Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình kè chống sạt lở bảo vệ bờ sông mỏ cày khu vực thị trấn mỏ cày tỉnh bến tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH KÈ CHỐNG SẠT LỞ BẢO VỆ BỜ SÔNG MỎ CÀY, KHU VỰC THỊ TRẤN MỎ CÀY, TỈNH BẾN TRE LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH KÈ CHỐNG SẠT LỞ BẢO VỆ BỜ SÔNG MỎ CÀY, KHU VỰC THỊ TRẤN MỎ CÀY, TỈNH BẾN TRE Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGUYÊN HÙNG TP Hồ Chí Minh – 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH KÈ CHỐNG SẠT LỞ BẢO VỆ BỜ SÔNG MỎ CÀY, KHU VỰC THỊ TRẤN MỎ CÀY, TỈNH BẾN TRE Học viên cao học: NGUYỄN VĂN HIẾU Lớp: CH20C_CS2 Mã số học viên: 128580202007 Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGUYÊN HÙNG BỘ MÔN QUẢN LÝ: THỦY CÔNG Hà Nội, 2014 ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ I HỌC VIÊN CAO HỌC: Họ tên: NGUYỄN VĂN HIẾU Sinh ngày: 20/08/1988 Học viên lớp cao học: CH20C_CS2 Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 Cơ quan công tác: Trường Cao Đẳng Nông Nghiệp Nam Bộ Điện thoại: CQ: 0733.850136 NR: khơng DĐ: 0984.834.825 II THƠNG TIN VỀ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Họ tên: NGUYỄN NGUYÊN HÙNG Học hàm, học vị: Học vị: Tiến sỹ Năm đạt học vị: 2/1994 Chun ngành: Thủy Cơng Nền Móng Đơn vị công tác: Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 2, EVN Địa liên hệ: 801 Chung cư Vạn Đô – 348 Bến Vân Đồn – Quận – TP.HCM Điện thoại: CQ: NR: 540.12229 DĐ: 0903.942290 III THÔNG TIN VỀ ĐỀ TÀI: Tên đề tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình kè chống sạt lở bảo vệ bờ sơng Mỏ Cày, khu vực Thị trấn Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre Bộ môn quản lý: Thủy Công Nội dung, phương pháp nghiên cứu kết đạt được: 3.1 Nội dung nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân gây nên sạt lở hai bên bờ sông, khu vực thị trấn Mỏ Cày, huyện Mỏ Cày Nam, tỉnh Bến Tre, từ đề xuất giải pháp cơng trình kè chống sạt lở nhằm ổn định tuyến bờ, bảo vệ khu dân cư kết cấu hạ tầng, nhằm giảm nhẹ thiệt hại thiên tai gây 3.2 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa để thu thập, cập nhật thông tin tình hình sạt lở bờ sơng khu vực nghiên cứu; - Phương pháp kế thừa kết nghiên cứu từ đề tài, dự án có xói lở bờ sơng tỉnh ĐBSCL, có tỉnh Bến Tre; - Phương pháp phân tích, thống kê, xử lý số liệu thực đo tích lũy được, sau chọn lọc số liệu đáng tin cậy để sử dụng nội dung nghiên cứu đề tài - Các phương pháp mơ hình tốn để mơ q trình thủy động lực, tính tốn kết cấu cho cơng trình khu vực nghiên cứu 3.3 Các kết đạt được: - Báo cáo tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trường khu vực thị trấn Mỏ Cày, huyện Mỏ Cày Nam, tỉnh Bến Tre, dự kiến vị trí quy mơ tuyến cơng trình kè, bảo vệ bờ sông xây dựng dọc theo bên bờ sông, vùng nghiên cứu; - Kết nghiên cứu nguyên nhân, chế gây nên tượng sạt lở bờ sông Mỏ Cày, khu vực thị trấn Mỏ Cày, huyện Mỏ Cày Nam tác động tự nhiên người trình phát triển kinh tế xã hội; - Kết nghiên cứu, tính tốn đề xuất giải pháp cơng trình kè chống xói lở, bảo vệ bờ sơng Mỏ Cày Mục đích đề tài luận văn: - Phân tích đánh giá giải pháp chống sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ khu dân cư, kết cấu hạ tầng Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) - Nghiên cứu, tính tốn đề xuất giải pháp kết cấu cơng trình chống xói lở, bảo vệ bờ sông, khu vực thị trấn Mỏ Cày, huyện Mỏ Cày Nam Những yêu cầu thực luận văn (nếu có): - Tổng hợp kiến thức học, tham khảo tài liệu liên quan, giúp đỡ người hướng dẫn giải vấn đề đặt ra, thực nội dung nghiên cứu đề tài luận văn - Các giải pháp cơng trình, giải pháp kết cấu cơng trình bảo vệ bờ sơng xây dựng dựa sở điều kiện tự nhiên khu vực thị trấn Mỏ Cày, sở ứng dụng vật liệu mới, công nghệ nhằm tăng thêm tuổi thọ cơng trình, tăng thêm vẻ mỹ quan khu đô thị phù hợp với quy hoạch phát triển địa phương Các công việc thực có liên quan đến luận văn a) Các mơn học học viên học dự kiến lựa chọn học mơn có liên quan đến đề tài: Cơ học đất nâng cao, thủy văn công trình nâng cao, phương pháp luận nghiên cứu khoa học, phương pháp mơ hình tốn b) Những thành tích nghiên cứu, cơng việc làm có liên quan đến đề tài: khơng có Tp Hồ Chí Minh , ngày 17 tháng năm 2014 NGƯỜI ĐĂNG KÝ (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Hiếu MỤC LỤC Tính cấp thiết Đề tài: Mục đích Đề tài: Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Kết dự kiến đạt được: NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO KẾ HOẠCH THỰC HIỆN: 10 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 11 Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN 11 Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH 11 MỞ ĐẦU: Tính cấp thiết Đề tài: Huyện Mỏ Cày Nam nói chung thị Trấn Mỏ Cày nói riêng chiếm vị trí quan trọng phát triển kinh tế xã hội tỉnh Bến Tre Đây đầu mối giao thông quốc lộ 57 huyện địa bàn tỉnh quốc lộ 60 tỉnh lân cận Vĩnh Long, Trà Vinh, Tiền Giang Về mặt giao thông vận tải thủy, huyện Mỏ Cày Nam nơi tập trung nhánh sông chảy từ sông Hàm Luông qua sông Cổ Chiên nên thuận lợi cho việc giao thương hàng hóa đường thủy Bên cạnh điều kiện thuận lợi trên, khu vực cịn có nét bật chung khu chợ vùng sông nước ĐBSCL với sống buôn bán nhộn nhịp nhiều loại hàng hóa giao thương khơng tỉnh Bến Tre mà với nhiều tỉnh khác lân cận Trong khoảng thập kỷ gần đây, mặt huyện Mỏ Cày Nam thay đổi cách nhanh chóng với nhiều nhà cửa, sở sản xuất, sở nuôi trồng thủy sản xây dựng dọc theo hai bên bờ sông Mỏ Cày làm cho đời sống người dân ngày nâng cao Tuy nhiên việc xây dựng nhà cửa, sở sản xuất cọc lấn chiếm bờ sông làm ảnh hưởng khơng nhỏ đến khả lũ, truyền triều sông Tiền từ hoạt động dân sinh kinh tế xả thải trực tiếp xuống sông làm cho môi trường nước sông Mỏ Cày ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng Mặc dù Mỏ Cày sông nhỏ thuộc lưu vực sông Hàm Luông Cổ Chiên lại nằm tuyến đường thủy huyết mạch nên lượng tàu thuyền lưu thơng, vận chuyển hàng hóa lớn, có nhiều sà lan có trọng tải hàng trăm qua lại ngày nguyên nhân trực tiếp gây sạt lở bờ sơng Vì vậy, năm gần đây, gắn liền với phát triển kinh tế xã hội huyện Mỏ Cày Nam tượng sạt lở bờ sông xảy nhiều khu vực, gây nên thiệt hại lớn đất đai tài sản người dân Người dân sinh sống hai bên bờ sông Mỏ Cày, khu vực thị trấn lo lắng tượng sạt lở bờ ngày mạnh có xu hướng xâm nhập sâu vào khu dân cư Trong năm qua, Chính quyền cấp tỉnh Bến Tre đầu tư nhiều vào việc xây dựng cơng trình kè bảo vệ bờ sông Mỏ Cày Tuy nhiên, ảnh hưởng biến đổi khí hậu tác động trình phát triển kinh tế xã hội nên xu sạt lở bờ sông ngày trở nên trầm trọng khơng có biện pháp kịp thời để bảo vệ bờ tính mạng tài sản người dân bị đe dọa nghiêm trọng Vì thế, việc xây dựng tuyến kè để bảo vệ bờ sông Mỏ Cày khỏi bị sạt lở, làm tăng khả lũ, truyền triều sơng, đồng thời tạo vẻ mỹ quan cho khu vực đô thị cần thiết, đáp ứng mong muốn người dân khu vực nói riêng huyện, tỉnh nói chung Tuyến kè bảo vệ bờ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng khu vực góp phần phát triển kinh tế xã hội Thị trấn Mỏ Cày, để nâng Thị trấn lên thành đô thị loại IV làm tiền đề để Thị trấn Mỏ Cày trở thành Thị xã sau năm 2015 theo định hướng phát triển Tỉnh Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng trình kè chống sạt lở bảo vệ bờ sông Mỏ Cày, khu vực Thị trấn Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre” cần thiết cấp bách Mục đích Đề tài: - Phân tích đánh giá giải pháp chống sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ khu dân cư, kết cấu hạ tầng Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) - Nghiên cứu, tính tốn đề xuất giải pháp kết cấu cơng trình chống xói lở, bảo vệ bờ sơng, khu vực thị trấn Mỏ Cày, huyện Mỏ Cày Nam Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: 3.1 Cách tiếp cận - Đề tài luận văn liên quan đến vấn đề giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sơng cho vùng nghiên cứu cụ thể, tiếp cận từ thực tiễn qua việc điều tra, khảo sát diễn biến lịng sơng, bờ sơng vùng nghiên cứu khu vực tương tự khác tỉnh kết hợp với quay phim, chụp ảnh, vấn ngành chức người dân địa phương vùng bờ sông bị sạt lở để tìm hiểu nguyên nhân - Tiếp cận từ nguồn thông tin (trên mạng, tài liệu thu thập từ đề tài, dự án có liên quan), từ nguồn tri thức khoa học (các đề tài, đồ án thực hiện) để giải vấn đề - Tiếp cận theo hướng tổng quát, bền vững để lựa chọn giải pháp hợp lý nghiên cứu 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra, khảo sát, thực địa để thu thập, cập nhật thơng tin tình hình sạt lở bờ sơng khu vực nghiên cứu; - Phương pháp kế thừa kết nghiên cứu từ đề tài, dự án có xói lở bờ sơng tỉnh ĐBSCL, có tỉnh Bến Tre; - Phương pháp phân tích, thống kê, xử lý số liệu thực đo tích lũy được, sau chọn lọc số liệu đáng tin cậy để sử dụng nội dung nghiên cứu đề tài - Các phương pháp mơ hình tốn để mơ q trình thủy động lực, tính tốn kết cấu cho cơng trình khu vực nghiên cứu Kết dự kiến đạt được: - Tổng quan đặc điểm điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường Thị trấn Mỏ Cày huyện Mỏ Cày Nam, tỉnh Bến Tre; - Tình hình nghiên cứu ngồi nước cị liên quan đến nội dung đề tài; - Cơ sở liệu địa hình, địa chất, thuỷ văn tình hình sạt lở bờ sông Mỏ Cày, khu vực Thị trấn Mỏ Cày - Kết nghiên cứu, tính tốn đề xuất giải pháp cơng trình 78 a) Trường hợp ống thoát nước hoạt động tốt: - Áp lực chủ động E a đất tác dụng lên tường (tính cho lm dài) Cát đắp lấy φ = 200 E a = 0,5K a γ đ H2 + q.K a H = 0,5.0,49.1,8.1,82 + 0,3.0,49.1,8 = 1,69T K a = tg ( 450 − ϕ ) = tg ( 450 − 20 ) = 0,49 - Áp lực bị động E p đất tác dụng lên tường : nhỏ nên bỏ qua - Lực chống trượt (bỏ qua tham gia chống trượt cọc): F ct = N.tgφ + c.L = 4,818.tg3,26+0,80.1,2= 1,23T - Lực gây trượt: F gt = E a = 1,69T - Hệ số an toàn ổn định chống trượt phẳng: K = Fct 1,23 = = 0,61 < [ K ] = 1,1 nt Fgt 1,2.1,69 Kết luận: Công trình khơng đảm bảo ổn định trượt phẳng, cần có biện pháp xử lý b) Trường hợp ống thoát nước bị tắc nghẽn: - Áp lực chủ động E a đất tác dụng lên tường (tính cho 1m dài) E a1 = 0,5K a γ đ H + q.K a H = 0,5.0,49.1,8.0,72 + 0,3.0,49.0,7 = 0,32T E a2 = 0,5[(K a γ đ H + q K a ) + (K a γ đ H + q K a )].H = 0,5[(0,49.1,8.0,7 + 0,3.0,49) + (0,49.0,65.1,1 + (0,3 + 1,8.0,7).0,49)].1,1 = 1,03T K a = tg (450 − ϕ ) = tg (450 − 20 ) = 0,49 - Áp lực nước tác dụng lên tường: E n = γ.H2 /2 = 0,5.1,12 = 0,605T 79 - Lực chống trượt: F ct = N.tgφ + c.L = 4,818.tg3,26 + 0,80.1,2 = 1,23T - Lực gây trượt: F gt = E a1 + E a2 +E n = 0,32 + 1,03 + 0,605 = 1,955T - Hệ số an toàn ổn định chống trượt phẳng: K = Fct 1,23 = = 0,52 < [ K ] = 1,1 nt Fgt 1,2.1,955 Kết luận: Cơng trình khơng đảm bảo ổn định trượt phẳng, cần có biện pháp xử lý Do khơng thể đặt tường trực tiếp lên tự nhiên cừ tràm (vì lực kháng cắt mặt tiếp xúc có cừ tràm đáy khơng xác định xác) nên sử dụng biện pháp cọc BTCT hợp lý - Kiểm tra mặt trượt đáy tuờng: + Lực kháng trượt thép cọc chịu : N c = F a (4Φ18).R c n /L = 10,18.1700.6/10 = 10383kg = 10,38T + Lực chống truợt: F ct = 1,92 + 10,38 = 12,30T Hệ số an toàn ổn định chống trượt phẳng: K = Fct 12,30 = = 5,24 > [ K ] = 1,1 nt Fgt 1,2.1,955 Vậy cơng trình đảm bảo ổn định trượt phẳng có cọc BTCT tham gia 3.3.3.3 Ổn định lật : Để kiểm tra ổn định chống lật ta tính mơment chống lật môment gây lật tất lực điểm chân tường phía sơng tính cho trường hợp ống nước bị tắc nghẽn: 80 - Tổng mơment chống lật: M cl = P 0,2+ P 0,44+ P 0,26+ + P 0,92+ P 0,88 = 0,125.0,2+0,82.0,44+0,56.0,26+0,675.0,92+1,638.0,88 = 2,59Tm - Tổng môment gây lật: M gl = n t (1,33.E a1 + 0,46.E a0 + 0,37.E n ) = 1,2.(1,33.0,32 + 0,46.1,03 + 0,37.0,605) = 1,35Tm Hệ số an toàn chống lật K = M cl 2,59 = = 1,92 > [ K ] = 1,15 M gl 1,35 Vậy khơng có tham gia cọc, tường đảm bảo an toàn chống lật 3.3.4 Tính tốn xử lý 3.3.4.1 1) Trường hợp không xử lý Ứng suất đáy móng: 6e N σ max,min = (1 ± ) F L a Trường hợp vật nước khơng hoạt động: - Tổng lực đứng môment: Ntt = n tt 3,818T.20 = 1,05.3,818.20 = 80,178T M = M cl - M gl = (2,59 - 1,35).20 = 24,80Tm - Diện tích đáy móng: F = 1,2.20= 24m2 - Độ lệch tâm: e = M/N - L/2 = 24,80/80,178 - 1,2/2 = -0,29m σ max,min = 80,178 6.0,29 (1 ± ) 24 1,2 σ max = 8,18T/m2; σ = -1,50T/m2; σ tb = 3,34T/m2 81 b Trường hợp vật thoát nước hoạt động tốt: - Tổng lực đứng: N= n tt 4,818T.20 = 1,05.4,818.20 = 101,17T - Tổng môment chống lật M cl = (P 0,2 + P 0,44 + P 0,26 + P 0,92 + P 0,88).20 = (0,125.0,2+0,82.0,44+0,56.0,26+0,675.0,92+1,638.0,88).20 = 51,80Tm - Tổng môment gây lật M gl = n E a 0,7= 1,2.1,69.0,6.20= 24,34Tm M = M cl - M gl =51,80 – 24,34= 27,46Tm - Diện tích đáy móng: F = 1,2.20=24m2 - Độ lệch tâm: e = M/N - L/2 = 27,46/101,17 – 1,2/2 = -0,33m 101,17 6.0,33 (1 ± ) 24 1,2 σ max = 11,17T/m2; σ = -2,74T/m2; σ tb = 4,22T/m2 σ max,min = 82 2) Khả chịu tải đất nền: Bảng 3.3: Các tiêu lý, kích thước, cường độ đất Các tiêu lý đất Góc ma sát φ= 3,26 Lực dính đơn vị C= 0,80 Trọng lượng riêng γ= 0,650 khối móng Hệ số đk làm việc móng m= 1,00 Kích thước phần móng tiếp xúc với đất Bề rộng móng B= 1,20 Chiều dài móng L= 20,00 Chiều sâu chơn móng h m = 0,30 Các hệ số: A 1/4 = 0,048 B= 1,21 D= 3,43 Cường độ TC đất R tc = 3,02 T/m2 T/m3 m m m T/m2 Nhận xét: - Trường hợp thông thường (vật thoát nước hoạt động tốt) Kiểm tra sức chịu tải đáy móng : R tc = 3,02T/m2 < σ tb = 4,22T/m2: không thỏa 1,2R tc = 3,62T/m2 < σ max = 11,17T/m2: không thỏa - Trường hợp đặc biệt: vật nước khơng hoạt động, đáy móng xuất ứng suất âm làm giảm bề mặt tiếp xúc khả chịu tải móng, đồng thời không đảm bảo trường hợp : 1,2R tc = 3,62T/m2< σ max = 8,18T/m2: không thỏa σ