LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu , đến luận văn “ Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn đề xuất giải pháp Cơng trình bảo vệ bờ sơng Tả Đuống tỉnh Bắc Ninh” đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu cầu đề Với thành quả đạt được , tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại Học Thủy Lợi thời gian qua đã truyền đạt kiến thức khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Vũ Thanh Te đã hướng dẫn giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo UBND huyện Quế Võ , bạn bè , đồng nghiệp của qua n đã tạo điều kiện thuận lợi cho suốt quá trình học tập cũng quá trình thực hiện luận văn này Cuối cùng , xin cảm tạ tấm lòng , sự hy sinh , hỗ trợ của những người thân đã động viên giúp đỡ tác giả luậ n văn suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả luận văn Phạm Sỹ Hùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU TRÊN HỆ THỐNG SÔNG ĐUỐNG 1.1.Đặc điểm tự nhiên 1.1.1.Vị trí địa lý 1.1.2.Đặc điểm chung về địa hình, địa mạo 1.1.3.Đặc điểm khí tượng thủy văn .6 1.2.Thực trạng sạt lở sông Đuống 1.3.Tổng quan giải pháp phịng chống sạt lở bảo vệ bờ sơng xây dựng 13 1.3.1.Trồng tre chắn sóng 13 1.3.2.Bảo vệ mái đá xây, rọ đá 14 1.4 Những ảnh hưởng của sạt lở đến tình hình an ninh , kinh tế xã hội tỉnh Bắc Ninh .16 1.4.1 Sạt lở bờ sông có nguy cướp sinh mạng, tài sản, nơi sinh sống, làm giảm diện tích đất canh tác nông nghiệp của nhiều hộ dân 16 1.4.2 Sạt lở ảnh hưởng đến sở hạ tầng, phá vỡ quy hoạch 16 1.5.Bức tranh toàn cảnh về tình hình sạt lở và lấn chiếm lòng sông tỉnh Bắc Ninh 17 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ NGHIÊN CỨU DỰ BÁO SẠT LỞ BỜ SÔNG TẢ ĐUỐNG TỈNH BẮC NINH 22 2.1 Tổng quát các nguyên nhân gây sạt lở sông 22 2.2 Phân tích nguyên nhân và nhân tố ảnh hưởng tới sạt lở bờ sông Tả Đuống tỉnh Bắc Ninh .24 2.2.1 Nguyên nhân nhà ở dân cư tập trung ven sông, lấn chiếm lòng sông, tập kết cát sỏi quá cao gây ách tắc và biến đổi dòng chảy .24 2.2.2 Sạt lở dòng chảy có vận tốc vượt quá vận tốc cho phép không xói của lòng dẫn 25 2.2.3 Sạt lở bờ sông sóng chạy tầu gây 28 2.2.4 Sạt lở bờ sông, kênh hiện tượng nạo vét lòng sông, hút cát trái phép gây .29 2.3 Nghiên cứu dự báo xói lở tại các trọng điểm địa bàn sông Tả Đuống tỉnh Bắc Ninh .32 2.3.1 Giới thiệu mơ hình tốn MIKE 11 với mơđun bùn cát ST 32 2.3.2 Yêu cầu số liệu mô hình 41 2.3.3 Kết mơ hình 42 2.4 Thiết lập mô hình nghiên cứu diễn biến xói lở, bồi lắng lịng dẫn sông Đuống – Bắc Ninh 42 2.4.1 Phạm vi nghiên cứu diễn biến lòng dẫn 42 2.4.2 Sơ đồ tính tốn thuỷ lực 43 2.4.3 Các tài liệu dùng tính tốn thuỷ lực diễn biến lịng dẫn sơng Đuống – Bắc Ninh 44 2.5 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 46 2.5.1 Hiệu chỉnh kiểm định thuỷ lực 46 2.6 Tính toán khả sạt lở bờ bằng phần mềm GEO -SLOPE 53 2.6.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm GEO-SLOPE .53 2.6.2 Vị trí tính toán 54 2.6.3 Phương pháp tính tốn 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 64 CHƯƠNG ĐỊNH HƯỚNG CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SẠT LỞ TRÊN ĐỊA BÀN BẮC NINH 65 3.1.Những loại công trình đã áp dụng và kinh nghiệm thực tế ở Bắc Ninh .65 3.1.1.Cơng trình dân gian, thô sơ .65 3.1.2 Công trình bán kiên cố 66 3.1.3 Công trình kiên cố 69 3.2.Các giải pháp của luận văn về phòng chống , giảm nhẹ thiên sạt lở cho vùng nghiên cứu 70 3.2.1 Giải pháp phi công trình 70 3.2.2 Giải pháp công trình .72 3.3 Thiết kế sơ cơng trình bảo vệ bờ vị trí điển hình .77 3.3.1 Lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ 77 3.3.2 Các thông số thiết kế chính của kè lát mái đoạn sông Quế Võ 80 3.3.3 Kết cấu cơng trình 81 3.3.4 Tính toán ổn định 81 3.3.5 Nhận xét kết quả tính toán và kết luận chương 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh Hình 1.2 Sạt lở uy hiếp khu dân cư của huyện Quế Võ Hình 1.3 Hút cát, tập kết cát đá trái phép gây sạt lở bờ sông , gây ách tắc dòng chảy 10 Hình 1.4 Sạt lở nghiêm trọng kè tại xã Hán Quảng huyện Quế Võ 10 Hình 1.5 Sạt lở nghiêm trọng uy hiếp đến khu dân cư tại xã Chi Lăng huyện Quế Võ 10 Hình 1.6 Nhà ven sông người dân vẫn sinh ốngs tại 11 Hình 1.7 Sạt lở giáp chân đê uy hiếp khu dân cư xã Đức Long huyện Quế Võ 11 Hình 1.8 Sạt lở nghiêmrọng t bờ bãi tại xã Đào Viên huyện Quế Võ 12 Hình 1.9 Sạt lở sâu vào bờ bãi tại canh tác đất nông nghiệp 12 Hình 1.10 Sạt lở sâu vào bờ khu dân cư ở gây nứt và sập nhà 12 Hình 1.11 Hút cát, tập kết cát trái phép gây sạt lở nghêm trọng bờ bãi 13 Hình 1.12 Trờng tre chắn sóng bảo vệ đê 13 Hình 1.13 Trờng gỗ và trồng chuối chắn sóng , bảo vệ bờ bãi 14 Hình 1.14 Lát đá bảo vệ mái đê theo phương pháp truyền thớng cũ 14 Hình 1.15 Thả đá rời hộ chân , làm khung bê tông cốt thép , lát đá bảo vệ mái đê 15 Hình 1.16 Gia cớ mái bằng khung BTCT và xếp đá hộc đoạn đê xã Cách -huyện bi Q́ Võ15 Hình 1.17 Gia cớ mái bằng khun g BTCT và xếp đá hộc đoạn đê xã Đức Long huyện Quế Võ 15 Hình 1.18 Thả đá rọ đá bảo vệ cảng bớc rỡ và các trạm bơm ngoài bãi 16 Hình 1.19 Bản đờ vị trí các điểm sạt lở 20 CHƯƠNG 22 Hình 2.1 Nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng tới hiện tượng sạt lở 23 Hình 2.2 Bãi vật liệu chất tải quá cao lấn chiếm lòng sông ở xã Bồng lai 24 Hình 2.3 Hiện tượng bãi vật liệu chất tải cao sinh cung trượt mất ổn định 25 Hình 2.4 Tầu tải trọng lớn hút cát và chạy sông tạo sóng vỗ bờ gây sạtsơng lở bờ 28 Hình 2.5 Giao thơng thủy lại tạo sóng vỗ bờ gây sạt lở bờ sơng 29 Hình 2.6 Nguyên nhân gây mất ổn định bờ sông nạo vét , khai thác cát 30 Hình 2.7 Lựa chọn phương pháp tính vận chuyển bùn cát MIKE11ST 39 Hình 2.8 Mơ tả vận chuyển bùn cát cơng thức tính MIKE11ST 40 Hình 2.9 Khu vực nghiên cứu diễn biến lòng dẫn 46 Hình 2.10 Địa hình khu vực nghiên cứu 47 Hình 2.11 Sơ đồ tính toán thuỷ lực 48 Hình 2.12 Sơ đồ phân bố mặt cắt mạng thuỷ lực sông Đuống 48 Hình 2.13 : Sơ đồ q trình hiệu chỉnh mơ hình 50 Hình 2.14 Đường trình thực đo tính tốn trạm Thượng Cát- hiệu chỉnh mơ hình 51 Hình 2.15 Đường q trình thực đo tính tốn trạm Thượng Cát- kiểm định mơ hình 52 Hình 2.16 Quan hệ kết tính tốn thực đo bùn cát Thượng Cát năm (1996) 53 Hình 2.17 Quan hệ kết tính tốn thực đo bùn cát Thượng Cát năm 2002 54 Hình 2.18 Diễn biến xói lở sơng Đuống năm 1996 55 Hình 2.19 Diễn biến xói lở sơng Đuống năm 2002 55 Hình 2.20: Phần mềm xác định cung trượt bằng vị trí tâm và tiếp tuyến qua 56 Hình 2.21: Sơ họa các lực tác dụng lên phần nhỏ cung trượt 56 Hình 2.22 Vị trí mặt cắt5 tính tốn 57 Hình 2.23 Sơ đồ tính ổn định lớp bảo vệ mái kè sông 58 Hình 2.24 Sơ đồ phân thỏi tính ổn định cung trượt MC 5-5 60 Hình 2.25 Mặt Cắt K0 ; K = 1,70 60 Hình 2.26 Mặt Cắt 4’-4’ ; K = 1,41 61 Hình 2.27 Mặt Cắt10’-10’ ; K = 1,63 61 Hình 2.28 Mặt Cắt13-13 ; K = 1,87 62 Hình 2.29 Mặt Cắt15-15 ; K = 1,58 62 Hình 2.30 Mặt Cắt15’-15’ ; K = 2,03 63 Hình 2.31 Mặt Cắt16-16 ; K = 1,48 63 CHƯƠNG 65 Hình 3.1 Trờng tre chắn sóng bảo vệ mái đê 65 Hình 3.2 Kè đá xây khu vực bị sạt lở 67 Hình 3.3 Kè gạch xây khu vực nhà cửa , bến bãi 68 Hình 3.4 Kè đá xây bảo vệ bến cảng 68 Hình 3.5 Làm khung Bê tông cốt thép , lát đá khung bê tông 69 Hình 3.6 Bảo vệ bờ sông bị sạt lở sóng bằng bao tải cát 74 Hình 3.7 Kè đá xây gia cường cọc tre , cọc gỗ 75 Hình 3.8 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ khu vực đông dân, thị cư trấn 76 Hình 3.9 Các ́u tớ liên quan đến quá trình thiết kế công trình bảo vệ bờ 79 Hình 3.10 Phạm vi cơng trình cần bảo vệ 80 Hình 3.11 Kết cấu kè bảo vệ mái trực tiếp bằng mái nghiêng 82 Hình 3.12 Kết quả tính toán ởn định công trình 83 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc trưng sớ ngày mưa, lượng mưa bình qn nhiều năm Bảng 1.2: Bảng nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm (0oC) Bảng 1.3: Bảng độ ẩm không khí (%) .7 Bảng 1.4: Tốc độ gió (m/s) Bảng 1.5: Lượng bốc không khí (mm) .7 Bảng 1.6 : Thống kê tài liệu thu thập trạm Bảng 1.7 Danh mục các điểm sạt lở địa bàn sông Đuống 19 Bảng 2.1.Kết quả tính toán vận tốc khởi động bùn cát ở độ sâu khác tại một vị trí bờ sông Đuống 27 Bảng 2.2: Bảng thống kê nguyên nhân sạt lở bờ sông Đuống tỉnh Bắc Ninh 31 Bảng 2.3 : Thống kê tài liệu thu thập trạm 49 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề Tài Hệ thống sông Đuống tỉnh Bắc N inh có ý nghĩa vô cùng quan trọng sự phát triển kinh tế của tỉnh Bắc Ninh nói chung và thành phố Bắc Ninh nói riêng Sông Đuống là tuyến giao thông cực kỳ quan trọng cho giao thông thủy từ Hà Nội về Hải Dương và các tỉnh lân cận Hệ thống sông này cũng là nguồn cung cấp nước ngọt cho dân sinh , cho nông , lâm, ngư nghiệp , cho công nghiệp , dịch vụ , tuyến thoát lũ , tuyến tiêu nước quan trọng của Thành phố Bắc Ninh nguồn cung cấp thủy sản nước ngọt và cung cấp vật liệu xây dựng Nó cũng là (cát xây dựng và san lấp mặt bằng ) và tương lai còn là tuyến du lịch sinh thái nối liền TP Bắc Ninh với thành phố Hà Nội và các tỉnh lân cận, phía Tây Nam giáp thủ Hà Nội, phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang, phía Đơng Đơng Nam giáp tỉnh Hải Dương, phía Nam giáp tỉnh Hưng Yên Nước từ Sông Hồng chảy vào Sông Đuống ngày lớn phân tán lũ từ thượng nguồn đổ về Sông Hồng nhằm đảm bảo an toàn cho thành phớ Hà Nợi , mùa lũ lưu lượng lớn gây xói lở lịng dẫn thềm sơng qua năm gần Trong nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình thủy lợi, dịng chảy có lưu tốc cao sông lớn, để giảm thiểu tác hại nước lũ thượng nguồn sông đổ gây cố đê, sử dụng biện pháp cơng trình sử dụng thiết bị hướng dòng đập mỏ hàn, kè mái đê phía sơng Tuy nhiên đề cập dòng chảy thường dòng lưu tốc cao nên tính tốn thiết kế cần phải ý đến tượng xói chân đê, sụt chân kè, tính tốn thơng số bảo vệ mái đê dựa vào công thức thực nghiệm mà cần phải thơng qua tính toán kết cấu công trình với từng tường hợp cụ thể để bảo vệ tuyến đê bố trí cho hợp lý Mỗi loại vật liệu dùng để xây dựng bảo vệ đê chịu tác dụng giới hạn vận tốc dòng chảy gọi vận tốc cho phép [Vcp] Mỗi loại vật liệu có kích cỡ khác và đều chịu được vận tốc chống xói cho phép khác Nếu vận tốc nước sơng chảy lớn vận tốc chống xói cho phép vật liệu xây dựng bảo vệ đê bờ sơng bị phá hoại Như để đảm bảo bờ sơng khơng bị phá hoại phải tính toán xác định loại vật liệu cho phù hợp với diễn biến lòng dẫn để từ đó đề xuất giải pháp công trình cụ thể để bảo vệ bờ sông nhằm bảo vệ tuyến đê tránh ngập lụt mùa lũ của nhân dân tỉnh Bắc N inh, làm cho tỉnh nhà ngày càng phát triển về kinh tế nói riêng và để hòa nhập chung với sự phát triển kinh tế của cả nước nói chung Mục đích đề tài -Đánh giá thực trạng sạt lở bờ sông hệ thống sông Đuống -Nghiên cứu nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở bờ sông hệ thống sông Đuống -Đánh giá giải pháp lát đá hộc tự lên mái đê theo phương pháp truyền thống nhằm chống sạt lở bờ sông -Đề xuất các giải pháp t hả đá dưới chân kè chố ng sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc ; làm đập mỏ hàn nhằm hướng dòng chảy phía ngoài chân đê nhằm giảm sạt lở chân đê , kè Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong luận văn nghiên cứu yếu tố tác động sóng dịng chảy tàu thuyền giao thơng thủy gây sạt lở bờ sông mùa lũ, nghiên cứu ổn định mái kè, Thả đá dưới chân kè chống sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc xây dựng đoạn sông Đuống thuộc địa bàn Huyện Quế Võ Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Tiếp cận thành tựu khoa học công nghệ giới Cập nhật tài liệu kỹ thuật, thông tin công nghệ về xây dựng kè chống sạt lở Thả đá dưới chân kè chống sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc ứng dụng nhiều tuyến sông lớn nước cũng thế giới , thành phần cấu tạo, tính kỹ thuật, phạm vi điều kiện ứng dụng phù hợp với điều kiện thực tiễn kinh tế - xã hội môi trường mà các dự án đem lại , địa bàn huyện Quế Võ- tỉnh Bắc Ninh cũng đã và được nhà nước đầu tư bẳng giải pháp công nghệ thi công kè Thả đá dưới chân kè chống sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc đã đem lại nhiều hiệu quả thiết thực cho nhân dân địa bàn khu vực 4.2 Tiếp cận thực tiễn trình độ khoa học cơng nghệ nước - Phân tích đánh giá tồn tại, hạn chế qua đề xuất giải pháp cơng nghệ khả thi thay giải pháp công nghệ xây dựng kè truyền thống hiệu - Tiếp cận quy trình cơng nghệ thiết kế, sản xuất thi công Thả đá dưới chân kè chống sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc 4.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra thực tế: Đánh giá tổng quan thực trạng sạt lở bờ hệ thống sơng Đ́ng cơng trình kè bảo vệ bờ sơng có , điều tra thu thập sớ liệu, tài liệu thiết kế của các cơng trình kè đã được thiết kế , thi công địa bàn tỉnh Bắc Ninh nói riêng nước nói chung - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thả đá dưới chân kè chống sói lở chân đê và làm mái kè đổ khuôn bằng Bê tông cốt thép bên lát đá hộc , đề xuất số mơ hình kết cấu cơng trình kè sở khoa học - Phương pháp mơ hình tốn: Sử dụng phần mềm tiên tiến để mơ hình hóa kết cấu cơng trình kè nhằm tìm kết cấu hợp lý - Phương pháp kế thừa: Ứng dụng rút kinh nghiệm từ cơng trình kè xây dựng nước tiên tiến giới nước CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU TRÊN HỆ THỐNG SÔNG ĐUỐNG 1.1 Đặc điểm tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Thành phố Bắc Ninh có vị trí địa lý tại trung tâm của tỉnh mặt bao bọc bởi sông nước Bắc Ninh tỉnh Việt Nam thuộc khu vực phía bắc vùng đồng sông Hồng tiếp giáp với vùng trung du Bắc tỉnh Bắc Giang Bắc Ninh cửa ngõ phía đơng bắc thủ đô Tỉnh lỵ thành phố Bắc Ninh nằm cách trung tâm Hà Nội 30 km phía Đơng Bắc Phía Tây Tây Nam giáp thủ Hà Nội, phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang, phía Đơng Đơng Nam giáp tỉnh Hải Dương, phía Nam giáp tỉnh Hưng n Diện tích: 822,71 km² (là tỉnh có diện tích nhỏ nước) Tọa độ địa lý : 210 11’15’’ 1060 04’24’’ Vĩ Bắc Kinh Đơng Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh 73 lại có những chuyển biến đáng kể về vật liệu và cách kết hợp giữa các loại dạng vật liệu với Từ rất lâu phương pháp kè bảo vệ mái nghiêng , tường đứng , kè hướng dòng , kè mỏ hàn đều đã được áp dụng rộng rãi, nhiên trước sự phát triển về khoa học công nghệ , việc phát triển các vật liệu làm kè ngày càng có chuyển biến mới Thông thường vẫn theo xu thế kết cấu nhẹ mềm và thân thiện môi trường Trong nước , nếu vào những năm 80-90 kết cấu bảo vệ bờ lát mái bằng các khối bê tông tự chèn hay thả đá hộc rời không có khung bê tông cốt thép đã được áp dụng nhiều công trình bảo vệ bờ sông , cừ ứng lực , cừ bản nhựa , bao tải cát , cũng được áp dụng khá rộng rãi Mặt khác với sự kết hợp của vải địa kỹ thuật kết hợp với đá lát khan đã giải quyết đáng kể vật liệu lát mái Song song với việc phát triển này thế giới có những ứng dụng mới địa kỹ thuật kêt hợp với đá lát khan Bio Mass, thảm bê tông hay vải vậy vật liệu làm mái kè ngày càng đa dạng phong phú Tuy nhiên việc áp dụng và kết hợp giữa các loại dạng chưa được giới thiết kế công trình bảo vệ bờ quan tâm lắm Thông thường các công trình kè được các kỹ sư nước thiết kế theo mẫu định sẵn ở các công trình đã có hoặc đã thi công cho kết quả khá ổn định Đới với kè hướng dòng , kè mỏ hàn , vật liệu làm kè không có nhiều thay đổi vẫn theo lối truyền thống làm kè mỏ hàn bằng đá xỉ , đá hộc, kè mỏ hàn bằng cọc bê tông, cọc thép , 3.2.2.2 Các giải pháp công trình bảo vệ bờ a.Công trình thô sơ Công trình thô sơ , tạm thời c hủ yếu sử dụng ở những nơi có ảnh hưởng dòng chảy nhỏ , của sóng tầu , sóng gió gây với mức độ lớn , những nơi có yêu cầu bảo vệ không cao , yêu cầu đòi hỏi tạo cảnh quan môi trường thấp , Vật liệu chủ yếu để xây dựng công trình thô sơ , tạm thời chủ yếu là các loại vật liệu sẵn có , dễ tìm, dễ thi công sử dụng cho cả trường hợp khẩn cấp Vật liệu có thể là cọc tre, cành cây, cọc gỗ cho đến các loại bao cát , đất đá , Có nhiều hình thức bảo vệ bờ bằng công trình thô sơ , tạm thời , từ hình thức mỏ hàn mềm bằng cành , mỏ hàn cọc tác động trực tiếp vào dòng nước cho đến 74 các loại tre chắn sóng , từ các loại kè tạm thời được xếp bằ ng bao tải cát , các loại kè thô sơ được xây dựng bằng hỗn hợp đất đá , gạch vỡ đổ trực tiếp vào mái bờ , Hình 3.6 Bảo vệ bờ sơng bị sạt lở sóng bằng bao tải cát b Công trình bán kiên cố Đối với dạng tường đ ứng đá xây , gạch xây đã nêu ở mục 5.1.2 hoàn toàn có thể áp dụng và nhân rộng điều kiện càn bảo vệ chống sạt lở cục bộ , tại những nơi không yêu cầu cao về mỹ quan đô thị Tuy nhiên có điểm cần ý dạng loại cơng trình phải có hệ thống thoát nước mưa sau kè, hệ thống tần lọc ngược xử lý vải địa kỹ thuật lớp đá có đường kính khác Phải xác định vị trí chân kè đặt vùng nước kiệt, khơng nên để đáy cơng trình nằm cao, khơng đảm bảo ổn định 75 5.00 §Êt đắp MN MAX Đá xây M75# MN Min Cừ tre, d=10cm, L=4,5m 25 c©y/1m2 Hình 3.7 Kè đá xây gia cường cọc tre, cọc gỡ c Cơng trình kiên cố Để bảo vệ chống xói lở bờ sơng, rạch vùng nghiên cứu cơng trình kiên cố, phân hình thức cơng trình: Cơng trình chủ động: mỏ hàn, tường hướng dịng… Cơng trình bị động: kè mái nghiêng, kè bờ tường chắn Cơng trình kết hợp: mỏ hàn kết hợp kè bờ +Kè tường chắn: lịng sơng cấu tạo đất có tính chất lý thấp, lớp đát yếu nằm sâu loại cơng trình tường chắn đất khơng nên ứng dụng nhiều, ngoại trừ khu vực thị trấn, thị xã, nơi u cầu tăng diện tích đất bên sơng Lý khơng khuyến khích loại cơng trình loại khối đất sau lưng tường chắn đất làm tăng lực gây trượt để đảm bảo ổn định lâu dài cơng trình bắt buộc phải gia cố chân kè nhiều hơn, sử dụng cọc nhiều hơn, cần đóng sâu (cọc tre phải đóng sâu giữ ổn định cho thân giữ ổn định cho phần kè) điều đồng nghĩa với tốn kém về kinh tế Khi cần xây dựng công trình bảo vệ bờ dạng tường chắn cần ý vật liệu sau lưng tường phải loại vật liệu giảm tải cho tường cát có góc ma sát lớn, trường hợp sử dụng đất phải bố trí lớp vải địa chất có độ bền tuổi 76 thọ theo yêu cầu Dưới dạng cơng trình bảo vệ bờ tường chắn có phạm vi ứng dụng trung tâm đô thị Hình 3.8 Kết cấu cơng trình bảo vệ bờ khu vực đơng dân cư, thị trấn Đối với cơng trình kè khu vực tập trung đông đúc, vấn đề nhức nhối khó khăn ln vấn đề giải phóng mặt bằng, di dời dân cư Chính vậy, thơng thường giải pháp tường đứng lựa chọn thay cho giải pháp đứng nghiêng Tuy nhiên, có chỗ sơng rộng xã Chi Lăng , nơi hố xói sâu xã Đào Viên, xã Chi Lăng, việc lựa chọn giải pháp mái nghiêng hay tường đứng phải cân nhắc tính tốn kỹ lưỡng +Đối với kè mái nghiêng: Hiện áp dụng nhiều nơi đem lại hiệu định Về nguyên tắc phủ lên mái bờ sông đảm bảo ổn định lớp vật liệu tốt hơn, có khả chống lại tác động sóng, dịng chảy bên điều kiện môi trường Đối với khu vực bên sông bị sạt lở tác động dịng chảy, lịng dẫn có hố xói sâu nằm sát bờ, mái bờ sông bị ổn định khối đất phản áp bị giảm nhỏ, khơng cịn đủ khả giữ ổn định cho khối đất mái bờ, để đảm 77 bảo ổn định bờ sơng, cơng trình xây dựng cần quan tâm nhiều tới phần chân kè, phải đắp bù phần đất bị dòng chảy đi, nghĩa đắp nâng cao trình hố xói +Mỏ hàn, tường hướng dịng: Dùng để đẩy trục động lực dòng chảy xa bờ, để dòng chảy không làm xói chân đê , kè, không làm sụt chân kè Đoạn mỏ hàn dài cần thiết kế dài ngoài sông cho hợp lý không được làm xói bờ đới diện bên , ngồi r a cịn làm giảm hãn đất bờ yếu Ở Bắc Ninh cơng trình dạng sử dụng, không có công trình đập mỏ hàn nào Mỏ hàn có nhiều dạng , có thể bằng cọc bê tông , gỗ, đá hộc dạng cơng trình kè mỏ hàn hở kéo dài phía sơng, để làm cho phía sau kè về hạ lưu sẽ bị bời lắng cát , phát huy hiệu việc ổn định lòng dẫn, cần phải xem xét đánh giá cụ thể loại cơng trình để nghiên cứu phát triển thêm 3.3 Thiết kế sơ cơng trình bảo vệ bờ vị trí điển hình 3.3.1 Lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ Vị trí chọn thiết kế điển hình sơng Đ́ng đoạn khu vực Hán Quảng , huyện Quế Võ Đây vùng tuyến cong, uốn khúc, đất bờ yếu phân tích phần trạng, nguyên nhân tính tốn dự báo Việc lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông cho đoạn sông cần cân nhắc đến tổng thể toàn vùng để áp dụng Việc lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ đắn phù hợp góp phần bảo vệ bờ an toàn, đảo bảo an sinh xã hội dài lâu, giảm giá thành đầu tư dự án cần phù hợp với tình hình cơng nghệ xây dựng địa phương Xu hướng nay, nước giới phân giải pháp bảo vệ bờ đoạn sông cong giải pháp bị động chủ động kết hợp hai loại Việc lựa chọn giải pháp phụ thuộc vào nhiều xu hướng chỉnh trị mức độ xâm thực dòng chảy, sóng gió với bờ… -Giải pháp bị động dùng cơng trình bảo vệ bờ để bảo vệ bờ đất, khống chế dịng chảy khơng cho tiếp tục xâm thực vào bờ Thơng thường kè bảo vệ bờ có hình thức kè áp mái gia cố bê tơng, hay kè cọc …Hình thức có ưu điểm phá vỡ chế độ thuỷ lực dòng chảy khu vực dự án, khơng can thiệp thơ bạo vào dịng 78 chảy, ảnh hưởng đến vùng gần dự án Tuy nhiên, nhược điểm giải pháp thụ động chịu tác dụng dòng chảy nên giải pháp có xu hướng giữ ngun trạng dịng chảy, chủ động người thiết kế với ý đồ bảo vệ bị hạn chế; đơi hình thức gia cố không phù hợp chưa dự chù đủ chiều dài bảo vệ đến độ sâu hố tới hạn mà cơng trình khơng phát huy hiệu mong muốn - Giải pháp chủ động dùng công trình kè mỏ hàn, cơng trình hướng dịng để đẩy trục động lực dòng chảy xa bờ, làm giảm hãn đới với đất bờ yếu Đây hình thức mang tính cưỡng tác động thẳng vào dịng chảy Tính ưu điểm thể rõ qua chủ động cơng trình, khả khống chế chế độ chảy vùng chỉnh trị nâng cao, bên cạnh đó, tác dụng gây bồi phía hạ lưu cơng trình ưu điểm mà giải pháp mang lại Tuy nhiên, bên cạnh tồn nhược điểm ảnh hưởng mạnh mẽ đến dòng chảy làm thay đổi chế độ thuỷ lực vùng dự án, ảnh hưởng đến bờ đối diện hình thức cơng trình chưa phù hợp; điều quan trọng tác động thẳng vào dịng chảy nên cơng trình phải chịu phá huỷ mãnh liệt dòng chảy hư hỏng cơng trình điều khó tránh khỏi, đơi phá huỷ Giải pháp thường sử dụng cho sơng lớn có mặt cắt đảm bảo diện tích nước, điều chỉnh dịng chảy theo ý muốn… - Giải pháp kết hợp vừa sử dụng giải pháp chủ động làm mỏ hàn , tường hướng dòng điều chỉnh trục động lực theo ý muốn , vừa sử dụng giải pháp bị động là làm kè bảo vệ bờ để đảm bảo sự ổn định của mái b ờ trước tác đợng của gió , dịng chảy …Ưu nhược điểm của giải pháp kế thừa những giải pháp - Tại khúc sông cong ở xã Hán Quảng , có thể áp dụng giải ph áp chủ động là dùng kè mỏ hàn và bị động là dùng kè lát mái để bảo vệ bờ , chống sạt lở Tuy nhiên, việc tính toán , xác định các phương án bố trí tuyến kè mỏ hàn hở , cũng phạm vi, kích thước công trình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời g ian, nghiên cứu sâu và rộng Do đó, khuôn khổ luận văn này, học viên chỉ thiết kế sơ bộ công trình kè lát mái 79 Công trình kè bờ sông là hình thức công trình được lựa chọn , để xây dựng công trình kè , cần phải khẳng định là sản phẩm của sự kết hợp đa nghành , đa mục tiêu, có giá tri hu hinh va vụ hinh Chức Nhiệm vụ Công trình Khả thực thi xây dựng Thiết kế Khả tu Bảo dưỡng Đảm bảo môi trêng Hình 3.9 Các ́u tớ liên quan đến quá trình thiết kế công trình bảo vệ bờ Ngoài những yêu cầu về mặt quản lý , thì công trình kè bờ đối với vùng nghiên cứu cần đảm bảo các mục tiêu bản về kỹ thuật sau : – Công trình có kết cấu nhẹ , dạng mảng mềm , thích nghi tốt với điều kiện lún không đều của đất bờ mềm yếu Trường hợp ứng d ụng dạng khung giàn phải bớ trí khe lún, khoảng cách hai khe lún không nên quá 10m; – Điểm đầu và điểm cuối đoạn công trình bảo vệ bờ phải được gia cố chắc chắn Phải bố trí đủ rãnh tiêu nước cho thân kè ; – Chọn dạng công trình có khả thi công trực tiếp nước đạt chất lượng cao, tính toán chu kỳ tu bảo dưỡng , giá trị bảo dưỡng dự phòng cần thiết ; – Công trình bảo vệ bờ vị trí này không gây xói lở cho khu vực khác – Ưu tiên ứng dụng công nghệ mới , vật liệu mới nhằm tiết kiệm vật liệu truyền thống và ít tác động xấu tới môi trường sinh thái khu vực các công trình phụ trợ bến tầu thuyền Cần bố trí đầy đủ , bến bốc xếp hàng hóa , trụ neo tàu thuyền; – Đảm bảo tính tôn tạo vẻ đẹp , mang phong thái kiến trúc của thành phố Bắc Ninh; 80 Với những yêu cầu , việc lựa chọn hình thức kè lát mái để áp dụng rộng rãi toàn thành phố Bắc Ninh hồn toàn phù hợp 3.3.2 Các thơng sớ thiết kế chính của kè lát mái đoạn sông Quế Võ Theo “Công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ Tiêu chuẩn thiết kế 14 – TCN 84 – 91”: Cấp công trình : Cấp IV Hệ số ổn định cho phép : [K] = 1.15 Dựa vào chuỗi mức nước max – tại trạm Bến Hồ từ năm 1956 – 2000 có +Mức nước sông Max = + 7,30m +Mực nước sông Min = + 2,81m Dựa vào kết quả nghiên cứu bằng MIKE 11C ở chương và kết quả điều tra thực địa cho thấy chiều dài kè cần bảo vệ là 1350m, thượng nguồn phí a giáp xã Hán Quảng trở về hạ lưu là 1350m Phạm vi bảo vệ thể hiện hình 3.10 Hình 3.10 Phạm vi cơng trình cần bảo vệ Sơ bộ chọ n tuyến công trình : Tuyến công trình sơ bộ lựa chọn bám sát bờ sông hiện hữu để ít can thiệp nhất vào lòng dẫn , không gây mất cân bằng hình thái sông và khối lượng đào đắp hợp lý , chi phí giải tỏa ít 81 3.3.3 Kết cấu công trình Sơ bộ đề xuất phương án kè bảo vệ bờ dạng mái nghiêng , để đất nền ở trạng thái tự nhiên không xử lý , đó để ổn định mái bờ sông cần phải bạt mái - Phần đỉnh kè gồm tường kè và vỉa hè rộng 2,3m được đổ BT M200# tại chỗ; - Phần thân kè bạt mái chọn m = 2; + Từ cao trình +6.76m xuống +2.9m là làm khung bê tông rồi xếp đá vào khung bê tông M 200, từ cao trình +2.9 m xuống -6,78m thả đá hộc tự ròi bạt mái nghiêng, lớp đá dăm 1x2 dầy 10cm, vải địa kỹ thuật và lớp cát lót dày Đây là phạm vi chịu tác động thường xuyên của sóng gió kết cấu phải đảm bảo tính bền vững và ổn định 10cm , nhiệt độ , dòng chảy nên Tại chân mái (+2.9m) bố trí dầm BTCT M200, đá 1x2 kích thước bxh = (0,30 x 0,50)cm, lớp đá dăm lót để hạn chế lún -Phần chân kè mái dưới: + Từ cao trình +2.9 m trở xuống :thả đá hộc tự sau đó bạt mái , tạo mái m = 2,0 và trải vải địa kỹ thuật phủ kí n bảo vệ bề mặt không cho đất bị xói Cần lưu ý là việc lựa chọn bề rộng chân kè phụ thuộc vào chiều sâu hố xói để dự trù phần thảm đá tự lấp các hố xói dòng chảy tạo nên 3.3.4 Tính toán ổn định Sau thiết kế sơ bộ kè, cần tiến hành tính toán ổn định cho một số mặt cắt đại diện để kiểm tra ổn định trượt mái của công trình Căn cứ theo các cắt ngang đại diện cùng với kết quả khảo sát địa chất , chọn các mặt cắt có khả s ạt lở địa chất yếu, lòng sông sâu…để tính toán ổn định Sử dụng modun Slope /W nằm bộ phần mềm GeoStudio 2004 của công ty GEO -SLOPE International Ltd của Canada Đây là bộ phần mềm thường sử dụng để tính toán các bài toán kỹ thuật và ổn định mái dốc là một những bài toán đó Trường hợp tính toán : trường hợp bất lợi nhất là đất nền bão hòa hoàn toàn , đường bão hòa ngang mặt đắt tự nhiên , mực nước phía sông là mực nước mi phương pháp tính toán là phương pháp Morgenstrern -Price n; 82 Ph ¹ m v i t r ¶ i v ¶ i l ä c d í i n í c 1534 1600 7720 400 200 3860 3860 1000 Ch ân đê Bà i 37152 +6.76 86 Đ x ây VXM100# Vữ a l ó t d ày c m Bê t « n g M200# d µy 15c m Li l « n g t ¸ i s in h 31 5000 4700 Má i đá 24366 16800 5000 2566 Đ ¸ l ¸ t k h a n c h è n đá (4x 6)c m d ày 30c m Đ d ă m l ó t (1x 2)c m d ày 10c m Vả i l ọ c t r ê n c n +2.90 +2.40 (MNTC) Dầm BTCT M200# Đ l t k h a n c h è n đá (4x 6)c m d ày 50c m Vả i l ọ c t r ê n c n Đ t h ả r i t o má i -5.50 -6.78 Ph m v i má i l t đá c ũ Mứ c s o Sá n h Ca o độ Kh o ả n g c ¸ c h c ä c Hình 3.11 Kết cấu kè bảo vệ mái trực tiếp bằng mái nghiêng 83 Hình 3.12 Kết quả tính toán ởn định cơng trình Nhận xét kết quả : Kết quả tính toán hệ số ổn định Kmin = 1,604 > [K] =1,15; vậy công trình đảm bảo ổn định với mặt cắt kết cấu đã chọn 3.3.5 Nhận xét kết quả tính toán và kết luận chương Qua việc áp dụng phương pháp tính toán dự báo sạt lở bằng mô hình toán cho thấy khả ứng dụng các mô hình tính toán và dự báo sạt lở là hoàn toàn khả thi Ở Chi Lăng mô hình MIKE 11C đã chỉ rằng diễn biến đường bờ có thể di chuyển vào phía bờ hiện hữu từ 15-:-18m tại khu vực sông co ng khác , đó đoạn tiếp nối giữa khúc cong không có diễn biến nhiều về địa hình và hình thái sông Trên các mặt cắt ngang , diện tích mặt cắt gần không đổi nhiên đường bờ dịch chuyển nên tuyến lạch s âu cũng có xu thế áp sát bờ , tạo những nguy cao về sạt lở Ở sông Đuống Bắc Ninh mô hình GEO -SLOPE tính toán ổn định cho các mặt cắt, các vị trí sạt lở nguy hiểm được tổng hợp ở hình và bảng 3.11 cho thấy Ở một số vị trí mất ổn định , phạm vi cung lở có thể từ 15-:-18m Qua dự báo ở khu vực này cần thiết kế gia tải ở một số vùng thể hiện ở mầu đỏ và đồng thời tại các khu vực này cần thiết phải gia cường móng cọc , di dời dân đến nơi khác 84 Các kết quả tính toán phù hợp với thục tế , nhiên tính tốn bước đầu chỉ mang tính định tính , chỉ được khả uy hiếp Còn muốn kiểm chứng dự báo được đòi hỏi phải có bộ số l iệu nhiều năm của bùn cát , lưu lượng , mực nước, vận tốc sát bờ Rõ ràng việc sử dụng các công cụ tính toán học ngày cho phép tính toán áp dụng nhiều phương pháp mới khác với tốc độ tính toán nhanh giúp hiể biết sâu về mối liên hệ giữa mô trường nước và đất bờ , u , đặc biệt là khu vực địa chất tuyến sông đuống là đất thịt pha cát yếu có ảnh hưởng bở nước lũ Giải pháp công trình để khắc phục xói lở ở những đoạn xung yếu, giải pháp đề xuất là làm kè khung bê tông bên khung lát đá hộc , và những đoạn nước xoáy mạnh có thể làm kè mỏ hàn để lắn dòng chảy phía ngoài sông không làm xói lở bờ bên 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt Luận văn khái quát đặc điểm tự nhiên địa hình, địa chất, thuỷ văn tượng xói lở bờ hệ thống sơng Đ́ng Luận văn phân tích nguyên nhân gây xói lở bờ hệ thống sơng Đ́ng giới thiệu số giải pháp xây dựng kè truyền thống bảo vệ bờ ứng dụng công nghệ kè khung bê tông lát đá hộc được sử dụng phổ biến nước ở các tuyến sông lớn lĩnh vực xây dựng Luận văn tác giả giới thiệu chế sinh dịng chảy sóng giao thơng thuỷ, xác định yếu tố dịng chảy sóng tàu thuyền gây để làm sở xác định giải pháp bảo vệ bờ sông Qua thực tế ứng dụng vào việc xây dựng cơng trình kè chống xói lở bờ sơng Đ́ng đoạn qua xã Chi Lăng huyện Q́ Võ tỉnh Bắc Ninh Cơng trình cho thấy rõ nét tính ưu việc cơng nghệ này, khơng tính kỹ thuật vượt trội mà mang lại hiệu ích kinh tế cao Cơng trình kè chống xói lở bờ sông Đuống đoạn qua xã Chi Lăng huyện Quế Võ tỉnh Bắc Ninh đáp ứng nguyện vọng người dân xã Chi Lăng , tuyến cơng trình kè kết hợp làm cảnh quan cho du lịch sông nước , cặp bờ sông đem lại chống sạt lở bờ bãi không làm mất đất nông nghiệp của nhân dân khu vực làm tăng mùa màng cho nhân dân , nâng cao đời sống tinh thần và vật chất nhân dân Những hạn chế tồn tại quá trình làm luận văn Cơ chế sinh dòng chảy sóng giao thơng thủy gây sạt lở bờ sông rạch phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nhưng thời gian khả có hạn nên luận văn dừng lại nghiên cứu giới thiệu lý thuyết đơn giản, chưa tính tốn cụ thể yếu tố dịng chảy sóng tàu thuyền gây Đó hạn chế luận văn đồng thời hướng nghiên cứu Khi những đoạn xung yếu cần làm mỏ hàn luận văn này chưa tính toán hết chiều dài của mỏ hàn cần làm 86 Những kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp Các giải pháp chống sạt lở bờ đề tài nghiên cứu trước giải sơng rạch chịu ảnh hưởng dịng chảy chính, chưa tập trung vào giải pháp giảm phá sóng giao thơng thủy gây Vì cần phải nghiên cứu sở hiểu rõ yếu tố tác động sóng dịng chảy tàu thuyền giao thông thủy gây nên và tính toán chiều dài của mỏ hàn cần làm và kích thước cụ thể cho công trình 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ GTVT, công trình bến cảng sông Tiêu chuẩn thết kế , 22TCN 219-94 Bộ GTVT (1995), tải trọng và tác động (Do sóng và tầu lên công trình thủy), 22TCN 222-95 Bộ NN&PTNT (2005), sổ tay kỹ thuật thủy lợi , tập 5, phần 2, Nxb Xây dựng Hà Nội Bộ thủy lợi (1991), công trình bảo vệ bờ sông để chống lũ Quy trình thiết kế , 14TCN 84-91 Bộ XD (2002), công trình thủy lợi các quy định chủ yếu về thiết kế , TCVN 285-2002 Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương (2003), Cơ học đất, NXB XD Hà Nội Công ty tư vấn XD điện (2003), tập bài giảng hướng dẫn sử dụng bộ phần mềm Geo-Slope Lê Mạnh Hùng & nnk (2004), Nghiên cứu dự báo xói lở , bồi lắng lòng dẫn và đề xuất các biện pháp phòng chống cho hệ thống sông ĐBSCL , Viện KHMN Lê Mạnh Hùng , Nguyễn Nghĩa Hùng (2006), ứng dụng công thức kinh nghiệm Hickin & Namson dự báo xói lở bờ sông Tuyển tập kết quả nghiên cứu Viện KHTL Miền Nam 10 Lê Song Giang (2004), sở lý thuyết mô hình toán ba chiều lòng động và kết quả xói bồi lòng dẫn , chuyên đề 6, KC08-15, Bộ KHCN 11 Nguyễn Nghĩa Hùn g &nnk (2009), đồ án quy hoạch phòng chống sạt lở , Viện KHTL Miền Nam 12 Phan Anh Tuấn &nnk (2007), Nghiên cứu giải pháp ổn định lòng dẫn và tỷ lệ phân lưu thích hợp qua sông , nhằm hạn chế những diễn biến bất lợi về lũ lụt và xói bồi lòng dẫn , KHTL Miền Nam 13 Trần Minh Quang (2000), Động lực học dòng sông vầ chỉnh trị sông , NXB Đại học Quốc gia TPHCM 14 Trường Đại học thủy lợi (2001), Bài giảng thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ , Nxb Xây dựng ... - Phân tích đánh giá tồn tại, hạn chế qua đề xuất giải pháp cơng nghệ khả thi thay giải pháp công nghệ xây dựng kè truyền thống hiệu - Tiếp cận quy trình cơng nghệ thiết kế, sản xuất thi công... hình thành mùa có chế độ tương phản sâu sắc: - Mùa mưa kéo dài từ tháng V đến tháng X hàng năm Lượng mưa mùa chiếm 80% tổng lượng mưa năm, cường suất cao vào tháng VIII÷X - Mùa khơ từ tháng XII... dâng không lớn -Từ tháng 09 đến tháng 12 mực nước dâng cao, thời gian lũ kéo dài trung bình tháng từ tháng ÷10 -Đỉnh lũ lớn Quế Võ thường xuất vào tháng 11 Đỉnh lũ cao xuất ngày 5/11/2008 Bến