Phân tích đánh giá hiện trạng, hiệu quả công trình bảo vệ bờ sông; ứng dụng thiết kế công trình bảo vệ bờ sông la khu vực qua xã trường sơn, huyện đức thọ, tỉnh hà tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HỒ DUY PHIỆT PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, HIỆU QUẢ CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG; ỨNG DỤNG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG LA KHU VỰC XÃ TRƯỜNG SƠN, HUYỆN ĐỨC THỌ, TỈNH HÀ TĨNH CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ MÃ SỐ: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN BÁ QUỲ GS.TS NGỐ TRÍ VIỀNG Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài:“Phân tích, đánh giá trạng, hiệu cơng trình bảo vệ bờ sơng; ứng dụng thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sông La khu vực qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh ” hoàn thành với hướng dẫn giúp đỡ tận tình Ban giám hiệu, thầy giáo, cô giáo khoa Cơng trình, khoa Thuỷ văn Tài ngun nước, Bộ môn Thuỷ công, Bộ môn Kỹ thuật sông quản lý thiên nhiên - Trường Đại học Thuỷ lợi bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ, thầy giáo GS.TS Ngơ Trí Viềng, người hướng dẫn khoa học tận tình, khơng kể thời gian, hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, giáo, gia đình, bạn bè đồng nghiệp góp ý kiến quý báu, tạo điều kiện cho tác giả trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Chi cục Quản lý đê điều PCLB Hà Tĩnh, Công ty cổ phần tư vấn xây dựng cơng trình Miền Trung (Hà Tĩnh), quan đơn vị giúp đỡ tác giả trình điều tra thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu đề tài Cuối xin chân thành cảm ơn Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tác giả trình bày luận văn Hà Nội, tháng năm 2014 Tác giả Hồ Duy Phiệt LỜI CAM ĐOAN Tên là: Hồ Duy Phiệt Học viên lớp: CH19C21 Đề tài luận văn cao học:“Phân tích, đánh giá trạng, hiệu cơng trình bảo vệ bờ sơng; ứng dụng thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sông La khu vực qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh ” Trường Đại học Thuỷ lợi giao cho học viên Hồ Duy Phiệt, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ GS.TS Ngơ Trí Viềng luận văn hồn thành Tơi xin cam đoan với Khoa Cơng trình Phịng Đào tạo trường Đại học Thuỷ lợi đề tài nghiên cứu cơng trình cá nhân tơi./ Hà Nội, tháng năm 2014 Tác giả Hồ Duy Phiệt MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… Tính chất cấp thiết đề tài ………………………………………………… Mục đích phạm vi nghiên cứu đề tài ………………………………… Phương pháp nghiên cứu …………………………………………………… Kết đạt ……………………………………………………………… CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG SƠNG VÀ TÌNH HÌNH SẠT LỞ BỜ SÔNG KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ ………………………………………… 1.1 Đặc điểm hệ thống sông khu vực Bắc Trung Bộ …………………………… 1.1.1 Hệ thống lưu vực sông Mã ……………………………………………… 1.1.2 Hệ thống lưu vực sông Cả ………………………………………………… 1.1.3 Hệ thống sơng tỉnh Quảng Bình ………………………………………… 1.1.4 Hệ thống sơng tỉnh Quảng Trị …………………………………………… 1.1.5 Hệ thống sông tỉnh Thừa Thiên Huế ……………………………………… 1.2 Thực trạng nguyên nhân sạt lở bờ sông khu vực Bắc Trung Bộ ………… 1.2.1 Tình hình chung ………………………………………………………… 1.2.2 Nguyên nhân sạt lở bờ sông khu vực Bắc Trung Bộ …………………… 1.3 Kết luận chương …………………………………………………………… CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CỦA CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ ……………………………………………………………… 2.1 Hiện trạng cơng trình bảo vệ bờ sông khu vực Bắc Trung Bộ ……………… 2.1.1 Đặc điểm chung …………………………………………………………… 2.1.2 Các dạng cơng trình bảo vệ bờ sơng ……………………………………… 2.1.3 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ sông ……………………………………… 2.1.4 Vật liệu cấu kiện cơng trình bảo vệ bờ sơng …………………… 2.1.5 Một số vấn đề tiêu chuẩn thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sơng ………… 2.2 Phân tích đánh giá hiệu kỹ thuật cơng trình bảo vệ bờ sông khu vực Bắc Trung Bộ ……………………………………………………………… 2.2.1 Quan điểm đánh giá hiệu kỹ thuật …………………………………… 2.2.2 Phân tích đánh giá hiệu cơng trình gia cố bảo vệ bờ ………… 2.2.3 Phân tích đánh giá hiệu cơng trình mỏ hàn đập thuận dịng 2.2.4 Đánh giá hiệu cụm cơng trình bảo vệ bờ sông Lam khu vực hạ lưu cầu Bến Thủy (làng Đỏ), tỉnh Nghệ An………………………………………… 2.3 Kết luận chương…………………………………………………………… CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH LỊNG SƠNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU……………………………………………………… 3.1 Đặc điểm diễn biễn lịng dẫn sơng La đoạn qua xã Trường Sơn…………… 3.2 Đặc điểm địa chất bờ sông khu vực nghiên cứu…………………………… 3.2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo ……………………………………………… 3.2.2 Địa tầng đặc tính lý lớp đất đá …………………………… 3.2.3 Các tượng địa chất động lực cơng trình……………………………… 3.2.4 Kết luận …………………………………………………………………… 1 3 4 11 12 14 14 16 19 20 20 20 20 24 29 31 35 35 36 42 43 47 49 49 50 50 50 52 53 3.3 Phân tích nguyên nhân gây sạt lờ bờ sông La đoạn qua xã Trường Sơn…… 3.3.1 Nguyên nhân khách quan………………………………………………… 3.3.2 Nguyên nhân chủ quan…………………………………………………… 3.4 Tính tốn lưu lượng tạo lịng mực nước thiết kế đoạn sông La qua xã Trường Sơn……………………………………………………………………… 3.4.1 Phương pháp xác định…………………………………………………… 3.4.2 Kết tính tốn………………………………………………………… 3.5 Tính tốn tiêu ổn định lịng sơng khu vực nghiên cứu………………… 3.6 Kết luận chương…………………………………………………………… CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC-CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG LA…… 4.1 Tổng qt giải pháp cơng trình bảo vệ bờ giới………………… 4.1.1 Trồng cỏ kết hợp với kè bê tơng có khoang rỗng………………………… 4.1.2 Thảm cỏ, thảm nhân tạo……………………………………………… 4.1.3 Rồng đá bó cành cây…………………………………………………… 4.1.4 Kè lát mái bảo vệ bờ……………………………………………………… 4.1.5 Đập mỏ hàn……………………………………………………………… 4.2 Giới thiệu số vật liệu dùng giải pháp kè lát mái bảo vệ bờ………………………………………………………………………………… 4.2.1.Cấu kiện bê tơng rời khơng có liên kết…………………………………… 4.2.2 Bảo vệ bờ cấu kiện bê tơng có liên kết……………………………… 4.2.3 Bảo vê bờ cấu kiện bê tông có liên kết cáp………………………… 4.2.4 Thảm đá rọ thép………………………………………………………… 4.2.5 Cấu kiện bê tông liên kết mảng vải địa kỹ thuật…………………… 4.2.6 Kết cấu bảo vệ bờ cọc ván, cọc bê tông dự ứng lực………………… 4.3 Đề xuất, thiết kế sơ cơng trình bảo vệ bờ sơng La, khu vực xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, Hà Tĩnh…………………………………………………… 4.3.1 Thực trạng xói lở bờ sơng khu vực xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh…………………………………………………………………………… 4.3.2 Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp………………………………………… 4.3.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ………………………………………………… 4.3.4 Phân tích, đánh giá lựa chọn cơng trình bảo vệ bờ cho khu vực………… 4.3.5 Thiết kế sơ cừ BTCT dự ứng lực cho cơng trình kè bảo vệ bờ tả sông La đoạn qua xã Trường Sơn……………………………………………… 4.4 Kết luận chương…………………………………………………………… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 53 53 54 55 55 56 57 59 60 60 61 61 62 63 64 64 65 66 67 68 69 70 72 72 72 74 76 78 88 89 91 92 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các hệ thống sơng khu vực Bắc Trung Bộ Hình 1.2 Lưu vực sơng Mã …………………………………………………… Hình 1.3 Lưu vực sông Cả Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống sơng tỉnh Quảng Bình ……………………………… 10 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống sơng tỉnh Quảng Trị ………………………………… 11 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống sông tỉnh Thừa Thiên Huế…………………………… 12 Hình 2.1 Kè Làng Đỏ bờ tả sơng Lam – Nghệ An………………………………… 23 Hình 2.2 Kè Sơn Thịnh bờ hữu sơng Ngàn Phố - Hà Tĩnh………………………… 23 Hình 2.3 Kè bờ tả sơng Lý Hồ, tỉnh Quảng Bình……………………………… 23 Hình 2.4 Kè bờ tả sơng Cam Lộ, tỉnh Quảng Trị……………………………… 23 Hình 2.5 Rồng hộ chân kè Làng Đỏ - bờ tả sông Lam – Nghệ An……………… 26 Hình 2.6 Chân kè Đức Quang - bờ hữu sơng Lam - Hà Tĩnh…………………… 27 Hình 2.7 Chân kè có cọc BTCT hỗ trợ………………………………………… 27 Hình 2.8 Đoạn kè bờ tả sông Hiếu khu vực thị xã Đông Hà - Quảng Trị sử dụng chân kè tường chống bê tơng…………………………………… 28 Hình 2.9 Cấu tạo rồng đá………………………………………………………… 30 Hình 2.10 Cấu tạo rọ đá…………………………………………………………… 30 Hình 2.11 Một số cấu kiến BT đúc sẵn lát mái kè …………………………… 31 Hình 2.12 Vị trí kè Làng Đỏ…………………………………………………… 44 Hình 2.13 Hiện trạng kè Làng Đỏ T4/2012 …………………………………… 46 Hình 3.1 Hình ảnh khu vực nghiên cứu………………………………………… 49 Hình 3.2 Sơ đồ mặt cắt tính tốn tiêu ổn định……………………………… 58 Hình 4.1: Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ ……………………………… 60 Hình 4.2: Dùng cỏ bảo vệ mái bờ sơng Hà Lan……………………………… 61 Hình 4.3: Thảm cỏ liên kết vải địa kỹ thuật INCOMAT………………… 62 Hình 4.4: Đập mỏ hàn bảo vệ bờ………………………………………………… 64 Hình 4.5: Hiện tượng dịng chảy, xói bồi lòng xây dựng đập mỏ hàn bảo vệ bờ………………………………………………………………………………… 64 Hình 4.6: Các dạng cấu kiện bê tơng sử dụng phổ biến giới…………… 65 Hình 4.7: Cơng trình kè bảo vệ bờ sơng Meghna – Dhonagoda Banladesh cấu kiện bê tơng rời khơng có liên kết………………………… 66 Hình 4.8: Cấu kiện bê tơng liên kết dạng khớp nối…………………………… 67 Hình 4.9: Cấu kiện bê tơng sử dụng liên kết cáp thép Terrafix………………… 67 Hình 4.10: Sử dụng thảm bê tông bảo vệ mái đáy kênh hạ lưu cống……… 68 Hình 4.11: Sử dụng mảng nhồi bê tông bảo vệ bờ sông Kaohsiung, Đài Loan,giai đoạn thi công sau thi cơng mảng nhồi bê tơng ……………… Hình 4.12: Cừ BTCT dự ứng lực…………………………………………… Hình 4.13: Sử dụng cọc bán bê tơng DUL bảo vệ bờ sơng…………………… Hình 4.14 Sơ đồ tính tốn chiều dài cọc……………………………………… Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lý phương pháp tính hệ số ổn định theo cung trượt trịn……………………………………………………………………………… Hình 4.16: Mặt cắt ngang SW400A…………………………………………… Hình 4.17: Thi cơng hạ cọc ván………………………………………………… Hình 4.18: Sơ đồ ép cọc………………………………………………………… Hình 4.19: Đổ bê tơng xà mũ cọc……………………………………………… 70 71 71 82 83 85 86 87 87 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả Bảng 3.1: Tổng hợp tiêu lý lớp đất ………………………… 52 Bảng 3.2 Kết tính tốn tiêu ổn định lịng sơng theo chiều ngang…… 58 Bảng 4.1: Các thông số địa kỹ thuật dùng tính tốn ổn định biến dạng kè……………………………………………………………………………… Bảng 4.2: Thông số kết cấu bê tông bê tông dự ứng lực ……………… Bảng 4.3: Kết tính nội lực, chuyển vị biến dạng ……………………… Bảng 4.4: Kết tính ổn định trượt tổng thể ………………………………… Bảng 4.5: Kết tính ứng suất đất ……………………………………… Bảng 4.6: Bố trí cừ kết cấu kè …………………………………………… 79 79 83 84 85 85 MỞ ĐẦU Tính chất cấp thiết đề tài Cùng với lũ lụt, bão lốc; sạt lở bờ sông vấn đề xúc nhiều nước giới Sạt lở bờ sông gây thiệt hại nặng nề cho hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông gây đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, chí hủy hoại tồn khu dân cư, đô thị Ở Việt Nam nói chung khu vực Bắc Trung Bộ nói riêng, để đối phó với tượng sạt lở bờ sơng, hàng năm phải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng khắp nước Bên cạnh cơng nghệ sử dụng để xây dựng cơng trình chống sạt lở bờ sông chủ yếu dựa vào giải pháp truyền thống, thiên loại hình kết cấu vật liệu cổ điển kè lát mái, kè mỏ hàn đá hộc, đá xây, bêtông đơn giản Ngay Tiêu chuẩn TCVN 8491-2010: Cơng trình thuỷ lợi, thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sơng chống lũ hướng dẫn qui trình cho loại cơng trình truyền thống Vấn đề đặt cần tổ chức đánh giá lại hiệu việc xây dựng cơng trình trước tiên mặt kỹ thuật (cả công trình xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật) Từ xem xét đề xuất giải pháp ứng dụng loại vật liệu thiết kế, thi công công trình bảo vệ bờ sơng khu vực có địa hình chật hẹp, địa chất mềm yếu, khó khăn thi cơng theo phương pháp thơng thường; khu vực cần hạn chế diện tích đất Khu vực bờ tả Sông La, đoạn qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh khu vực dân cư sinh sống ổn định sát bên hai bên bờ sơng Hiện biến đổi dịng chảy nên khu vực bị xói lở gây ảnh hưởng đến tính mạng, tài sản nhân dân cơng trình phúc lợi địa phương bên bờ sơng Với đặc điểm dân cư sinh sống sát vùng bị sạt lở nên phương án xây dựng cơng trình kè chống sạt lở truyền thống, chiếm nhiều diện tích dân đến phải di dời hộ dân sinh sống sát bờ sơng, gây tốn khó khăn cơng tác tái định cư Từ đặt u cầu cần nghiên cứu xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sông qua đoạn với loại vật liệu mới, phạm vi chiếm dụng đất ít, vấn đề cấp thiết, có tính ứng dụng cao, đem lại hiệu lớn kinh tế, kỹ thuật Trên lý cho thấy cần thiết đề tài nghiên cứu: “Phân tích, đánh giá trạng, hiệu cơng trình bảo vệ bờ sơng; ứng dụng thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sông La khu vực qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh ” Mục đích phạm vi nghiên cứu đề tài: - Mục đích: + Phân tích, đánh giá hiệu cơng trình chống sạt lở bờ sơng khu vực Bắc Trung Bộ xây dựng thời gian qua + Nghiên cứu số vấn đề tiêu chuẩn thiết kế cơng trình bảo vệ bờ sơng hành Phát số vấn đề chưa hợp lý tiêu chuẩn cần bổ sung sửa chữa + Nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây sạt lở bờ sông La đoạn qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ đề xuất giải pháp bảo vệ hợp lý giải phóng mặt bằng, di dời hộ dân ven sơng Tính tốn thiết kế sơ cừ bê tơng dự ứng lực áp dụng lần cho công trình bảo vệ bờ khu vực + Giới thiệu số loại vật liệu sử dụng cơng trình bảo vệ bờ sơng giới Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu: Các cơng trình bảo vệ bờ xây dựng khu vực Bắc Trung Bộ bờ tả sông La đoạn qua xã Trường Sơn, huyện Đức Thọ tỉnh Hà Tĩnh PHỤ LỤC 4.15: BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT HIỆU QUẢ TẠI MẶT CẮT AA' (TẢI TRỌNG CƠ BẢN) σ max = 89,39 KN/m2 PHỤ LỤC 4.16: PHÂN BỔ ỨNG SUẤT HIỆU QUẢ MẶT CẮT KÈ (TẢI TRỌNG ĐẶC BIỆT) PHỤ LỤC 4.17: BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT HIỆU QUẢ TẠI MẶT CẮT AA' (TẢI TRỌNG ĐẶC BIỆT) σ max = 95,34 KN/m2 PHỤ LỤC 4.18 :CỌC VÁN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC W400A S 776 8000 996 220 440 Lổ Þ45 600 400 4688 1656 600 400 280 120 200 280 120 1656 8000 400 400 220 100 996 370 776 Lổ Þ45 600 MẶT CẮT GIỮA CỌC 370 220 556 996 220 130 278 130 148 40 30 30 40 30 30 40 120 200 40 440 130 280 280 148 220 556 996 220 440 278 40 400 278 148 30 30 40 278 130 120 440 130 400 278 148 MẶT CẮT MŨI CỌC 400 MẶT CẮT ĐẦU CỌC 72 130 296 848 130 220 GHI CHÚ : - Cọc ván BTCTƯST, tiết diện chữû V, L= 8.00m loại cọc ván cải tiến gồm 12 cáp 12.7mm - Cường độ chịu nén bêtông 28 ngày: Đối với mẫu trụ 600 Kg/cm2 Đối với mẫu lập phương 725 Kg/cm2 - Cáp tiền áp hạng 270K Đường kính 12.7 mm Cường độ tới hạn 18900 Kg/cm2 - 270000 psi - Trọng lượng cọc ván 6.28 T - Kích thước vẽ dùng mm PHỤ LỤC 2.1: So sánh địa hình tháng 4/2012 năm 2003 kè Làng Đỏ PHỤ LỤC 2.1: So sánh địa hình tháng 4/2012 năm 2003 kè Làng Đỏ (tiếp) §­êng thẳng, đường cong Tên cọc Lý trình H0 bs 4ms H1 10 11 12 13 14 15 16 H2 17 18 16 20 21 H3 22 23 24 25 26 27 H4 28 29msbs 30 31 6.20 7.87 32 33 8.35 34 460.34 9.11 452.01 7.19 443.66 4.00 3.09 6.20 435.79 16.37 429.59 16.99 420.48 14.90 406.20 410.20 413.29 18.18 400.00 15.41 383.63 16.05 366.64 26.93 351.74 16.74 333.56 15.82 318.15 15.74 302.10 10.45 275.17 18.94 258.43 18.18 242.61 15.42 226.87 20.32 216.42 14.81 197.48 15.43 179.30 12.02 163.88 16.40 143.56 17.18 128.75 3.60 13.58 84.90 13.56 67.72 4.95 9.42 54.14 40.58 9.03 31.16 7.25 6.33 22.61 26.21 13.58 Cù ly lỴ 7.25 0.00 Cù ly céng dån 113.32 3.75 3.77 3.80 3.70 4.42 4.42 -0.92 0.35 4.06 -2.30 -2.47 -2.88 -3.70 -3.31 -2.80 -2.47 -2.67 -3.77 -3.47 -4.00 -4.27 -4.00 -3.67 -3.20 -3.75 -4.07 -3.96 -3.92 -3.61 -4.34 -3.95 -2.81 -1.16 0.38 -0.60 3.72 4.04 4.27 Cao độ tự nhiên 101.30 Mép sông bờ hữu (tùng ảnh) Mép sông bờ tả Km 0+00 PHụ LụC 3.1: SƠ Đồ MặT CắT TíNH TOáN LƯU LƯợNG TạO LòNG Km 0+460.34 Bình đồ sơ lược 8.33 35 pl 4.2: mặt cắt kè kết hợp truyền thống vật liệu pl 4.1: mặt cắt kè truyÒn thèng 115 70 85 70 300 30 300 285 30 385 20 200 30 300 525 90 100 CÊu kiện BTĐS i=2% i=2% 3.50 Bê tông R250# dày 20cm Cát gia cố 8% XM - 5cm Đá dăm lót 4x6cm-15cm Bê tông cốt thép M200# Vữa lót M50#, dày 5cm Bê tông cốt thép M200# Vữa lót M50#, dày 5cm Đá hộc lát khung BTCT Dăm lót Dmax