Nghiên cứu khả năng áp dụng giải pháp đập hở khung thép ngăn lũ bùn đá tại khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam

Bài viết giới thiệu một nghiên cứu về giải pháp đập ngăn bùn đá bằng khung thép dạng hở. Bài báo được cấu trúc gồm hai phần chính: phần đầu giới thiệu tổng quan về giải pháp đập ngăn bùn đá và các bước cơ bản thiết kế đập ngăn bùn đá bằng khung thép dạng hở.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (5V): 28–37 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG GIẢI PHÁP ĐẬP HỞ KHUNG THÉP NGĂN LŨ BÙN ĐÁ TẠI KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM Nguyễn Trung Kiêna,∗, Nguyễn Trần Hiếua , Hoàng Tuấn Nghĩaa a Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, Số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 30/08/2019, Sửa xong 09/09/2019, Chấp nhận đăng 09/09/2019 Tóm tắt Lũ bùn đá dạng lũ mang theo nhiều vật rắn, xảy phổ biến khu vực miền núi gây thiệt hại lớn người tài sản Với mục tiêu giảm nhẹ thiệt hại lũ bùn đá gây ra, nhiều giải pháp cơng trình phi cơng trình nghiên cứu áp dụng, giải pháp đập ngăn bùn đá chứng minh giải pháp hữu hiệu Đập ngăn bùn đá áp dụng rộng rãi Nhật Bản, Đài Loan, Áo đóng vai trò quan trọng quản lý, phát triển lưu vực sông Tuy nhiên, giải pháp Việt Nam nghiên cứu chưa áp dụng thử nghiệm Bài báo giới thiệu nghiên cứu giải pháp đập ngăn bùn đá khung thép dạng hở Bài báo cấu trúc gồm hai phần chính: phần đầu giới thiệu tổng quan giải pháp đập ngăn bùn đá bước thiết kế đập ngăn bùn đá khung thép dạng hở Phần hai trình bày kết khảo sát thực địa khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam qua đề xuất vị trí cụ thể có khả áp dụng giải pháp Từ khoá: thiên tai; lũ bùn đá; đập ngăn bùn đá; kết cấu thép; miền núi phía Bắc Việt Nam A STUDY ON THE ABILITY TO APPLY STEEL OPEN-TYPE DAMS AGAINST DEBRIS FLOW IN THE NORTHERN MOUNTAINOUS AREAS OF VIETNAM Abstract Debris flows are the multiphase flow of hyper-concentrated mixtures of coarse sediment, driftwood and other solid materials in water Debris flow disasters occur frequently in mountainous areas causing loss of life and damaging property In order to prevent debris flows, many countermeasures have been used including nonstructural and structural measures in which sabo dam (debris flow breaker) is one of the most effective solutions This kind of measure has been widely used in Japan, Taiwan, Austria, etc and plays an important role in the management and development of the river basin However, sabo dam has not been fully studied and applied in Vietnam This paper aims at presenting a study of steel open-type sabo dam The article consists of two main parts: the first part introduces an overview of the sabo dam solution and the basic steps to design this kind of structure The second part presents the results of field surveys in the northern mountainous areas of Vietnam where frequently subjected to the debris flow, thus proposing a feasibility location which is suitable for applying pilot sabo dam Keywords: natural disaster; debris flow; sabo dam; steel structure; northern mountainous areas of Vietnam https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-04 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả Địa e-mail: kiennt3@nuce.edu.vn (Kiên, N T.) 28 Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Lũ bùn đá loại hình thiên tai xảy mưa lớn tập trung thời gian ngắn, mưa kéo dài nhiều ngày, khu vực có địa hình chia cắt, độ dốc lưu vực độ dốc sông suối lớn, lưu vực có độ dốc từ 20◦ đến 30◦ , độ ổn định lớp đất mặt yếu trình phong hóa, độ che phủ thảm thực vật thấp bị tàn phá, làm độ giữ đất rễ cây, giữ nước lớp thảm phủ thực vật Ngoài ra, việc khai thác lưu vực, hoạt động chặt phá rừng, xây dựng hồ chứa, cắt xẻ, san gạt sườn đồi, núi làm độ giữ đất, giữ nước rễ cây, ổn định sườn dốc, giảm độ liên kết đất đá, tăng khả xói mòn Lũ bùn đá thường xảy bất ngờ, phạm vi hẹp, thời gian ngắn Dòng chảy lũ bùn đá chứa nhiều bùn, cát, sỏi, đá kích thước lớn; vận tốc dòng chảy đạt tới hàng chục m/s, sức tàn phá khủng khiếp Ngồi việc gây thay đổi hình thái lòng suối, phá huỷ sườn dốc, lũ bùn đá đánh giá nguy hiểm, gây thiệt hại nặng nề đến tính mạng tài sản người dân khu vực bị ảnh hưởng Hơn nữa, tính chất xảy nhanh, đột ngột nên lũ bùn đá thường khó phòng tránh [1, 2] Do vậy, hiểu chất vận động dòng lũ bùn đá, nghiên cứu đề xuất biện pháp phòng ngừa quan trọng việc quản lý hiệu rủi ro lũ bùn đá lưu vực sông, suối bảo vệ khu vực hạ du nhằm giảm tối đa thiệt hại người tài sản Tại Việt Nam năm gần đây, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, tình hình thiên tai tỉnh miền núi phía Bắc ngày diễn biến phức tạp, đặc biệt tượng lũ quét, lũ bùn đá, sạt lở đất xảy nhiều nơi, với mức độ ngày gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng người, tài sản môi trường sinh thái Theo số liệu thống kê, từ năm 2000 đến 2015 xảy 250 đợt lũ quét, lũ bùn đá, sạt lở đất ảnh hưởng tới vùng dân cư, làm chết tích 646 người, bị thương 351 người; 9.700 nhà bị đổ trơi; nhiều cơng trình cơng cộng, dân sinh kinh tế bị phá hủy, hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ước tính 3.300 tỷ đồng Năm 2017, lũ quét, lũ bùn đá đặc biệt nghiêm trọng diện rộng tỉnh miền núi: huyện Mường La (tỉnh Sơn La), huyện Mù Cang Chải (tỉnh Yên Bái) vào đầu tháng 8, huyện Tân Lạc, Đà Bắc, TP Hồ Bình (tỉnh Hòa Bình) vào tháng 10 Lũ quét, lũ bùn đá năm 2017 làm 71 người chết tích [3, 4] Cuối tháng 6/2018, chưa vào cao điểm mùa mưa lũ, mưa lớn bất thường Lai Châu, Hà Giang gây lũ quét, lũ bùn đá, sạt lở đất nghiêm trọng làm 33 người chết tích; nhiều tuyến đường tỉnh lộ, quốc lộ bị sạt lở nghiêm trọng, tổng thiệt hại ước tính lên đến 535 tỷ đồng Ngay sau đó, vào tháng 7/2018, ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới, mưa lớn gây lũ quét, lũ bùn đá Thanh Hoá, Yên Bái làm 32 người chết tích, 17 người bị thương, 5.549 nhà phải di dời khẩn cấp Trước thiệt hại to lớn người tài sản lũ bùn đá thời gian gần đây, yêu cầu nghiên cứu, ứng dụng giải pháp khoa học cơng nghệ để phòng, chống giảm nhẹ thiệt hại loại hình thiên tai gây trở nên vô cấp thiết Hiện giới, nhiều giải pháp hỗ trợ cảnh báo, giảm nhẹ rủi ro lũ bùn đá nghiên cứu phát triển Những giải pháp chia thành hai nhóm chính: nhóm giải pháp phi cơng trình nhóm giải pháp cơng trình Nhóm giải pháp phi cơng trình nhằm mục đích phục vụ chủ yếu cho cơng tác quan trắc, cảnh báo, dự báo, quy hoạch sử dụng đất [5–7] Trong nhóm giải pháp cơng trình tập trung vào việc giảm thiểu rủi ro lũ bùn đá gây ra, đặc biệt khu vực có ý nghĩa kinh tế - xã hội quan trọng Nhóm giải pháp cơng trình bao gồm: phân dòng lũ, điều tiết dòng chảy; mở rộng độ lũ, khơi thơng đường lũ, gia cường cơng trình vùng cửa suối để chịu tác động dòng lũ bùn đá; chống trượt lở đất đá theo sườn dốc; kè chống sạt lở dọc lòng suối; lưới thép ngăn lũ bùn đá; xây dựng đập ngăn bùn đá [8–10] Trong đó, việc sử dụng đập ngăn bùn đá giải pháp hiệu Đây dạng đập nhỏ, xây dựng qua suối kênh để giảm tốc độ dòng chảy đồng thời giữ lại đá lớn Giải pháp áp dụng rộng rãi nhiều quốc gia giới Nhật Bản, Đài Loan, 29 Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Áo [8, 11, 12], đóng vai trò quan trọng quản lý, phát triển lưu vực sông Riêng Nhật Bản, theo thống kê có 2000 cơng trình đập ngăn bùn đá xây dựng Tuy nhiên, nay, đập ngăn bùn đá nghiên cứu chưa áp dụng thử nghiệm Việt Nam Với mục tiêu nghiên cứu, đánh giá khả áp dụng đập ngăn bùn đá nói chung đập dạng hở cấu tạo khung thép nói riêng nhằm góp phần giảm nhẹ rủi ro thiên tai lũ bùn đá gây khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam, báo cấu trúc gồm mục sau: Mục giới thiệu tổng quan giải pháp đập ngăn bùn đá, nguyên lý làm việc, phân loại; Mục nêu bước để thiết kế đập ngăn bùn đá khung thép dạng hở; kết khảo sát thực địa đề xuất vị trí áp dụng thử nghiệm vị trí thuộc khu vực miền núi phía Bắc trình bày Mục 4; cuối kết luận số kiến nghị Giải pháp đập ngăn bùn đá 2.1 Nguyên lý làm việc Tạpdòng chí Khoa học dựng NUCE Q trình vận động lũ bùn đáCông đượcnghệ chia Xây thành giai đoạn2019 tương ứng với độ dốc lòng suối mơ tả Hình Trong giai đoạn sinh lũ thường bắt nguồn sườn dốc có độ dốc lớn (từ 15◦ trở lên, phổ biến 20◦ ) Dòng chảy gia tăng động giai đoạn có độkhidốc Qua lợi phân rằng,phân nếutích khơng cóthểnhững u trước lắngnhỏ lại ởhơn khu 10° vực thuận nơi tích có độtrên dốc nhỏ hơnthấy 10◦ Qua có thấy rằng, có đặc yêuđể cầutạo bảođiều vệ đặc biệt, để tạo chocác đậpđập làm ngăn việc, cầukhông bảo vệ biệt, kiện thuận lợiđiều chokiện đậpthuận làm lợi việc, bùnđập đá ◦ ), nơi động dòng lũ có xu ngăn bùn đá nên bố trí khu vực lắng (độ dốc nhỏ 10 nên bố trí khu vực lắng (độ dốc nhỏ 10°), nơi động dòng lũ có xu hướng giảm dần hướng giảm dần Phân khuvực vực tương vậnvận độngđộng dòng bùn đá bùn đá Hình 1.Hình Phân chiachia cáccác khu tươngứng ứng dòng q trình vậnnêu động nêu trên, lý ngun lý chung củabùn đập làm DựaDựa vào vào trình vận động trên, nguyên chung đập ngăn đángăn làmbùn tiêuđá haolànăng lượng dòng lũ, từ đócủa giảm tác động lũ tác tới khu vực hạ dòng lưu vàlũ khu dânvực cư sinh sống tiêu hao lượng dòng lũ, từcủa đódòng giảm động tớivực khu hạ lưu Hai phương pháp thường sử dụng để tiêu hao lượng dòng lũ bùn đá dùng đập khu vực dân cư sinh sống Hai phương pháp thường sử dụng để tiêu hao ngăn hở để chặn giữ tảng đá kích thước lớn sử dụng đập bậc thang để giảm tốc độ lượng của(Hình dòng2).lũHoạt bùnđộng đá dùng ngăn giữkết tảng đá kích dòng chảy củalà đập ngănđập hở đạt hiệuhở quảđểtốtchặn hợp với tượngthước lắng lớn sử dụng đập bậc thang để giảm tốc độ dòng chảy (Hình 2) Hoạt động tự nhiên lưu vực Tại khu vực này, tốc độ dòng chảy giảm mạnh với khả chắn giữ lại đá đập, lũ giảmkết đáng kể tượng lắng tự nhiên lưu củađấtđập ngăn hởnăng đạtlượng hiệu quảdòng tốt hợp với vực Tại khu vực này, tốc độ dòng chảy giảm mạnh với khả chắn giữ lại đất đá đập, lượng dòng lũ30sẽ giảm đáng kể lượng dòng lũ bùn đá dùng đập ngăn hở để chặn giữ tảng đá kích thước lớn sử dụng đập bậc thang để giảm tốc độ dòng chảy (Hình 2) Hoạt động đập ngăn hở đạt hiệu tốt kết hợp với tượng lắng tự nhiên lưu vực Tại khu vực này, tốc độ dòng chảy giảm mạnh với khả chắn giữ lại đất đá đập, Kiên, năngN lượng lũ Khoa giảm đáng kể.Xây dựng T., vàcủa cs /dòng Tạp chí họcđi Cơng nghệ Tạp chí Khoa lý học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019dòng lũ bùn đá Minh hoạ nguyên pháp giảm lượng Tạp chí Khoa họcpháp Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 HìnhHình Minh hoạ lý phương giảm lượng dòng lũ bùn đá Tạpngun chí Khoa học phương Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 (a) đập ngăn hở (b) đập (kín) bậc thang (a) đập ngăn hở (b) đập (kín) bậc thang [11][11] 2.2 Phân loại 2.2.loại Phân 2.2.Phân Phân loại loại 2.2 ĐậpĐập ngăn bùnbùn đá phân thành hai hai loạiloại đập kínkín đập hở hở [8, [8, 11,11, ngăn đá thành kín đập hở đập Đập ngăn bùn đá phânphân thành hai loạiđóchính đókínlàđó đập đập [8, 11, điểm Đập ngăn bùn đá phân thành hai loại đập đập hở [8, 11, 13] Nhược 13].13] Nhược điểm củacủa đậpđập kín kín sau mộtmột thờithời giangian sử dụng, đất đất đá giữgiữ lại lại trước Nhược điểm sau sử dụng, cógiữ thể trước 13] điểm kínsửlàdụng, saulàmột giangiữ sửlạidụng, đất cóđámạnh thể trước đậpNhược kín sau thờiđập gian đất đáthời trước đậpđá giảm dolại tượng bồi đậpđập giảm mạnh tượng bồi lắng Đập hở loại bỏ nhược điểm nên thể tích đất giảm mạnh tượng bồi lắng Đập hở loại bỏ nhược điểm nên thể tích đất đậpĐập giảmhởmạnh donhược tượng bồi lắng Đập loại điểm thể 3) tíchTheo đất Hiệp lắng loại bỏ điểm nên thể tíchhởđất đábỏ giữnhược lại ln đảmnày bảonên (Hình giữ lại ln đảmđảm bảo (Hình 3) Theo Hiệp hội hội Phòng chống thiên tai đập Nhật Bản (Bosai) hộiđáđá Phòng chống thiên tai Nhật Bản (Bosai) [12], khả giữ lại đất đá hở lớn đập kín đá giữ lại ln bảo (Hình 3) Theo Hiệp Phòng chống thiên tai Nhật Bản (Bosai) giữ lại ln đảm bảo (Hình 3) Theo Hiệp hội Phòng chống thiên tai Nhật Bản (Bosai) khả giữ lại đất đá đập hở lớn đập kín từ đến lần từ[12], 2[12], đến[12], lần khả giữđất lạiđáđấtcủa đáđập củahở đậplớn hởhơn lớn đập hơnkín đậptừkín từ 23đến khả giữ lại đến lần.3 lần (a)Đập Đập kínkín (b)Đập Đập hở hở (a)kín Đập (b) Đập hở (a) Đập kín (b) Đập (a) (b) hở Hình Khả giữđất đấtđáđất đácủa đậpkín kínvà vàđập đập hở[12, [12, 14]14] Hình Khả giữ đáđập đập kín vàhở đập hở 14] [12, Hình 3.3.Khả giữ Hình Khả giữ đất đá đập kín đập hở [12, 14] Bêncạnh cạnhcạnh đó,đập đậphở hởđược đánh giágây gâyítgây ítảnh ảnh hưởng đếnhệ hệsinh sinh tháivà vàhình hình tháithái Bên đó, đập hở đánh giá íthưởng ảnh hưởng đến hệ thái sinh thái hình Bên đó, đánh giá đến thái dòng suốisuối hơnđập đập kín Trong điềugây kiện bình thường, dòng suối chếlàm làmlàm Bêndòng cạnh đó, hở đánh giá ítkiện ảnh hưởng đếndòng hệ sinh thái vàtrong hình thái dòng suối hơn đập kín Trong điều bình thường, dòng suối chế dòng suối đập kín Trong điều kiện bình thường, suối cơcơchế việc bình thường, đảm bảo cho bồi lắng, phù sa vận chuyển xuống hạ lưu, đập kín.việc Trong điều kiện dòng vẫnsa chế thường, đảm bảolưu, cho bình thường, đảm bảo bồi cho bồisuối lắng, phù sacơ cólàm thểviệc vậnbình chuyển xuống hạ việc bình thường, đảmbình bảothường, cho lắng, phù vận chuyển xuống hạ lưu, bồi không lắng, phù sa vận chuyển xuống hạ lưu, khơng làm thay đổi độ dốc lòng suối, đảm làm thay đổi độ dốc lòng suối, đảm bảo liên tục dòng suối Mặt khác, khơng làm thay đổidốc độcủa dốclòng lòng bảo tục liêncủa tụcdòng dòng Mặt khác, khơng làm thay đổi độ suối,suối, đảm đảm bảo liên suối.suối Mặt khác, bảokhi liên tục củabùn dòng suối Mặt khác, khigiữ xảylạirađá lũ lớn, bùn đá, hệ thống có thểthời giữgiảm lại đálưu lớn,tốc gỗ trơi xảy lũ đá, hệ thống gỗ trôi dạt đồng xảy lũ đá, bùnhệđá,thống hệ thống cógiữ thểlại giữđálạilớn, đá gỗ lớn,trơi gỗdạt trôiđồng dạt đồng thời giảm lưu tốc xảy lũ bùn thời giảm lưu tốc dạt đồng thời giảm lưu tốc dòng lũ (Hình 4) Khơng vậy, việc bảo dưỡng hệ thống đập hở dòng (Hình 4).Không Không vậy,việc việcbảo bảodưỡng dưỡng thống đậphở hởcũng thuận lợi.lợi dòng lũ (Hình 4) Khơng vậy, việc bảo dưỡng hệ thống đập hở thuận dòng lũlũ(Hình 4) vậy, hệhệthống đập rấtrấtthuận lợi thuận lợi Hình Sự làm việc đập hở [14] Hình Sự làm việccủa củađập đậphở hở[14] [14] Hình 4.làm Sự việc làm việc đập hở [14] Hình 4.4.Sự 31 Cóhai haimơ mơhình hìnhhình đậphở hởđược dụng trênthế thếgiới giớiđó đólàlà đập hởkhung khung thépthép đập Có hai mô đập hở sử dụng giới làhở đập hở khung đập Có đập sửsửdụng đập thép vàvàđập hở bê tông cốt thép (BTCT), loại thích hợp sử dụng điều kiện hở bê tơng cốt thép (BTCT), thích loại thích hợpdụng sử dụng hở bê tơng cốt thép (BTCT), loại hợp sử trongtrong từng điều điều kiện kiện cụcụ cụ thể.Nếu Nếunhư nhưđập đậpBTCT BTCT phùhợp hợpởhợp ởnhững lưuvực vựccó cóđộđộ dốc nhỏthì thìđập đậpthép thépthép linhhoạt hoạthoạt thể Nếu đập BTCT phù lưu vực códốc độnhỏ dốc nhỏ đập linh thể phù lưu linh Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Có hai mơ hình đập hở sử dụng giới đập hở khung thép đập hở bê tơng cốt thép (BTCT), loại thích hợp sử dụng điều kiện cụ thể Nếu đập BTCT phù hợp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 lưu vực có độ dốc nhỏ đập thép linh hoạt hơn, phù hợp nơi có độ dốc Tạp Tạpchí chíKhoa Khoahọc họcCơng Cơngnghệ nghệXây Xâydựng dựngNUCE NUCE2019 2019 lớn Không vậy, giải pháp BTCT bộc lộ nhiều nhược điểm độ cứng bê tông thấp đá nên dễ bị vỡ bề mặt hứng chịu lũ bùn đá, khó kết nối thành khung khơng gian, đặc biệt thi lực không cao, phức phù tạp hợphơn đểđập ngăn lũ bùn đá tốc độ chậm, có nhiều gỗ trôi khu công đập BTCT thép lực không cao, phù hợp để ngăn lũlũbùn lực không cao, phù hợp để ngăn bùnđá đátốc tốcđộ độchậm, chậm,cócónhiều nhiềugỗ gỗtrôi trôiởởnhững nhữngkhu khu khung thépdốc thiết kế gồm phần móng, vai đập BTCT phần hở khung vực Đập lònghởsuối có độ thấp vực lòng suối có dốc thấp vựcHệ lòng suối cóđộ độthể dốc thấp thép khung thép có phân thành dạng chủ yếu [12, 14] giới thiệu Hình 5: Khung thép dạng chữ B bổtừ sung giằng thép ốngnăng theochịu phương ngang, - Khung thép dạng A chữ cấu khung đứng độcthép lập, lực không cao, - -Khung thép dạng BBbổ sung giằng ống ngang, Khung thépchữ dạng chữtạo bổcác sung cácthép giằng thépkhả ốngtheo theophương phương ngang, tăng độ cứng khơng cho khung thép.gỗDạng có khả chịu lựccólớn, sử phù hợp để ngăn lũ bùngian đá tốc độ hệ chậm, có nhiều trơi B khu vực lòng suối độ dốc thấp tăng tăngđộ độcứng cứngkhông khônggian giancho chohệ hệkhung khungthép thép.Dạng DạngBBcócókhả khảnăng năngchịu chịulực lựclớn, lớn,được đượcsửsử Khung thép dạng chữ B bổ sung giằng thép ống theo phương ngang, tăng độ cứng dụng để ngăn chặn lũ bùn đá di chuyển tốc độ cao khu vực lòng sơng có độ dụng để lũlũthép bùn đá cao vực lòng sơng dụnggian đểngăn ngăn chặn bùnDạng đádidiBchuyển chuyển tốcđộ độ cao khu vựcđể lòng sơng cóđộ độ khơng cho hệchặn khung có khả tốc chịu lực lớn, đượckhu sử dụng ngăn chặncó lũ bùn dốc lớn lớn đádốc di chuyển dốc lớn tốc độ cao khu vực lòng sơng có độ dốc lớn - Khung T nối phần vai đập BTCT bằngthép mộtgiúp hệ tăng khung - Khung thépthép dạngdạng chữ T chữ nối liền phầnliền vai đập BTCT hệ khung khả thép - -Khung Khungthép thépdạng dạngchữ chữTTnối nốiliền liềnphần phầnvai vaiđập đậpBTCT BTCTbằng bằngmột mộthệhệkhung khungthép thép chịu lực dạng chịu B Tlực sử dụng nhiềuBtrong tế sử dụng nhiều thực tế giúp tăngKhung khả Khung dạng Tthực giúp giúptăng tăngkhả khảnăng năngchịu chịulực lực.Khung Khungdạng dạngBBvà vàTTđược đượcsửsửdụng dụngnhiều nhiềutrong trongthực thựctế.tế (a) Dạng chữ A Dạng chữ (a)(a) Dạng chữ AAA (a) Dạng chữ (b) Dạng chữ B (b) Dạng chữ (b) (b)Dạng Dạngchữ chữBB (c) Dạng chữ C (c) (c) Dạng chữ (c)Dạng Dạngchữ chữTT Hình 5.số Một số dạng cấu tạokhác khác phần khơng gian mở Hình Một sốsố dạng cấu tạo khác khơng gian Hình Một dạng cấu tạo khácnhau phần khơng gianmở mở Hình 5.5 Một dạng cấu tạo phần khơng gian mở tốn, thiết đập hở khung thép 3.Tính Tính tốn, thiết kế đập hở khungthép thép 3 Tính tốn, thiết kếkế đập hở khung Tính tốn, thiết kế đập hở khung thép Để thiết kế, bước cần xác định tác động lũ bùn đá vào cơng trình, cần xác định tính xảy cơng trình chịu lũ bùn đá Thơng qua khảo sát, thống kê, [15] phân chia thành 04 kịch xảy sau: (i) gỗ, đá bùn đất giữ lại; (ii) gỗ bùn đất giữ lại; (iii) đá bùn đất giữ lại (iv) gỗ giữ lại Đối với kịch bản, cần xác định khối lượng gỗ, đá, bồi lắng giữ lại tùy thuộc độ dốc lòng sơng, tốc độ dòng chảy, kích thước đập , từ xác định tải trọng tác động vào cơng trình Đối với trường hợp đập hở khung thép, tải trọng cần kể đến giới thiệu Hình Về nguyên tắc, phần khung thép tính tốn, thiết kế đảm bảo ổn định chịu tác động tải trọng lên cơng trình va chạm với vật rắn (đá, gỗ) Căn vào tải trọng xác định bước trên, tiến hành thiết kế hệ khung thép theo tiêu chuẩn hành Công tác thiết kế bao gồm kiểm tra điều kiện ổn định đập kiểm tra khả chịu lực đập tác dụng lũ bùn đá Theo hướng dẫn Tiêu chuẩn Nhật Bản [16–18], bước để thiết kế đập hở khung thép 6.6.Tải trình bàyHình Hình 7, trọng gồm 4tác giai đoạn vào sau: Hình Tải trọng tácdụng dụng vàođập đậphở hởkhung khungthép thépngăn ngănlũlũbùn bùnđáđá Hình1.6 Tảikếtrọng thépkếngăn lũ bùn đá tràn trùng - Giai đoạn Thiết tràn: tác Về dụng nguyênvào tắc,đập tràn hở nênkhung thiết cho tim tuyến Để thiết kế, bước cần xác định tác động lũ bùn đá vào công Để thiết bướccủađầu xác củahạlũlưubùn cơng trình, với tim dòng chảy kế, Bề rộng tràntiên cần cần đủ lớn đểđịnh chốngtác xóiđộng chân đậpđá vào dòng chảy.trình, Chiều Để thiết kế, bước cần xáchuống định tác thể động lũ bùn đá vàochịu cơng trình, trongđó đócần cầnxác xácđịnh địnhđược đượcnhững nhữngtính tính huốngcó có thểxảy xảyrarakhi khicơng cơngtrình trình chịulũlũbùn bùn 32 xảy cơng trình chịu lũ bùn cần xác định tính đá đá.Thơng Thơngqua quacác cáckhảo khảosát, sát,thống thốngkê, kê,[15] [15]đã đãphân phânchia chiathành thành04 04kịch kịchbản bảncócóthể thểxảy xảyrara đá.như Thơng qua khảo sát, thống kê, [15] phân chia thành 04 kịch xảy nhưsau: sau:(i) (i)gỗ, gỗ,đá đávà vàbùn bùnđất đấtđược đượcgiữ giữlại; lại;(ii) (ii)gỗ gỗvà vàbùn bùnđất đấtđược đượcgiữ giữlại; lại;(iii) (iii)đáđávàvàbùn bùn sau: (i) giữ gỗ, đá đất giữgiữ lại; (ii) gỗ bùn đấtkịch giữcần lại;xác (iii)định đá bùn đất (iv) với bản, đất giữlại lạivà vàbùn (iv)chỉ chỉgỗ gỗđược giữlại lại.Đối Đốivà với kịch bản, cần xác định (a) Dạng chữ A (b) Dạng chữ B (c) Dạng chữ T Hình Một số dạng cấu tạo khác phần không gian mở Kiên, T., hở cs / Tạpthép chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tính tốn, thiết kếN.đập khung Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Hình6.6.Tải Tảitrọng trọng tác tác dụng lũ lũ bùn đá đá Hình dụng vào vàođập đậphở hởkhung khungthép thépngăn ngăn bùn Để thiết kế, bước cần xác định tác động lũ bùn đá vào cơng trình, cần xác định tính xảy cơng trình chịu lũ bùn đá Thơng qua khảo sát, thống kê, [15] phân chia thành 04 kịch xảy sau: (i) gỗ, đá bùn đất giữ lại; (ii) gỗ bùn đất giữ lại; (iii) đá bùn đất giữ lại (iv) gỗ giữ lại Đối với kịch bản, cần xác định khối lượng gỗ, đá, bồi lắng giữ lại tùy thuộc độ dốc lòng sơng, tốc độ dòng chảy, kích thước đập…, từ xác định tải trọng tác động vào cơng trình Đối với trường Hình Các bước thiết kế đập hở khung thép Hình Các bước thiết kế đập hở khung thép Đề xuất thử nghiệm Việt Nam: thị trấn Mù Cang Chải, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái cao tràn xác định chiều sâu mực nước cộng thêm chiều cao an toàn để đảm bảo lưu lượng 4.1 Hiện trạng lũ bùn đá thị trấn Mù Cang Chải nước chảy qua tràn - Giai đoạn Thiết kế phần hở: Khoảng hở xác định theo kích thước đá lớn lưu vực đỉnh lũ thiết kế dòng lũ bùn đá - Giai đoạn Tính tốn ổn định bao gồm kiểm tra chống lật, chống trượt, khả chịu lực móng - Giai đoạn Tính tốn khả chịu lực kết cấu: Kiểm tra khả chịu lực hệ khung thép Bên cạnh đó, cần kiểm tra khả làm việc kết cấu xét đến tương tác va chạm dòng lũ bùn đá cơng trình Hình Vị trí địa hình thị trấn Mù Cang Chải 33 Qua khảo sát sơ tỉnh thuộc khu vực miền núi phía Bắc nhận thấy thị trấn Mù Cang Chải, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái khu vực hội tụ nhiều yếu tố hình thành lũ bùn đá Sơ tình hình lũ bùn đá địa điểm sau: Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Đề xuất thử nghiệm Việt Nam: thị trấn Mù Cang Chải, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái 4.1 Hiện trạng lũ bùn đá thị trấn Mù Cang Chải Qua khảo sát sơ tỉnh thuộc khu vực miền núi phía Bắc nhận thấy thị trấn Mù Cang Chải, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái khu vực hội tụ nhiều yếu tố hình thành lũ bùn đá Sơ tình hình lũ bùn đá địa điểm sau: Thị trấn Mù Cang Chải nằm thung lũng cách trung tâm thành phố Yên Bái 185 km Hình CácChải bước kế quan đập hở khung thép phía Tây Tây Bắc Thị trấn Mù7 Cang có thiết ý nghĩa trọng kinh tế xã hội huyện Mù Cang Chải nói riêng tỉnh Yên Bái nói chung Với dân số 2.459 người trải dàiMù trênCang khu vực Đề xuất thử nghiệm Việt Nam: thị trấn Mù Cang Chải, huyện Chải, rộng 7.056 km2 Thị trấn Mù Cang Chải nằm trọn thung lũng dài, hẹp, bao quanh tỉnhdãy Yên núi Bái cao dốc Theo thống kê, có hàng chục khe suối đổ xuống dòng Nậm Kim (dòng suối chạy dọc theo thị trấn) Đâyđáđều cáctrấn nguồn khả sinh lũ bùn đá (Hình 8) 4.1 Hiện trạng lũ bùn tạilàthị MùcóCang Chải Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 Bái 185km phía Tây Tây Bắc Thị trấn Mù Cang Chải có ý nghĩa quan trọng kinh Hình trí Vị trí vàđịa địa hình thị Cang Chải HìnhMù Vị hình thịtrấn trấn Mù Cang Chải tế xã hội huyện Cang Chải nói riêng vàMù tỉnh Yên Bái nói chung Với dân số 2.459 người trải dài khu vựckhu rộng 7.056km Thị trấn Mùthấy Cang Chải Qua khảo sát đá sơ cácmột tỉnhthị thuộc vực miền núi03/8/2017 phía Bắcđã nhận trấn Hiện trạng lũ bùn địa bàn trấn Mù Cang Chải ngày gây hậu quảthị nghiêm nằm trọn thung lũng dài, hẹp, bao quanh dãy núi cao dốc Theo trọng người tài sản, làm 14 người Yên tích, bị thương; nhiều tài Mù Cang Chải, huyện Mùcho Cang Chải,chết tỉnh Bái09 làngười khu vực hội tụtrôi nhiều yếu tố sản, hoa màu người dân, cơng trình cơng cộng Lượng bùn đất sạt lở, vùi lấp khoảng 132.000 m thốngthành kê, có chục suối đổhình xuống dòng Kim (dòng chạy dọc hình lũ hàng bùn đá Sơkhe tình lũ bùn đáNậm địa điểm suối sau: Tổng giá trị thiệt hại khoảng 724 tỷ đồng [3] (Hình 9) theo thị trấn) Đây nguồn có khả sinh lũ bùn đá (Hình 8) Thị trấn Mù Cang Chải nằm thung lũng cách trung tâm thành phố Yên Hình Lũ bùn đá Mù Cang Chải (tháng 8/2017) [19] Hình Lũ bùn đá Mù Cang Chải (tháng 8/2017) [19] Hiện trạng lũ bùn đá địa bàn thị trấn Mù Cang Chải ngày 03/8/2017 gây hậu nghiêm trọng người tài sản, làm cho 14 người chết tích, 09 người Trong q trình thực hiện, nhóm nghiên cứu tiến hành 02 chuyến khảo sát thực địa với tham bị thương; trôi nhiều tài sản, hoa màu người dân, cơng trình cơng cộng gia chuyên gia đến từ Tổng cục Phòng, chống thiên tai, Viện Thủy Cơng, UBND huyện Mù Lượng bùn lở, vùi lấp từ khoảng 132.000 m3.09 Tổng giá trị thiệt hại Cang Chải đất sạt chuyên gia đến Nhật Bản vào tháng tháng 11/2018 Vớikhoảng hỗ trợtrên 724 máy tỷ đồng (Hình bay khơng[3] người lái 9) UAV, q trình khảo sát ghi nhận trạng sạt lở tồn tại khu vực 4.2 Khảo sát thực địa 34 4.2 Khảo sát thực địa Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thượng lưu Q trình vận chuyển lũ bùn đá trước làm xói lở dọc hai bên bờ suối, để lại nhiều đất đá lớn lòng suối Nhóm nghiên cứu ghi nhận đá lớn khu vực hạ lưu với kích thước lên đến m (Hình Hình 10) Kết hợp với đồ địa hình, trình khảo sát tiến hành đo Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019 độ dốc suối Háng Chú Kết thể Hình 11 Hình 10 Khảo sát thực địa sử dụng máy bay khơng người lái UAV Hình 10 Khảo sát thực địa sử dụng máy bay không người lái UAV Trong trình thực hiện, nhóm nghiên cứu tiến hành 02 chuyến khảo sát thực địa với tham gia chuyên gia đến từ Tổng cục Phòng, chống thiên tai, Viện Công, UBND huyện Mù Cang Chải chuyên gia đến từ Nhật Bản vào tháng 4.3 Phương án Thủy đề xuất 09 tháng 11/2018 Với hỗ trợ máy bay không người lái UAV, trình khảo ghi nhận sát hiệnvà trạng sạt lởtích tồn tạihình khuthực vực thượng trình vận Háng chuyển Chú, huyện Mù Sau tiến sát hành khảo phân tình tế tạilưu khuQuá vực suối bùn đánh đá trước làm xói dọc hai bên bờ pháp suối, đểphòng, lại nhiều đất đá lũ lớnbùn trongđá, lòng Cang Chải, cũnglũnhư giáđóhiệu quảlởcủa biện chống nhóm nghiên cứu suối Nhóm nghiên cứu ghi nhận đá lớn khu vực hạ lưu với kích thước lên Nhật Bản Việt Nam sơ thống việc triển khai xây dựng đập ngăn bùn đá khả thi, phù 3m (Hình Hình 10) Kết hợp với đồ địa hình, trình khảo sát tiến hợp với điều kiệnđếnkhu vực khảo sát [20] đề xuất triển khai biện pháp sau (các giải pháp hành đo độ dốc suối Háng Chú Kết thể Hình 11 giới thiệu Hình 11): 4.3 Phương án đề xuất - Mở rộng lòng dẫn lũ phía cuối hạ lưu (Đoạn 1); - Kiểm sốt vận chuyển bồi lắng dòng chảy 10 cách xây đập kín; - Thu lũ bùn đá gỗ trôi trung hạ lưu dòng suối đập ngăn bùn đá dạng hở Các đập xây dựng khu vực từ Đoạn lên phía thượng lưu – nơi có nhiều khả xảy lũ bùn đá với mật độ đất, đá cao Tuy nhiên, vào điều kiện xây dựng thực tế bảo dưỡng thuận lợi xây đập hở khung thép khu vực Đoạn với số lưu ý: Vị trí đập khơng trùng với khu vực bồi lắng bùn đất; Quy hoạch đập vị trí gần thượng lưu có thể, đồng thời phải đảm bảo thu lượng lớn đất, đá; Trên sở khảo sát đường kính bùn đá, kiến nghị sử dụng loại 35 Sau tiến hành khảo sát phân tích tình hình thực tế khu vực suối Háng Chú, huyện Mù Cang Chải, đánh giá hiệu biện pháp phòng, chống lũ bùn đá, nhóm nghiên cứu Nhật Bản Việt Nam sơ thống việc triển khai xây dựng đập ngăn bùn đá khả thi, phù hợp với điều kiện khu vực khảo sát [20] đề xuất triển khai cácKiên, biệnN.pháp pháphọc T., vàsau cs (các / Tạpgiải chí Khoa Cơng nghệgiới Xâythiệu dựngtrên Hình 11): Hình11 11.Bình Bìnhđồ, đồ,mặt mặtcắt cắtdọc dọcsuối suối Háng Háng Chú Chú (khu (khu vực vực đề đề xuất xuất thí điểm) Hình - Mở rộng lòng dẫn lũ phía cuối hạ lưu (Đoạn 1); đập ngăn bùn đá- Kiểm hở cósốt lắp vận đặt chuyển thêm chắn ngang cho cách hiệu xây quảcác caođập kể kín; lũ bùn đá bồithanh lắng dòng chảysẽbằng có mật độ bồi lắng thấp; Trong thiết kế chi tiết, cần nghiên cứu đầy đủ kích thước bùn đá bề rộng - Thutính lũ bùn gỗ trơitrình trung hạ 3; lưu dòng suối đập ngăn bùn đá dạng phần hở, tiến hành toánđátheo quy Mục Cácphát đập dựng trongở khu Đoạn 3lưu lênbằng phía lưu thép: – - Ngănhở ngừa sinhsẽlũđược bùn xây đá gỗ trôi khuvực vựctừthượng đập thượng hở khung Ở khu nơi có nhiều khả xảy lũ bùn đá với mật độ đất, đá cao Tuy nhiên, vào vực thượng lưu, cần phải xây đập ngăn bùn đá dạng hở để ngăn ngừa phát sinh lũ bùn đá với mục đích xâyđất dựng tế bảo dưỡng thuận lợi đập hở thép tạicơng trình ngăn chặnđiều dòngkiện chảy đá thực phần thượng lưu dòng suối Tuyxây nhiên, cầnkhung ưu tiên khu vực Đoạn với số lưu ý: Vị trí đập khơng trùng với khu vực bồi lắng bùn kiểm soát vận chuyển bồi lắng phần hạ lưu thu lũ bùn đá đoạn phần hạ lưu Quy hoạch đập tiết, vị trí thượng lưulượng cóđập thể,hở đồng phảilượng đảm bảo Trong giaiđất; đoạn thiết kế chi cầngần xác định số cănthời vào bồithu lắng dự kiến lượng lớn đất, đá; Trên sở khảo sát đường kính bùn đá, kiến nghị sử dụng loại đậpdòng chảy; toàn lưu vực lượng bồi lắng dự kiến kiểm soát hệ thống đập hạ lưu đoạn ngăn đá hở códưỡng lắp đặt hệ thêm chắncần ngang cho bên cạnh đó, kếbùn hoạch bảo thống đập đánhhiệu giá.quả cao kể lũ bùn đá có mật độ bồi lắng thấp; Trong thiết kế chi tiết, cần bố trí nghiên cứu đầy đủ kích thước bùn đá bề rộng phần hở, tiến hành tính tốn theo quy trình Mục Kết luận - Ngăn ngừa phát sinh lũ bùn đá gỗ trôi khu vực thượng lưu đập hở Trong khung loại hình thiên taithượng phổ biến thiên taibùn lũ đá bùndạng đá hìnhngừa thường xuyên thép: Ở khu vực lưu,tại cầnViệt phảiNam, xây đập ngăn hởloại để ngăn xảy khu vực miền núi phía Bắc, đặc biệt vào mùa mưa lũ Căn tình hình thực phát sinh lũ bùn đá với mục đích ngăn chặn dòng chảy đất đá phần thượng lưu tế kinh nghiệm ứng phó với loại hình thiên tai giới, với mục tiêu tìm kiếm giải pháp cơng trình để phòng, chống lũ bùn đá, nghiên cứu giới thiệu 11 số giải pháp đập ngăn bùn đá ứng dụng số quốc gia giới, tập trung vào đập hở sử dụng khung thép Quy trình tính tốn thiết kế theo Tiêu chuẩn Nhật Bản hướng mô đánh giá tương tác vật rắn mang theo dòng lũ bùn đá khung thép cấu thành đập đề cập Cuối cùng, dựa giải pháp tổng hợp thực tiễn khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam, báo đề xuất triển vọng áp dụng thí điểm giải pháp nêu khu vực thị trấn Mù Cang Chải, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái Trong thời gian tới, việc đánh giá tương tác va chạm dòng bùn đá kết cấu nghiên cứu cụ thể hơn, nhằm tối ưu hóa tìm dạng kết cấu kinh tế phù hợp với điều kiện cụ thể khu vực miền núi phía Bắc đóng góp ý nghĩa khoa học nghiên cứu đập ngăn bùn đá hở thép nói riêng đập ngăn bùn đá nói chung 36 Kiên, N T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Lời cảm ơn Để thực nghiên cứu này, nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn hỗ trợ Tổng cục Phòng, chống thiên tai, Chương trình Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) Đề tài NCKH “Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng giải pháp khoa học công nghệ phù hợp phòng, chống giảm thiểu rủi ro lũ quét khu vực miền núi phía Bắc” (Quyết định số 4243/QĐ-BNN-KHCN ngày 29/10/2018 Bộ Nông nghiệp PTNT) Tài liệu tham khảo [1] Nakagawa, H., Takahashi, T., Yoshifumi, S., Kawaike, K (2002) Evaluation of efficiency of sabo facilities by means of numerical simulation methods Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, 46: 665–670 [2] Takahashi, T (2000) Initiation of debris flow of various types of debris flow Proceedings of the Second International Conference on Debris-Flow Hazards Mitigation: Mechanics, Prediction, and Assessment, 15–25 [3] Ban Chỉ đạo TW Phòng, chống thiên tai Tài liệu Thiên tai Việt Nam 2017 [4] Bộ Tài nguyên Môi trường (2012) Báo cáo Dự án Điều tra, khảo sát, phân vùng cảnh báo khả xuất lũ quét miền núi Việt Nam [5] Itakura, Y., Inaba, H., Sawada, T (2005) A debris-flow monitoring devices and methods bibliography Natural Hazards and Earth System Science, 5(6):971–977 [6] Arattano, M., Marchi, L (2008) Systems and sensors for debris-flow monitoring and warning Sensors, 8(4):2436–2452 [7] Thao, V B., Minh, P V., Tuấn, L Q., Kien, N T (2018) Tổng quan quan trắc cảnh báo sớm lũ quét bùn đá Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi, (45):1–10 [8] Mizuyama, T (2008) Structural countermeasures for debris flow disasters International Journal of Erosion Control Engineering, 1(2):38–43 [9] Takahashi, T., Das, D K (2014) Debris flow: mechanics, prediction and countermeasures CRC Press [10] Hà, L T., Tuấn, N Đ (2009) Những điều cần biết lũ quét Nhà xuất Bản đồ [11] Rudolf-Miklau, F., Suda, J (2011) Technical standards for debris flow barriers and breakers Proceedings of the International Conference on Debris-Flow Hazards Mitigation: Mechanics, Prediction, and Assessment, Roma, Italy, 1083–1091 [12] Hiệp hội Phòng, chống thiên tai Nhật Bản (Bosai) https://www.bosai-jp.org/en/solution/detail/26/search Bosai Solution ID: JBP00026 Steel Slit Dam Truy cập ngày 18/8/2019 [13] Osanai, N., Mizuno, H., Mizuyama, T et al (2010) Design standard of control structures against debris flow in Japan Journal of Disaster Research, 5(3):307–314 [14] Ishikawa, T (2018) Lịch sử Sabo công nghệ đập ngăn bùn đá dạng hở Ban Chỉ đạo Trung ương Phòng, chống thiên tai: Hội thảo Giải pháp Cơng nghệ phòng, chống lũ quét, sạt lở đất, Hà Nội [15] Shima, J., Moriyama, H., Kokuryo, H., Ishikawa, N., Mizuyama, T (2016) Prevention and mitigation of debris flow hazards by using steel open-type sabo dams International Journal of Erosion Control Engineering, 9(3):135–144 [16] Technical Note No 904:2016 Manual of Technical Standard for establishing Sabo master plan for debris flow and driftwood NILIM, MLIT, Japan [17] Technical Note No 905:2016 Manual of Technical Standard for designing Sabo facilities against debris flow and driftwood NILIM, MLIT, Japan [18] SABO Technical Center (2001) Guide for steel Sabo structure design [19] Báo điện tử Vietnamnet Mù Cang Chải hoang tàn nhìn từ cao Truy cập ngày 05/8/2019 [20] Yusuke, S (2018) Field survey report on the sediment-related disaster in Mu Cang Chai town Vietnam - Japan Disaster Collaboration Dialogue Workshop: Learning from recent disasters (co-organized by MARD and MLIT), Hanoi 37 ... tácdụng dụng vàođập đậphở h khung khungthép thépngăn ngănlũl bùn bùnđ đá Hình1.6 Tảikếtrọng thépk ngăn lũ bùn đá tràn trùng - Giai đoạn Thiết tràn: tác Về dụng nguyênvào tắc ,đập tràn hở nênkhung... Đập kínkín (b )Đập Đập hở hở (a)kín Đập (b) Đập hở (a) Đập kín (b) Đập (a) (b) hở Hình Khả giữđất đấtđáđất đácủa đậpkín kínvà v đập đập hở[ 12, [12, 14]14] Hình Khả giữ đ đập đập kín v hở đập hở. .. thiết đập hở khung thép 3.Tính Tính tốn, thiết kế đập hở khungthép thép 3 Tính tốn, thiết kếkế đập hở khung Tính tốn, thiết kế đập hở khung thép Để thiết kế, bước cần xác định tác động lũ bùn đá