Nghiên cứu giải pháp chống xói lở bờ sông và đê bao khu vực Đồng Tháp bằng vật liệu rơm cuộn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG

---------------

NGUYỄN LÊ NHẬT HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG XÓI LỞ BỜ SÔNG
VÀ ĐÊ BAO KHU VỰC ĐỒNG THÁP
BẰNG VẬT LIỆU RƠM CUỘN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Vĩnh Long, năm 2016


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................... 1
1.1 GIỚI THIỆU................................................................................................. 1
1.2 TÌNH HÌNH SỰ CỐ XÓI LỞ, SẠT LỞ ĐÊ BAO TỈNH ĐỒNG THÁP,
ĐẶT BIỆT HUYỆN TÂN HỒNG. ...................................................................... 1
1.2.1 Xã Tân Thành A ..................................................................................... 1
1.2.2 Xã An Phước .......................................................................................... 2
1.2.3 Xã Tân Phước......................................................................................... 2
1.3 Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................... 3
1.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC. ....................................... 3
1.4.1 Ngoài nước. ............................................................................................ 3
1.4.2 Trong nước. ............................................................................................ 4
1.5 Ý NGHĨA LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN ÁP DỤNG................................. 6
1.5.1 Ý nghĩa lý thuyết .................................................................................... 6

1.5.2 Thực tiễn áp dụng................................................................................... 7
1.6 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.......................................................................... 7
1.7 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................. 7
CHƯƠNG II: CƠ SƠ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 8
2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ ................. 8
2.1.1 Phá hoại dạng cung trượt ........................................................................ 8
2.1.2 Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường ....................................... 9
2.1.3 Kiến nghị bởi FHWA–NHI–06–088. .................................................... 11
2.1.4 Phương pháp đơn giản Bishop, 1954 .................................................... 14
2.1.5 Phương pháp Spencer, 1967 ................................................................. 15
2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHỐNG ÁP LỰC THỦY
ĐỘNG. .............................................................................................................. 17
2.2.1 Diễn tiến sạt lở bờ sông (Thorne and Lewin 1979) ............................... 17
2.2.2 Các giải pháp chống xói lở bờ sông. ..................................................... 19
2.2.2.1 Phương pháp gia cường cứng: sử dung rọ đá, thảm đá.................. 19


2.2.2.2 Phương pháp tường chắn.............................................................. 19
2.2.2.3 Các phương pháp ổn định bằng sinh học. ..................................... 20
2.2.2.4 Phương pháp sử dụng sơ dừa........................................................ 20
2.2.2.5 Phương pháp Cây và Brush Ốp. ................................................... 20
2.3 Phương pháp tính toán áp lực thủy động. .................................................... 22
CHƯƠNG III: TỔNG HỢP ĐỊA CHẤT ĐÊ BAO KHU VỰC ĐỒNG THÁP
VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CUỘN RƠM. ...................................................... 24
3.1 PHÂN TÍCH ĐỊA CHẤT KHU VỰC ĐÊ BAO SẠT LỞ. .......................... 24
3.1.1 Vị trí lấy mẫu đất đê bao Cả Mủi, xã Tân Thành A............................... 24
3.1.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đê bao Cả Mũi, xã Tân Thành A ............. 25
3.1.2.1 Kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của đất. ........ 25
3.1.2.2 Vị trí mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ số
dẻo của đất................................................................................................. 26

3.1.2.3 Thành Phần cỡ hạt của đất............................................................ 26
3.1.3 Vị trí lấy mẫu đất đê bao An Phước, xã An Phước. .............................. 27
3.1.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đê bao An Phước, xã An Phước. ............. 28
3.1.4.1 Kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của đất. ........ 28
3.1.4.2 Vị trí mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ số
dẻo của đất;................................................................................................ 29
3.1.4.3 Thành Phần cỡ hạt của đất............................................................ 29
3.1.5 Vị trí lấy mẫu đất đê bao Tân Phước, xã Tân Phước. ........................... 30
3.1.6 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đê bao Tân Phước, xã Tân Phước............ 31
3.1.6.1 Kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của đất. ........ 31
3.1.6.2 Vị trí mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ số
dẻo của đất;................................................................................................ 32
3.1.6.3 Thành Phần cỡ hạt của đất............................................................ 32
3.2 THÍ NGHIỆM CUỘN RƠM....................................................................... 33
3.2.1 Thí nghiêm tính bền của rơm cuộn trong môi trường nước ................... 33
3.2.1.1 Dữ liệu ban đầu của rơm cuộn...................................................... 33


3.2.1.2 Các bước thi công ........................................................................ 33
3.3 MÔ HÌNH TÍNH TÓAN THỦY ĐỘNG TÁC ĐỘNG VÀO CUỘN
RƠM. ................................................................................................................ 35
3.3.1 3.3.1 Mô hình thí ngiệm 1 cuộn và 3 cuộn rơm. ................................... 35
3.3.2 Xác định chiều cao cột sóng và bước sóng............................................ 36
CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐÊ BAO, THIẾT KẾ THI CÔNG
GIA CƯỜNG ĐÊ BAO SỬ DỤNG CUỘN RƠM. ................................................ 37
4.1 Phân tích tính bền của cuộn rơm ................................................................. 37
4.2 Phân tích khả năng chịu tác động thủy động của rơm cuộn. ........................ 40
4.2.1 Một cuộn rơm liên kết đơn.................................................................... 42
4.2.2 Liên kết tam giác 3 cuộn rơm. .............................................................. 43
4.3 Ảnh hưởng rơm cuộn đối với môi trường.................................................... 44

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................... 46
5.1 PHÂN TÍCH TỔNG HỢP ĐỊA CHẤT ĐÊ BAO. ....................................... 46
5.2 KIẾN NGHỊ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, THI CÔNG SỬ DUNG RƠM
CUỘN CHỐNG XÓI LỞ BỜ SÔNG................................................................. 46
5.3 KIẾN NGHỊ................................................................................................ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Hướng dẫn áp dụng phân tích ổn định mái dốc trong thiết kế................. 13
Bảng 2.2 Bảng tóm tắt một số phương pháp sinh học. ........................................... 20
Bảng 2.3 So sánh Phương pháp bảo vệ bờ sông cứng và mềm: .............................. 21
Bảng 2.4 Bảng Thông số vận tốc nước tại đầu đỉnh sóng một số loại đất khảo
sát.......................................................................................................................... 23
Bảng 3.1 Tổng hợp kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của đất .. 25
Bảng 3.2 Tổng hợp vị trí lấy mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới han chảy và
chỉ số dẻo của đất .................................................................................................. 26
Bảng 3.3 Biểu đồ xác định đường kính hạt và phần trăm hạt lọt sàn. .................... 26
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của
đất; ........................................................................................................................ 28
Bảng 3.5 Tổng hợp vị trí mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ
số dẻo của đất. ....................................................................................................... 29
Bảng 3.6 Biểu đồ xác định đường kính hạt và phần trăm hạt lọt sàn. ................... 29
Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả tính dung trọng tự nhiên và độ ẩm tự nhiên của đất. .. 31
Bảng 3.8 Tổng hợp vị trí mẫu, phân loại đất, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ
số dẻo của đất........................................................................................................ 32
Bảng 3.9 Biểu đồ xác định đường kính hạt và phần trăm hạt lọt sàn. ................... 32
Bảng 3.10 kích thước hình học của cuộn rơm đem thí nghiệm. .............................. 33
Bảng 4.1 Bảng thí nghiệm độ bền liên kết đơn một cuộn rơm............................... 37
Bảng 4.2 Bảng thí nghiệm độ bền 3 cuộn liêm kết tam giác. ................................. 38

Bảng 4.3 Tương quan hệ thể tích cuộn rơm và thời gian. ...................................... 39
Bảng 4.4 Tương quan hệ độ nổi cuộn rơm và thời gian......................................... 39
Bảng 4.5 Thí nghiệm chịu tác động thủy động của 1 cuộn rơm liên kết đơn ......... 40
Bảng 4.6 Thí nghiệm chịu tác động thủy động của 3 cuộn rơm liên kết tam giác .. 41
Bảng 4.7 Tương quan quan hệ giữa tỷ số độ nổi là phần trăm năng lượng giảm
của sóng khi qua 1 cuộn rơm liên kết đơn.............................................................. 42


Bảng 4.8 Tương quan quan hệ giữa tỷ số độ nổi là phần trăm năng lượng giảm
của sóng khi qua 1 cuộn rơm liên kết đơn.............................................................. 42
Bảng 4.9 Vận tốc đỉnh sóng trước và sau 3 cuộn rơn liên kết tam giác.................. 43
Bảng 4.10 Tương quan quan hệ giữa tỷ số độ nổi là phần trăm năng lượng giảm
của sóng khi qua 3 cuộn rơm liên kết tam giác....................................................... 43
Bảng 4.11 So sánh 1 cuộn liên kết đơn và 3 cuộn liên kết tam giác....................... 44


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sạt lở đê bao Cả Mũi xã Tân Thành A, huyện Tân Hồng .......................... 1
Hình 1.2 Sạt lở đê bao xã An Phước, huyện Tân Hồng. ........................................... 2
Hình 1.3 Sạt lở đê bao xã Tân Phước, huyện Tân Hồng........................................... 2
Hình 2.1 Cơ chế phá hoại điển hình dạng cung trượt tròn. ...................................... 8
Hình 2.2 Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường........................................ 9
Hình 2.3 Phân tích lực trên mỗi phân tố khi không có áp lực nước ....................... 10
Hình 2.4 Phân tích lực trên mỗi phân tố khi có tác động của áp lực nước ............ 11
Hình 2.5 Mô hình tính toán phương pháp đơn giản Bishop .................................. 15
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán của phương pháp Spencer.............................................. 17
Hình 2.7 Diễn biến xói lở. ..................................................................................... 18
Hình 2.8 Phương pháp gia cường rọ đá, thảm đá. ................................................. 19
Hình 2.9 Các loại tường chắn đất điển hình. ......................................................... 19
Hình 2.10 Bảng Thông số bề mặt sóng. ................................................................ 22

Hình 3.1 Hình ảnh vị trí và bình đồ đê bao Cả Mủi.............................................. 24
Hình 3.2 Vị trí lấy mẫu đất đê bao Cả Mũi. ......................................................... 25
Hình 3.3 Hình ảnh vị trí và bình đồ đê bao An Phước.......................................... 27
Hình 3.4 Vị trí lấy mẫu đất đê bao An Phước. ..................................................... 28
Hình 3.5 Hình ảnh vị trí và bình đồ đê bao Tân Phước......................................... 30
Hình 3.6 Vị trí lấy mẫu đất đê bao Tân Phước. .................................................... 31
Hình 3.7 Rơm cuộn ............................................................................................... 33
Hình 3.8 Lưới cước. ............................................................................................. 33
Hình 3.9 Hình ảnh rơm được cho vào bao lưới cước............................................. 34
Hình 3.10 hình ảnh 3 và 1 cuộn rơm được liên kết lại với nhau trong môi
trường nước........................................................................................................... 34
Hình 3.11 Mô hình thí nghiệm chịu thủy động của 3 rơm cuộn............................ 35
Hình 4.1 Lúa mọc trên cuộn rơm. ......................................................................... 45


1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU
Đồng Tháp là một tỉnh nằm trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có hệ
thống sông, ngòi, kênh, rạch chằng chịt; nhiều ao, hồ lớn. Sông chính là sông Tiền
(một nhánh của sông Mê Kông) chảy qua tỉnh với chiều dài 132km. Dọc theo hai
bên bờ sông Tiền là hệ thống kênh rạch dọc ngang. Đường liên tỉnh giao lưu thuận
tiện với trên 300km đường bộ và một mạng lưới sông rạch thông thương. Sông Tiền
có vai trò rất quan trọng đối với tỉnh Đồng Tháp sông phân chia không gian lãnh thổ
tỉnh thành hai vùng (vùng phía Bắc sông Tiền và vùng phía Nam sông Tiền - nằm
giữa sông Tiền và sông Hậu); sông chảy qua 10/12 huyện, thị xã, thành phố của
tỉnh; tập trung hầu hết các đô thị lớn, khu dân cư lớn (2 thành phố - Cao Lãnh, Sa
Đéc và 1 thị xã - Hồng Ngự).
1.2 TÌNH HÌNH SỰ CỐ XÓI LỞ, SẠT LỞ ĐÊ BAO TỈNH ĐỒNG THÁP,

ĐẶT BIỆT HUYỆN TÂN HỒNG.
1.2.1 Xã Tân Thành A

Hình 1.1 Sạt lở đê bao Cả Mũi xã Tân Thành A, huyện Tân Hồng
Vào Tháng 11/2010 Một đoạn đê bao Cả Mủi thuộc xã Tân Thành A đã xảy ra
sạt lở gần 64m trong quá trình thi công. Được biết đê bao này đang phục vụ cho 800
hecta lúa vụ mùa.


2

1.2.2 Xã An Phước

Hình 1.2 Sạt lở đê bao xã An Phước, huyện Tân Hồng.
Vào tháng 09/1015 tiếp tục đê bao An phước thuộc xã An phước đã xảy ra sạt
lở gần 108m trong quá trình thi công. Đê bao này cũng đang phục vụ cho 900 hecta
lúa vụ mùa.
1.2.3 Xã Tân Phước.

Hình 1.3 Sạt lở đê bao xã Tân Phước, huyện Tân Hồng


3

Vào tháng 08/1015 cũng trong huyện Tân Hồng đã xảy ra thêm một vụ sạt lở
đê bao thuộc xã Tân Phước trong quá trình thi công. Vụ sạt lở chia làm 6 đoạn với
chiều dài trung bình khoảng 30m. Đê bao này cũng đang phục vụ cho 900 hecta lúa
vụ mùa.
1.3 Tính cấp thiết của đề tài.
Bên cạnh những thuận lợi mà sông Tiền và hệ thống kênh rạch chằn chịt mang

lại thì cũng có những khó khăn nhất định. Cấu tạo phổ biến ở bờ sông tỉnh Đồng
tháp là những lớp cát, lớp đất dính như á sét, sét, bùn là một trong các yếu tố gây
xói lở, sạt lở bờ sông và công tác bảo vệ những tuyến đê bao khi mùa nước nổi về
luôn luôn là điều cấp thiết. Trong khi đó rơm là loại vật liệu rất dồi dào có sẵn tại
địa phương vì làm lúa 3 vụ mùa. Khi gia công rơm thành cuộn chi phí giá thành rẻ
với khoảng 15.000 – 20.000 ngàn/ 1 cuộn. Vì thế đê tài “Nghiên cứu giải pháp
chống xói lở bờ sông và đê bao khu vực Đồng Tháp bằng vật liệu rơm cuộn”.
Sẽ nhằm giảm thiểu thiệt hại hàng năm khi mùa nước nổi về. qua đó Qua đó giúp
các đơn vị sử dụng có những định hướng cho công tác thiết kế, xây dựng, quản lý,
khai thác các công trình bờ sông, đê bao tại tỉnh Đồng Tháp.
1.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC.
1.4.1 Ngoài nước.
S
T
T

1

2

3

Bài báo nghiên cứu

Tác giả

Nội dung nghiên cứu

Bentrou
The

practical
streambank p, G.
Hướng dẫn sử dụng các phương
bionengineering guide. USDA and J.C
pháp sinh học trên bờ sông.
Hoag.
NRCS. Aberdeen, ID.55p.
(1998).
Channel Erosion Analysis and
Control. In Woessmer, W. and Fischen
D.F. Potts, eds. Proceedings ich, J.C. Xói mòn bờ sông Phân tích và
Headwaters
Hydrology. (1989). kiểm soát Thuỷ văn.
American Water Resources
Association. Bethesda, Md.
Guidelines
for
Bank Johnson Dự án môi trường ở ven bờ sông


4

Stabilizaton Projects in the
Riverine
Environments of King County.
King County Department of
Public Works, Surface Water
Management
Division, Seattle, Wash.
4

5

6

7

,A.W.
Stabilizaton. Quản lý nước mặt .
and
J.M.
Stypula.
eds.
(1993).

Julien,P
River
Mechanics.
Oxford
.
Press: 434p Sedimentation and
(2002),
Erosion. Oxford Press: 371p.
(2010).
Wandering river. Discover, Kunzig,
10(1), 69-71.
R.(198).
Streambank slumping and its Sekely,
contribution to the phosphorus A.C.,
and suspended sediment loads Mulla,
of the Blue Earth River, D. J., &

Minnesota. Journal of Soil and Bauer,
Water Conservation,57(5),243- D.W.
250.
(2002)
Terzagh
Theoretical Soil Mechanics.
i,K.
Wiley: New York. 510p.
(1948).

Cơ sông. Bồi lắng và xói mòn.

Phân tích sông và nghiên cứu.

Sạt lở bờ sông bởi phốt pho và
ngưng tải trầm tích của sông Blue
Earth , Minnesota . Tạp chí của đất
và nước Bảo tồn

Cơ học đất lý thuyết.

1.4.2 Trong nước.
S
T
T

1

Bài báo nghiên cứu

Tác giả

Nội dung nghiên cứu

Kè Xuân Canh và bờ sông
khu vực cửa vào sông Đuống
Mất ổn định và bị sạt lở do
Phân tích xác định nguyên
Nguyễn
dòng chảy với vận tốc lớn tác
nhân gây sạt lở kè Xuân Canh,
Thanh Hùng. động mạnh tới lòng sông cùng
đê tả sông Luống.
với địa chất lòng sông yếu nên
bị dòng chảy có lưu tốc lớn
gây xói liên tục.


5

2

Xác định nguyên nhân sạt lở và
dự báo diễn biến lòng dẫn sông
Cần Thơ khu vực cầu Trà Niền
bằng mô hình MIKE21C

3

Nghiên cứu dự báo phòng

chống xói lở bờ sông Cửu
Long

4

Phòng chống xói lở ở Việt Nam
áp dụng phương pháp kỹ thuật
sông ngòi truyền thống của
Nhận Bản.

Th.S.Hồ
Việt Cường,
Th.SNguyễn
Thị
Ngọc
Nhẫn Phòng
thí nghiệm
trọng điểm
Quốc Gia về
động
lực
học
sông
biển.
PGS.TS Lê
Sâm,
GS.TSKH
Nguyễn Ân
Niên, PSG.
Lê

Ngọc
Bích, TS Lê
Mạnh Hùng,
Ths. Đinh
Công Sản,
Ks.
Lê
Thành
Chương, Ks.
Nguyễn
Tuấn Long,
Ks. Trần Bá
Hoàng, Ks.
Vũ
Văn
Nghị,
TS
Trương
Ngọc
Tường, Ths.
Lâm
đạo
Nguyên,
Ths.Phạm
Bách Việt,
Ks.Đỗ Văn
Khiết.
Hirotada
MATSUKI
tiến sĩ, kỹ

sư: Chuyên

Nguyên nhân chính gây sạt lở
bờ sông Cần Thơ khu vực cầu
Trà Niền do đặc điểm hình
thái, địa chất lòng dẫn và các
tác động chế độ thủy lực dòng
chảy và do dòng chảy có vận
tốc vượt quá vận tốc cho phép
không xói của lòng dẫn.

Nguyên nhân chính của hiện
tượng xói lở bờ sông Cửu
Long là do dòng nước có vận
tốc lớn, đặc biệt trong mùa lũ
vượt trội rất nhiều so với vận
tốc không xói cho phép của
vật liệu cấu tạo nên lòng dẫn.

Tường chắn dẫn dòng được
làm bằng những sọt tre và
được kết nối với bờ sông bằng
một số rào chắn bằng tre.


6

gia JICA

5

6

7

Tường chắn có hàng rào chắn
sẽ giữ trầm tích và tạo thành
bức tường bảo vệ phần chân
kè rộng dưới nước.

Paul
Hướng dẫn kỹ thuật ứng dụng
Trương,
công nghệ cỏ Vetiver, giảm
Sử dụng cỏ Vetiver ( Hương
Trần
tân
nhẹ thiên tai bảo vệ môi
Bài ) Chống xói lở bờ sông.
Văn, Elise
trường.
Pinnes.
Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa
chọn giải pháp bảo vệ bờ sông
trong điều kiện nước lũ dâng Th.s
Bùi
Kè kết hợp với các loại vải địa
cao, đề xuất giải pháp và thiết Xuân Thư
kỹ thuật và bằng thực vật.
kế cho đê Hữu Hoàng Long –

Tỉnh Ninh Bình.
Sử dụng lục bình chống xói lở bờ sông của một số nhà dân.
 Nhìn chung nguyên nhân chính gây xói lở bờ sông, đê bao là do sóng có vận

tốc lớn, đặc biệt trong mùa lũ. Các đề tài sử dụng vật liêu thiên nhiên giúp ít rất
nhiều trong việc chống xói lở bờ sông. Nhưng bên cạnh đó thì việc thi công trồng
cỏ đòi hỏi thời gian biện pháp thi công củng cố lâu dài, lục bình thì bây giờ là vấn
nạn trước sự sinh sôi nảy nở nhanh gây cản trở lòng sông còn thi công bằng sọt tre
đồi hỏi chi phí lớn. Trong khi sử dụng vật liệu thiên nhiên rơm cuộn chống sạt lở bờ
sông đê bao dễ thi công, chi phí thấp, cơ động, bảo vệ đê bao khi mùa lũ về khi
dòng nước có vận tốc dòng chảy lớn.
1.5 Ý NGHĨA LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN ÁP DỤNG
1.5.1 Ý nghĩa lý thuyết
- Tổng hợp tài liệu khảo sát địa chất đê bao tỉnh Đồng Tháp. Thống kê, phân
tích tổng hợp các số liệu, kết hợp với kiến thức khoa học, quy trình, quy phạm để
đánh giá tổng kết về địa chất đê bao tỉnh Đồng Tháp.
- Phân tích đánh giá tính chất cơ lý của rơm như tính nổi tính tan rã trong nước
cũng như tính ổn định khi chịu áp lực thủy động cũng như sự liên kết, làm việc
của các cuộn rơm với nhau.


7

1.5.2 Thực tiễn áp dụng
- Xác định thành phần cỡ hạt và phân loại đất bờ sông và đê bao tại nơi khảo
sát.
- Tính toán giải pháp kỹ thuật các biện pháp thiết kế thi công sử dụng rơm
cuộn chống xói lở bờ sông và đê bao khu vực Đồng Tháp.
1.6 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Thu thập tài liệu địa chất và bản vẽ thiết kế và biện pháp thi công của đê bao.

- Thiết kế và tính toán phương pháp thi công gia cường chống xói lở bờ sông
và đê bao sử dụng rơm cuộn tại khu vực Đồng Tháp.
Thu thập hồ sơ thiết kế bản vẽ và phương pháp thi công của công trình
đê bao.
Lấy mẫu địa chất tại vị trí sạc lở đê bao đem thí nghiệm xác định thành
phần cỡ hạt, phân loại đất.
Thí nghiệm tính bền của rơm cuộn trong môi trường nước. Khả năng
ứng sử của rơm cuộn trước sóng.
Thiết kế biện pháp thi công rơm cuộn đưa vào sử dụng.
1.7 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
- Lấy mẫu đất thí nghiệm nông 6 – 7m . Hạn chế về địa chất.
- Chỉ khảo sát dòng chảy sóng tác động vuông gốc với bờ bao không xét đến
dòng chảy song song với bờ bao. Quá trình kháo sát chiều cao cột sóng khoảng 10
– 30cm vì quá trình tạo sóng bằng thủ công.


8

CHƯƠNG II: CƠ SƠ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BỜ KÈ
2.1.1 Phá hoại dạng cung trượt
- Theo tiêu chuẩn FHWA–NHI–06–088 của Mỹ đề xuất bởi Naresh et al.
2006, về nền và móng đưa ra bởi hiệp hội quản lý đường cao tốc liên bang (The
Federal Highway Administration), dạng phá hoại của kè, đê, đập ... trên nền đất yếu
thông thường xảy ra khi kè bị lún xuống, đất vùng ảnh hưởng xung quanh trồi lên
và xuất hiện mặt trượt cung tròn như minh họa hình 2.1.
LW

Bề mặt đất đắp

sau phá hoại

KL đất
đắp

Tâm cung trượt

LS
Mái dốc
phá hoại

Đất đắp
Sét mềm

Hướng dịch
chuyển mặt trượt
Lực kháng
trượt

Tổng sức kháng cắt
dọc mặt cung trượt

Hình 2.1 Cơ chế phá hoại điển hình dạng cung trượt tròn.
Lực lực gây ra trượt và lực kháng trượt trong phá hoại trượt của mái dốc như sau:
- Mô men gây trượt (Driving moment), MD: tạo ra bởi khối lượng bản thân kè
(cộng tải trọng bên trên nếu có) kết hợp với cánh tay đòn là khoảng cách ngang từ
tâm trọng lực (và tải trọng bên trên nếu có ) đến tâm của cung phá hoại (LW)
- Mô men kháng trượt (Resisting moment) MR: tạo ra bởi tổng lực kháng cắt
của đất dọc theo cung trượt nhân với bán kính cung trượt (LS).
- Hệ số an toàn, FS (Factor of safety) chống mất ổn định dạng cung trượt được

tính theo công thức (1) dưới


9

FS 

MR
MD

(1)

- Phá hoại trượt xảy ra khi hệ số an toàn nhỏ hơn 1 (mô men gây trượt lớn hơn
mô men kháng trượt)
2.1.2 Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường
- Có một vài phương pháp sử dụng phân tích ổn định cung trượt được áp dụng
cho đập và kè trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản nhất được biết đến đó là
phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường (oridinary method of slides or
Fellenius’s method). Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường có thể thực hiện
đơn giản bằng tính toán tay và cũng giựa theo tính toán lực trượt và lực kháng trượt.
Khi phân tích ổn định, khối lượng đất trong phạm vi mặt trượt được chia nhỏ thành
nhiều phần như trong hình 2.2.

Tâm cung trượt, O
Bán kính cung trượt

Đất
đắp

Mực nước

ngầm

Đất đắp
Đất yếu

Mặt cung
trượt

Đất tốt
Hình 2.2 Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường


10

c = lực dính của phân tố đất dọc theo
mặt trượt
Đường kéo dài
từ tâm cung
trượt

Phân tố
đất

 = góc ma sát trong của phân tố đất
WT = tổng trọng lượng phân tố đất
N = WT cos
Không có
áp lực nước

Tâm trọng

lực, cg

T = WT sin

Ntan: Lực kháng trượt
c: Lực kháng trượt
T: Lực trượt

Hình 2.3 Phân tích lực trên mỗi phân tố khi không có áp lực nước
- Mỗi phần chia nhỏ được coi như một phân tố độc lập khi phân tích lực tác
động như trong hình 2.3 và 2.4 (lần lượt trường hợp không có và có tác động của
áp lực nước). Những giả thiết sau được đưa ra bởi phương pháp chia nhỏ mặt trượt
thông thường.
- Lực kháng cắt của đất được xây dựng dựa trên công thức Mohr–Coulomb:

  c  (  u ) tan 

(2)

Trong đó:



= lực kháng cắt hữu hiệu

c

= thành phần lực dính của đất

(–u)tan = thành phần lực ma sát của đất



= tổng áp lực vuông góc với mặt trượt tại đáy mỗi mặt trượt
do trọng lượng nước và bản thân đất phía trên mặt trượt

u

= áp lực nước có hướng ngược với 



= góc ma sát trong của đất dọc theo mặt trượt


11

Hệ số an toàn là như nhau đối với tất cả các phân tố chia nhỏ.
Hệ số an toàn đối với lực dính và góc ma sát trong là như nhau.
Lực tương tác (lực cắt và áp lực pháp tuyến) trên cạnh bên của các phân tố được bỏ
qua.
Áp lực nước, u làm giảm trọng lượng bản thân mỗi phân tố do tác động đẩy ngược
của nước lên đáy mỗi phân tố.
Từ đó, hệ số an toàn của mặt trượt được xác định theo công thức (3):
Tổng mô men kháng trượt của các phân tố
(3)

Fs =
Tổng mô men gây trượt của các phân tố

c = lực dính của phân tố đất dọc theo

mặt trượt
Đường kéo dài
từ tâm cung
trượt

Phân tố
đất

 = góc ma sát trong của phân tố đất
Có áp lực
nước

WT = tổng trọng lượng phân tố đất +
nước
u = áp lực nước tại đáy phân tố
ul = lực đẩy nước tại đáy phân tố
N = WT cos - ul
T = WT sin

Đất + nước
Tâm trọng lực,
cg

Ntan: Lực kháng trượt
cl: Lực kháng trượt
T: Lực trượt

Hình 2.4 Phân tích lực trên mỗi phân tố khi có tác động của áp lực nước

2.1.3 Kiến nghị bởi FHWA–NHI–06–088.

- Trong tính toán phân tích ổn định, hầu hết các phương pháp cân bằng hữu
hạn (limit equilibrium method) đưa ra đều dựa trên chia nhỏ mặt trượt thành những
nhiều phân tố. Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường bỏ qua lực cắt IS và


12

lực pháp tuyến IN trên mặt tiếp giáp giữa 2 phân tố và chỉ thỏa mãn điều kiện cân
bằng mô men. Bên cạnh phương pháp chi nhỏ mặt trượt thông thường, có rất nhiều
phương pháp khác như phương pháp đơn giản Bishop (Bishop, 1955), phương pháp
đơn giản Janbu (Janbu, 1954) và phương pháp Spencer (Spencer, 1967). Những
phương pháp này là các biến thể và cải tiến của phương pháp chia nhỏ mặt trượt
thông thường giựa theo giả định liên quan đến việc lực cắt và lực pháp tuyến trên
mặt tiếp giáp giữa 2 phân tố.
- Phương pháp đơn giản Bishop, còn được gọi là phương pháp đơn giản
Bishop, có kể đến lực pháp tuyến (IN) nhưng bỏ qua lực cắt (IS). Phương pháp đơn
giản Bishop chỉ thỏa mãn điều kiện cân bằng mô men. Phương pháp đơn giản Janbu
tương tự như phương pháp đơn giản Bishop khi kể đến lực pháp tuyến IN và bỏ qua
lực cắt IS. Tuy nhiên, khác biệt giữa phương pháp đơn giản Bishop, phương pháp
đơn giản Janbu chỉ thỏa mãn điều kiện cân bằng lực theo phương ngang. Phương
pháp Spencer xét đến cả lực pháp tuyến IN và lực cắt IS cũng như cân bằng mô men.
Do đó, về mặt lý thuyết, phương pháp Spencer chặt chẽ hơn các phương pháp khác.
- Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường đưa ra hệ số an toàn quá thấp
(quá thiên về an toàn) do áp dụng những hệ số tháp phi thực tế so với phương pháp
đơn giản Bishop và những phương pháp cải tiến khác. Đối với đất sét bão hòa, các
phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường và phương pháp đơn giản Bishop cho
kết quả tương đồng. Đối với đất góc ma sát trong khác 0, cần áp dụng tối thiểu
phương pháp đơn giản Bishop khi phân tích ổn định mặt trượt. Không phương pháp
nào đưa ra tính toán chính xác 100% về mặt lý thuyết, hiện nay những phương pháp
đơn giản Bishop, phương pháp giản Janbu hoặc phương pháp Spencer cung cấp đầy

đủ, chính xác những phân tích ổn định mặt trượt trong thực tế và thiết kế.
- Phương pháp tính toán thích hợp được lựa chọn giựa theo từng điều kiện của
đất, loại mái dốc, phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu tải của đất và
yêu cầu mức độ tin cậy của tính toán. Hướng dẫn khuyến cáo về phương pháp
phân tích ổn định mái dốc được cho đưa ra trong bảng 2.1.


13

Bảng 2.1 Hướng dẫn áp dụng phân tích ổn định mái dốc trong thiết kế
Loại
nền đất

Loại phân tích

Phương pháp thí
nghiệm sức chịu
tải của đất nền

Phương pháp phân tích
tối thiểu cần áp dụng*

UU, cắt cánh, Phương pháp đơn giản
Bishop, coi góc ma sát
Đê, đập trên nền đất sét hoặc CU
trong,  = 0; lớp đất sét
yếu, ngay sau khi kết thúc Sử dụng sức được chia thành nhiều
quá trình xây dựng, góc chịu cắt không lớp với giá trị S tương
U
thoát nước, SU

ma sát trong,  = 0
ứng.
Ngắn hạn

Đất sét

Các giai đoạn xây dựng
Đê, đập trên nền sét yếu
xây dựng theo từng giai
đoạn, có thời gian chờ sét
cố kết giữa các giai đoạn
thi công để tận dụng sự
tăng lên của cường độ chịu
tải của đất sét khi cố kết

Phương pháp đơn giản
Bishop áp dụng tương
ứng với mỗi giai đoạn
thi công. Thí nghiệm
cố kết cung cấp thời
gian chờ sét cố kết giữa
các giai đoạn. Áp lực
kết và chuyển vị kế đo
Sử dụng sức áp suất nước lỗ rỗng và
chịu cắt không lún cố kết trong quá
thoát nước, SU
trình xây dựng
CU, đất thí
nghiệm
cần

được cố kết
tương ứng với
những giai đoạn
thi công tương
ứng

CU, có đo áp
lực nước lỗ rỗng
Đê đập trên nền sét yếu, và hoặc CD
Phương pháp đơn giản
nền đất sét của mái dốc tạo
Bishop sử dụng giá trị
Sử dụng giá trị
thành bằng phương pháp
hữu hiệu về sức chịu tải
sức chịu tải hữu
cắt mái dốc
đất nền
hiệu của đất
Dài hạn

Mặt trượt hiện có

Đất cát

Tất cả các phân tích

Thí nghiệm cắt
đất trực tiếp với
tốc độ cắt chậm,

biến dạng cắt
lớn.
Áp
dụng
Bishop,
Sử dụng giá trị Janbu, Spencer để mô
sức chịu tải của phỏng mặt trượt hiện
đất khi biến có
dạng cắt lớn
Sử dụng giá trị Phương pháp đơn giản
sức chịu tải hữu Bishop sử dụng giá trị
hiệu
từ
thí hữu hiệu về sức chịu tải


14

Loại
nền đất

Phương pháp thí
nghiệm sức chịu
tải của đất nền

Loại phân tích

Phương pháp phân tích
tối thiểu cần áp dụng*

nghiệm
SPT đất nền
hoặc cắt đất trực
tiếp
(*): Phương pháp đề xuất là phương pháp tối thiểu cần áp dụng. Cần áp dụng
phương pháp chặt chẽ hơn như phương pháp Spencer khi có thể.
- Do sự phổ biến việc sử dụng phương pháp phân tích đơn giản Bishop và
phương pháp phân tích Spencer, phương pháp tính toán của hai phương pháp này
được giới thiệu chi tiết trong 2 mục dưới.
2.1.4 Phương pháp đơn giản Bishop, 1954
- Năm 1955 phương pháp đơn giản Bishop được đề xuất giựa trên sự cải tiến
của phương pháp chia nhỏ mặt trượt. Phương pháp này tính đến lực hữu hiệu giữa
cạnh bên của các phân tố chia nhỏ. Tương tự như phương pháp chia nhỏ mặt trượt,
phương pháp đơn giản Bishop giả thiết mặt trượt dạng cung tròn và được chia nhỏ
thành nhiều phân tố như hình 2.5. Giựa vào phương trình cân bằng mô men quanh
điểm O đối với tất cả các phân tố, hệ số an toàn ổn định mái dốc, Fs được đưa ra:
n p

 c' b

n

FS 

 Wn tan  '

n 1

1
m ( n )

(4)

n p

W

n

sin  n

n 1

Trong đó:

m ( n )  cos  n 

sin  n tan  '
FS

(5)

- Do Fs xuất hiện trong cả 2 vế của phương trình (4), phương pháp tính toán
thử sai để tính toán đúng dần giá trị Fs.
- Phương pháp đơn giản Bishop được dùng rất phổ biến với sự trợ giúp của
máy tính và cho kết quả khả quan với hầu hết các trường hợp phân tích (so với kết
quả thiên quá về an toàn từ phương pháp chia nhỏ mặt trượt)


15

(Chú ý: khi phương pháp đơn giản Bishop được áp dụng trong phân tích ứng suất
tổng cộng với đất sét bão hòa, giá trị sức chịu tải hữu hiệu của đất c và  trong
công thức (4) và (5) được thay thế bằng giá trị sức chịu tải tổng cộng, c = Su;  = 0)

Hình 2.5 Mô hình tính toán phương pháp đơn giản Bishop
2.1.5 Phương pháp Spencer, 1967
- Phương pháp Spencer là một phương pháp cân bằng giới hạn được cải tiến từ
phương pháp chi nhỏ mặt cắt. Phương pháp xét đến cân bằng lực và mô men đối với
từng phân tố riêng lẻ. Mỗi phân tố được chia dọc theo mặt trượt. Lực tác động vào
mỗi phân tố được diễn giải trong hình 2.6
trong đó:
 = Góc nghiêng của hợp lực Q.
 = Trọng lượng riêng của đất trong phân tố.
n = Số thứ tự phân tố chia nhỏ từ mặt trượt.
b = Bề rộng của phân tố .
H = Chiều cao mái dốc, kè
h = Chiều cao phân tố


16

Nx = Hệ số vị trí phân tố
Nd = Hệ số chiều sâu phân tố
P = Phản lực pháp tuyến tổng cộng tại đáy phân tố
P = Phản lực pháp tuyến hữu hiệu tại đáy phân tố
Q = Hợp lực của 2 lực tương tác giữa các phân tố
u = áp suất nước lỗ rỗng được tính toán theo hệ số áp lực nước lỗ rỗng, ru;

u  ru h
m = Góc ma sát trong được huy động, tan  m 

tan 
FS

S = Lực cắt tổng cộng
W = Trọng lượng phân tố
Z = Lực tương tác giữa các phân tố
Hợp lực tương tác giữa các phân tố, Q được tính theo công thức (6) dưới đây:
 c'

h tan  '

1  2ru  cos 2   h sin 2 

F H 2 HFS
2H

Q  Hb  S


 tan  '



cos  cos   1 
tan   
FS






(6)

Hệ số an toàn Fs được xác định bằng cách giải 2 phương trình (7) và (8) là 2
phương trình cân bằng lực lần lượt theo phương ngang và phương thẳng đứng.

 Q cos    0

(7)

 Q sin    0

(8)

Cùng với 1 phương trình cân bằng mô men quanh tâm trượt:

 QR cos      0

(9)

Như đã trình bày ở trên, hệ số an toàn Fs thu được từ phương pháp Spencer thỏa
mãn cả cân bằng lực theo 2 phương (đứng và ngang) và cân bằng mô men.


17

Tâm mặt trượt

Miền nứt chịu kéo

S/Fs

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán của phương pháp Spencer
2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHỐNG ÁP LỰC THỦY
ĐỘNG.
2.2.1 Diễn tiến sạt lở bờ sông (Thorne and Lewin 1979)
- Bờ bao được thi công bằng các lớp đất sét đầm chặt đến cao dộ thiết kế có
mặt trung bình rộng 5m.Vào mùa mưa nước bắt đầu vào trong đê bao, dưới tác động
của gió làm xuất hiện dòng chảy các đợt sóng cao khoảng 10 – 30 cm. Tác động
vuông góc vào bờ bao ( phía ruộng ).
- Lớp đất bão hòa bắt đầu xuất hiện tan rã dưới tác động của sóng và bị xói
mòn xuất hiện hàm ếch.
- Lớp đất phía trên (hàm ếch) bị sụt xuống sau khi lớp đất sét bị xói sâu.


18

- Đất sét sạt lở cuối cùng bị rửa trôi bởi tác động của dòng nước và hình thành
bờ đất mới và tiếp tục xói lở theo cơ chế trên.
a) Đê bao.
Lớp đất sét đầm
chặt
Hàm ếch
Sóng ngang
Đường hiện trạng

b) Đê bao xuất
hiện hàm ếch

Đất hàm ếch rơi xuống
Đường hiện
c) lở đất do xói hàm ếch
trạng

Đất bị mất do bị xói
mòn
Đường hiện trạng

Hình 2.7 Diễn biến xói lở.

d) Hình thành mái
dốc mới