Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục sự cố sạt trượt mái kè hưng lĩnh huyện hưng nguyên tỉnh nghệ an

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc Hà nội, ngày tháng năm 2016 BẢN CAM KẾT Kính gửi: - Phịng Đào tạo Đại học & Sau Đại học - Khoa Cơng trình Tên học viên: Bùi Đức Quang Sinh ngày: 10/01/1987 Lớp cao học: 22C21 Tên đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục cố sạt trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, thí nghiệm khơng chép từ nguồn thơng tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật nhà trường Học viên Bùi Đức Quang LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn, nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu tìm tịi, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân đến đề tài “ Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục cố sạt trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An ” tác giả hoàn thành thời hạn quy định Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thơng tin khoa học cần thiết q trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy Lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo trường ĐH Thủy lợi, quan công tác, gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn thời hạn Do hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả cịn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng HỌC VIÊN Bùi Đức Quang năm 2016 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I Tính cẤp thiẾt cỦa đỀ tài 11 II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 12 III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG KÈ VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH CỦA KÈ 14 1.1 Tổng quan xây dựng kè bảo vệ bờ sông Việt Nam 14 1.1.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống sông, suối Việt Nam 14 1.1.2 Tình hình xây dựng kè bảo vệ bờ sơng Việt Nam 15 1.2 Điều kiện làm việc yêu cầu kỹ thuật kè khu vực tỉnh Nghệ An 17 1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực tỉnh Nghệ An 17 1.2.2 Tình trạng sạt lở bờ sơng Nghệ An 19 1.2.3 Tình hình xây dựng kè điều kiện làm việc kè Nghệ An 21 1.3 Các yếu tố tác động làm cho mái kè bị sạt trượt 25 1.3.1 Mất ổn định cục theo phương ngang 25 1.3.2 Mất ổn định cục theo phương đứng .26 1.3.3 Mất ổn định tổng thể 26 1.3.4 Mất ổn định cục kết cấu 26 1.3.5 Sóng 27 1.4 Một số biện pháp thường dùng để khắc phục cố sạt trượt mái kè, khó khăn, tồn 30 1.4.1 Các loại công trình đơn giản .30 1.4.2 Các loại cơng trình bán kiên cố 30 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 32 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .33 2.1 Các trạng thái ổn định kè sở lý thuyết 33 2.1.1 Mất ổn định chân kè 33 2.1.2 Mất ổn định mái kè .41 2.1.3 Mất ổn định đỉnh kè 44 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn dòng thấm 45 2.2.1 Ngun nhân hình thành dịng thấm môi trường đất đá 45 2.2.2 Tác hại dịng thấm cơng trình xây dựng 48 2.2.3 Phân loại dòng thấm môi trường đất rỗng 48 2.2.4 Các giả thiết tính tốn thấm 48 2.2.5 Các phương pháp tính tốn thấm 49 2.3 Những vấn đề kỹ thuật nghiên cứu ổn định sạt trượt mái tác dụng dòng thấm 54 2.3.1 Phân loại dịng thấm mơi trường đất rỗng 54 2.3.2 Các giả thiết tính tốn thấm 55 2.4 Đánh giá, lựa chọn phương pháp tính tốn phần mềm dùng nghiên cứu 57 2.4.1 Phương pháp cân giới hạn 58 2.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 60 2.4.3 Lựa chọn phương pháp tính 64 2.4.4 Lựa chọn phần mềm dùng nghiên cứu 72 2.5 Đề xuất biện pháp xử lý để đảm bảo ổn định kè 74 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP ÁP DỤNG CHO HIỆN TƯỢNG SẠT TRƯỢT MÁI KÈ TẠI XÃ HƯNG LĨNH, HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN 77 3.1 Giới thiệu cơng trình 77 3.1.1 Vị trí cơng trình 77 3.1.2 Điều kiện tự nhiên 78 3.1.3 Nhiệm vụ cơng trình 80 3.1.4 Quy mơ cơng trình 80 3.2 Đánh giá ổn định mái kè đoạn kè nghiên cứu 81 3.2.1 Quá trình sạt lở 81 3.2.2 Hiện trạng cơng trình đoạn từ K68+914 – K69+414 82 3.3 Ngun nhân hư hỏng cơng trình 82 3.3.1 Ảnh hưởng dịng chảy sơng 82 3.3.2 Ảnh hưởng dòng thấm 83 3.3.3 Các nguyên nhân chủ quan 84 3.4 Đề xuất giải pháp gia cố 85 3.4.1 Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 86 3.5 Phân tích đánh giá kết tính tốn lựa chọn giải pháp phù hợp 87 3.5.1 Kết tính tốn giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại .87 3.5.2 Kết tính tốn giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tơng trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 Các kết đạt luận văn 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG ÁN 108 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG ÁN 118 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lược đồ hệ thống sông lớn Việt Nam 15 Hình 1.2 Chống sạt lở bờ, ổn định lịng dẫn sơng Thái Bình khu vực TP Hải Dương (báo XD) 16 Hình 1.3 Dự án đê kè bờ hữu sơng Mã ( báo VH&ĐS) 16 Hình 1.4 Kè Thị xã Hội An bảo vệ cửa sông tỉnh Quảng Nam 16 Hình 1.5 Kè Đức Quang tỉnh Hà Tĩnh cửa sơng Lam 17 Hình 1.6 Kè Phong Vân – Ba Vì – Hà Nội 17 Hình 1.7 Bản đồ tự nhiên tỉnh Nghệ An 18 Hình 1.8 Sạt lở bờ sơng xã Hưng Hịa-Nghệ An 20 Hình 1.9 Sạt lở H.Hưng Nguyên Hình 1.10 Sạt lở đê La Giang - HT 20 20 Hình 1.11 Sạt lở H.Thanh Chương – Nghệ An 20 Hình 1.12 Sạt lở bờ sơng Lam – huyện Đô Lương 21 Hình 1.13 Kè sơng Lam Tp.Vinh 21 Hình 1.14 Cấu tạo kè lát mái 23 Hình 1.15 Cấu tạo kè mỏ hàn 24 Hình 1.16 Mặt cắt thiết kế thường dùng cho sạt lở sông Lam 25 Hình 1.17 Lực tác dụng sóng lên mái kè dạng bê tơng 27 Hình 1.18 Các biểu đồ áp lực sóng lên đê chắn sóng ngập nước 28 Hình 1.19 Sóng đánh vào kè Bạc Liêu 29 Hình 1.20 Kè sơng Mã bị hư hỏng 29 Hình 1.21 Kè kênh Ba Bị – Bình Dương bị sụt, lún 29 Hình 1.22 Thi cơng đóng cừ BTCT UST chân kè khối BT hộ chân kè 31 Hình 1.23 Kè bờ sơng rọ đá sông Tiền – Đồng Tháp 31 Hình 2.1 Cấu tạo chân kè lát mái 33 Hình 2.2 Hình thức chân kè lát mái đường lạch sâu nằm vùng xây dựng kè 34 Hình 2.3 Chân kè đá đổ 34 Hình 2.4 Chân kè rồng 35 Hình 2.5 Chống xói chân kè rồng bè chìm 35 Hình 2.6 Rọ đá bị phá vỡ, trôi 36 Hình 2.7 Rọ đá bị trơi Quảng Bình 36 Hình 2.8 Rọ đá bị phá hủy, trơi Tun Hóa – Quảng Bình .37 Hình 2.9 Bê tơng chân kè bị phá vỡ 37 Hình 2.12 Kết cấu thân kè .41 Hình 2.13 Kè đá hộc lát khan bê tông lắp ghép 43 .43 Hình 2.14 Kè đá xây liền khối Thái Bình 43 Hình 2.15 Cấu tạo cốt đất khô .45 Hình 2.16 Sơ đồ điểm môi trường đất .46 Hình 2.17 Sơ đồ, hướng dịng chảy hình thành hai điểm mơi trường đất 47 Hình 2.18 Sơ đồ hình thành chuyển động dịng thấm đập đất 47 Hình 2.19 Sơ đồ phương pháp tính tốn thấm 51 Hình 2.20 Sơ đồ sai phân .52 Hình 2.21 Sơ đồ phân tử tam giác 53 Hình 2.22 Mặt cắt ngang kè 56 Hình 2.23 Các phương pháp phân tích ổn định mái 58 Hình 2.24 Sự tương tác slice với mô tả interslice forces 58 Hình 2.25 Lực tác dụng mặt trượt thơng qua khối trượt với mặt trượt trịn 62 Hình 2.26 Lực tác dụng lên mái trượt thông qua khối trượt với mặt tổ hợp 62 Hình 2.27 Lực tác dụng lên mặt trượt thơng qua khối trượt 62 với đường trượt đặc biệt 62 Hình 2.28 Các phương phương pháp tính tốn ứng suất biến dạng 66 Hình 2.29 Các phương phương pháp giải hệ phương trình 70 Hình 2.30 Dạng hình học đơn giản phần tử 71 Hình 2.31 Giải pháp kết cấu mái kè nghiêng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường làm tăng ổn định kè 75 Hình 2.32 Thảm rồng đá túi lưới rồng đá túi lưới đơn .76 Hình 3.1 Bản đồ khu vực xây dựng cơng trình 78 Hình 3.2 Giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 86 Hình 3.3 Giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 86 Hình 3.4 Mơ hình tính tốn Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.5 Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 88 Hình 3.6 Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.7 Kết tính tốn chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 89 Hình 3.8 Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.9 Kết tính tốn ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 90 Hình 3.10 Kết tính tốn ứng suất lớn – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.11 Kết tính tốn ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 91 Hình 3.12 Kết tính tốn áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.13 Kết tính tốn cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 92 Hình 3.14 Mơ hình tính tốn Geoslope – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.15 Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 93 Hình 3.16 Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 94 Hình 3.17 Kết tính tốn chuyển vị tổng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m)94 Hình 3.18 Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 95 Hình 3.19 Kết tính tốn ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 95 Hình 3.20 Kết tính tốn ứng suất lớn – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) .96 Hình 3.21 Kết tính tốn ổn định mái – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 96 Hình 3.22 Kết tính tốn áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.23 Kết tính tốn cột nước áp – trường hợp MNTT=MNDBT=2,00(m) 97 Hình 3.24 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính tốn ứng với MNTL khác với hệ số ổn định phương án 98 Hình 3.25 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính tốn ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .99 Hình 3.26 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính tốn ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .99 Hình 3.27 Đồ thị quan hệ tổ hợp tính tốn ứng với MNTL khác với chuyển vị tổng Usum phương án .100 Hình 3.28 Hình vẽ thể lực tác dụng lên thỏi đất theo phương pháp cân giới hạn 101 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết tính tốn lưu lượng nhỏ thiết kế trạm thủy văn Chợ Tràng 80 Bảng 3.2: Bảng tổng hợp tiêu lý giải pháp 1- Bóc bỏ lớp đá lát khan, đắp bù đất tạo mái m=2,0, đầm chặt K=0,9, rải vải địa kỹ thuật lát khan lại 87 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp tiêu lý giải pháp 2- Bóc bỏ tất từ vị trí cao trình +1,00, làm tường BTCT đến cao trình +2,5m, từ tạo mái kè khung bê tông trồng cỏ vuốt lên đỉnh kè cao trình +3,5m 87 Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết tính tốn phương án 97 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết tính tốn phương án 98 10 Hình PL1.11 Mơ hình tính tốn Geoslope – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.12 Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 113 Hình PL1.13 Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.14 Kết tính tốn chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m)) 114 Hình PL1.15 Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.16 Kết tính tốn ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 115 Hình PL1.17 Kết tính tốn ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.18 Kết tính tốn ổn định mái – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 116 Hình PL1.19 Kết tính tốn áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL1.20 Kết tính tốn cột nước áp – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 117 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP MNTT=MNTC=0.50(m) Hình PL2.1 Mơ hình tính tốn Geoslope – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.2 Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 118 Hình PL2.3 Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.4 Kết tính tốn chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 119 Hình PL2.5 Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.6 Kết tính tốn ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 120 Hình PL2.7 Kết tính tốn ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.8 Kết tính tốn ổn định mái – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 121 Hình PL2.9 Kết tính tốn áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) Hình PL2.10 Kết tính tốn cột nước áp – trường hợp MNTT= MNTC=0.50(m) 122 TỔ HỢP MNTT=MNMax=3.20(m) Hình PL2.11 Mơ hình tính tốn Geoslope – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.12 Kết tính tốn chuyển vị theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 123 Hình PL2.13 Kết tính tốn chuyển vị theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.14 Kết tính tốn chuyển vị tổng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m)) 124 Hình PL2.15 Kết tính tốn ứng suất theo phương ngang – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.16 Kết tính toán ứng suất theo phương đứng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 125 Hình PL2.17 Kết tính tốn ứng suất lớn – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.18 Kết tính tốn ổn định mái – trường hợp MNTT= MNmax=3.20(m) 126 Hình PL2.19 Kết tính tốn áp lực nước lỗ rỗng – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) Hình PL2.20 Kết tính tốn cột nước áp – trường hợp MNTT= MNMax=3.20(m) 127 ... lực cố gắng học tập, nghiên cứu tìm tịi, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân đến đề tài “ Nghiên cứu đề xuất giải pháp khắc phục cố sạt trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An ”... quan hệ ổn định mái kè dịng thấm, dịng chảy phụ thuộc vào thơng số khác - Giải pháp an toàn cho mái kè bị sạt trượt - Kết tính cho kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An - Kết nghiên cứu. .. xuất giải pháp khắc phục cố sạt trượt mái kè Hưng Lĩnh, huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An? ?? nhằm cung cấp sở khoa học thực tế cho việc sửa chữa, xây dựng hạng mục kè tỉnh Nghệ An mang tính khoa học