nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trượt và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê

bộ giáo dục và đào tạo bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Trờng đại học thủy lợi hà nội







Nguyễn văn hồng






Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trợt
và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê




luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2011

Bộ giáo dục và đào tạo bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Trờng đại học thủy lợi





Nguyễn văn hồng






Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trợt
và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số : 605 - 840 - 0033




Luận văn thạc sĩ



Ngời hớng dẫn khoa học:
gs.ts. Phạm Ngọc Khánh





Hà Nội năm 2011
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LờI CảM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo đại học và sau đại học,
Khoa Công trình, Th viện, các Thày giáo, Cô giáo của Trờng Đại học Thủy
lợi, Cơ quan, Chi cục Đê điều và phòng chống lụt bão Ninh Bình đã tạo mọi
điều kiện để tác giả đợc học tập, nâng cao trình độ và hoàn thành Luận văn
này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Phạm Ngọc Khánh
đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu thực hiện Luận văn.
Sự thành công của Luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ động viên

của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Trong khuôn khổ Luận văn, do vấn đề nghiên cứu là mới và rộng lớn
đối với tác giả nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận đợc sự chỉ bảo của các Thày giáo, Cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè
và những ngời quan tâm.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Mục lục

Trang
Mở đầu

1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích của đề tài 2
3. Cách tiếp cận và phơng pháp nghiên cứu 2
4. Kết quả dự kiến đạt đợc 2
5. Bố cục của luận văn 2
Chơng 1
Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra ở tràn
1.1. Giới thiệu chung về lu vực sông Hoàng Long 4
1.2. Giới thiệu về dự án và công trình 24
1.3. Tràn Lạc Khoái và sự cố sảy ra trong mùa ma lũ 27
CHƯƠNG 2
Nghiên cứu, lựa chọn phơng pháp tính toán ổn định

2.1. Phơng pháp tính toán ổn định thấm 34
2.2. Phơng pháp tính toán ổn định mái dốc 46

CHƯƠNG 3
ứng dụng tính toán kiểm tra ổn định tràn lạc khoái

và đề xuất biện pháp khắc phục

3.1. Các thông số kỹ thuật tính toán 60
3.2. Tính toán thấm 61
3.3. Tính toán ổn định mái dốc 71
3.4. Những nguyên nhân gây sạt trợt và đề xuất biện pháp khắc phục 82
3.5. Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê 85
CHƯƠNG 4
Kết luận và kiến nghị

4.1. Những kết quả đạt đợc của luận văn 88
4.2. Tồn tại của luận văn 88
4.3. Kiến nghị 89

Tài liệu tham khảo 90
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Mở đầu

1. Tính cấp thiết của Đề tài:
Trong những năm gần đây, việc xây dựng các công trình thủy lợi đã
góp phần rất quan trọng trong việc giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ dân sinh - kinh
tế, cung cấp nớc cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt , xây dựng cơ sở
hạ tầng tạo đà cho các ngành kinh tế phát triển một cách bền vững, góp phần
cải tạo môi trờng sinh thái.
Quá trình nghiên cứu, xây dựng và phát triển, bên cạnh những thành tựu
to lớn đã đạt đợc vẫn có một số tồn tại trong việc khảo sát, thiết kế, thi công,
vận hành sử dụng dẫn đến sự cố h hỏng một phần hoặc toàn bộ công trình.
Đại bộ phận là các công trình ngầm, chịu tải trọng lớn, đặc biệt là tải
trọng của đất và áp lực nớc. Nhiều công trình bị sự cố do xói ngầm và mất

ổn định.
Thực tế cho thấy, nhiều công trình sau khi xây dựng xong, khi đa vào
khai thác đã sảy ra sự cố mất ổn định nh: lún, sụt trợt, sạt lở mái dốc,
Hậu quả do sự cố công trình thờng rất lớn, mức độ thờng nghiêm
trọng, có khi là thảm họa, ảnh hởng kéo dài có khi đến hàng chục năm. Việc
khắc phục sự cố công trình thờng phức tạp và rất tốn kém.
Tràn sự cố Lạc Khoái nằm trên đê hữu sông Hoàng Long thuộc lu vực
sông Hoàng Long. Tràn Lạc Khoái đợc xây dựng tại xã Gia Lạc - Huyện Gia
Viễn - Tỉnh Ninh Bình cách Thành phố Ninh Bình ~ 20km về phía Tây Bắc.
Tràn có thân tràn kết cấu lõi đất, mái tràn phía sông đợc gia cố bản mặt bê
tông cốt thép.
Trong mùa ma lũ tháng 6 năm 2009, ma kéo dài, cờng độ lớn, mực
nớc sông Hoàng Long dâng cao và rút xuống sau vài ngày tràn Lạc Khoái đã
xảy ra sự cố gây sạt trợt mái thợng lu, phá vỡ bản mặt bê tông cốt thép
gây mất ổn định tràn, ảnh hởng nghiêm trọng tới dân sinh, kinh tế - xã hội
vùng phân lũ.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Do đó, cần thiết phải kiểm tra hiện trờng, thu thập tài liệu công trình.
Trên cơ sở đó tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sạt trợt
của tràn và đề xuất biện pháp khắc phục nhằm giảm nhẹ thiên tai cho khu vực
là rất cần thiết và cấp bách .
Vì vậy, đề tài Nghiên cứu nguyên nhân sạt trợt và đề xuất giải pháp
ổn định tràn sự cố qua đê là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn cao.
2. Mục đích của Đề tài:
- Nghiên cứu, tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân sự cố sạt trợt
của tràn Lạc Khoái thuộc dự án: Nâng cấp đê hữu sông Hoàng Long, tỉnh
Ninh Bình. và đề xuất biện pháp khắc phục.

- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
3. Cách tiếp cận và phơng pháp nghiên cứu:
- Trên cơ sở tài liệu của công trình, đánh giá sơ bộ sự cố công trình.
- Nghiên cứu kết cấu, lựa chọn phơng pháp đánh giá ổn định.
- ứng dụng tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sạt
trợt của tràn và đề xuất biện pháp khắc phục.
- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
4. Kết quả dự kiến đạt đợc:
- Tìm ra đợc nguyên nhân gây ra sự cố sạt trợt tràn Lạc Khoái và đề
xuất biện pháp khắc phục.
- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
5. Bố cục của luận văn:
Phần mở đầu
Nêu và khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt đợc
khi thực hiện đề tài, cách tiếp cận và phơng pháp nghiên cứu để đạt đợc
mục tiêu đó.

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chơng 1. Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra
Chơng này giới thiệu về lu vực sông Hoàng Long, dự án và công
trình, đặc điểm làm việc của tràn Lạc Khoái và sự cố sảy ra ở tràn sự cố. Vấn
đề cấp thiết cần nghiên cứu và ứng dụng cho thực tế.
Chơng 2. nghiên cứu, la chọn phơng pháp tính toán ổn định
Chơng này tổng hợp các phơng pháp tính toán ổn định về thấm, ổn
định về trợt mái dốc. So sánh và lựa chọn phơng pháp nghiên cứu, tính toán
cho đề tài.

Chơng 3. áp dụng tính toán kiểm tra ổn định tràn lạc
khoái và đề xuất biện pháp ổn định

Dùng phơng pháp tính toán ổn định đã lựa chọn, tính toán kiểm tra lại
sự cố sạt trợt tràn Lạc Khoái và đề xuất biện pháp khắc phục. Đề xuất giải
pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
Chơng 4. Kiến nghị và kết luận
Nêu nên những kết quả đạt đợc trong quá trình nghiên cứu, tồn tại của
luận văn và kiến nghị.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
3
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chơng 1
Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra
ở tràn lạc khoái


1.1. giới thiệu chung về lu vực sông hoàng long [1]
1.1.1. Đặc điểm chung
Lu vực sông Hoàng Long với diện tích 1.550 km
P
2
P (trong đó diện tích
đá vôi là 295km
P
2
P) là hợp lu của 3 con sông: Sông Bôi, sông Đập và sông
Lạng. Sông Hoàng Long bắt nguồn từ vùng đồi núi của tỉnh Hoà Bình chảy
qua 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn tỉnh Ninh Bình để hợp lu vào sông Đáy
tại Gián Khẩu.

Lu vực sông Hoàng Long dài 125km và rộng 15,5km, độ cao trung
bình lu vực 173m, độ dốc trung bình lu vực 9,6% và mật độ lới sông
0,81km/km
P
2
P. Chiều dài sông kể từ Hng Thi đến Gián Khẩu là 63,2km và
đoạn sông chảy qua khu Bắc Ninh Bình dài khoảng 10km. Đây là con sông
lớn nhất của tỉnh Ninh Bình, có chế độ thuỷ văn rất đa dạng:
+ Mực nớc mùa kiệt phụ thuộc vào nớc dềnh lên từ sông Đáy do ảnh
hởng thuỷ triều và lợng nớc bổ sung vào sông Đáy từ sông Đào Nam Định.
+ Mùa lũ, nớc lũ từ thợng du đổ về đến khu vực nghiên cứu thờng
bị dồn ứ do mực nớc lũ trên sông Đáy. Khi mực nớc lũ trên sông Hoàng
Long dâng cao để bảo vệ hệ thống đê hạ du sông Hoàng Long thì phải phân
lũ vào các khu phân chậm lũ.
Thời kỳ mùa lũ, sông Hoàng Long vừa bị tác động của lũ thợng nguồn
của 3 nhánh: Sông Bôi, sông Đập và sông Lạng dồn về. Mặt khác còn chịu tác
động rất lớn của lũ sông Đáy, lũ sông Hồng phân qua sông đào Nam Định. Tổ
hợp của 3 dạng lũ này khá phức tạp, ít khi xuất hiện đồng bộ 3 dạng lũ lớn nhất.
Nhng thờng gặp ở dạng lũ trung bình và mức nớc cao làm cản trở việc tiêu
thoát lũ của sông Hoàng Long, nhất là 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn.

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
4
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.2. Hệ thống khu phân, chậm và ngập lũ
1.1.2.1. Khu thờng xuyên chịu lũ
Bao gồm 5 xã huyện Nho Quan (Xích Thổ, Gia Sơn, Gia Lâm, Gia
Thuỷ, Phú Sơn và 1 phần xã Lạc Vân) và vùng ngoài đê của các huyện Nho
Quan và huyện Gia Viễn.
1.1.2.2. Khu phân lũ Lạc Khoái

Khu phân lũ sông Hoàng Long qua tràn Lạc Khoái gồm 12 xã trong đó
có 4 xã thuộc huyện Gia Viễn (Gia Lạc, Gia Phong, Gia Sinh và Gia Minh), 8
xã thuộc Huyện Nho Quan (Thợng Hoà, Sơn Thành, Thanh Lạc, Sơn Lai,
Quỳnh Lu, Phú Sơn, Văn Phú và Văn Phơng) với tổng diện tích tự nhiên là
9.530 ha, diện tích đất canh tác 5.169 ha, dân số trong vùng 55.000 ngời,
12.600 hộ.
Nớc lũ vào khu phân lũ sau đó chảy vào sông Bến Đang sau đó chảy
ra sông Đáy ở cửa Vạc. Dung tích trữ của khu ở cao trình +4,0m khoảng 18
triệu m
P
3
P nớc.
1.1.2.3. Khu chậm lũ Gia Tờng- Đức Long
Chậm lũ sông Hoàng Long qua tràn Gia Tờng và tràn Đức Long. Khi
phân lũ ảnh hởng đến 3 xã với 2.609 ha tự nhiên, 1.720ha canh tác, 3.576 hộ
bị ngập sâu.
Sau khi phân, nớc lũ lại quay trở lại sông Hoàng Long qua các cống dới
đê và mực nớc trong khu chậm lũ phụ thuộc vào mực nớc sông Hoàng Long.
1.1.2.4. Khu Đầm Cút
Phân lũ từ sông Hoàng Long (tràn Mai Phơng) sang sông Đáy (Cống
Địch Lộng) qua khu vực Mai Phơng - Đầm Cút - Địch Lộng.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
5
LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt
Chuyªn ngµnh: X©y dùng c«ng tr×nh thñy
6
LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Chuyªn ngµnh: X©y dùng c«ng tr×nh thñy
7

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Bản đồ phơng án phân chậm lũ lu vực sông Hoàng Long


Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
8
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1.1.3. Đặc điểm địa hình, địa chất của lu vực sông Hoàng Long
1.1.3.1. Đặc điểm địa hình:
Lu vực có địa hình đa dạng: Có vùng đồi núi, nửa đồi núi, đồi núi xen
lẫn ruộng trũng, đồng bằng.
Diễn biến lòng sông phức tạp, có hớng dốc tạo hớng thoát nớc
chính ra sông Đáy, sông Càn và Biển.
Mặt cắt ngang sông Hoàng Long từ Bến Đế đến Gián Khẩu:
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
9
LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt
Chuyªn ngµnh: X©y dùng c«ng tr×nh thñy
10
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ Bn
-6
-4
-2
0
2
4
6

8
0
100
200 300
400 500 600 700
800

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
11
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật


Ct ngang sụng Hong Long - v trớ Lc Khoỏi
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
12
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật



Ct ngang sụng Hong Long - v trớ u Lờ
-6

-4
-2
0
2
4
6
8
0 100 200 300 400 500
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
13
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ct ngang sụng Hong Long - v trớ kố Trng Yờn
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 100 200 300 400 500 600
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
14
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật


Ct ngang sụng Hong Long - v trớ u Chanh
-8
-6

-4
-2
0
2
4
6
8
0 100 200 300 400 500
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
15
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật



Ct ngang sụng Hong Long - v trớ trm TV Giỏn Khu
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
16
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật


Ct ngang sụng Hong Long - Thng lu Giỏn Khu

-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 50 100
150 200 250 300
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
17
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật



Ct ngang sụng Hong Long - Cu Giỏn Khu
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 50 100 150 200
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
18

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật


Ct ngang sụng Hong Long - H lu Giỏn Khu
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 50 100 150 200
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
19
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.3.2. Đặc điểm địa chất:
Địa chất vùng nghiên cứu khá phức tạp, chủ yếu là trầm tích có 3 hệ
chính: hệ Triát (T), hệ Neogen (N) và hệ Đệ Tứ (Q).
- Hệ Triat (T) với đá vôi xuất hiện trên diện rộng cả ở khu vực đồng bằng
và hầu hết khu vực bán sơn địa, đồi núi. Trong khu vực đá vôi thờng có
nhiều hang nớc, mỏ nớc, nguồn sinh thuỷ và mất nớc khó xác định. Việc
tính toán thuỷ văn, phơng án và kết cấu công trình là gặp nhiều khó khăn.
- Hệ Neogen Hệ tầng Hang Mon (N
R
1
RP
3
P - NR
2
RP

1
P hm), lộ ra một diện nhỏ
khoảng vài km
P
2
P ở gần ga Đồng Giao. Mặt cắt hệ tầng gồm 2 phần:
+ Phần dới gồm cuội kết, cát kết, dày 100m.
+ Phần trên chủ yếu là bột kết xen cát kết và sét vôi dày 100 - 150m,
chứa 4 vỉa than dạng thấu kính có bề dày 0,1 ữ 2,5m. Than khá rắn chắc, giá
trị công nghiệp hạn chế vì trữ lợng ít.
- Hệ Đệ Tứ, bao gồm các hệ tầng trầm tích, phân bố trên toàn tỉnh Ninh
Bình, việc xây dựng công trình đều cần phải xem xét, xử lý do ổn định kém,
độ mất nớc lớn (do đất pha cát và đất cát).
1.1.4. Tình hình ngập lụt
Ma sinh lũ trên sông Hoàng Long thờng xảy ra vào tháng 9, tháng 10
muộn hơn lũ sông Hồng, hiện tại đã nhỏ đi nhiều do việc xây dựng các hồ
chứa Suối Hai, Đồng Mô - Ngải Sơn và nhiều hồ chứa nhỏ khác.
Lũ sông Hoàng Long dồn về hạ du sông Hoàng Long (Bắc Ninh Bình)
rất nhanh song việc thoát ra lại phụ thuộc vào lũ sông Hồng sang và lũ sông
Đáy về cùng với thuỷ triều, thờng chậm và bị dồn ứ lại duy trì mực nớc cao
dài ngày tạo ra một khu vực ngập rộng lớn nh là hồ chứa điều tiết (Xích Thổ,
Gia Tờng, Gia Thuỷ). Có những năm lũ lớn để bảo vệ cho hạ du buộc phải
phân lũ vào khu hữu Hoàng Long. Theo số liệu thống kê từ năm 1960 đến
nay, thì các trận lũ tháng 9/1985, 8/1996 và 10/2007 đợc xem là các trận lũ
lớn nhất đã xuất hiện trên sông Hoàng Long và đã gây thiệt hại rất lớn cho
Ninh Bình. Có thể nêu diễn biến các trận lũ lớn này nh sau:
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
20
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
* Trận lũ lịch sử tháng 9/1985: Lợng ma đo đợc tại Nho Quan 743

mm; Ninh Bình 503 mm; mực nớc lớn nhất tại Bến Đế là +5,24 m. Mặc dù
đã phải phân, chậm lũ vào khu Gia Tờng - Đức Long, hữu Hoàng Long
nhng đê tả Hoàng Long vẫn bị tràn và vỡ.
* Trận lũ tháng 9/1996: Mực nớc đỉnh lũ tại Bến Đế là +4,81 m. Đã
phải phân lũ vào khu hữu Hoàng Long, khi mức nớc sông Hoàng Long mấp
mé đỉnh phần mềm đã đợc tôn cao của tràn Lạc Khoái tới cao trình +4,7 m.
* Trận lũ tháng 10/2007: Do có ma lớn ở thợng nguồn, gây lũ lớn
trên sông Hoàng Long. Khi mực nớc lũ trên sông Hoàng Long tại Bến Đế
đạt đến +4,40 m, lúc 17 giờ ngày 5/10/2007 đã phải xả lũ qua tràn Gia Tờng,
Đức Long vào khu chậm lũ Gia Tờng - Đức Long. Đến 21 giờ cùng ngày,
mực nớc tại Bến Đế là +4,96 m phải xả lũ qua tràn Lạc Khoái và khu hữu
Hoàng Long. Mực nớc lũ tại Bến Đế tiếp tục lên đến đỉnh là +5,17 m lúc 0
giờ ngày 6/10/2007 và bắt đầu hạ xuống.
Một vài hình ảnh trớc và sau vỡ tràn Lạc Khoái trận lũ tháng 10/2007:

Lực lợng dân quân, bộ đội gia cố thêm bao tải cát trên mặt tràn

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
21