Đánh giá độ ổn định đường đê hiệp thạnh và đề xuất giải pháp xử lý

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ CHÍ CƠNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐƢỜNG ĐÊ HIỆP THẠNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ CHÍ CÔNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐƢỜNG ĐÊ HIỆP THẠNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS CHÂU TRƢỜNG LINH Đà Nẵng - Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Võ Chí Cơng ii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ BẢO VỆ BỜ BIỂN 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan điều kiện tự nhiên a Vị trí địa lý đặc điểm địa hình b Đặc điểm địa chất c Đặc điểm khí hậu, khí tƣợng d Chế độ thủy văn hải văn e Tình hình ảnh hƣởng biến đổi khí hậu 1.1.2 Tình hình dân sinh - kinh tế - xã hội 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ổn định đê biển ứng dụng công nghệ bảo vệ bờ 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ổn định đê biển giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ổn định đê biển Việt Nam 10 1.3 Cơ sở lý thuyết tính ổn định, tính thấm tác dụng sóng biển tính tốn ổn định đê biển 11 1.3.1 Cơ sở lý thuyết tính ổn định 11 a Phƣơng pháp cân giới hạn (CBGH) – Limit equibrium method (LEM) 11 b Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) – Finite element method (FEM) 12 c Phƣơng pháp kết hợp (Enhanced limit method) 12 1.3.2 Lý thuyết tính thấm 12 a Nghiên cứu lý thuyết 13 b Nghiên cứu thực nghiệm 13 c Phƣơng pháp số 13 1.3.3 Tác dụng sóng biển tính tốn ổn định đê biển 14 a Khái niệm sóng 14 b Tác dụng sóng lên cơng trình có mặt nghiêng 15 1.3.4 Ứng dụng phƣơng pháp số vào tính tốn ổn định đê biển 17 iii 1.4 Các giải pháp bảo vệ đê biển 17 1.4.1 Giải pháp phi cơng trình 17 1.4.2 Giải pháp cơng trình 18 a Các giải pháp bảo vệ mái đê phía biển 18 b Các giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng 20 c Các giải pháp bảo vệ bãi phía trƣớc đê 21 KẾT LUẬN CHƢƠNG 23 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐƢỜNG ĐÊ HIỆP THẠNH, TỈNH TRÀ VINH 24 2.1 Hiện trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 24 2.1.1 Giải pháp thiết kế ban đầu đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 24 2.1.2 Hiện trạng đánh giá nguyên nhân tác động đến ổn định đƣờng đê Hiệp Thạnh - tỉnh Trà Vinh 24 2.2 Đánh giá ổn định trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh mơ hình tốn 27 2.2.1 Các điều kiện biên sử dụng tính tốn 27 2.2.2 Phân tích ổn định trƣợt đƣờng đê thời điểm 28 a Kiểm tra ổn định mái đê phía đồng 28 b Kiểm tra ổn định mái đê phía biển: 31 2.2.3 Ảnh hƣởng bão đến ổn định đƣờng đê 33 a Ảnh hƣởng bão đến đƣờng đê 33 b Ảnh hƣởng lở bồi sóng tràn bão đê biển 34 KẾT LUẬN CHƢƠNG 36 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH ĐƢỜNG ĐÊ HIỆP THẠNH, TỈNH TRÀ VINH 38 3.1 Đề xuất giải pháp xử lý ổn định đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 38 3.1.1 Giải pháp điều chỉnh tuyến chỉnh trị 38 a Nguyên tắc lựa chọn 38 b Giải pháp lựa chọn 38 3.1.2 Giải pháp chỉnh trị chống xói thân mái đê 38 a Nguyên tắc lựa chọn 38 b Giải pháp lựa chọn 38 3.1.2 Tính tốn thiết kế nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 39 a Tính tốn cao trình đỉnh đê thiết kế 39 b Xác định bề rộng mặt đê 40 c Thiết kế mái đê 40 iv d Thiết kế bảo vệ mái đê chân đê 40 3.2 Tính tốn ổn định trƣợt mái đê theo phƣơng án xử lý 41 3.2.1 Tính tốn ổn định mặt cắt thiết kế nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 43 a Kiểm tra ổn định mái đê phía biển 44 b Kiểm tra ổn định mái đê phía đồng 46 c Kiểm tra ổn định đƣờng 48 3.2.2 Tính toán ổn định mặt cắt đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh với hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng 4% cho phần mở rộng 49 a Kiểm tra ổn định mái đê phía biển 50 b Kiểm tra ổn định mái đê phía đồng 52 c Kiểm tra ổn định đƣờng 55 3.3 Đánh giá sơ hiệu kinh tế thay lớp vật liệu 55 KẾT LUẬN CHƢƠNG 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thống kê lƣợng mƣa ngày lớn (Trạm Long Hữu) 1.2 Thống kê lƣợng mƣa trung bình tháng (Trạm Càng Long) 2.1 Tốc độ xói lở sóng bão 34 3.1 Thơng số lớp đất tự nhiên mặt cắt tính tốn mơ hình mơ Plaxis 8.2 41 3.2 Thơng số lớp vật liệu xây dựng đƣờng đê mặt cắt tính tốn mơ hình mơ Plaxis 8.2 42 3.3 Thông số hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng 4% mặt cắt tính tốn mơ hình mơ Plaxis 8.2 42 3.4 Dung trọng khô hỗn hợp xỉ than - tro bay - xi măng 4% 55 3.5 Bảng chênh lệch giá vật liệu cát đắp hồn hợp xỉ than tro bay- xi măng 4% 56 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Bản đồ tuyến đê biển tỉnh Trà Vinh 1.2 Cơ chế phá hủy đê sóng tràn (theo K W Pilarczyk, 2001) 1.3 Các loại hình ổn định đê biển Việt Nam 10 1.4 Các yếu tố sóng 15 1.5 Phân bố áp lực sóng lớn lên mái nghiêng đƣợc gia cố bê tơng 16 1.6 Sóng tràn qua đỉnh đê 16 1.7 Mái đê phía biển đƣợc bảo vệ đá lát khan Hà Lan 19 1.8 Bê tông tự chèn bảo vệ mái đê phía biển Anh 19 1.9 Bảo vệ mái đê phía biển nhựa Asphalt -đá đổ Hà Lan 19 1.10 Mái đê phía biển đƣợc trồng cỏ Hà Lan 20 1.11 Giải pháp trồng cỏ ô lƣới địa kỹ thuật tổng hợp 20 1.12 Bể bê tông mái đê bẫy sóng tràn 21 1.13 Bể tiêu đỉnh đê 21 1.14 Geotube đƣợc sử dụng bảo vệ bờ biển Ấn Độ 21 1.15 Kè mỏ hàn đƣợc sử dụng Mỹ 22 1.16 Mơ hình đê phá sóng ngầm bảo vệ bờ biển 22 1.17 Rừng ngập mặn bảo vệ bãi 23 1.18 Giải pháp nuôi bãi chống xói lở 23 2.1 Hiện trạng Geotube bị phá hoại sử dụng bảo vệ bờ biển tuyến đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh 25 2.2 Hiện tƣợng xói lỡ vùng nghiên cứu năm 2017 25 2.3 Hƣ hỏng mái đê phía biển phía đồng 26 2.4 Mái đê đƣợc gia cố lát mái bê tông phía biển đoạn nâng cấp giai đoạn bị phá vỡ 26 2.5 Đƣờng đê hàng năm bị hƣ hỏng 27 2.6 Mơ hình tính tốn mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh mô Plaxis 8.2 28 2.7 Chia lƣới phần tử mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh mô Plaxis 8.2 28 2.8 Cột nƣớc thấm kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt 28 vii Số hiệu Tên hình hình Trang cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 2.9 2.10 Dòng thấm qua thân đê kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 Chuyển vị theo lƣới phần tử kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 29 29 8.2 2.11 Cung trƣợt nguy hiểm kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 30 2.12 Hệ số ổn định kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 (K=1,315) 30 2.13 Cột nƣớc thấm kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 31 2.14 Dòng thấm qua thân đê kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 31 2.15 Chuyển vị theo lƣới phần tử kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 32 2.16 Cung trƣợt nguy hiểm kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 32 2.17 Hệ số ổn định kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 (K=1,485) 32 2.18 Cơ chế xói lở bờ khu vực xã Hiệp Thạnh - Trà Vinh 33 2.19 Ảnh hƣởng sóng biển đến mái đê phía biển 34 2.20 Cột nƣớc thấm xảy tƣợng sóng tràn mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 34 2.21 Dòng thấm qua thân đê xảy tƣợng sóng tràn mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 35 2.22 Chuyển vị theo lƣới phần tử xảy tƣợng sóng tràn mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 35 2.23 Cung trƣợt nguy hiểm xảy tƣợng sóng tràn mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 36 2.24 Hệ số ổn định kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt trạng đƣờng đê Hiệp Thạnh Plaxis 8.2 (K=1,046) 36 3.1 Ký hiệu lớp vật liệu mô Plaxis 8.2 43 viii Số hiệu Tên hình hình 3.2 3.3 3.4 3.5 Mơ hình tính tốn mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mô Plaxis 8.2 Tạo lƣới phần tử mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 Cột nƣớc thấm kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hnh Plaxis 8.2 Dòng thấm qua thân đê kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mô hình Plaxis Trang 43 43 44 44 8.2 Chuyển vị theo lƣới phần tử kiểm tra ổn định mái đê phía 3.6 3.7 biển mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 Cung trƣợt nguy hiểm kiểm tra ổn định mái đê phía biểnở mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 45 45 8.2 3.8 Hệ số ổn định trƣợt kiểm tra ổn định mái đê phía biển mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 45 8.2 (K = 1,256) 3.9 Cột nƣớc thấm kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 46 3.10 Dòng thấm qua thân đê kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 46 3.11 Chuyển vị theo lƣới phần tử kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 47 3.12 Cung trƣợt nguy hiểm kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 47 3.13 Hệ số ổn định trƣợt kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt nâng cấp đƣờng đê Hiệp Thạnh mơ hình Plaxis 8.2 (K = 1,275) 48 3.14 Độ lún đƣờng kiểm tra ổn định mái đê phía đồng 48 55 c Kiểm tra ổn định đường Hình 3.27 Độ lún đường kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt đường đê Hiệp Thạnh sử dụng XT-TB-XM cho phần mở rộng Plaxis 8.2 (độ lún tim đường S = 4,8cm) Nhận xé : Kết tính lún đƣờng kiểm tra ổn định mái đê phía đồng mặt cắt đƣờng đê Hiệp Thạnh sử dụng XT-TB-XM cho phần mở rộng (tính tốn sau thời gian khai thác năm): S = 4,8cm < [S] = 40cm (Theo 22TCN 262-2000) 3.3 Đánh giá sơ hiệu kinh tế thay lớp vật liệu Để tính tốn sơ giá 1m3 hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng 4%, tác giả tiến hành tính tốn khối lƣợng thành phần theo tỷ lệ xi măng 4%, tro bay 50% xỉ than 46% (Bảng 3.4) Bảng 3.4 Dung trọng khô hỗn hợp xỉ than - tro bay - xi măng 4% TT Vật liệu Tỷ lệ % Dung trọng khô Trọng lƣợng ơn ị T/m3 Tro 50 1,587 0,794 Xỉ 46 1,587 0,730 Xi Măng 1,200 0,048 Tổng cộng 1,572 Theo giá trị thời điểm tính tốn 9/2017 thì: - Tro bay: 23.000 đồng/Tấn (nguồn Ban Quản lý Nhiệt điện Duyên Hải) - Xỉ than: 5.000 đồng/Tấn - Xi măng: 1.527 kg 56 Bảng 3.5 Bảng chênh lệch giá vật liệu cát đắp hồn hợp xỉ than - tro bay- xi măng 4% Vật liệu Giá ( ồng) Cát đắp 100.000 Xỉ than - tro bay - xi măng 4% 46.500 Chênh lệch giá (%) 53,5% Nhận xét: Sử dụng hỗn hợp vật liệu xỉ than – tro bay – xi măng 4% có giá thành thấp so với dụng vật liệu cát đắp KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong nội dung chƣơng tác giả đề xuất giải pháp xử lý ổn định tuyến đê biển Hiệp bằng cách tiến hành tính toán thiết kế nâng cấp tuyến đƣờng đê Hiệp Thạnh theo nhƣ quy hoạch trồng rừng phòng hộ khu vực phía bờ biển, đồng thời kiểm tra độ ổn định giải pháp thiết kế thơng qua mơ hình tính tốn Plaxis Song song với giải pháp nâng cấp tác giả tiến hành thay lớp cát đắp hỗn hợp xỉ than – tro bay – xi măng 4% kiểm tra độ ổn định giải pháp thơng qua mơ hình tính 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kế luận - Dựa vào đặc điểm khu vực nghiên cứu tuyến đƣờng đê Hiệp Thạnh, tỉnh Trà Vinh, đề tài phân tích đánh giá trạng nhƣ kiểm tra ổn định tuyến đê Sự hƣ hỏng tuyến đê diễn liên tục với mức độ khác cho thấy cần thiết phải kiểm tra xử lý ổn định; hạn chế tác nhân ảnh hƣởng thấm, sóng biển, thủy triều, - Kết đánh giá ổn định dƣới yếu tố ảnh hƣởng tổng hợp gồm thủy triều, sóng biển đến ổn định tuyến đề trạng tuyến đê đảm bảo ổn định theo mặt cắt khảo sát Cụ thể, trƣờng hợp dƣới tác động thủy triều lớn ảnh hƣởng sóng biển hệ số ổn định mái đê phía đồng K = 1,315 trƣờng hợp mực nƣớc thủy triều rút đột ngột hệ số ổn định mái đê phía biển K = 1,485 đảm bảo hệ số ổn định cho phép - Trong trƣờng hợp tuyến đê chịu ảnh hƣởng bão mái đê phía biển ổn định chịu tác động xói lở bờ (chiều dài xói lở 7,1m tƣơng ứng với sóng cao 4,25m gây chiều cao xói lở chân đê 0,7m) mái đê phía đồng ổn định chịu tác động sóng tràn có bão (K =1,046