Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và giải pháp xử lý kè Hàm Rồng tỉnh Thanh Hóa

LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS Nguyễn Chiến,
người đã tận tình hướng dẫn và vạch ra những định hướng khoa học, chỉ bảo và
đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi,
Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Tập thể lớp cao học 20C22, Các đồng
nghiệp trong cơ quan, cùng gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi
về mọi mặt cho tác giả trong thời gian hoàn thành luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên
chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được
sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về
mặt kiến thức trong học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà nội, ngày 15 tháng 8 năm 2014.
Tác giả


Nguyễn Thị Thu Trang

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT LỞ
KÈ HÀM RỒNG 3
1.1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông. 3
1.1.1. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam 3
1.1.2. Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông 5
1.1.3. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông 6
1.1.4. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông 12
1.2. Giới thiệu về Kè Hàm Rồng 26
1.2.1. Vị trí, nhiệm vụ, quy mô. 26
1.2.2. Quá trình xây dựng 28
1.3. Hiện trạng sạt lở kè Hàm Rồng 30
1.3.1 Quá trình sạt lở 30
1.3.2. Hiện trạng công trình đoạn từ K39+350 ~ K39+425 31
1.3.3. Những nghiên cứu đã tiến hành 33
1.3.4. Những vấn đề tồn tại. 33

1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn 34
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG 35
2.1. Các điều kiện xây dựng 35
2.1.1. Điều kiện địa hình 35
2.1.2. Điều kiện địa chất 37
2.1.3. Điều kiện khí tượng thuỷ văn 39
2.2. Phân tích các nguyên nhân gây mất ổn định kết cấu kè. 41
2.2.1. Ảnh hưởng của dòng chảy trong sông 41
2.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất 41
2.2.3. Ảnh hưởng của việc gia tải sau khi làm kè 44

2.2.4. Tính toán kiểm tra ổn định của kè thiết kế năm 2009. 45


2.3. Kết luận chương 2 46
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỂ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH KÈ
HÀM RỒNG 47
3.1. Các nguyên tắc chung khi xử lý kết cấu kè Hàm Rồng 47
3.2. Đề xuất giải pháp xử lý. 47
3.2.1. Xử lý nền mái kè đảm bảo ổn định. 47
3.2.2. Xử lý kết cấu kè: 48
3.2.3. Xử lý phần dưới chân kè (ngập nước) 49
3.2.4. Phương án tổng thể xử lý kè Hàm Rồng. 50
3.3. Tính toán kích thước các bộ phận kè 51
3.3.1. Kết cấu thân kè 51
3.3.2. Kết cấu phần dưới chân kè. 59
3.4. Tính toán ổn định tổng thể kết cấu kè: 60
3.4.1. Chỉ tiêu thiết kế. 60
3.4.2. Các tường hợp tính toán 61
3.4.3. Các số liệu tính toán 61
3.4.4. Phương pháp tính toán. 62
3.4.5. Trình tự tính toán. 62
3.4.6. Kết quả tính toán. 72
3.5. Phân tích kết quả. 72
3.5.1. Về kết cấu thân kè 72
3.5.2. Về ổn định tổng thể cùa kè. 73
3.6. Kết luận chương 3. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC 1 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ THIẾT KẾ 2009 78
PHỤ LỤC 2 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ ………………… 97

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1-1. Công trình kè bờ khu vực bến phà Cần Thơ, tuyến chỉnh trị chưa đạt 7
Hình 1-2. Kè kiên cố bị mất ổn định theo phương ngang 8
Hình 1-3. Kè bảo vệ bờ sông tại Huyện ủy huyện Mỏ Cày, sau hai năm hoàn thành,
phần đất đắp trên kè bị lún, sụt do nước xói ngầm lấy đi 9

Hình 1-4. Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy 10
Hình 1-5. Mất ổn định tổng thể ở kè Sa Đéc cũ – Đồng Tháp (1996) 11
Hình 1-6. Mất ổn định tổng thể kè Phong Điền – TP. Cần Thơ (2007) 11
Hình 1-7. Kè khu vực cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP.HCM bị mất ổn
định do thi công trên bờ trước khi thi công phần chân kè (2007) 12

Hình 1-8. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng do xói chân công trình kè Long
Xuyên – An Giang (2005) 12

Hình 1-9. Trải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè 13
Hình 1-10 .Một số loại thảm BT túi khuôn 14
Hình 1-11. Kết cấu thảm FS 14
Hình 1-12. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn 15
Hình 1-13. Kè bằng GeoTube 15
Hình 1-14. Một loại túi địa kỹ thuật 15
Hình 1-15. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa 15
Hình 1-16. Thảm tấm bê tông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường
Giang – Trung Quốc 16

Hình 1-17. Kè lát mái bằng thảm tấm bê tông 17
Hình 1-18. Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép 17
Hình 1-19.Các rồng đá túi lưới đơn 18
Hình 1-20 . Thảm rồng đá túi lưới 18
Hình 1-21. Thảm đá bảo vệ bờ sông 18
Hình 1-22. Khối Amorloc 19


Hình 1-23. Cấu tạo khối Hydroblock 19
Hình 1-24. Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông 20
Hình 1-25. Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và thực vật 21
Hình 1-26. Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và
phát triển thực vật 22

Hình 1-27. Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeowebTM 23
Hình 1-28. Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa 25
Hình 1-29. Vị trí tỉnh Thanh Hóa trên bản đồ Việt Nam 26
Hình 1-30. Mặt bằng khu vực Hàm Rồng 27
Hình 1-31. Đoạn lòng sông bị thu hẹp nhiều do 2 bờ đều có núi đá, đáy sông bị xói
rất sâu có chỗ gần đến (-32.00) 30

Hình 1-32. Đoạn K39+350÷K39+425 dài 75m sau trận lũ tháng 9/2012 xuất hiện
các vết rạn 31

Hình 1-33. Vết nứt phát triển rộng tới (15÷20)cm và bị sụt lún đứt gãy cả phần
mặt bãi, tường chắn đất và cơ kè 32

Hình 1-34. Tháng 12/2012 chân kè tụt sâu khoảng 0,8m 32
Hình 1-35. Đến tháng 12/2013 có chỗ tụt sâu tới 2,50m so với thời điểm công trình

vừa thi công xong 32

Hình 2-1. Mặt cắt địa chất ngang kè tại K39+610 (Năm 2009) 42
Hình 2-2. Mặt cắt địa chất công trình cách chân cầu Hàm Rồng 27m (tháng 7/2013)
43

Hình 2-3. Hiện trạng trước khi xây dựng công trình 44
Hình 2-4. Mặt cắt điển hình đoạn từ K39+350 – K39+460 (Thiết kế năm 2009) 45
Hình 3-1. Phương án xử lý giảm tải bạt mái, tạo cơ kè Hàm Rồng 48
Hình 3-2. Phương án tổng thể xử lý kè Hàm Rồng đoạn từ K39+350 – K39+425 50
Hình 3-3. Chi tiết cấu kiện bê tông đúc sẵn (40x40x22)cm 57
Hình 3-4. Trích mặt bằng lắp đặt cấu kiện bê tông đúc sẵn (40x40x22)cm 57
Hình 3-5. Trích mặt bằng tổng thể 1 đoạn kè từ K39+350 - K39+425 57
Hình 3-6. Bãi đúc cấu kiện BTĐS 58


Hình 3-7. Nhập số liệu trường hợp 1 63
Hình 3-8. Kết quả bài toán thấm trường hợp 1 63
Hình 3-9. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 1 64
Hình 3-10. Nhập số liệu trường hợp 2 64
Hình 3-11. Mô hình vật liệu và các thông số vật liệu của đá và bê tông 65
Hình 3-12. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 2 65
Hình 3-13. Khai báo thời gian rút nước cho từng loại đất đắp 66
Hình 3-14. Khai báo vật liệu đất nền 67
Hình 3-15 .Gán hàm chứa nước vào hàm thấm 67
Hình 3-16. Kết quả bài toán thấm trường hợp tích nước 68
Hình 3-17. Khai báo chế độ tính toán file nước rút 68
Hình 3-18. Khai báo các thông số 69
Hình 3-19. Khai báo cột nước thay đổi theo thời gian 70
Hình 3-20 .Phía sông nước rút từ (+5.4) xuống (-0.7) 70

Hình 3-21. Chạy kết quả trường hợp mực nước rút nhanh 71
Hình 3-22. Kết quả bài toán thấm trường hợp mực nước rút nhanh 71
Hình 3-23. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 3 72
Hình P-1. Nhập số liệu 78
Hình P-2. Xác định các loại vật liệu 79
Hình P-3. Mô hình vật liệu 80
Hình P-4. Chia phần tử 80
Hình P-5. Điều kiện cột nước H 81
Hình P-6. Lưu lượng tổng Q 81
Hình P-7. Kết quả bài toán thấm 82
Hình P-8. Tạo miền nước 82
Hình P-9. Vẽ miền nước 83
Hình P-10. Nhập lại đường thấm bên file thấm 83
Hình P-11. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C 84
Hình P-12. Kết quả tính toán ổn định kè thiết kế 2009 - Địa chất 2009 84


Hình P-13. Nhập số liệu 85
Hình P-14. Xác định các loại vật liệu 86
Hình P-15. Mô hình vật liệu 87
Hình P-16. Chia phần tử 87
Hình P-17. Điều kiện cột nước H 88
Hình P-18. Lưu lượng tổng Q 89
Hình P-19. Kết quả bài toán thấm 89
Hình P-20. Tạo miền nước 90
Hình P-21. Vẽ miền nước 90
Hình P-22. Nhập lại đường thấm bên file thấm 91
Hình P-23. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C 91
Hình P-24. Kết quả tính toán ổn định kè thiết kế 2009 - Địa chất 2013 92
Hình P-25. Nhập số liệu trường hợp 1 93

Hình P-26. Thiết lập đơn vị tính toán trường hợp 1 94
Hình P-27. Xác định các loại vật liệu 95
Hình P-28. Mô hình vật liệu 96
Hình P-29. Chia phần tử 96
Hình P-30. Điều kiện cột nước H 97
Hình P-31. Lưu lượng tổng Q 97
Hình P-32. Kết quả bài toán thấm trường hợp 1 98
Hình P-33. Tạo miền nước 98
Hình P-34. Vẽ miền nước 99
Hình P-35. Nhập lại đường thấm bên file thấm 99
Hình P-36. Nhập các đặc trưng địa chất γ, ϕ, C 100
Hình P-37. Kết quả tính toán ổn định trường hợp 1 100





1
MỞ ĐẦU

1. Ý nghĩa khoa học và sự cần thiết phải nghiên cứu của Đề tài
Cùng với lũ lụt, bão lốc, sạt lở bờ sông đang là vấn đề lớn bức xúc của nhiều nước
trên thế giới. Sạt lở bờ sông là một qui luật tự nhiên nhưng gây thiệt hại nặng nề cho
các hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông như gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng
nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn bộ một khu dân cư, đô thị.
Cũng như nhiều nước trên thế giới, sạt lở bờ sông cũng đang là vấn đề lớn bức
xúc hiện nay ở nước ta. Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các triền sông và ở hầu hết các
địa phương có sông. Sạt lở bờ sông ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế và xã hội của
địa phương.
Quá trình xói, bồi, biến hình lòng dẫn, sạt lở bờ mái sông, bờ biển trong các

điều kiện tự nhiên và có tác động của con người vô cùng phức tạp. Việc xác định
các nguyên nhân, cơ chế, tìm các giải pháp quy hoạch, công trình nhằm phòng,
chống và hạn chế tác hại của quá trình sạt lở là việc làm có ý nghĩa rất lớn đối với
sự an toàn của các khu dân cư, đô thị, đối với công tác quy hoạch, thiết kế và xây
dựng các đô thị mới.
Hiện nay kè đê hữu sông Mã đoạn chân cầu Hàm Rồng cũ bị sụt lún rất
nghiêm trọng, đá thả chân kè và cơ kè bị cuốn trôi, mái kè bị đứt gãy, hành lang kè
bị sụt sạt nghiêm trọng. Vị trí kè Hàm Rồng nằm ở ngay trung tâm Thành phố
Thanh Hóa, việc sụt lún này không chỉ ảnh hưởng đến ổn định kè, đe dọa tính mạng
của nhân dân mà còn ảnh hưởng rất lớn đến mỹ quan Thành phố Thanh Hóa, vì vậy
đoạn kè này đang được rất nhiều cơ quan chức năng quan tâm nhưng chưa tìm được
giải pháp xử lý nào cho kè Hàm Rồng. Vì vậy việc Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở
và giải pháp xử lý Kè Hàm Rồng - tỉnh Thanh Hoá là vấn đề vô cùng cấp thiết với
tỉnh Thanh Hoá hiện nay.
2. Mục đích của Đề tài:
- Đánh giá được các tồn tại trong xây dựng kè Hàm Rồng – tỉnh Thanh Hóa
- Đề xuất dạng công trình bảo vệ bờ phù hợp cho kè Hàm Rồng – tỉnh Thanh Hóa


2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu thời gian gần đây về xử lý mái kè
và chân kè những đoạn đê xung yếu, dòng chảy phức tạp.
- Phân tích đánh giá nguyên nhân gây sạt lở kè Hàm Rồng.
- Đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ phù hợp
- Lựa chọn giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Mã đoạn đầu kè Hàm Rồng tỉnh
Thanh hóa
4. Kết quả đạt được
- Đưa ra các nguyên nhân gây sạt lở của đoạn kè.
- Đưa ra các giải pháp xử lý giảm thiểu sạt lở, đảm bảo an toàn cho kè Hàm Rồng.

- Tính toán xác định loại thảm đá sử dụng bọc chân kè giảm thiểu tình trạng đá bị
cuốn trôi ở chân kè, ảnh hưởng đến mái và cơ kè. Tính toán lựa chọn loại cấu kiện
bê tông đảm bảo kỹ thuật và mỹ thuật.














3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT
LỞ KÈ HÀM RỒNG

1.1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông.
Công trình bảo vệ bờ sông là dạng công trình áp dụng tại những nơi cần chống
sạt lở, không làm ảnh hưởng đến lòng dẫn. Công trình này làm tăng khả năng chống
xói lở của lòng dẫn, không phá hoại kết cấu dòng chảy. Loại này chịu tác động chủ
yếu là từ các dòng chảy trong sông, đặc biệt là về mùa lũ.
Công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng để bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến
dạng do dòng chảy mặt và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát đi theo những
hướng xác định theo mục đích chỉnh trị sông.
Công trình bảo vệ bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh

trị, nhằm bảo vệ các điều kiện làm việc có lợi của một con sông, bảo vệ bờ chống
xói lở, bảo vệ dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông.
1.1.1. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam
1.1.1.1. Các loại công trình dân gian, thô sơ
Có thể phân chia các loại công trình thô sơ làm 3 dạng:
* Trồng cây chống sóng, chống xói, gây bồi bảo vệ bờ
Loại cây trồng để bảo vệ bờ gồm có bèo tây (lục bình), dừa nước, mắm (trắng),
bần, nga. Riêng ở tỉnh An Giang trên một số kênh hay đê bao chống lũ được bảo vệ
mái bằng cỏ Vetiver.
* Bảo vệ bờ bằng phên liếp, cọc cừ gỗ
Các loại vật liệu để bảo vệ bờ gồm phên tre, phên cừ tràm, cừ tràm hoặc cọc
tre, gỗ đóng ken sát nhau. Đôi khi ở phía trong bờ còn có lục bình hoặc trồng cây
cỏ.
* Bảo vệ bờ bằng bao tải cát, xà bần đá đổ kết hợp cọc cừ gỗ
Các loại vật liệu bảo vệ bờ gồm bao tải cát, xà bần (gạch vỡ), đá đổ, bao đất
đắp trên mái bờ tạm thời bảo vệ bờ.
1.1.1.2. Các loại công trình bán kiên cố
Công trình bán kiên cố có hai dạng chủ yếu. Một là dạng sử dụng vật liệu đá


4
xây, thảm đá, rọ đá. Hai là dạng sử dụng cọc, cừ bê tông cốt thép (BTCT) kết hợp
gạch xây, cừ tràm.
* Dạng sử dụng vật liệu là đá xây, thảm đá, rọ đá
Đá là một loại vật liệu chống xói, bảo vệ bờ khá hiệu quả, nhờ có tính chống xói
cao (do đường kính hạt lớn), dễ biến dạng trên mặt nền công trình. Tuy vậy, trong môi
trường đất nền yếu đá dễ bị chìm vào trong lớp bùn sét nếu không có lớp lọc ngược,
hoặc lớp lọc bị hư hỏng. Để khắc phục tình trạng chìm của đá hộc trên nền mềm yếu, ở
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thường dùng đá xây, rọ đá (gabion) hoặc thảm đá
(loại gabion có chiều dày nhỏ - khoảng 30 cm). Đá xây liên kết các viên đá lại thành

mảng, nhưng khó biến dạng, thường được dùng ở những khu vực nền ít lún, vững chắc.
Rọ đá hay thảm đá liên kết nhiều viên đá hộc lại với nhau bằng lưới thép (ở ĐBSCL
thường dùng lưới thép bọc PVC để tránh ăn mòn trong môi trường phèn, mặn). Thông
thường, cả đá hộc, rọ đá hay thảm đá đều được đặt trên tầng lọc ngược để tránh đất cát
bị trôi ra ngoài do tác động của dòng thấm. Mái kè được xây dựng cả theo dạng tường
đứng, hơi nghiêng hoặc lát trên mái nghiêng.
* Dạng sử dụng cọc, cừ BTCT (kết hợp gạch xây, cừ tràm, cọc tre)
Những dạng công trình này, thông thường lấy hệ cọc BTCT là kết cấu chịu lực
chính. Hệ cọc bê tông thường được liên kết với nhau bằng đà giằng ở đỉnh cọc (dầm
mũ). Có một số công trình, các cọc được đóng thành hai hàng, hàng ngoài nối với
hàng trong bằng đà giằng. Khi đó hệ cọc liên kết với nhau theo dạng khung. Bản
chắn đất giữa các cọc BTCT, có khu vực dùng bản (cừ) BTCT, có nơi dùng gạch
xây và có khi dùng cả cọc tre, tràm đóng ken sát nhau để chắn đất.
1.1.1.3. Các loại công trình kiên cố
* Kè rọ đá, đá xây kết hợp bê tông
Vật liệu liệu chính là đá hộc, được liên kết với nhau để chịu lực (xây vữa) hoặc
để chống chìm trong đất yếu bằng cách xếp trong rọ đá hay thảm đá. Vật liệu chế tạo rọ
và thảm thường là loại lưới thép bọc PVC, phù hợp với môi trường phèn, mặn.
* Kè bê tông cốt thép mái nghiêng hoặc nửa đứng nửa nghiêng


5
Kết cấu chính của kè dạng này là tường bê tông cốt thép có dạng nửa đứng
nửa nghiêng. Kết cấu phần đứng đảm bảo tiết kiệm quỹ đất do công trình xây dựng
hầu hết ở các khu đô thị hay khu tập trung dân cư, nơi đất đai được coi là “tấc đất
tấc vàng”. Ngoài ra, phần tường đứng thuận lợi cho việc neo đậu thuyền bè ở “mặt
tiền sông”, phù hợp với tập quán khai thác thế mạnh của sông nước. Mái kè còn lại
là mái nghiêng bảo đảm sát với mái bờ sông tự nhiên, giảm khối lượng đào đắp và
giảm được tác động của lực ngang. Phần chân của mái nghiêng ra phía lòng sông
thường được bảo vệ bằng thảm đá, rọ đá, hoặc thảm bê tông để chống xói, bảo đảm

cho chân kè ổn định.
* Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo
Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo được xây dựng ở những khu vực
khó di dời, giải tỏa, không còn quỹ đất. Kết cấu của kè là loại cừ bản bê tông cốt
thép hoặc cừ BTCT dự ứng lực, loại vật liệu chịu được lực ngang lớn.
* Kè bê tông cốt thép, cừ thép tường đứng có neo
Kè bê tông cốt thép hoặc kè bằng thép có neo được xây dựng ở những khu
vực có mặt bằng rộng rãi, có thể giải tỏa để bố trí hệ thanh neo, dây neo. Kết cấu kè
hợp lý hơn do lực ngang được giữ bởi neo trong bờ, giảm được chuyển vị ngang ở
đỉnh kè.
* Kè kết hợp tác động vào lòng dẫn và dòng chảy
Kè kết hợp nhiều biện pháp chỉnh trị thực chất là kè tác động không chỉ vào
lòng dẫn (biện pháp bị động) mà còn tác động vào cả dòng chảy (biện pháp chủ
động) làm giảm vận tốc dòng chảy để bảo vệ bờ.
1.1.2. Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông
- Kè chịu áp lực đất nằm ngang, áp lực nước ngầm trong đất, chân kè bị xói lở
dẫn đến kè mất ổn định theo phương ngang.
- Chịu áp lực theo phương đứng. Phần bảo vệ chân kè chưa đủ sâu dưới tác
động của dòng chảy trong sông rạch, khi đó, chân kè bị xói rỗng, mái bờ kè bị lún,
sụt kéo theo đất, cát theo phương đứng ra ngoài làm sụp mái kè, mất ổn định do xói
chân kè, nhưng phương ngang của kè vẫn ổn định.


6
- Kè mất ổn định do kết cấu. Do nền đất yếu, các khung bê tông cốt thép bị
chuyển vị lớn, bị nứt sau đó cốt thép bị phá hoại và bị ăn mòn. Hoặc do lớp bảo vệ
cốt thép nhỏ, kết cấu bị hư hại ngay trong quá trình lắp đặt, vận chuyển hoặc sẽ mau
chóng bị xâm thực.
- Kè chịu đồng thời nhiều áp lực. Không được tính toán khả năng xói chân kè
dưới tác dụng của dòng chảy, sau một thời gian nhất định, chân kè bị xói và kè bị

mất ổn định do tác động của lực ngang và lực đứng hoặc tải trọng trên bờ quá lớn
so với khả năng chịu lực của kè. Quá trình thi công không đúng trình tự, làm kè
không chịu được tải trọng trong quá trình thi công, do công trình thi công phần trên
mái kè trước, trong khi chân kè chưa được bảo vệ, làm cho tường kè mất ổn định.
1.1.3. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông
1.1.3.1. Chưa có quy hoạch tổng thể
Hầu hết các công trình đã thi công chưa có quy hoạch chỉnh trị tổng thể của
sông cũng như đoạn sông nơi có công trình, chưa lường trước những diễn biến
phức tạp do công trình gây ra đối với bản thân nó cũng như các khu vực lân cận. Ví
dụ về hậu quả của vấn đề này trình bày trên Hình 1.1 - Hệ tường cừ thép có neo
bảo vệ bờ sông tại phà Cần Thơ - Bình Minh, Vĩnh Long, sông Hậu, xây dựng chưa
theo tuyến chỉnh trị, làm dòng chảy phân bố không đều, dễ gây xói cục bộ ở chân
điểm nhô ra của kè.


7

Hình 1-1. Công trình kè bờ khu vực bến phà Cần Thơ, tuyến chỉnh trị chưa đạt
Ngay cả các công trình kè khác đã xây dựng trên các dòng sông chính đã thiết
kế và xây dựng, nhưng quy hoạch chỉnh trị tổng thể của các đoạn sông thì hoặc
chưa có hoặc chưa được phê duyệt để bảo đảm quản lý, kiểm soát các công trình có
liên quan sẽ xây dựng.
Cũng liên quan đến tuyến chỉnh trị là việc xác định phạm vi công trình. Chiều
dài công trình thường chưa được xác định một cách thỏa đáng. Một nguyên nhân cơ
bản là do kinh phí có hạn, cho nên chiều dài công trình chưa đủ đến vị trí sông ổn
định. Xác định chiều dài của công trình rất khó tính toán trên lý thuyết, nhất là đối
với hệ thống sông chịu tác động của dòng chảy hai chiều (thủy triều).
1.1.3.2. Mất ổn định cục bộ do xói chân kè
a. Mất ổn định cục bộ theo phương ngang
Do xói chân kè làm lực ngang tăng lên vượt quá giới hạn cho phép của tường

cừ. Lực ngang gây ra bởi hai nguyên nhân: một là áp lực đất chủ động, hai là áp lực
nước thấm. Áp lực đất chủ động tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu từ đỉnh
đến chân kè. Nếu gọi áp suất chủ động là p và áp lực chủ động là P ta nhận được
các công thức sau từ cơ học đất:


8
)
2
45(tan
2
ϕ
γ
−=
o
hp

)
2
45
(tan
.
2
1
2
2
ϕ
γ
−
=

o
hP

Trong đó:
+
γ
là trọng lượng riêng của đất;
+ h là cột đất tính từ mặt đất đến điểm tính áp lực chủ động
+
ϕ
là góc ma sát trong của đất.
Trong trường hợp không có tầng lọc hoặc tầng lọc không bảo đảm thoát nước
thấm, áp lực nước trong đất cũng gia tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu tính từ
mực nước ngầm trong đất đến mực nước ngoài sông. Khi chân kè bị xói, lực ngang
tăng vượt quá giới hạn chịu lực ngang của tường kè, làm kè bị xô ngang, hoặc nếu kè
có thanh neo, thì thanh neo không đủ sức giữ kè và kè bị đổ nghiêng ra sông.

Cừ thép bị đổ do xói chân kè công trình
kè cũ tại Sa Đéc - Đồng Tháp (1998)
Tường kè đình Tân Hoa bị đổ, Mỹ Thuận
- Tỉnh Vĩnh Long (2005)
Hình 1-2. Kè kiên cố bị mất ổn định theo phương ngang
b. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng
Trường hợp này cũng giống như ở công trình bán kiên cố, do chưa dự phòng
xói (bảo vệ chân kè chưa đủ sâu dưới tác động của dòng chảy trong sông), khi đó
chân kè bị xói rỗng, mái bờ kè bị lún, sụt kéo theo đất, cát theo phương đứng ra
ngoài làm xụp mái kè. Trường hợp này cũng bị mất ổn định do xói chân kè, nhưng


9

phương ngang của kè vẫn ổn định. Hình 1.3 thể hiện công trình kè tại Ủy Ban và
Huyện Ủy huyện Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre bị hư hỏng do nguyên nhân mất ổn định cục
bộ theo phương đứng.

Hình 1-3. Kè bảo vệ bờ sông tại Huyện ủy huyện Mỏ Cày, sau hai năm hoàn thành,
phần đất đắp trên kè bị lún, sụt do nước xói ngầm lấy đi
c. Mất ổn định cục bộ của kết cấu
- Một số kết cấu có dạng khung bằng bê tông cốt thép, mặc dù khả năng chịu
lực vẫn đủ, cường độ của bê tông sau khi kiểm tra vẫn bảo đảm, nhưng do biến
dạng và biến dạng không đều (nền đất yếu), các nút khung bị chuyển vị lớn, bị nứt,
sau đó, cốt thép bị ăn mòn và kết cấu bị phá hoại. Trường hợp điển hình là nút
khung của kết cấu kè bị phá hủy tại công trình kè Vĩnh Long cũ (Hình 1.4).
- Một số tấm bản bê tông cốt thép lát mái có lớp bảo vệ cốt thép quá nhỏ, kết
cấu bị hư hại ngay trong quá trình lắp đặt, vận chuyển hoặc sẽ mau chóng bị xâm
thực bởi môi trường phèn, mặn, là môi trường thường xuyên gặp phải ở ĐBSCL:
Trường hợp điển hình là tấm lát mái kè bị phá hoại tại công trình kè bến cảng Năm
Căn – sông Cửa Lớn– Cà Mau (Hình 1.4).


10

Khung BTCT - kè Vĩnh Long cũ –
Sông Tiền (1994)

Tấm bê tông lát mái kè cảng Năm Căn -
Cà Mau- sông Cửa Lớn (2002)
Hình 1-4. Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy
d. Mất ổn định tổng thể
Trường hợp mất ổn định tổng thể xảy ra do một hoặc kết hợp của các nguyên
nhân sau:

+ Không được tính toán khả năng xói chân kè dưới tác dụng của dòng chảy,
sau một thời gian nhất định, chân kè bị xói và kè bị mất ổn định do tác động của lực
ngang và lực đứng như trường hợp của kè Sa Đéc cũ (Hình 1.5).
+ Tải trọng trên bờ quá lớn so với khả năng chịu lực của kè, như trường hợp ở
kè Phong Điền, TP Cần Thơ ( Hình 1.6).
+ Thi công không đúng trình tự, làm kè không chịu được tải trọng trong quá
trình thi công. Đó là trường hợp ở kè cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP Hồ
Chí Minh. Do công trình thi công phần trên mái kè trước, trong khi chân kè chưa
được bảo vệ, làm cho tường kè mất ổn định (Hình 1.7)


11

Hình 1-5. Mất ổn định tổng thể ở kè Sa Đéc cũ – Đồng Tháp (1996)



Hình 1-6. Mất ổn định tổng thể kè Phong Điền – TP. Cần Thơ (2007)



12


Hình 1-7. Kè khu vực cầu Bà Sáu, Rạch Tôm, huyện Nhà Bè, TP.HCM bị mất ổn
định do thi công trên bờ trước khi thi công phần chân kè (2007)



Hình 1-8. Mất ổn định cục bộ theo phương đứng do xói chân công trình kè Long

Xuyên – An Giang (2005)
1.1.4. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông
1.1.4.1. Ứng dụng vật liệu mới
a. Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao
Trong những năm gần đây, theo sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa chất,
các loại vải, dây được sản xuất bằng sợi tổng hợp Polymer được sử dụng rộng rãi trong
công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển như các loại vải địa kỹ thuật làm tầng lọc, cốt cho đất
đắp, các thảm, ống, túi vải độn vật liệu chống xói đáy, bảo vệ chân và mái bờ sông
a
1
. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm


13

Hình 1-9. Trải vải địa kỹ thuật làm tầng lọc mái kè
Vải địa kĩ thuật được chọn để thay thế tầng lọc ngược truyền thống, có thể xúc
tiến nhanh tiến độ thi công, tiết kiệm đầu tư, đồng thời do khả năng lọc của vải địa kỹ
thuật được sản xuất công nghiệp hóa vì vậy càng đảm bảo chất lượng lọc của công
trình (Hình 1.9)
a
2
. Sử dụng vải địa kỹ thụât để gia cường nền đất thân kè gia cố, thân mỏ hàn đất
Khi các công trình kè gia cố mái, mỏ hàn bằng đất đắp có chiều cao đất đắp
lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, vải địa kĩ
thuật có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang
nhằm gia tăng ổn định của mái dốc. Trong trường hợp này vải địa có chức năng gia
cường
a
3

. Các loại thảm bảo vệ mái và chống xói đáy
Để tăng cường tính ổn định và mềm dẻo của khối bảo vệ mái, từ lâu đã có nhiều
nghiên cứu chế tạo các loại thảm được chế tạo từ vải địa kỹ thụât, vải bằng sợi tổng
hợp có cường độ cao, sợi nilon để chứa bêtông hoặc chứa đất, cát làm thảm bảo vệ
mái bờ sông và chống xói đáy chân bờ sông như là thảm phủ bằng vải địa kỹ
thụât, thảm bêtông túi khuôn, thảm túi cát, ống, túi địa kỹ thuật (Hình 1.10).


14


Hình1-10 .Một số loại thảm BT túi khuôn
Hình 1-11. Kết cấu thảm FS
Một dạng khác của thảm bê tông túi khuôn là thảm bê tông FS cũng là dạng
thảm bêtông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao. Thảm được trải
lên mái công trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên
thảm, thảm có chiều dày 10cm¸ 25cm. Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm
thảm hoàn toàn cứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái công
trình. Tương tự với loại trên nhưng tiết kiệm hơn là loại túi cát ni lông hoặc sợi tổng
hợp có độ bền cao chứa cát. Hiện nay ở Mỹ, Trung Quốc, Nhật đã sử dụng (Hình
1.11).
Ở Việt Nam, Tiến sỹ Trịnh Công Vấn – TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu ứng
dụng loại kết cấu này vào một đoạn bờ sông Sài Gòn – chân cầu Bình Phước và cho
kết quả khá tốt.
- Các ống địa kỹ thuật (Geo-Tube hoặc Geocontainer)
Các loại ống địa kỹ thụât (GeoTube) được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ
cao để chứa đất, cát tạo thành những cấu kiện được xếp chồng lên nhau.dùng để gia
cố chân, mái bờ, lòng sông hoặc làm kè mỏ hàn. Phía ngoài các GeoTube có thể
được phủ bằng các vật liệu như đất, cát, đá hộc để tăng cường ổn định và bảo vệ
ống (Hình 1.13).

- Các túi địa kỹ thuật ( Bagwork)
Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để
chứa đất, cát hoặc bêtông tạo thành những cấu kiện dùng để gia cố chân, mái bờ,
lòng sông. Các túi có kích thước nhỏ được chế tạo như chiếc gối thường được ghép
nối với nhau bằng các khớp nối nhựa . Loại túi có kích thước lớn, độc lập thường
được xếp chồng lên nhau (Hình 1.14)


15

Hình 1-12. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn


Hình 1-13. Kè bằng GeoTube
Hình 1-14. Một loại túi địa kỹ thuật
b. Ứng dụng nhựa uPVC chế tạo tấm cừ nhựa
uPVC là một Polyvinyl Chlorua chưa được nhựa hoá là loại vật liệu khá mới có
độ bền cao, chịu được va đập mạnh, không bị oxy hóa, không bị co ngót, không bị
biến dạng theo thời gian và đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghịêp,
xây dựng. Một sản phẩm của loại vật liệu này là tấm cừ nhựa được bắt nguồn từ Mỹ
và ứng dụng trong xây dựng trong đó có công trình bảo vệ bờ sông (Hình 1.15)

Hình1- 15. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa


16
c. Công nghệ bê tông Miclayo sử dụng phụ gia CSSB
Đây là sản phẩm TS Nguyễn Hồng Bỉnh, phó chủ tịch Hội Khoa học kỹ thuật
xây dựng TP.HCM. Bêtông Miclayo được chế tạo từ đá đủ loại (đá bụi, đá mi, sành
sứ và gạch vỡ ), đất cát đủ loại (thô hoặc mịn), nước đủ loại (nước phèn, nước lợ

và thậm chí cả nước biển) kết hợp chất phụ gia CSSB. Chất phụ gia này có khả
năng “trục xuất” các thành phần sét và muối trong đất ra bề mặt nhờ cơ chế điện lý
hoá, tạo hiệu quả làm tăng tính kết dính các nguyên vật liệu thành một khối trơ chịu
lực tốt và không trương nở. Sản phẩm mới được thử nghiệm ở khu sinh thái biển
Hòn Ngọc Phương Nam - Cần Giờ - TP Hồ Chí Minh.
1.1.4.2. Cải tiến cấu kiện và kết cấu công trình
Để nâng cao hiệu quả các loại hình công trình cơ bản, nhiều nghiên cứu đã tập
trung cải tiến các cấu kiện, kết cấu tổng thể công trình theo hướng linh hoạt, bền
vững, thụân tiện cho thi công. Cụ thể:
a. Cải tiến thảm thanh và tấm bê tông đơn giản liên kết bằng thanh thép bằng
thẩm khối bê tông phức hình hoặc liên kết dây mềm.

Hình 1-16. Thảm tấm bê tông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở sông Trường
Giang – Trung Quốc
Thảm bê tông bằng các khối bê tông phức hình là loại thảm sử dụng các khối bê
tông liên kết chúng lại với nhau bằng móc nối, dây nilon Kết cấu loại này đã được
ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản để chống
xói đáy và bảo vệ mái bờ (Hình 1.16).
Ở Việt Nam, gần đây công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đã cho
ra đời thảm bê tông tự chèn đan lưới. Thảm đã được ứng dụng thành công tại An
Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (Hình 1.17).


17

Hình 1-17. Kè lát mái bằng thảm tấm bê tông
b. Cải tiến các loại rồng, rọ
Rồng, rọ là cấu kiện được sử dụng khá rộng rãi trong bảo vệ mái và chống xói
đáy do tính linh hoạt, mềm dẻo của nó. Rồng truyền thống thường được chế tạo
bằng rọ tre, lưới thép, lõi bằng đất hoặc đá. Gần đây đã có những nghiên cứu cải

tiến kết cấu lõi rồng, sử dụng các lưới sợi nilon, sợi tổng hợp làm vỏ rồng, chế tạo
thảm đá lưới thép cho kết quả khá khả quan.
b
1
. Cải tiến rồng đá vỏ thép
Ở Việt Nam, trong khuôn khổ dự án Phát triển đồng bằng sông Hồng giai đoạn
2 năm 2006 đã mạnh dạn thử nghiệm cải tiến rồng thép từ lõi đá hộc chuyển sang
lõi bằng vật liệu có tầng lọc bằng vải lọc, cát, đá dăm và đá hộc ở kè Ngăm Mạc –
Thái Bình (Hình 1.18)

Rồng truyền thống Rồng cải tiến
Hình 1-18. Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép


18
b
2
. Thảm rồng đá bằng túi lưới (Rock Rolls)
Thảm rồng đá bằng túi lưới được sử dụng rộng rãi ở Anh. Đá hộc được bọc
trong các túi lưới tạo nên tấm thảm và được đặt dưới chân bờ để chống xói. Loại
thảm này rất linh hoạt, mềm dẻo và tạo được các kẽ hở thụân lợi để thực vật mọc
lên, tăng cường ổn định chân bờ. Có thể sử dụng các loại đá có kích thước nhỏ hơn
so với đá để tạo rọ đá. Độ bền của loại thảm này phụ thuộc vào vật liệu làm túi lưới.
(Hình 1.19; Hình 1.20).


Hình 1-19.Các rồng đá túi lưới đơn
Hình 1-20 . Thảm rồng đá túi lưới
b
3

. Thảm đá
Thảm đá (RENO MATTRESS) được chế tạo tại chỗ trên mái bờ bằng cách liên
kết các vỏ rọ đá lại với nhau trước khi hoàn thiện rọ đá. Thảm rọ đá được sử dụng ở
nhiều nơi trên thế giới, trong đó nổi bật có sản phẩm thảm rọ đá của hãng
Maccaferri. (Hình 1.21).

Hình 1-21. Thảm đá bảo vệ bờ sông