Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sông

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, dƣới hƣớng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Ngọc Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Các tài liệu tham khảo luận văn có sở khoa học có nguồn gốc hợp pháp Tác giả KS Mai Xuân Chính i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu khoa Sau Đại học, trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam, dƣới hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình thầy cô giáo, bạn lớp tích lũy cho số kiến thức định chun mơn Xây dựng Cơng trình thủy đƣợc giao đề tài luận văn Thạc sỹ “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sơng” Đề tài tơi đƣợc hoàn thành với nội dung nhƣ đề đề cƣơng với nỗ lực cố gắng thân hƣớng dẫn tận tình thầy PGS TS Nguyễn Văn Ngọc Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn nên luận văn tơi cịn số thiếu sót cần đƣợc thầy đóng góp, tham gia ý kiến nhằm tiếp tục hồn thiện luận văn để đóng góp phần cho cơng việc có tƣơng tự, phục vụ cho công xây dựng phát triển đất nƣớc Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, giáo khoa Cơng trình, Viện đào tạo Sau đại học trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam, cảm ơn quan tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt cơng việc Đặc biệt xin gửi lởi cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Nguyễn Văn Ngọc trực tiếp hƣớng dẫn luận văn Tôi xin gừi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp bạn bè tạo điều kiện tốt tơi tơi hồn thành luận văn thạc sỹ Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG .3 1.1 Các nguyên nhân gây xói lở bồi tụ bờ sông 1.2 Tổng quan kết cấu cơng trình bảo vệ bờ sơng: .6 1.3 Tình hình nghiên cứu xói lở bờ sơng: 15 CHƢƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG 32 2.1 Tính tốn ổn định phƣơng pháp cung trƣợt: 32 2.2 Tính tốn khả chịu lực: 35 CHƢƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN THỰC TẾ 46 3.1 Giới thiệu tóm tắt đoạn sơng Luộc đoạn Km45+950-Km46+750: 46 3.3 Tính tốn xác định kết cấu hợp lý .54 3.4 Phân tích lựa chọn phƣơng án: 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI KÈ 1/PL iii DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Hệ số nhóm hệ số cho nƣớc thấm qua mái dốc 38 2.2 Hệ số kSP 38 2.3 Hệ số ki 38 2.4 Hệ số k 39 2.5 Hệ số kf 40 2.6 Trị số lớn áp lực sóng tƣơng đối mái dốc điểm 40 2.7 Hệ số kfr 43 2.8 Hệ số k 44 2.9 Tỷ lệ tối thiểu số đá có đƣờng kính Dh 44 3.1 Các trạm thủy - Hải Văn 48 3.2 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất 49 3.3 Bảng lựa chọn cấp phối đá 56 3.4 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng án 63 4.1 Bảng quan hệ Kmim bán kính R 8/PL 4.2 Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O1 với R1= 13,37m; m = 10 9/PL 4.3 Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O2 với R2= 13,84m; m = 10 10/PL 4.4 Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O3 với R3= 14,22m; m = 10 11/PL Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O1' với R1’ = 12,88m; m = 12/PL 4.5 4.6 10 Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O2' với R2'= 14,76m; m = 10 13/PL iv DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 Tên hình Khối đất gián đoạn dƣới tác động dịng chảy, sóng bị Trang phá vỡ khỏi mái dốc 1.2 Sạt lở dỏ áp lực nƣớc vết nét dòng thấm 1.3 Mất ổn định dạng trƣợt dòng 1.4 Mất ổn định theo mặt trƣợt cong 1.5 Sạt lở sông Hồng gây thiệt hại cho cơng trình ven bờ 1.6 Sạt lở bờ luồng Bạch Đằng - Hải Phòng 1.7 Sạt lở bờ tuyến luồng Nam Triệu - Hải Phòng 1.8 Sạt lở bờ sơng Văn Úc - Hải Phịng 1.9 Bờ sơng Ngàn Mọ - Hà Tĩnh có nguy sạt lở cao 10 1.10 Sạt lở bờ sông Yên - Đà Nẵng 10 1.11 Sạt lở bờ sơng An Hóa - Đồng Tháp 11 1.12 Sạt lở đất sông Mã khiến đất canh tác bị trôi 11 1.13 Kè bảo vệ bờ rọ đá 12 1.14 Đoạn kè cũ từ K40 + 840 đến K 41 - Hữu sông Luộc phân 13 thân bị phá hủy 1.15 Hiện tƣợng sạt lở bờ gần cống An Ninh- Hữu sơng Thái 14 Bình 1.16 Kè thƣợng lƣu cống Ba Đồng –Hữu sông Luộc bị phá 14 hỏng 1.17 Đất bờ sơng Văn Úc bị nƣớc xói trơi với tốc độ lớn 14 1.18 Kết cấu bó rồng 15 1.19 Kết cấu rồng 16 1.20 Kết cấu rọ đá 16 1.21 Một số kết cấu gia cố chân bờ 16 1.22 Gia cố chân bờ rọ đá khối bê tơng 17 v Số hình Tên hình Trang 1.23 Kết cấu gia cố đá hộc lát khan 18 1.24 Gia cố bờ đá xây 18 1.25 Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè 19 1.26 Bảo vệ bờ GeoTube 20 1.27 Bảo vệ bờ cừ Lasen nhựa 21 1.28 Thảm bêtơng liên kết dây nilon chống xói đáy 22 sông Trƣờng Giang – Trung Quốc 1.29 Kè lát mái thảm bêtông 23 1.30 Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lƣới thép 24 1.31 Các rồng đá túi lƣới đơn 25 1.32 Thảm rồng đá túi lƣới 25 1.33 Thảm đá bảo vệ bờ sông 25 1.34 Khối Amorloc 26 1.35 Khối Tri-lock 26 1.36 Kè mỏ hàn hai hàng cọc ống bê tông cốt thép sông 27 Brahmaputra – Jamuna – Băngladet 1.37 Cơng trình bảo vệ bờ sơng Cái Phan Rang (Ninh Thuận) 28 hệ thống cơng trình hồn lƣu 1.38 Kè mỏ hàn rọ đá 28 1.39 Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn sợi đai giữ 29 ổn định phát triển thực vật 1.40 Thả khối vật liệu hộ chân thùng chứa 30 2.1 Xác định vùng tâm trƣợt nguy hiểm mái đập 33 2.2 Sơ đồ tính ổn định trƣợt mái đập, đất theo phƣơng pháp 34 Ghécxêvanốp 2.3 Đồ thị giá trị hệ số hrun 2.4 Biểu đồ áp lực sóng tính tốn lớn mái dốc đƣợc gia 40 cố vi 37 Số hình Tên hình Trang 2.5 Đồ thị để xác định phản áp lực sóng 41 2.6 Đồ thị để xác định thành phần hạt cho phép đá xô bồ đổ 43 tự dùng gia cố mái dốc 3.1 Bờ hữu sông Luộc - phạm vi Km46 47 3.2 Cung trƣợt bờ hữu sơng luộc 47 Vị trí cách Km 46 phía hạ lƣu 400m 3.3 Kết cấu kè phƣơng án - chân kè đá hộc thả rối, thân kè, 51 đỉnh kè đá hộc lát khan 3.4 Kết cấu kè phƣơng án - chân kè đá hộc thả rối kết hợp rọ 52 thép lõi đá, thân kè đá lát khan khung đá xây, đỉnh kè đá hộc xây 3.5 Kết cấu kè phƣơng án - chân kè đá hộc thả rối kết hợp 53 rồng, thân kè đá lát khan khung đá xây, đỉnh kè đá hộc xây 3.6 Mặt cắt kết cấu cơng trình 68 3.7 Mặt kết cấu cơng trình 69 3.8 Các chi tiết cơng trình 71 4.1 Sơ đồ tính tốn ổn định trƣợt cung trịn 7/PL vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm đầu thập kỷ kỷ 21, với biến đổi mạnh mẽ khí hậu tồn cầu dẫn tới xuất nhiều thiên tai, nhiều bão, nhiều lũ lớn khắp lục địa Việt Nam Hiện tƣợng sạt lở bờ sông, bờ biển nƣớc ta diễn với tần suất lớn lơn, chu kỳ nhanh, cƣờng độ mạnh, kéo dài có nhiều điểm dị thƣờng Hiện tƣợng xói lở bồi tụ q trình hoạt động tự nhiên, có đoạn sơng bị xói lở, có đoạn sơng bị bồi tụ Đó hệ mối tƣơng tác dịng chảy lịng sơng mà nguyên nhân gây qua trình vận chuyển bùn cát từ nơi đến nơi khác Tƣơng tác sóng, gió, dịng triều bờ biển mà trực tiếp cân vận chuyển bùn cát dọc bờ ngun nhân gây xói - bồi ổn định bờ sông, bờ biển Tuy hoạt động bình thƣờng tự nhiên song tƣợng xói - bồi bờ sơng, bờ biển phức tạp, chịu chi phối nhiều yếu tố Do ảnh hƣởng xói - bồi, đặc biệt ảnh hƣởng xói sạt lở bờ sơng, bờ biển vô nghiêm trọng Ở nƣớc ta, hình thức kè chủ yếu thƣờng là: kè lát mái bảo vệ bờ, mỏ hàn, chống sóng đê biển loại kết cấu chủ yếu là: kè đá khan, kè đá xây, kè lát khan khung đá xây, kè bê tơng định hình … Tình trạng chung cơng trình đê, kè bảo vệ bờ cịn ổn định xung yếu Nó đƣợc thể chủ yếu với đoạn kè đê sơng xói lở chân, xô sạt mái, lún biến dạng kè, ngun nhân dịng chảy địa chất yếu, quy mơ kết cấu kè cịn hạn chế nên thƣợng hạ lƣu kè thƣờng bị xói lở Một số đoạn kè bị hƣ hỏng nhƣ kè Cát Bà, kè đê bao khu bãi rác Đình Vũ số đoạn kè đê sông nhƣ sông Luộc, sông Thái Bình, sơng Văn Úc… Trong năm vừa qua đoạn sông xây dựng kè bảo vệ bờ Tuy nhiên, số đoạn kè xây dựng lâu, kết cấu kè chƣa đảm bảo, dƣới tác dụng dịng chảy, khí hậu xâm hại ngƣời nhiều đoạn bị hƣ hỏng nặng, khơng có biện pháp xử lý kịp thời thời gian tới với tốc độ xói lở nhƣ tuyến đê, kè có nguy sạt nở sát chân đê làm vỡ đê, ảnh hƣởng đến tính mạng, tài sản cơng trình văn hố khu vực mà cơng trình bảo vệ Vậy việc Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ bờ sơng cần thiết Vì đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ bờ sông” đề tài thiết thực có ý nghĩa thực tiễn cao từ làm sở cho nghiên cứu nhằm mục đích đảm bảo ổn định an tồn cho cơng trình đê, kè bảo vệ bờ sơng nƣớc ta nói chung thành phố Hải Phịng nói riêng Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ bờ sơng nhằm mục đích chọn đƣợc cơng trình bảo vệ bờ sơng có kết cấu hợp lý để đảm bảokinh tế kỹ thuật Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tƣợng nghiên cứu: Cơng trình đê kè bảo vệ bờ sơng Phạm vi nghiên cứu: Các dạng kết cấu cơng trình đê, kè bảo vệ bờ khả thi áp dụng cho công trình đê, kè bảo vệ bị xói lở Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp xây dựng tính tốn thực tiễn, tính tốn tìm giải pháp khả thi tối ƣu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình bảo vệ bờ sơng việc làm vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa thực tiễn Trên sở áp dụng cho đoạn sơng khác mà diễn biến đƣợc đánh giá nhƣ CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG 1.1 Các ngun nhân gây xói lở bồi tụ bờ sông Hiện tƣợng sạt lở bờ sông nƣớc ta nhƣ nƣớc giới vấn đề lớn, nghiêm trọng xúc Sạt lở bờ diễn hầu hết triền sơng nhiều địa phƣơng có sơng Sạt lở bờ sông ảnh hƣởng trực tiếp đến kinh tế xã hội địa phƣơng [7] Ở vùng hạ lƣu hệ thống sơng Hồng, Thái Bình, sơng ngịi miền Trung đồng sơng Cửu Long, dịng sông mang nhiều bùn cát lại chảy bồi tích dễ xói bồi nên q trình xói lở bồi tụ diễn liên tục theo thời gian khơng gian Xói lở bồi tụ khơng diễn vào mùa lũ mà cịn diễn vào mùa nƣớc kiệt Q trình xói lở bồi tụ sông diễn tƣợng tự nhiên tác động ngƣời thƣờng phức tạp Việc tìm đƣợc nguyên nhân gây xói lở bồi tụ để từ có giải pháp quy hoạch biện pháp xử lý để phòng tránh, ngăn ngừa tác hại tƣợng xói lở bồi tụ gây việc làm quan trọng ý nghĩa an tồn cơng trình xây dựng nhƣ bảo vệ tốt cho tính mạng tài sản nhân dân Dƣới số nguyên nhân gây sạt lở bồi tụ: 1.1.1 Nguyên nhân xói lở [6]: - Do địa chất khu vực: Ở khu vực bờ có thành phần trầm tích phù sa cổ đƣợc lớp thảm thực vật phủ dày, điều kiện môi trƣờng ẩm ƣớt cao độ dẻo độ kết dính tốt, cịn nơi thảm thực vật thƣa thớt khơng có thảm thực vật che phủ, bị phơi nắng thiếu nƣớc thƣờng xuyên, chúng nƣớc dần, co rút lại, hậu làm cho chúng bị nứt nẻ, trở nên khô xốp thấm nƣớc trở lại chúng bị bở rời, tơi vụn Khi cần động lực nhỏ (sóng gió), chúng bị nƣớc làm dịch chuyển mang Đây điều kiện thuận lợi để q trình xói lở bờ vùng diễn mạnh mẽ - Do sóng: Sóng gây tƣợng xói lở chủ yếu gió tầu thuyền qua lại sơng, sóng xơ vào bờ tạo áp lực, tạo dòng chảy ven bờ manh gây xói lở, sóng gây xói lở bờ gió thƣờng hay xảy vùng cửa sơng, nơi có ... vệ bờ sông Phạm vi nghiên cứu: Các dạng kết cấu công trình đê, kè bảo vệ bờ khả thi áp dụng cho cơng trình đê, kè bảo vệ bị xói lở Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết... trình kè bảo vệ bờ sơng cần thiết Vì đề tài ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ bờ sông? ?? đề tài thiết thực có ý nghĩa thực tiễn cao từ làm sở cho nghiên cứu nhằm mục... đảm bảo ổn định an tồn cho cơng trình đê, kè bảo vệ bờ sơng nƣớc ta nói chung thành phố Hải Phịng nói riêng Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo