Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông thủy triều vùng bán đảo cà mau áp dụng cho đoạn bờ hữu của sông gành hào

1 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các thành tựu khoa học nước liên quan đến vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Các thành tựu nước 1.1.2 Các thành tựu nước 11 1.2 Giới thiệu chung giải pháp bảo vệ bờ sông, bờ biển ĐBSCL 12 1.2.1 Nhóm giải pháp phi cơng trình 12 1.2.2 Nhóm giải pháp cơng trình 13 1.2.3 Một số nhận xét, đánh giá 19 1.3 Thực trạng xói lở bờ sơng thủy triều vùng BĐCM 20 1.3.1 Thực trạng xói lở 20 1.3.2 Phân loại xói lở bờ hệ thống sơng rạch BĐCM 22 1.3.3 Nhận xét xói lở bờ hệ thống sơng rạch BĐCM 23 1.4 Định hướng giải pháp kỹ thuật phịng chống xói lở bờ sơng thủy triều vùng BĐCM 24 1.4.1 Một số vấn đề cần xem xét cơng tác bảo vệ bờ chống xói sông vùng triều 24 1.4.2 Kiến nghị chủ trương định hướng giải pháp kỹ thuật chống xói lở bảo vệ bờ sơng vùng triều 25 1.5 Kết luận chương 26 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG THỦY TRIỀU VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU 27 2.1 Phân tích ảnh hưởng điều kiện tự nhiên đến xói lở bờ sơng thủy triều vùng BĐCM 27 2.1.1 Ảnh hưởng địa hình, địa mạo khu vực 27 2.1.2 Ảnh hưởng điều kiện địa chất khu vực 30 2.1.3 Ảnh hưởng điều kiện thủy văn, thủy lực sông kênh khu vực 33 2.2 Xác định nguyên nhân, yếu tố ảnh hưởng tới sạt lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM 37 2.2.1 Nguyên nhân tượng xói lở bờ sơng thủy triều 37 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM 39 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng dòng chảy thủy triều tác động đến bờ sông vùng BĐCM 39 2.3.1 Cơ chế xói lở bờ sơng thủy triều 39 2.3.2 Đặc điểm trình xói lở bờ sơng 40 2.3.3 Ứng dụng mơ hình Mike nghiên cứu dự báo xói lở bờ sơng thủy triều vùng BĐCM cho số khu vực trọng điểm 41 2.4 Đề xuất lựa chọn giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sông thủy triều 54 2.4.1 Nguyên lý chung bảo vệ bờ sông 54 2.4.2 Tổng hợp giải pháp phịng chống xói lở bờ 54 2.4.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông thủy triều vùng BĐCM 55 2.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ HỮU CỬA SÔNG GÀNH HÀO TỈNH CÀ MAU 63 3.1 Diễn biến xói lở cửa sơng Gành Hào 63 3.1.1 Diễn biến đường bờ cửa sông Gành Hào 63 3.1.2 Sạt lở bờ sông, bờ biển Gành Hào 66 3.1.3 Nguyên nhân gây sạt lở bờ cửa sông Gành Hào 68 3.2 Nghiên cứu phương án thiết kế cơng trình bảo vệ bờ hữu cửa sơng Gành Hào 69 3.2.1 Các thông số kỹ thuật 69 3.2.2 Các phương án thiết kế cơng trình 69 3.2.3 Phân tích lựa chọn phương án 74 3.3 Đề xuất giải pháp kết cấu kè bảo vệ bờ hữu cửa sông Gành Hào 75 3.3.1 Đoạn sông L1 L2 75 3.3.2 Đoạn cửa sông ven biển L3 78 3.4 Đánh giá hiệu giải pháp cơng trình đề xuất 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHẦN PHỤ LỤC 88 THỐNG KÊ HÌNH VẼ Hình 0-1: Bản đồ vùng BĐCM Hình 1-1: Trồng chống sóng, chống xói, gây bồi bảo vệ bờ ĐBSCL 13 Hình 1-2: Một số hình thức bảo vệ bờ phên liếp, cọc, cừ gỗ ĐBSCL 14 Hình 1-3: Một số cơng trình bán kiên cố hệ thống sông Cửu Long 15 Hình 1-4: Một số cơng trình kiên cố hệ thống sông Cửu Long 16 Hình 1-5: Cơng trình gia cố bờ trực tiếp 16 Hình 1-6: Xây dựng gia cố đê biển 18 Hình 1-7: Sạt lở Đất Mũi, tỉnh Cà Mau 21 Hình 1-8: Sóng đánh sạt lở bờ kè biển Nhà Mát - Tp.Bạc Liêu 21 Hình 2-1: Bản đồ địa hình khu vực bán đảo Cà Mau 28 Hình 2-2: Vết tích cịn lại vụ sạt lở chợ Vàm Đầm xã Đất Mới 30 Hình 2-3: Bản đồ mạng lưới sơng ngòi khu vực ĐBSCL 33 Hình 2-4: Các thành phần thủy lực điểm hệ toạ độ trực giao lưới vuông, hệ toạ độ Đề Các 43 Hình 2-5: Sự liên tục chuyển động bùn cát ô lưới 45 Hình 2-6: Sự ảnh hưởng tới hướng chuyển động bùn cát đáy 45 Hình 2-7: Sơ đồ khu vực Năm Căn vị trí đo thủy văn 47 Hình 2-8: Lịng dẫn mặt sau năm (2007-2010) khu vực Năm Căn 48 Hình 2-9: Diễn biến mặt cắt ngang vị trí ngã ba sơng Cái Nai, Xẻo Thùng vị trí giao sông Cái Nai với sông Cửa Lớn 49 Hình 2-10: Sơ họa khu vực chợ Tân Tiến trạm đo thủy văn 49 Hình 2-11 Lịng dẫn mặt sau năm (2008-2011) khu vực chợ Tân Tiến - sông Đầm Chim 50 Hình 2-12: Diễn biến lòng dẫn mặt cắt ngang sau năm (2008-2011) hai tâm xói khúc sơng cong - khu vực chợ Tân Tiến 50 Hình 2-13: Sơng Đốc trạm đo lưu lượng, mực nước 50 Hình 2-14: Lịng dẫn mặt sau năm (2008-2011) khu vực cửa Sông Đốc 51 Hình 2-15: Diễn biến xói bồi mặt cắt đọan mở rộng cửa sông Đốc, giai đọan 2007-2010 51 Hình 2-16: Vị trí mặt cắt so sánh vẽ quy hoạch phòng chống sạt lở khu vực cửa Gành Hào 52 Hình 2-17: Lịng dẫn mặt sau năm (2007-2010) khu vực cửa Gành Hào 52 Hình 2-18: Diễn biến xói bồi MC1 cửa Gành Hào, giai đọan 2007-2010 53 Hình 2-19: Diễn biến xói bồi MC2 cửa Gành Hào, giai đọan 2007-2010 53 Hình 2-20: Diễn biến xói bồi MC3 cửa Gành Hào, giai đọan 2007-2010 53 Hình 2-21: Sơ đồ tổng quát giải pháp phòng chống sạt lở bờ 55 Hình 2-22: Kết cấu kè bảo vệ bờ khu vực đông dân cư, thị trấn 56 Hình 2-23: Phối cảnh quy hoạch cơng trình kè chống xói lở 57 Hình 2-24: Dạng cơng trình bảo vệ trước tác động dịng chảy 58 Hình 2-25: Phạm vi bảo vệ bờ nguyên nhân sóng tàu 59 Hình 2-26: Bảo vệ mái bờ lịng sơng thảm đá 60 Hình 2-27: Giải pháp thảm bê tơng FS bảo vệ bờ 61 Hình 2-28: Giải pháp xây dựng kè kết cấu tơi rời linh hoạt 61 Hình 2-29: Giải pháp thảm bê tông tự chèn P.Đ.TAC 62 Hình 3-1: Diễn biến đường bờ khu vực cửa Gành Hào 65 Hình 3-2: Sạt lở bờ sơng khu vực cửa sông ven biển Gành Hào 67 Hình 3-3: Mặt cắt ngang kè điển hình đoạn L3 - PA1 71 Hình 3-4: Sơ đồ vị trí đoạn kè PA1 71 Hình 3-5: Phương án kết cấu cơng trình kè BTCT dự ứng lực 76 Hình 3-6: Phương án kết cấu kè tường chống 77 Hình 3-7: Kết cấu lát mát kè - cấu kiện 7775 77 Hình 3-8: Các loại cấu kiện tơi rời linh hoạt tự điều chỉnh 79 Hình 3-9: Mặt cắt ngang kè đoạn L3A&B – PA1 80 Hình 3-10: Mặt cắt ngang kè đoạn L3A&B – PA2 80 Hình 3-11: Stabiplage chống sóng, gây bồi bảo vệ bờ cơng trình kè Lộc An, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tầu 81 THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Đặc trưng mực nước sông Gành Hào - Cà Mau 34 Bảng 2-2: Đặc trưng mực nước trạm Năm Căn, sông Cửa Lớn 36 Bảng 2-3: Phạm vi bảo vệ mái bờ sông chịu tác động chủ yếu sóng tàu 60 Bảng 3-1: Thời gian tác động sóng theo hướng Đông Đông Bắc với Hs = 0,8m T=6s 63 Bảng 3-2: Thống kê đoạn kè bờ hữu cửa sông Gành Hào - PA1 70 Bảng 3-3: Thống kê đoạn kè bờ hữu cửa sông Gành Hào - PA2 72 CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐBSCL: Đồng sông Cửu Long BĐCM: Bán đảo Cà Mau BTCT: Bê tông cốt thép KHCN: Khoa học công nghệ KHTL: Khoa học thủy lợi Tp: Thành phố LỜI MỞ ĐẦU Bán đảo Cà Mau, vùng đất cực Nam Tổ quốc, rộng 1,6 triệu (trong gần triệu Đồng sông Cửu Long), gồm thành phố Cần Thơ, tỉnh Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau phần tỉnh Kiên Giang Đây vùng đất có nhiều tiềm để phát triển kinh tế vùng Nam với đặc điểm sông rạch chằng chịt có nhiều cửa sơng thơng biển Do nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa chịu ảnh hưởng trực tiếp biến đổi khí hậu nước biển dâng nên bờ biển, cửa sông chịu ảnh hưởng mạnh yếu tố: sóng, gió, bão, dịng chảy,… nguyên nhân gây ảnh hưởng tác động mạnh mẽ đến biến đổi đường bờ biển, cửa sơng tạo nơi bồi, nơi xói lở có đoạn bị xói lở mạnh tập trung nhiều cửa sơng lớn [2] Hình 0-1: Bản đồ vùng BĐCM (Nguồn Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam) Sơng thủy triều sơng khơng có nguồn từ lưu vực mà nguồn chủ yếu thủy triều Ở đồng sơng Cửu Long khu vực bán đảo Cà Mau tồn nhiều sông thủy triều như: sông Gành Hào, sông Bồ Đề, sơng Ơng Đốc, sơng Cái Lớn, sơng Cái Bé, sơng Bảy Háp,… sơng có nối liền với qua kênh rạch Nguồn sông chủ yếu thủy triều dòng chảy từ lưu vực thượng nguồn Các sông thủy triều Nam đa phần tập trung vùng bán đảo Cà Mau [1] Q trình xói bồi biến hình lịng sơng sạt lở mái bờ sông tác động dịng chảy ngược xi thủy triều, điều kiện dịng chảy cục bộ, sóng gió, sóng thuyền bè tác động người với điều kiện địa chất, địa hình cụ thể sông thủy triều phức tạp Hiện tượng sạt lở bờ sông, kênh rạch vùng bán đảo Cà Mau xảy hàng trăm điểm xói lở, phạm vi xói lở từ vài ba chục mét đến 78 km làm cho hàng trăm nhà bị sụp đổ xuống sông, phá hoại sở hạ tầng, uy hiếp đe dọa tính mạng sống người dân,… gây thiệt hại tài sản hàng chục tỷ đồng, ảnh hưởng xấu đến điều kiện phát triển dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường bền vững bán đảo Cà Mau Thực tế cho ta thấy giải pháp thi công thông thường đơn giản khơng thể giải vấn đề xói lở bờ biển khu vực đồng sông Cửu Long nói chung cửa sơng chịu ảnh hưởng thủy triều Do để có sở khoa học thiết kế xây dựng cơng trình đáp ứng vấn đề cần nghiên cứu đưa giải pháp cơng trình bền vững sở tính tốn cách hợp lý khoa học Mục đích đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sơng thủy triều vùng bán đảo Cà Mau, áp dụng cho đoạn bờ hữu cửa sông Gành Hào” nhằm đáp ứng yêu cầu sau: - Làm rõ nguyên nhân, nhân tố ảnh hưởng đến xói lở bờ sơng thủy triều vùng bán đảo Cà Mau - Đề xuất giải pháp kỹ thuật bảo vệ ổn định bờ sông thủy triều vùng bán đảo Cà Mau nói chung, áp dụng cho đoạn bờ hữu cửa sông Gành Hào, huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau nói riêng * Cách tiếp cận - Xem xét q trình diễn biến xói lở bờ sông thủy triều dựa tài liệu, số liệu thực tế có phân tích quan điểm tổng quan toàn diện - Kế thừa có chọn lọc kết nghiên cứu ngồi nước cơng trình bảo vệ bờ sông, bờ biển để ứng dụng giải cho vùng nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu - Điều tra khảo sát thực tế về: địa hình, địa mạo, địa chất, khí tượng thủy văn, tài liệu dịng chảy, biến hình lịng dẫn, dân sinh kinh tế xu hướng phát triển khu vực tương lai - Tổng hợp, phân tích đánh giá tài liệu, số liệu có liên quan đến đề tài luận văn để xác định quy luật tác động, biến hình lịng dẫn, vai trị nhân tố diễn biến xói lở bờ sơng thủy triều - Sử dụng mơ hình Mike 21 để tính tốn, dự báo xói lở bờ sơng thủy triều số đoạn sơng điển hình - Ứng dụng, kế thừa kết nghiên cứu * Kết dự kiến đạt - Đưa nguyên gây xói lở bờ sông thủy triều vùng bán đảo Cà Mau - Xác định phạm vi mức độ xói lở sông thủy triều vùng bán đảo Cà Mau số khu vực trọng điểm - Đề xuất lựa chọn giải pháp cơng trình phù hợp để bảo vệ bờ sông chịu ảnh hưởng thủy triều vùng BĐCM - Đề xuất tuyến giải pháp cơng trình phù hợp để bảo vệ đoạn bờ hữu cửa sông Gành Hào thuộc xã Tân Thuận, huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các thành tựu khoa học nước liên quan đến vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Các thành tựu nước Những nghiên cứu liên quan tới vấn đề xói lở bờ sơng, bồi lắng lịng dẫn như: xác định rõ nguyên nhân, chế, xác định quy luật diễn biến lòng dẫn, nghiên cứu đề xuất giải pháp phịng chống giảm nhẹ thiệt hại xói lở bờ, bồi lắng lòng dẫn gây ra, lĩnh vực khoa học động lực học dịng sơng, chuyển động bùn cát chỉnh trị sông Trên giới khoa học động lực dịng sơng, phát triển mạnh nửa kỷ thứ XIX nước Âu Mỹ Những nghiên cứu nhà khoa học Pháp Du Boys chuyển động bùn cát, Barré de Saint - Venant dịng khơng ổn định, L Fargue hình thái sơng uốn khúc giữ nguyên giá trị sử dụng ngày Vào năm đầu kỷ XX, với đóng góp lớn nhà khoa học Xô Viết, tên tuổi gắn liền với thành tựu khoa học lớn Lotchin V.M tính ổn định lịng sơng; Bernadski N.M chuyển động hai chiều; Makkavêep V.M dịng thứ cấp; Velikanơp M.A., q trình diễn biến lịng sơng Gơntrarơp V.N Lêvi I.I., chuyển động bùn cát; Altunin S.T., Grisanin K.B., Kariukin S.N chỉnh trị sông, Chính thời gian nổ tranh luận gay gắt lý thuyết khuếch tán lý thuyết trọng lực, hai trường phái ngược đánh giá tổn thất lượng dòng chảy có khơng mang bùn cát, tiêu khởi động bùn cát tiêu ổn định lòng dẫn Tham gia gián tiếp vào tranh luận đó, từ năm 50 đến năm 60, có nhà khoa học Trung Quốc Trương Thụy Cẩn, Tiền Ninh, Tạ Giám Hoành, Đậu Quốc Nhân, Sa Ngọc Thanh,… Trong thời gian này, Tây Âu có cơng trình chuyển động bùn cát E Meyer Peter Muller; hình thái lịng sơng ổn định có nhà khoa học Anh Kennedy R.G., Lindley E.S Laccy G với "Lý thuyết chế độ" (Regime theory) tiếng Các nhà khoa học Mỹ Einstein H.A., 10 Ven-te-Chow, Ning-chien,… có nhiều cơng trình nghiên cứu dịng chảy chuyển động bùn cát Từ năm 60 kỷ XX đến nay, ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật đặc biệt tiến kỹ thuật tính tốn, động lực học dịng sơng có bước phát triển mới, sâu sắc việc hoàn thiện mơ hình hố tượng thủy lực phức tạp Một số mơ hình tóan, mơ dịng chảy hai chiều 2D, ba chiều 3D, mơ q trình diễn biến lòng dẫn Mike 11, Mike 21 Mike 21C cho kết tính tóan dịng chảy, dự báo biến hình lịng dẫn xác Về nghiên cứu thực địa có thiết bị đo đạc đại, nhanh chóng, xác Có thể nhân trường vận tốc dòng chảy độ sâu khác nhau, xác định độ sâu lòng dẫn với tọa độ địa lý mong muốn Việc khảo sát đường hạt bùn cát chất đồng vị phóng xạ nghiên cứu bồi lắng lòng dẫn vùng cửa sông đạt số kết Nghiên cứu biến hình lịng dẫn mơ hình vật lý có tiến vượt bậc thực tiêu chuẩn tương tự khó, sở xây dựng mơ hình lịng động với chất liệu mơ bùn cát đáy, bùn cát lơ lửng vât liệu đảm bảo độ xác cao Ngịai thập niên gần nhà khoa học ứng dụng GIS vào việc nghiên cứu dự báo biến hình ngang lịng dẫn,… Bên cạnh tên tuổi xuất Cunge J.A (Pháp), Borgadi J.L (Hungari), Hâncu Simion (Rumani), Mamak W (Ba lan), Grisanihin K.V (Liên Xơ),… xuất cơng trình tập thể tác giả tên quan nghiên cứu Bureau of Reclamation (Mỹ), SOGREAN (Pháp), VNIIG (Liên Xô), DELFT (Hà Lan), DHI (Đan Mạch), Đ H Vũ Hán (Trung Quốc) [6] Về cơng trình trình chỉnh trị sơng có bước tiến ấn tượng năm gần đây, đặc biệt vào thời kỳ công nghệ vật liệu phát triển, cơng trình chỉnh trị sơng khơng cịn nặng nề, phức tạp trước Về kết cấu gọn nhẹ hiệu hệ dàn phao hướng dòng thay cho kè mỏ hàn, thảm bê tông bơm trực tiếp nước thay cho rồng tre, rọ đá,… 89 A XÁC ĐỊNH CÁC CAO TRÌNH CƠ BẢN Cao trình đỉnh kè Cao trình đỉnh kè xác định dựa yêu cầu sau: - Phù hợp với cao độ mặt quy hoạch khu vực - Khơng bị ngập mực nước triều sóng gây nên 1.1 Đoạn kè L1 L2 Cao trình đỉnh kè xác định theo công thức: đỉnh = MNmax10% + h +hsl +a Trong đó: - MNmax10% =+2,12m, mực nước tính tốn với tần suất 10% - h: độ dềnh gió gây - hsl: chiều cao sóng leo - a: chiều cao an tồn, lấy 0,3m + h tính theo cơng thức sau: h = 2.10-6 V D cos  gH [QPTL C1-78] Trong đó: - V: vận tốc lớn tính tốn; V = 25 (m/s) - D: đà gió, lấy chiều rộng sơng: D = 300 (m) Vì hướng sóng gió tạo vng góc với kè (sóng tạo gió chướng theo hướng EEN đến N tác dụng vào phía bờ tả cửa sơng Gành Hào, sát bờ, sóng đổi hướng tác dụng vng góc vào đoạn kè phía bờ hữu thuộc xã Tân Thuận) - : góc kẹp tuyến kè hướng gió, ta lấy trường hợp bất lợi với  = - H: độ sâu mực nước; H = 5m - Thay số vào ta có: h = 0,35m + Xác định thơng số sóng gt gD = 8476 ; = 4,71 V V - Tính đại lượng khơng thứ ngun - t: thời gian gió thổi liên tục tính giây Thời gian thổi gió liên tục khu vực cơng trình t = = 21.600 giây Tra biểu đồ hình 35 QPTL C1-78 ứng với: 90 gt = 8476 V gD = 4,71 V2  g hs g  = 0,085 & = 4,20 V V  g hs g  = 0,004 & = 0,62 V V Trong hai cặp ta chọn cặp có giá trị nhỏ để tính tốn: Từ g hs = 0,004 suy V2 hs = 0,26 m Từ g  = 0,62 suy V  = 1,58 m Chiều dài sóng  =g*/2 = 2,46 m + Tính hsl Kè Tân Thuận có hệ số mái m= 2,0 thuộc trường hợp m=1,5÷5,0 Áp dụng cơng thức: Hpsl= K  K W K pl K   m2 hs ls Trong đó: - m: hệ số mái m=2 - Hs, ls : chiều cao chiều dài sóng hs = 0,26 m, ls= 2,46m - K : hệ số kể đến độ nhám tính thấm mái: K= 0,65 - Kw : hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió chiều sâu nước: Kw =1,30 - Kpl : hệ số tính đổi tần suất tích lũy chiều cao sóng leo: Kpl=1,94 - K : hệ số có xét đến góc nghiêng  hướng truyền sóng hướng vng góc với tuyến kè: K = Thay số vào ta có Hpsl = 0,55m đỉnh = 2,12+0,35+0,55+0,3 = 3,32m Tham khảo thêm cao trình đỉnh (+3.50m) tuyến kè xây dựng phía bờ tả (đoạn kè G3, G4) thuộc thị trấn Gành Hào, chọn đỉnh = +3,50m 1.2 Đoạn kè L3 Vì đoạn kè L3 gần cửa sông nhất, chịu ảnh hưởng mạnh sóng triều cường Tuyến kè thiết kế cho sóng tràn qua theo tần suất P = 95% Cao trình đỉnh kè xác định theo cơng thức: đỉnh = MNmax95% Trong đó: MNmax95% = 1,64m mực nước tính tốn với tần suất 95% Dựa theo tài liệu địa hình mặt đất tự nhiên rừng phịng hộ phía tuyến kè, chọn cao trình đỉnh kè đoạn L3 đỉnh = +1,70m 91 Cao trình chân kè - Cao trình chân kè chọn mực nước kiệt 90%, phù hợp với điều kiện địa hình trạng mà tuyến kè qua, đảm bảo đủ điều kiện thi công giảm tối đa khối lượng đào đắp Dựa vào trình mực nước điều kiện địa hình nên chọn cao trình -1,2m tạo thành kè làm rọ đá bọc PVC, rộng 2m - Từ cao trình -1,2m trở xuống cao trình -5,05m, lịng sơng gia cố chống xói thảm đá dày 30cm, thả thảm đá theo địa hình tự nhiên Những mặt cắt có kè cao địa hình tự nhiên đắp bổ sung bao tải cát, tạo mái m = 3,0 kéo dài chạm mặt đất tự nhiên để đảm bảo ổn định Cao trình vỉa hè, đường giao thơng - Cao trình vỉa hè, đường giao thông xác định phù hợp với quy hoạch xây dựng trạng tự nhiên khu vực Chọn cao trình vỉa hè +2,80m cao trình mặt đường giao thơng +2,55m B - PHỤ LỤC TÍNH TỐN KẾT CẤU KÈ (phương án chọn) Tính tốn kết cấu kè đoạn L1, L2 1.1 Lựa chọn thông số tính tốn Việc lựa chọn quy mơ, kết cấu cơng trình, xử lý dựa sở tính tốn thủy văn, thủy lực, kết cấu cơng trình, trạng thái ứng suất, biến dạng biện pháp xử lý a- Giả thuyết tính tốn kiểm tra ổn định: Bờ kè thiết kế có dạng tường chống BTCT M300 đặt cọc BTCT M300 Thiên an toàn chọn mặt cắt bất lợi K0+400 thuộc đoạn kè L2 để kiểm tra tính tốn mơ tả sau: - Cao trình đáy sơng trung bình : -0,5m÷-16,00m - Cao trình mặt đất bờ sơng trung bình : +0,05m ÷2,00m - Cao trình đỉnh tường kè : +3,50m - Cao trình mặt kè : +2,80m - Mái kè thiết kế : m=2,0 - Cao trình kè : -1,20m - Cao trình mực nước ngầm lớn sau lưng kè : +0,50 m tương ứng với mực nước kênh cao trình thấp (-2.21 m) b- Tài liệu bản: - Cấp cơng trình: cấp IV - Tài liệu khảo sát địa chất, địa hình, thuỷ văn cơng trình 92 Bảng 1: Các thơng số dùng tính tốn Lớp Tên lớp đất Cát đắp a  C  E cm2/kg g/cm3 Kg/cm2 Độ Kg/cm2 2.0 30º00’ Lớp 1: bùn sét trạng thái chảy 0.256 1.57 0.058 04º14’ 11.2 Lớp 2: sét trạng thái dẻo cứng 0.026 1.85 0.425 16o06’ 167.6 Lớp 3: sét pha trạng thái dẻo cứng 0.028 1.89 0.281 17º10’ 143.4 Gia cố cừ tràm 2.25 10 14º09’ Cọc BTCT 2.5 30 45º00’ - Vật liệu: o Đất đắp: Đất đắp sau lưng tường dùng đất cát san lấp, đầm chặt k  0,90 o Cement: Dùng cement PCB40 bền sun phát o Bêtông: Với cấu kiện tường chống, cọc, dầm mũ dùng bêtông loại M300 (R28 = 300 kG/cm2), cấu kiện cịn lại dùng bêtơng loại M200 (R28 = 200 kG/cm2) o Thép chịu lực: Thép có đường kính 12mm dùng loại AII (R2.700kG/cm2), đường kính  [K] = 1,15  cơng trình đảm bảo ổn định o Trường hợp 3: Khi có bờ kè chịu tổ hợp tải trọng hệ số ổn định: K = 1,336 > [K] = 1,15  cơng trình đảm bảo ổn định 1.4 Tính tốn cọc BTCT (35x35)cm đoạn kè L1, L2 1.4.1 Các tiêu tính tốn - Tài liệu địa chất cơng trình gồm lớp đất lớp (bảng 1) - Cọc tường kè đoạn L1, L2 đóng sâu vào lớp đất số khoảng từ 1,0÷1,5m, mũi cọc đặt cao trình -23.20m - Cọc kè L1, L2 đóng treo vào lớp đất số cao trình -12.9m 1.4.2 Xác định sức chị tải theo phương đứng cọc a) Khả chịu lực vật liệu làm cọc: Pvl = m (Rb Fb + Ra Fa) Trong đó: - m: hệ số làm việc lấy m =1 - Rb: cường độ bê tơng ứng với M300 Rb = 1450 (T/m2) - Fb: diện tích tiết diện bê tơng lấy tiết diện cọc Fb = 0,35 * 0,35 = 0.123 m2 - Fa: diện tích cốt thép Fa = 8*3,8 = 30,4 cm2 - Ra: cường độ tính toán cốt thép trạng thái giới hạn thứ nhất, Ra = 2800 kg/cm2 Thay vào công thức ta có:Pvl (L1,L2) = 263,47 Tấn b) Sức chịu tải cho phép cọc đơn theo đất nền: Qa  Qtc ktc Trong đó: - Qa: Sức chịu tải cho phép tính tốn đất - Ktc: hệ số an toàn, lấy 1,75 - Qtc: Sức chịu tải tiêu chuẩn tính tốn cọc đơn theo đất 97 Qtc = m(mR qp AP +umf fsi li) Trong đó: qp fsi: Cường độ chịu tải mũi mặt bên cọc fs1 = Ctt1 = 0,58 (T/m2) , fs2 = Ctt2 = 4,25(T/m2); Tính qp: qp = Rtc = (A. b + B q + D Ctc)m Trong đó: - m: hệ số điều kiện làm việc đất lấy m = - b: chiều rộng móng (cọc); - A, B, D hệ số khơng thứ ngun phụ thuộc góc ma sát đất Với  = 16o07 tra bảng ta A = 0,36 ; B= 2,43 ; D =5,00 - b = 0,35m q: tải trọng bên tải trọng thực tế mặt đáy móng ngồi phạm vi móng q = i hi = 37,1 T/m i: trọng lượng riêng đất i; hi: chiều sâu lớp đất thứ i - mR , mf : điều kiện làm việc đất mũi mặt bên cọc, (theo bảng A.3 TCXD 205-1998 mR = 1,0; mf = - Ap: diện tích đầu mũi cọc: Ap = 0,35x0,35=0,123m2 - u: chu vi tiết diện cọc, u =0,35x4=1,4m - m: hệ số làm việc đất lấy Theo kết tính tốn, với đơn ngun kè dài 20m ta cần bố trí 22 cọc cho phần tường kè, 15 cọc cho phần kè Cao trình mũi cọc tường kè -22,6m, cao trình mũi cọc -12,90m Bảng 2: Tính sức chịu tải cọc cho đơn nguyên 20m tường kè TT Loại cọc Cao trình mũi cọc qp Qtc Qa (t/m2) (T) (T) Tải trọng (T) Cọc BTCT (35x35)cm tường đoạn L1, L2 -23,2m 111,30 30,71 17,50 13,50 Cọc BTCT(35x35) cho đoạn L1, L2 -12,9m 0,00 8,14 4,65 2,57 Từ kết tính tốn cho thấy chiều dài đóng cọc, khoảng cách cọc chọn cho đoạn L1 L2 phù hợp 98 1.5 Tính tốn gia cố mái kè 1.5.1 Kiểm tra ổn định đất đoạn kè L1, L2 Đất mái kè chịu tải thân kết cấu mái kè, gọi tải trọng Q Ngoài cịn có tải trọng áp lực sóng lên mái kè, gọi tải trọng P Tổng tải trọng mái kè (theo phương vng góc với mái kè) : G = Q + P Từ G ta có áp lực đơn vị lên đất N (tấn/m2), so sánh với Rtc (tấn/m2) để đưa biện pháp xử lý a) Xác định áp lực đơn vị lên đất Xét m2 đất mái kè, ta có: N = G/S G = Q + P Trong đó: - Q: Trọng lượng đẩy vật liệu mái kè (tấn/m3), tính theo dung trọng đẩy - P : Áp lực sóng lên mái kè (Tính theo 22 TCN 222-95) P = Ks.Kf.Prcl.gh Trong đó: Ks = 0,85 + 4,8h/ + c.tg(0,028 - 1,15h/) Kf : Hệ số tra theo bảng 10 trang 22 Prcl : Hệ số tra theo bảng 11 trang 22  = 1,0 (Trọng lượng riêng nước biển) g : Gia tốc trọng trường trái đất h : Chiều cao sóng tính tốn S : Diện tích tính tốn (S = 1m2) Trong trường hợp tính tốn trị số sau: + Trường hợp Hs = 2,43m có: - Ks = 0,97 ; Kf = 1,21 ; Prcl = 1,90 P = 3,80 t/m2 , L1 = 1,04m ; L2 = 2,21m ; L3 = 2,71m ; L4 = 5,62m Kết tính tốn: N = 4,46 (tấn/m2) b Xác định áp lực tiêu chuẩn đất nền: Cơng thức tính tốn: Rtc = m.[(A1/4 b + B hm). + D Ctc)] Với :  = 1,57 (tấn/m3) ; tc = 4o14’ ; Ctc = 0,58 (tấn/m2) Tra hệ số lại ta : A = 0,045 ; B = 1,185; D = 3,415 ; m = 0,8  Rtc = 0,8*[(0,06*7,55 + 1,185*0,5)*0,57 + 3,415*0,51)] = 1,82 (T/m²) 99 Xét điều kiện ổn định chống lún : Rtc  1,2.N trường hợp đất khơng thỗ mãn điều kiện ổn định Vậy cần có biện pháp gia cố mái kè c Biện pháp gia cố mái kè Dự định dùng cọc tràm đường kính gốc   8cm, chiều dài cọc L = 4,5÷5m để gia cố mái kè u cầu tính tốn xác định mật độ cọc n (cọc/m2) Xét diện tích 1m2 mái đê, điều kiện chống lún phải thoả mãn: n.f  N Trong đó: - n : Số cọc 1m2 - f : Sức chịu tải cọc, xác định theo công thức sau: f = .d.C.L/K - d : Đường kính trung bình cọc ( d = 0,08m) - C: Lực dính tính tốn đất (C = 0,58 tấn/m2) - L: Chiều dài cọc (L = 5m) - K: Hệ số an toàn (K = 2) Thay vào tính được: f = 0,36 Số cọc lựa chọn phải thoả mãn điều kiện n.f  N số nguyên Bảng 3: Kết tính tốn cọc tràm Hs P Q N Số cọc tràm (m) (tấn/m2) (tấn/m2) (tấn/m2) (cọc/m2) 2,43 3,80 0,66 4,46 13 Vậy thiên an toàn thuận lợi cho thi công ta chọn n=16 /m² d Kiểm tra tạo thành hố xói chân kè Khi làm kè bảo vệ bờ sông, thu hẹp mặt cắt ướt lòng dẫn, làm cho lưu tốc tăng lên Một lưu tốc dòng chảy lớn lưu tốc cho phép khơng xói loại đất đá cấu tạo lịng sơng thi gây xói lở (xói lở bờ xói lở lịng) Vì bờ sông kè vật liệu bê tông cốt thép có khả xói lở lịng sơng Qua tính tốn, ta dự báo khả tạo hố xói vị trí chân kè, từ có biện pháp gia cố cho hợp lý Công thức xác định chiều sâu hố xói tới hạn lịng sơng vị trí chân kè:  U 2m h = 27 K1.K2.tg -30d = 3.78m Trong đó: g h: Chiều sâu hố xói tới hạn (m) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) 100 Um : Lưu tốc tới gần chân kè, xác định theo công thức Um = U0 [1+(0,2+ Bk 30 ) ] = 1,33[1+(0,2+ ) ] = 1,46 (m/s) B 300 U0: Lưu tốc trung bình ven bờ chưa làm kè (m/s): Bk: Chiều dài kè lấn sông (m) B: Chiều rộng bờ sông (m)  5,1 K1 = e K2 = e U m2 g Bk 0 , 2.m = 0,964 = 0,67 e: Hệ số lốc nê pe , e = 2,714 m: Hệ số mái kè m=2,0 d: Đường kính hạt cát lịng sơng (m), d =5.10-4m Vậy, kè xây dựng hố xói tạo trước chân kè dự kiến h =3.78m Vì với cọc chân kè đóng sâu vào đất -12,9m không ảnh hưởng tới ổn định tổng thể kè Để chống xói lở vị trí chân kè ta tiến hành gia cố thảm đá từ kè (-1,2m) theo địa hình tự nhiên phái lịng sơng L = 12,0m Tính tốn kết cấu kè đoạn L3 2.1 Xác định kích thước tủi vải địa kỹ thuật (Stabiplage) Kích thước túi vải thiết kế: Bề ngang 2,5 m chiều cao 1,5m Hình 5: Quan hệ tỷ số H/D ứng suất túi vải Kích thước túi vải h = 1,5m; D = 2,5m, tra biểu đồ quan hệ tỷ số H/D ứng suất túi vải (hình 5) ứng suất bề mặt túi vải đạt 20kN/m² 2.2 Hiệu giảm sóng kè chắn sóng L3 101 Theo sách cơng trình bảo vệ bờ biển hải đảo Lương Phương Hậu chủ biên xuất năm 2001, thông số chọn sau: a Hsi Hs Hướng sóng d h B Hình 6: Hiệu giảm sóng kè ngầm mặt cắt chữ nhật - Đê chắn sóng L3 có nhiệm vụ giảm sóng khơng cho phá hoại đến bờ biển bên trong, nhiệm vụ chắn giảm sóng đặt gần cao trình mực nước tĩnh tác dụng tiêu sóng nâng lên, vào yêu cầu nêu theo tài liệu địa hình ta chọn cao trình đỉnh đê:  = +1,7m (xấp xỉ MNmax95%) - Khoảng cách bờ kè giảm sóng 1,0÷1,5 chiều dài sóng nước sâu có hiệu tốt, vào yêu cầu tài liệu tính sóng chọn khoảng cách từ bờ đến đê: 100m Chiều dài đoạn đê 1,5÷3,0 lần khoảng cách đê bờ đoạn đê đứt khúc 1,3÷1,5 lần chiều dài đoạn đê, nên chọn chiều dài đê khoảng cách đoạn đê sau: - Chiều dài đê ngầm giảm sóng: 200m - Khoảng cách đê ngầm: 80m Kè ngầm phá sóng có qui mơ kích thước túi vải tương tự kè mỏ hàn có ứng suất 20KN/m2 Hiệu tiêu sóng đê ngầm: Với cao trình kè ngầm phụ thuộc vào hệ số tiêu sóng Km sau: Km = H si a H s 121 h  53 B   (1  ) ( ) ( ) ( ) Hs h Ls Ls Ls (Với cơng thức thích hợp cho trường hợp: 0,46 ≤ d/h ≤ 1,0 Ta chọn cao trình đỉnh kè ngầm + 1,7  ta có d/h = 1,7/2,12 = 0,80 thỏa mãn điều kiện công thức trên) Trong đó: 102 - Hsi: Chiều cao sóng sau kè ngầm - Hs: Chiều cao sóng trước kè ngầm - a: Độ sâu nước trước đỉnh kè (m), kè ngầm a có giá trị âm; a = - 0,42m - d: Độ sâu kè ngầm (m); d = 2,0m - B: Chiều rộng đỉnh kè (m); B = 2,5m - h: Chiều cao mực nước tĩnh; h = 2,12m - Thay giá trị vào biểu thức ta tính được: - Km = 0,89  Hsi = 0,89 x 2,43 = 2,18m Như chiều cao sóng trước đê ngầm 2,43m chiều cao sóng sau đê ngầm 2,18m 2.3 Tính tốn ổn định lún cho kè ngầm Hình 7: Sơ đồ tính tốn lún cơng trình d Kiểm tra lún móng - Xét cho đơn nguyên cấu kiện L=1,0m dài - Do tầng đất lớp dày Môđun biến dạng đất phạm vi móng cơng trình tầng không thay đổi nhiều nên xem E0 không đổi Áp dụng cơng thức tính lún theo phương pháp cộng lún lớp: S=(/E0)zihi Hệ số tính tóan: =0,80 E0: modul biến dạng Chiều dài móng L=1,0m Chiều rộng móng B=2,50m 103 BẢNG TÍNH PHẠM VI CHỊU LÚN đn 0.57 b = 2.50 Điểm hi (m) Zđ = 0.00 l = 1.00 Z (m) zñ (T/m2) tb = 2.70 l/b = 0.4000 Z/b (cn) Kcn Z = tb - Zd = 2.70 z (T/m2) 0.2*zñ (T/m2) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.99 2.66 0.00 1.00 0.50 0.50 0.29 0.40 0.79 2.14 0.06 2.00 0.50 1.00 0.57 0.80 0.56 1.51 0.11 3.00 0.50 1.50 0.86 1.20 0.39 1.05 0.17 4.00 0.50 2.00 1.14 1.60 0.28 0.75 0.23 5.00 0.50 2.50 1.43 2.00 0.13 0.35 0.29 6.00 0.25 2.75 1.57 2.20 0.12 0.31 0.31 Chiều sâu tầng chịu lún Ha = 2.75 m KẾT QUẢ TÍNH LÚN z (m) hi (m) 0.0 zi zi-tb (T/m ) (T/m2) E0i Si (m) 2.66 0.5 0.46 2.14 2.40 112.000 0.00786 0.9 0.46 1.51 1.82 112.000 0.00597 1.4 0.46 1.05 1.28 112.000 0.00418 1.8 0.46 0.75 0.90 112.000 0.00294 2.3 0.46 0.35 0.55 112.000 0.00180 2.8 0.46 0.31 0.33 112.000 0.00109 3.2 0.46 0.23 0.27 112.000 0.00089 Tổng độ lún 0.025 Kết luận: So sánh kết tính tốn lún 0,025 < 0,08 Vậy đáy móng đảm bảo an tồn lún ... bán đảo Cà Mau, áp dụng cho đoạn bờ hữu cửa sông Gành Hào? ?? nhằm ? ?áp ứng yêu cầu sau: - Làm rõ nguyên nhân, nhân tố ảnh hưởng đến xói lở bờ sông thủy triều vùng bán đảo Cà Mau - Đề xuất giải pháp. .. cơng trình ? ?áp ứng vấn đề cần nghiên cứu đưa giải pháp cơng trình bền vững sở tính tốn cách hợp lý khoa học Mục đích đề tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sông thủy triều vùng. .. giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sơng thủy triều 54 2.4.1 Nguyên lý chung bảo vệ bờ sông 54 2.4.2 Tổng hợp giải pháp phịng chống xói lở bờ 54 2.4.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông thủy