái mất ổn định của kè và cơ sở lý thuyết

2.1.1 M ất ổn định chân kè

2.1.1.1 Đặc điểm kết cấu và các trạng thái mất ổn định

Chân kè: là phần đáy ở chân mái dốc, có tác dụng chống xói chân mái dốc và làm nền

tựa cho thân kè Trong thực tế, chân kè thường được thiết kế là các dầm bê tông có nhiều loại kích thước như 20x20, 30x30,25x30, khi tốc độ dòng chảy nhỏ hơn 2 m/s, đường lạch sâu cách xa bờ, không có vực sâu nằm trong phạm vi xây dựng kè, chân kè được kéo dài tới chỗ mái bờ có hệ số mái dốc từ 3 đến 4 bằng cách như bỏ thêm rọ đá,

Các kích thước ghi trên bản vẽ có đơn vị là m

Khi dòng chảy thúc thẳng vào tuyến bờ, đường lạch sâu gần bờ, có vực sâu nằm trong vùng xây dựng kè thì chân kè được kéo tới lạch sâu bằng cách đổ đá hộc tạo rối dưới chân kè

Hình 2.2 Hình thức chân kè lát mái đường lạch sâu nằm trong vùng xây dựng kè

Kết cấu chân kè:

- Thường sử dụng đá hộc, rọ đá, rồng đá hoặc bè chìm làm chân kè; trong một số trường hợp có thể sử dụng ống buy, trong thả đá hộc; bao tải đất hoặc bao tải cát tạo mái, phía ngoài được bảo vệ bằng đá hộc, rọ đá, rồng đá hoặc các tấm, khối bê tông có liên kết,…

Hình 2.3 Chân kè bằng đá đổ

Hình 2.4 Chân kè bằng rồng

- Trường hợp đáy chân kè nằm ở lòng sông có trị số hệ số mái dốc nhỏ hơn từ 3 đến 4 (m1 < 3 đến 4) cần phải thả một lớp rồng hoặc bè chìm để chống xói Rồng và bè chìm

phải thả đạt tới nơi đáy sông có hệ số mái dốc bằng tự nhiên từ 3 đến 4

Theo kinh nghiệm, mái dốc chân kè m1= 1,5 đến 2,0

Hình 2.5 Chống xói chân kè bằng rồng hoặc bè chìm

- Các hình thức hư hỏng chân kè thường gặp đó là các kết cấu hộ chân kè bị phá vỡ,

như: rồng đá, rọ đá bị cuốn trôi, dầm bê tông chân kè mất khả năng chịu lực, bị phá

vỡ, mái đá hộc tạo rối dưới chân kè bị sụt

Hình 2.6 Rọ đá bị phá vỡ, cuốn trôi

Hình 2.7 Rọ đá bị cuốn trôi ở Quảng Bình

Hình 2.8 Rọ đá bị phá hủy, cuốn trôi tại Tuyên Hóa – Quảng Bình

Hình 2.9 Bê tông chân kè bị phá vỡ

2.1.1.2 Nguyên nhân

- Do tác động của dòng chảy ven bờ

Dòng chảy ven bờ sau khi sóng vỡ đóng vai trò chính để tải bùn cát đã được sóng 'bứt'

ra khỏi bờ và đáy Trạng thái và các yếu tố đặc trưng động học và động lực học của dòng chảy ven bờ phụ thuộc vào dòng chảy từ xa bờ và hướng sóng truyền tới, phụ thuộc vào địa hình đáy bãi và phụ thuộc vào thời gian Dòng chảy ven bờ có thể

chuyển động theo phương song song với đường bờ, nhưng cũng có thể chuyển động theo hướng từ phía bờ ra biển gọi là dòng chảy rút ra xa bờ Hoạt động của dòng chảy ven bờ có thể đưa đến điều kiện thuận lợi để gây bồi, hoặc cũng có thể gây xói lở bờ, bãi và đáy sông

- Do tác động của sóng

Sóng biển gây ra các tác động mạnh có thể gây ra xói lở bờ, bãi và đáy biển, cũng như

có thể làm mất ổn định và phá vỡ các kết cấu công trình bảo vệ bờ, bãi và đáy sông Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và sóng lớn

Hình 2.10 Sơ đồ thể hiển sóng bình thường hàng ngày tác dụng vào bờ và

bãi biển Mái dốc của bờ và bãi biển ở trạng thái cân bằng ổn định trong điều kiện

sóng và dòng chảy bình thường

Hình 2.11 S ơ đồ thể hiện sóng lớn khi có gió bão tác dụng vào bờ và bãi

bi ển; mái dốc của bờ và bãi biển bị xói lở và lấp xuống chân mái dốc của bãi

bi ển; bờ và bãi biển đang ở trạng thái mất ổn định

Trong môi trường nước có một số loài vi khuẩn, nấm bám vào bề mặt

vật liệu có thể làm mục gỗ, bê tông, ăn mòn kim loại

Phổ biến nhất là các con hà bám vào các thành cống không những gây ra cản

trở dòng chảy, mà còn tiết ra các chất thải làm thoái hoá bê tông Các yếu tố tự nhiên không tác động một cách đơn lẻ, riêng biệt Các tác động

của nước triều, vi sinh vật, dòng chảy ven bờ, sóng diễn ra trong thời gian dài nhất định mới gây ra sự giảm cấp về độ bền, hư hỏng, sạt lở, phá hoại nào đó Nhưng xung lực của sóng có thể nhanh chóng phá hoại từng phần, thậm chí làm sụp

đổ bờ và các kết cấu công trình bảo vệ nó

- Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát, sỏi

Khai thác cát sỏi, khoáng sản làm giảm lượng bùn cát cung cấp cho biển gây nên xói

lở bờ biển Ví dụ: bờ biển Hàm Thuận tỉnh Bình Thuận từ lâu không bị xói lở, nhưng

từ năm 1983 trở lại đây, do khai thác cát đen và titan, bờ biển đã bị xói lở mạnh Ở ven

bờ sông Lam do khai thác cát làm vật liệu xây dựng cũng đã gây ra xói lở bờ sông rất nghiêm trọng Điều này ảnh hưởng mạnh đến sự ổn định của công trình bảo vệ bờ

2.1.1 3 Cơ sở lý thuyết

- Dòng chảy

Các thông số của dòng chảy được dùng trong thiết kế công trình kè là vận tốc và hướng Phải xác định các điều kiện khắc nghiệt nhất, dựa trên các đo đạc hiện trường

tại vị trí xây dựng công trình hoặc ước tính bằng số

Về lực dòng chảy, phải xét đến lực kéo và lực nâng, tùy thuộc vào loại công trình và hình dạng kết cấu Đối với các kết cấu nằm ở một vị trí có dòng chảy mạnh như dòng triều hoặc dòng sông, cần tiến hành điều tra nghiên cứu các lực do các dòng tạo ra với

vận tốc lớn nhất theo hướng bất lợi nhất Tùy thuộc vào loại kết cấu hoặc bộ phận kết

cấu, cũng có thể cần xét sự phân bố thẳng đứng của vận tốc dòng chảy Khi dòng chảy

có cả sóng, cần dùng vận tốc và hướng dòng chảy ở tình huống cùng tồn tại dòng chảy

và sóng Các loại dòng chảy trên sông gồm có dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm và dòng chảy do ảnh hưởng của triều dâng Tác động của dòng chảy có thể là vận chuyển

trầm tích và các chất lắng đọng lơ lửng làm cho địa hình bờ sông thay đổi, xói chân

công trình, làm mất ổn định cấu kiện bảo vệ mái, xói mái…kết quả gây ra hư hỏng công trình

Dòng chảy nếu đủ mạnh sẽ có khả năng lôi kéo các vật liệu hộ chân kè ra khỏi vị trí ổn định, vì vậy khi tiến hành thả đá hộ chân kè, phải tính toán đến kích thước viên đá đủ

để tránh được hiện tượng đó

Đường kính viên đá bằng đá hộc thả rời được xác định theo công thức (2.1) và công

thức (2.2):

η.U = K.5,45.h0,14

.d0,36 (2.1) trong đó:

+ η là hệ số ổn định cho phép của công trình bảo vệ bờ được lấy bằng hệ số ổn định cho phép của đê có cấp tương đương;

+ U là lưu tốc bình quân thủy lực lớn nhất thực đo (m/s);

+ K là hệ số được xác định theo công thức (2.2);

+ h là chiều sâu của viên đá tính toán (m);

+ d là đường kính viên đá (m)

2

2 2 2 2

1

cos 1

sin

m

m m m

m

+

− +

+

(2.2) trong đó:

+ m là hệ số mái dốc (không đơn vị) của chân kè;

+ mo là hệ số mái tự nhiên của đá thả rời trong nước;

+ θ là góc hợp bởi đường mép nước và hình chiếu hướng chảy của dòng nước lên mái

dốc, độ;

Trường hợp dòng nước húc thẳng vào tuyến bờ, lấy K = 0,6 đến 0,9;

ệ số mái dốc chân kè không nên chọn nhỏ hơn 1,5

2.1.2 M ất ổn định mái kè

2.1.2.1 Đặc điểm kết cấu

Kết cấu thân kè bằng đá hộc lát khan được quy định như sau:

- Hệ số mái dốc thân kè thường bằng 2 đến 3 và phải dựa vào tính toán ổn định thân kè;

- Đá hộc phải xếp đứng và chèn chặt;

- Dưới lớp đá hộc là lớp lọc, thường làm bằng đá dăm dày từ 0,10 m đến 0,15 m và vải

lọc địa kỹ thuật;

Hình 2.12 Kết cấu thân kè Đường kính đá lát thân kè được xác định theo hai điều kiện:

Chống được tác động của dòng chảy: đường kính viên đá được xác định theo công

γλη

trong đó:

+ d là đường kính viên đá (m);

+ η là hệ số ổn định cho phép của công trình bảo vệ bờ được lấy bằng hệ số ổn định cho phép của đê có cấp tương đương;

+ do là hệ số phụ thuộc vào mái dốc thân kè

Khi m2 = 2 thì do = 0,13

Khi m2 = 3 thì do = 0,11

+ γđ, γ là trọng lượng riêng của đá và của nước (T/m3

);

+ λ là tỷ số giữa chiều dài và chiều cao sóng;

+ hs là chiều cao sóng được xác định theo công thức (4)

hs = 0,0208 W5/4 D1/3 (2.4) trong đó:

+W là tốc độ gió (m/s);

+ D là đà gió (km)

Từ kết quả tính toán theo hai điều kiện trên, chọn trị số đường kính viên đá lớn

nhất để thiết kế thân kè

- Thân kè là bộ phận có tác dụng chịu lực tác động của các yếu tố như sóng, gió, dòng

chảy tác động vào bờ gây sạt lở đất Thân kè có nhiều hình thức cấu tạo, từ đá hộc lát khan, xây đá hộc chít mạch đến lắp ghép các tấm bê tông đúc sẵn, tùy thuộc vào điều

kiện thực tế tại mỗi vùng mà có hình thức kết cấu phù hợp Thân kè thường có cấu tạo

từ trong ra ngoài hình thành nên tầng lọc ngược để hạn chế tối đa khả năng bị lôi cuốn các hạt đất đá