Đang tải... (xem toàn văn)
In this report author analyze effects of unusual rain, flood to stabilize rural bridges and, rural slopes roads, take out some measures to ensure safety in conditions of [r]
(1)CƠ SỞ KHOA HỌC, ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CÁC CƠNG TRÌNH CẦU, ĐƯỜNG NƠNG THƠN MIỀN
TRUNG TRONG ĐIỀU KIỆN THIÊN TAI BẤT THƯỜNG TS Lê Xuân Khâm
Tóm tắt: Việt Nam nước nằm vùng áp thấp nhiệt đới, có nhiều thiên tai bất
thường lũ, bão, miền Trung nơi chịu ảnh hưởng thiên tai bất thường nhiều
so với nước Mưa lớn với thời gian mưa dài sinh lũ lụt làm sạt trượt mái đường, phá
hỏng cơng trình cầu giao thơng, cơng trình cầu đường nơng thơn miền núi Trong báo cáo tác giả phân tích ảnh hưởng mưa, lũ bất thường tới ổn định cầu, mái dốc đường giao thơng nơng thơn, từ đưa số biện pháp khắc phục nhằm đảm
bảo an toàn điều kiện thiên tai bất thường
Từ khóa: mưa, lũ, hư hỏng, giải pháp, cơng trình cầu, đường, giao thơng nơng thôn
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam nước nằm vùng chịu ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới, có nhiều thiên tai bất thường Những năm gần nhiều bão đổ vào miền trung, tính thời gian từ năm 1995 đến 2005 có 18 bão đổ vào nước ta có tới 11 bão đổ vào duyên hải miền Trung Sông miền Trung đặc điểm có độ dốc lớn, lưu vực sơng thường đồi núi nên nước mưa đổ xuống nhanh; thời gian mùa kiệt sông dài lưu lượng bé, mùa lũ ngắn lưu lượng lớn ( khoảng 70% lưu lượng năm), lên xuống đột ngột Một số năm gần đây, tượng thiên tai bất thường xảy thường xuyên: mưa cường độ lớn, thời gian mưa dài, lũ vượt tần suất kết hợp với đặc điểm sông miền Trung gây nhiều thiệt hại người [1]
Các cơng trình giao thơng nơng thơn hư hỏng nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu nguyên nhân thiên tai bất thường gây Vì vậy, báo cáo tác giả đề cập tới dạng hư hỏng thường gặp công trình giao thơng nơng thơn, tập trung chủ yếu vấn đề sạt trượt mái taluy âm dương đường, vấn đề lũ trôi cầu, phân tích ngun nhân hư hỏng, từ đưa số giải pháp để giảm thiểu thiệt hại mưa lũ gây
II.PHƯƠNGPHÁPVÀKẾTQUẢNGHIÊN
CỨU
Trong năm gần đây, nhiều cơng trình giao thông đường bị phá hỏng tượng bất thường thiên tai Hình thức hư hỏng cơng trình đa dạng, song đưa số dạng điển hình Báo cáo tổng kết số dạng hư hỏng điển hình cầu đường, phân tích khả chịu tải cầu, đưa số kết cụ thể ; từ khuyến cáo biện pháp bảo vệ, gia cố cho loại hư hỏng công trình
Căn vào tài liệu qui hoạch giao thông tỉnh duyên hải miền Trung, tỷ lệ đường huyện lộ đô thị chiếm 22,8%; đường xã liên xã chiếm 59,2% [1] Như vậy, đường giao thông nông thôn chiếm tỷ lệ lớn, chất lượng cầu đường thấp (thường cấp IV) nên dễ bị phá hỏng mưa lũ – thiên tai bất thường [2], [3]
II.1 Hiện trạng, nguyên nhân hư hỏng và khả chịu tải công trình giao thơng chịu tác động thiên tai bất thường.
(2)Hình Các ngun nhân hư hỏng cơng trình giao thơng
II.1.1 Hiện trạng, nguyên nhân hư hỏng khả chịu tải đường giao thông chịu
ảnh hưởng mưa bất thường
- Một số dạng hư hỏng thường gặp: Xói lở rãnh mặt đường: nước tập trung từ sườn đồi đổ xuống với lượng lớn, rãnh không nước kịp gây xói lở rãnh mặt đường; bong tróc mặt đường: vào mũa lũ, nhiều đoạn đường bị ngập, nên đường mặt đường bão hòa nước kết hợp với xe cộ lại gây bong tróc mặt đường; sạt trượt mái taluy âm – dương đường: đất mái dốc bão hòa mưa, cường độ giảm gây lở đất sườn đồi Báo cáo tập trung đề cập đến tượng sạt trượt mái đường
Hình Trượt ta luy đường Hồ Chí Minh đèo Lị So, Quảng Ngãi (mưa lũ năm 2010)
- Nguyên nhân gây sạt trượt mái taluy âm – dương đường:
Có nhiều nguyên nhân gây trượt lở đất sườn dốc mái taluy đường: Cường độ mưa lượng mưa lớn tạo động lớn hạt mưa rơi gây xói mịn đất, phá vỡ mối liên kết hạt lơi chúng tạo nên dịng lũ bùn đá; bên sườn dốc nơi có địa hình trũng thấp tạo thành dòng chảy mặt, phân cắt địa hình, tạo điều kiện hình thành khối trượt độc lập Do mưa lớn liên tục, đất sườn đồi mái dốc taluy đường bão hòa nước, nước có xu hướng chảy phía chân đường chân dốc, khối đất chịu tác dụng áp lực thấm,
trọng lượng khối đất tăng, đồng thời làm giảm lực kháng cắt đất đá Một nguyên nhân vào mùa mưa lũ mực nước sông tăng cao, nhiều đoạn đường cạnh sơng bị xói chân sườn dốc, mực nước sông tăng cao rút nhanh, tất nguyên nhân gây sạt lở mái taluy đường sạt lở đường [4],[5]
Việc xác định mức độ mưa phân theo cấp sau: mưa: tổng lượng mưa 24h từ 15mm trở xuống; mưa vừa: tổng lượng mưa 24h từ 16mm đến 25mm; mưa to: tổng lượng mưa 24h từ 26mm đến 50mm; mưa to: tổng lượng mưa 24h 50mm; mưa lớn: từ mưa vừa đến Các ngun nhân hư hỏng cơng trình
giao thơng (đặc biệt cơng trình giao thơng nông thôn miền núi)
Do điều kiện tự nhiên, thiên tai bất thường
Do người
(3)mưa to xảy diện rộng Như lượng mưa lớn 50mm với thời gian lâu diện rộng bất thường loại thời tiết bất thường Ở miền trung xảy nhiều tượng mưa bất thường, chẳng hạn mưa to xảy Thanh Hóa có tần suất 45%, Hà tĩnh 25% [6]
- Khả chịu tải đường giao thông nông thôn chịu ảnh hưởng mưa lớn:
Để minh họa cụ thể, tác giả chọn Cơng trình để tính tốn là: Tuyến đường vào Bản Hậu xã Tam Lư huyện Quan Sơn tỉnh Thanh Hóa xuất phát từ quốc lộ 217 chạy quanh co, cua gấp, nhiều dốc lớn
5.00 5.00 5.00 4.50 3.50 4.00 1.45 4.00 3.00 2.002.50 5.00 MSS:26.00 líp líp 3 3 3 8 8 8 6 6 6 6 35.28
Hình Mặt cắt đường vào Hầu Km: K0+50 kết tính tốn ổn định Nhiều đoạn đường song song với sơng
chính Nậm Niêm, theo tiêu chuẩn 22TCN 273-01 tuyến đường thuộc loại đường cấp 4, hệ số ổn định [Fs] = 1,15 Đây điểm mà dễ gây ổn định mái đường có mưa lũ lớn
Tài liệu địa chất: Lớp 1: Đất sét nhẹ lẫn dăm sạn màu vàng nâu, Trạng thái ẩm nửa cứng, kết cấu chặt vừa - chặt Bề dày lớp vị trí hố đào thay đổi từ 0,9-2m; lớp 2: Đất sét bột kết phong hoá vừa, trạng thái nửa cứng Bề dày lớp theo dự kiến lớn Nhìn chung lớp đất tốt đảm bảo ổn định cho cơng trình có tải trọng vừa
Tài liệu mưa : Theo khảo sát thực tế trạm đo mưa Thành Phố, Tĩnh Gia, Như Xuân, Cửa Đạt năm gần 2009, 2010 tình hình mưa bất thường xảy vùng núi tỉnh: lượng mưa lớn tập trung vào vài ngày định thường gây nên trận lũ lớn Lượng mưa đo tháng lớn thường từ 600-800mm Trong báo cáo chọn lượng mưa tháng 10 năm 2010 trạm mưa Như Xn để tính tốn Lượng mưa tháng 773mm; với cường độ mưa lớn tháng q= 11.10-7 m/s (tương đương với lượng mưa ngày 95mm); so sánh với cấp
mưa nêu lượng mưa bất thường xảy miền Trung Trong báo cáo ứng dựng phần mềm GEOSTUDIO 2004, International Ltd-Canada để tính tốn ứng với trường hợp mưa liên tục thời gian
Trường hợp mưa liên tục (hình 4): hệ số ổn định giảm dần Điều giải thích sau: nước mưa thấm xuống đất làm bão hoà phần đất chưa bão hoà (phần đất nằm đường bão hòa) Những nơi đường bão hòa cách mặt đất nhỏ nước mưa dễ thấm đến đường bão hòa, đường bão hoà ngày dâng cao, áp lực nước lỗ rỗng tăng làm cường độ chống cắt đất giảm đáng kể
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6
0
Thời gian ( giờ)
H ệ s ố ổ n đ ịn h F s
Hình Quan hệ hệ số ổn định theo
thời gian trường hợp mưa liên tục
(4)áp lực nước lỗ rỗng tăng làm cường độ chống cắt đất giảm đáng kể Mưa thời gian dài vùng bão hoà mở rộng, cường độ chống cắt giảm dẫn đến hệ sốổn định giảm Theo kết tính tốn sau mưa liên tục hệ số ổn định giảm nhỏ [Fs] tức mái dốc bị ổn định Tính tốn ứng với cường độ mưa giảm cịn 90% mưa thời gian liên tục 2,3 mái dốc bị ổn định; cường độ mưa giảm cịn 80% mưa thời gian liên tục 2,5 mái dốc bị ổn định Như ta thấy cường độ mưa lớn, thời gian mưa dài mái dốc dễ bị ổn định Kết tính tốn mặt cắt K0+50 đường vào Hầu giải thích rõ ngun nhân ổn định mái dốc nói chung, có ổn định mái taluy âm – dương đường, ổn định đường đầu cầu cường độ mưa lớn với thời gian mưa lâu Tuy nhiên mái taluy âm đường bị mực nước sơng xói vào (lở hàm ếch), nước sườn dốc (mái taluy dương) tập trung đổ vào mặt đường, mặt đường bị ngập nước hồn tồn chưa kể đến kết tính tốn Thơng qua kết tính tốn ta thấy: vùng định, với mặt cắt mái dốc điển hình tiêu lý đặc trưng, hồn hồn cảnh báo khả ổn định mái dốc với cường độ mưa thời gian tương ứng Đây sở để có biện pháp cơng trình phù hợp để chống sạt lở mái taluy âm – dương đường
II.1.2 Hiện trạng, nguyên nhân hư hỏng và khả chịu tải của cầu giao thơng nơng thơn chịu ảnh hưởng của dịng chảy lũ
- Một số dạng hư hỏng thường gặp: Có nhiều dạng hư hỏng thơng thường cầu, song nguyên nhân bão lũ trượt lở đất có dang điển hình nhưu sau: sạt lở đường dẫn đầu cầu, lũ trơi cầu, xói cục trụ cầu, trụ cầu bị nghiêng: chân trụ cầu bị xói dỏng chảy lũ, kết hợp tác tác động vật trôi nên trụ cầu bị nghiêng, bong tróc mặt cầu
- Các nguyên nhân hư hỏng cầu dịng nước lũ vật trơi theo dịng chảy va vào thành cầu trụ cầu Có nhiều cầu thiết kế theo kiểu cầu tràn (vào mùa kiệt, nước thoát mặt cầu; vào mùa mưa lũ, nước tràn mặt cầu) Để đảm bảo giao thông cho mùa mưa mùa khô, đa số cầu thiết kế không cho nước tràn qua Song thực tế cho thấy loại cầu này, vùng nông thôn miền núi bị nước tràn qua vào mùa lũ, gây số hư hỏng như: cầu sập, xói lở đường hai bên đầu cầu…Vấn đề đặt nguyên nhân để độ cầu không đảm bảo dẫn nước mà để nước tràn ngập qua mặt cầu vào mùa lũ, làm toàn thân mặt cầu chịu áp lực xô ngang lớn; hậu thân mặt cầu bị nước lũ trơi, xói lở đường hai bên đầu cầu, sạt lở kè mố cầu? rõ ràng nguyên nhân chủ quan người thiết kế mà nguyên nhân thiên tai bất thường gây lũ, lũ quét Các tác động thiên tai bất thường chưa kể đến thiết kế
Lũ trôi cầu: Khi tính tốn độ nước cầu dùng ứng với tần suất lũ p%, diện cầu phụ thuộc vào chiều sâu, lưu lượng lưu tốc dòng chảy [7] Thực tế, vào mùa lũ thường có nhiều vật trơi sơng (ví dụ cối bị lũ trơi), vật trơi theo dòng nước với vận tốc lớn va chạm vào mố trụ cầu làm hư hỏng phận Đặc biệt có thiên tai bất thường lũ quét, mực nước sông tăng lên đột ngột với mực nước lưu lượng lớn, thân cầu chịu áp lực xô ngang nước đồng thời chịu tác dụng va chạm vật nổi… nên thân cầu bị trơi nhiều nhịp, toàn mặt cầu
- Khả chịu tải nhịp cầu giao thông nông thôn chịu ảnh hưởng dòng lũ lớn
(5)Ở ta xét toán đơn giản là: xét nhịp cầu có chiều dài L, diện tích theo phương đứng mặt cầu dầm cầu L x h Các lực tác dụng lên nhịp cầu: G - trọng lượng thân nhịp; Wđn- lực
đẩy cầu bị ngập nước; P1- Lực thủy động tác dụng lên nhịp cầu; P2 - Động lượng vật tác dụng lên nhịp cầu
g V F Kn
P n
2
1
Hình Sơ đồ xét cân lực nhịp cầu K – Hệ số động lực lấy 1,2; n – Hệ số
phụ thuộc vào hình dạng vật chắn lấy 1,2; F – Diện tích theo phương đứng nhịp cầu; V – Vận tốc dòng chảy
Cơng thức tính ổn định nhịp cầu (cơng thức ổn định trượt theo phương ngang) sơ xác định sau: K
P P
W G f
K dn
2
) (
;
trong [K] hệ số ổn định cho phép, f hệ số phụ thuộc vào dạng liên kết dầm cầu mố cầu Hệ số f tác giả đề cập chi tiết báo cáo lần sau
Để minh họa, ta lấy ví dụ cầu thực tế, cầu Ngơ La Cầu Ngô La nằm sông Hà Thanh thuộc địa phận xã Canh Vinh – Huyện Vân Canh – tỉnh Bình Định Tại vị trí cầu có độc dốc bình quân 0,015, mùa lũ năm 2009, cầu bị trơi nhịp Các số liệu tính tốn: Cầu có nhịp, nhịp dài 10 m Chiều cao dầm mặt cầu 1,5 m; chiều cao lan can m Do khơng có tài liệu nên lưu lượng tính tốn sơ sau: tốn đặt ra: có diện tích ướt, độ dốc, cần xác định lưu lượng vận tốc dòng chảy
Hình Cầu Ngơ La địa phận xã Canh Vinh bị dòng nước lũ năm 2009 trôi
Giả sử nước ngập đến mặt cầu, ta có mặt cắt ướt có B = 60m, h = 6,5 (chiều cao từ đáy sông đến mặt dầm 5m; chiều cao dầm mặt cầu 1,5m); độ dốc lịng sơng vị trí cầu qua lấy gần 0,015; ta có kết lưu lượng tương ứng 4423m3/s lưu tốc bình qn dịng chảy: 11,3m/s Giả sử hệ số f tạm tính f = 0,65 chưa kể đến động lượng P2 vật tác dụng lên nhịp cầu Kết tính tốn K = 0,22 << [K], cầu hồn tồn ổn định Đây ví dụ minh họa sơ thể mức độ nguy hiểm cầu bị ngập nước lũ dẫn đến cầu dễ bị ổn định
II.2 Nhận xét đưa số giải pháp nhằm đảm bảo an tồn cơng trình cầu, đường nông thôn Miền trung điều kiện thiên tai bất thường.
- Một số vấn đề qui hoạch nói chung: Sự đồng quy hoạch ngành địa phương, miền trung nước ta nằm số Hiện tượng quy hoạch vụn thấy nhiều ngành, từ quy hoạch xây dựng dân dụng, giao thông, thủy lợi .các ngành qui hoạch chưa có tính kết hợp đồng bộ, vận hành hồ chứa thủy điện chưa hợp lý gây ngập lụt lớn phía hạ du, điều ngun nhân phá hoại cơng trình giao thơng Việc qui hoạch giao thơng cịn nhiều bất cập, chưa lường hết vấn đề thiên tai Khi xây dựng đường nối từ khu vực sang khu vực khác có nhiều trường hợp chặn dịng chảy tự nhiên có mưa,
L h
G
Wd
(6)các cầu cống qua đường không đảm bảo lũ đường bị sạt lở, cầu cống bị phá hỏng Đường Hồ Chí Minh minh họa điển hình, năm gần vào mùa mưa lũ, nước đại ngàn, từ Lào sang ta lớn chảy khơng theo dịng chảy tự nhiên, đo tuyến đường chặn lại, công trình lũ qua đường chưa đảm bảo, nhiều đoạn đường bị ngập, nhiều đoạn bị sạt lở nhiều cơng trình lũ qua đường bị hư hỏng Vì việc qui hoạch giao thơng phải tính tốn phù hợp với ngành khác, đánh giá đầy tác động xây dựng cơng trình giao thơng phải kể đến yếu tố thiên tai bất thường xảy
- Giải pháp chống sạt lở mái taluy âm – dương đường: Các giải pháp thông thường chống sạt trượt mái đường nhiều tài liệu đề cập: xây kè, xây tường chắn [8] Song đâyở phải kể đến yếu tố thiên tai bất thường, cụ thể mưa lớn diện rộng Các tuyến đường miền trung cần phải tính tốn cho vùng, lập đồ đưa dự báo trượt lở tương ứng với cường độ mưa, thời gian mưa Từ tùy vị trí cụ thể để đưa biện pháp cơng trình phù hợp để chống sạt trượt mái đường
- Giải pháp chống lũ trôi cầu: Các tiêu chuẩn dùng thiết kế phải kể đến đến tượng mưa lũ vượt tần suất – thiên tai bất thường Chẳng hạn tiêu chuẩn 22TCN 272-2005 nêu khái niệm Cầu nhỏ, chiều dài cầu: Lc < 25m ; cầu trung, chiều dài cầu: 25m ≤ Lc ≤ 100m ; cầu lớn, chiều dài cầu: Lc > 100m Tần suất để tính lưu lượng thiết kế: Cầu trung cầu lớn: 1% ; cầu nhỏ: % Một điều bất cập tiêu chuẩn cầu giao thông nông thôn miền núi thường cầu nhỏ thiết kế với tần suất 4% Thực tế cho thấy năm gần đây, lũ sông miền núi nhỏ 4% nhiều, độ cầu khơng đảm bảo lũ, ngun nhân làm lũ trơi cơng trình vượt sơng Vì giải pháp
chống lũ trơi cầu thiết kế phải tính tốn kể đến tượng mưa lũ bất thường, đảm bảo cầu khơng bị ngập nước lũ về, có nghĩa độ cầu phải đảm bảo thoát lũ Trường hợp bất khả kháng phải làm cầu dạng cầu tràn, cho phép nước tràn qua vào mùa lũ
- Ngồi ra, để giảm mức độ phá hoại dịng chảy lũ cần bảo vệ rừng rừng đầu nguồn, rừng phịng hộ, thực tốt cơng tác tun truyền, dự báo mưa, lũ, lũ quét, lũ ống cho vùng
III.KẾTLUẬN.
Thiên tai bất thường tượng tự nhiên xảy nhiều nước giới, có Việt nam Miền Trung nơi có nhiều bão, lũ – thiên tai bất thường so với nước chịu nhiều thiệt hại người của, có cơng trình dân dụng, thủy lợi, giao thơng
Qua phân tích tính tốn cụ thể, báo cáo đạt số kết sau:
- Nêu tổng quan dạng hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng cơng trình giao thơng nơng thơn miền trung thiên tai bất thường xảy ra; tính tốn minh họa cơng trình cụ thể, từ lấy làm để phân tích nguyên nhân sạt trượt mái taluy âm – dương đường mưa lớn, thời gian mưa dài; nguyên nhân cầu bị trôi lũ lớn, nước lũ tràn qua cầu; đồng thời đưa số giải pháp phòng chống, như: điều chỉnh qui hoạch, khuyến cáo trượt lở mái đường ứng với cường độ mưa thời gian mưa, đề cập đến vấn đề bổ sung tiêu chuẩn, tính tốn mở rộng độ cầu đảm bảo lũ…
(7)TÀILIỆUTHAMKHẢO
[1] Lê Xuân Khâm (2011) “Ảnh hưởng lũ lũ quét đến số cơng trình giao thơng nơng thơn vùng duyên hải miền trung” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, số 31-2011
[2] TCVN 4054-2005 “Đường ô tô- yêu cầu thiết kế”.Tiêu chuẩn Việt nam, Hà nội, 2005 [3] 22 TCN 272 - 05 “Đường ô tô – yêu cầu thiết kế” Tiêu chuẩn ngành, 2005
[4] Nguyễn Sỹ Ngọc (2006) “Các yếu tố ảnh hưởng tới ổn định bờ dốc Việt Nam”. Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ 5, Hội Cơ học đá Việt Nam, Hà Nội
[5] Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Uyên, Trịnh Minh Thụ ( 1998) “Cơ học đất cho đất khơng
bão hịa tập 1,2”. Nhà xuất giáo dục, Hà Nội
[6] Nguyễn Đức Hậu “Nghiên cứu xác định đặc trưng mưa lớn tỉnh duyên hải miền
trung” Chuyên đề 3.2.2 thuộc đề tài nhánh cấp mã số ĐT ĐL.2009/01, Hà nội 2009
[7] Nguyễn Xuân Trục “Thiết kế đường tơ - Cơng trình vượt sơng” Nhà xuất Giáo dục, 77-80, 1998
[8] Dương Ngọc Hải, Hồ Chất “Phòng chống tượng phá hoại đường miền
núi” Nhà Xuất khoa học Kỹ thuật, Hà nội 2002 Abstract
SCIENCE BASE, TAKE OUT SOME SOLUTIONS TO ENSURES SAFETY STABLES OF RURAL BRIDGES, ROADS IN CONDITIONS OF UNUSUAL NATURAL DISASTER
OF CENTRAL REGION
Vietnam is a country in the tropical low pressure area, there are many natural disasters unusual such as flood, storms, of which central region is influenced by the unusual natural disaster more than in the country Heavy rain for a long time had produced a flood and slided off part of road, damaged the rural bridge, rural road traffic, first and foremost mountainous rural works traffic In this report author analyze effects of unusual rain, flood to stabilize rural bridges and, rural slopes roads, take out some measures to ensure safety in conditions of unusual natural disaster