Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý cho kè thạch bàn, huyện tây hòa, tỉnh phú yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN DUY KỲ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MẶT CẮT KẾT CẤU HỢP LÝ
CHO KÈ THẠCH BÀN, HUYỆN TÂY HÒA, TỈNH PHÚ YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NINH THUẬN, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN DUY KỲ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MẶT CẮT KẾT CẤU HỢP LÝ
CHO KÈ THẠCH BÀN, HUYỆN TÂY HÒA, TỈNH PHÚ YÊN

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 1481580202040

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐỖ VĂN LƯỢNG

NINH THUẬN, NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là:

Trần Duy Kỳ

Học viên lớp: 22C11 - NT
Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sỹ với đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt kết cấu
hợp lý cho kè Thạch Bàn, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên” là công trình nghiên cứu
của bản thân tôi. Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ ... lấy từ nguồn khác đều
được trích dẫn nguồn đầy đủ theo qui định. Nếu có gì không đúng tôi xin hoàn toàn
chịu trách nhiệm theo qui định của nhà trường.
Tác giả luận văn

Trần Duy Kỳ

i


LỜI CÁM ƠN
Sau hai năm học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giúp đỡ của các thầy
giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, các cán bộ, giáo viên trường Đại học Thủy lợi
và Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung. Bằng sự nỗ lực cố gắng học tập,
nghiên cứu và tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài
“Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý cho kè Thạch Bàn, huyện Tây Hòa,
tỉnh Phú Yên” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định.
Trong khuôn khổ của luận văn, với kết quả còn rất khiêm tốn trong việc nghiên
cứu cơ sở khoa học phục vụ cho việc lựa chọn giải pháp hợp lý phù hợp cho kè bảo vệ
bờ sông, tác giả hy vọng đóng góp một phần nhỏ phục vụ cho nghiên cứu các vấn đề

có liên quan.
Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Đỗ
Văn Lượng, đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần
thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo,
cô giáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công
trình, Trường Đại học Thủy Lợi, đã giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện Đào tạo và Khoa học
ứng dụng Miền Trung - Trường Đại học Thủy lợi nơi tác giả đã học tập, gia đình, bạn bè
đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân
nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến
đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ................................ 5

Tổng quan về đê kè, bảo vệ bờ sông ..................................................................5

1.1.1

Một số đặc điểm chung về đê, kè ................................................................ 5

1.1.2

Đê điều phòng chống lũ ..............................................................................6

1.1.3

Kè và công trình bảo vệ bờ .........................................................................6

1.2

Các kết quả nghiên cứu đê, kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam .............................. 7

1.2.1
sông

Những xu hướng giải pháp công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ
…………………………………………………………………………….7

1.2.2

Cải tiến cấu kiện và kết cấu công trình .....................................................16

1.2.3

Cải tiến giải pháp thi công ........................................................................25

1.3

Các kết quả nghiên cứu đê, kè bảo vệ bờ sông ở Phú Yên .............................. 25

1.4

Kết luận chương 1 ............................................................................................ 28

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU VỀ HÌNH THỨC KẾT CẤU MẶT CẮT ĐÊ, KÈ
BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ HIỆN TRẠNG ĐÊ, KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG Ở PHÚ YÊN 29
2.1

Các nghiên cứu về hình thức kết cấu mặt cắt đê, kè bảo vệ bờ sông ..............29

2.1.1

Các nghiên cứu lý thuyết...........................................................................29

2.1.2

Các nghiên cứu ứng dụng..........................................................................37

2.1.3

Nguyên nhân hư hỏng của đê, kè sông .....................................................42

2.1.4

Quá trình xây dựng và một số nguyên nhân hư hỏng của đê, kè sông tỉnh
Phú Yên …………………………………………………………………………...43
2.1.5

Phân tích nguyên nhân hư hỏng của đê, kè sông ở Phú Yên ....................60

2.2
Nghiên cứu đề xuất bộ tiêu chí thiết kế đê, kè chống xói lở bờ sông trên địa
bàn tỉnh Phú Yên .......................................................................................................62
2.2.1

Các cơ sở khoa học và pháp lý ..................................................................62

2.2.2
Đề xuất bộ tiêu chí thiết kế lựa chọn tuyến, hình thức, kết cấu mặt cắt đê,
kè bảo vệ bờ sông tại Phú Yên ..................................................................................64

iii


2.2.3
Đề xuất lựa chọn hình thức, kết cấu mặt cắt đê, kè bảo vệ bờ sông áp dụng
tại Phú Yên ................................................................................................................71
2.3

Kết luận chương 2 ............................................................................................ 78

CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MẶT CẮT KẾT CẤU HỢP LÝ CHO
KÈ THẠCH BÀN, HUYỆN TÂY HÒA, TỈNH PHÚ YÊN .........................................80

3.1

Tổng quan về khu vực nghiên cứ .....................................................................80

3.1.1

Vị trí đoạn sông Ba bị sạt lở tại thôn Thạch Bàn ......................................80

3.1.2

Đặc điểm địa chất: .....................................................................................81

3.1.3

Đặc điểm thủy văn: ...................................................................................82

3.1.4

Sông suối: ..................................................................................................83

3.1.5

Tình hình dân sinh - kinh tế - xã hội: ........................................................83

3.2

Mục tiêu nhiệm vụ và cấp bậc công trình ........................................................83

3.2.1

Nhiệm vụ công trình: ................................................................................83

3.2.2

Cấp công trình: .......................................................................................... 84

3.3

Đề xuất phương án hình thức, kết cấu mặt cắt kè chống xói lở thôn Thạch Bàn
………………………………………………………………………………..84

3.4

Xác định các thông số thiết kế cơ bản của các phương án .............................. 87

3.4.1

Tính toán mực nước thiết kế: ....................................................................87

3.4.2

Tính toán vận tốc thiết kế: .........................................................................87

3.4.3

Cao trình đỉnh kè thiết kế ..........................................................................87

3.4.4

Cao trình chân kè thiết kế: ........................................................................88

3.5

Kiểm tra ổn định công trình .............................................................................88

3.5.1

Đối với phương án 1: Chân kè là hệ cọc ...................................................88

3.5.2

Đối với phương án 2: Chân kè là hệ ống buy ...........................................91

3.5.3

Tính toán ổn định tổng thể mái kè ............................................................ 99

3.6

Chọn kết cấu chi tiết ......................................................................................108

3.7

Tính toán giá thành đầu tư và lựa chọn phương án hợp lý ............................109

3.7.1

Cơ sở lập tổng mức đầu tư: .....................................................................109

3.7.2

Tổng mức đầu tư: ....................................................................................109

3.7.3

So sánh lựa chọn phương án: ..................................................................109

3.8

Kết luận chương 4 ..........................................................................................111

PHỤ LỤC ....................................................................................................................115

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1. Vị trí kè Thạch Bàn .........................................................................................2
Hình 0.2. Tình hình sạt lở khu vực nghiên cứu ............................................................... 3
Hình 1.1. Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè .......................................................8
Hình 1.2. Một số loại thảm bê tông túi khuôn .................................................................9
Hình 1.3. Kết cấu thảm FS .............................................................................................. 9
Hình 1.4. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn .............................. 10
Hình 1.5. Kè bằng GeoTube .......................................................................................... 10
Hình 1.6. Một loại túi địa kỹ thuật ................................................................................11
Hình 1.7. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa ............................................................... 11
Hình 1.1. Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè .....................................................12
Hình 1.2. Một số loại thảm bê tông túi khuôn ............................................................... 13
Hình 1.3. Kết cấu thảm FS ............................................................................................ 13
Hình 1.4. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn .............................. 14

Hình 1.5. Kè bằng GeoTube .......................................................................................... 14
Hình 1.6. Một loại túi địa kỹ thuật ................................................................................15
Hình 1.7. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa ............................................................... 15
Hình 1.8. Thảm tấm bê tông liên kết bằng dây ni lon chống xói đáy ở sông Trường
Giang – Trung Quốc ......................................................................................................16
Hình 1.9. Kè lát mái bằng thảm tấm bê tông .................................................................17
Hình 1.10. Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép .......................................................... 17
Hình 1.11. Rồng đá túi đơn và túi lưới ..........................................................................18
Hình 1.12. Thảm đá bảo vệ bờ sông ..............................................................................18
Hình 1.13. Khối Amorloc .............................................................................................. 19
Hình 1.14. Cấu tạo khối Hydroblock.............................................................................20
Hình 1.15. Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống BTCT ...................................................21
Hình 1.16. Công trình bảo vệ bờ sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận) bằng hệ thống
công trình hoàn lưu ........................................................................................................21
Hình 1.17. Kè mỏ hàn chữ G ngắt quãng ......................................................................22
Hình 1.18. Kè mỏ hàn bằng rọ đá ..................................................................................22
Hình 1.19. Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông ................................................................ 23
v


Hình 1.20. Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật .................................24
Hình 1.21. Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát
triển thực vật ..................................................................................................................24
Hình 1.22. Cắt ngang đại diện kè Tam Giang ............................................................... 26
Hình 1.23. Kè chống xói lở hạ lưu sông Tam Giang, thị xã Sông Cầu .........................26
Hình 1.24. Kè bờ tả tại khu vực thượng lưu đập Ông Tấn, xã An Thạch, huyện Tuy An
.......................................................................................................................................27
Hình 1.25. Kè chống xói lở hạ lưu sông Đằ Rằng.........................................................27
Hình 2.1. Minh họa hình thức chân kè lát mái đường lạch sâu cách xa bờ ..................34
Hình 2.2. Ví dụ hình thức chân kè lát mái đường lạch sâu nằm trong vùng xây dựng kè

.......................................................................................................................................35
Hình 2.3. Mô phỏng vị trí thả đá ...................................................................................35
Hình 2.4. Chân kè bằng đá đổ .......................................................................................36
Hình 2.5. Chân kè bằng rồng .........................................................................................36
Hình 2.6. Chân kè bằng cọc........................................................................................... 37
Hình 2.7. Chân kè bằng ống buy ...................................................................................37
Hình 2.8. Kè lát mái ......................................................................................................38
Hình 2.9. Kè mỏ hàn ......................................................................................................39
Hình 2.10. Đập hướng dòng .......................................................................................... 40
Hình 2.11. Cắt ngang điển hình kè Tam Giang ............................................................. 53
Hình 2.12. Cắt ngang điển hình kè Ông Tấn .................................................................54
Hình 2.13. Sạt lở kè Bạch Đằng, thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên ............................ 58
Hình 2.14. Sụt lún mái Kè chống xói lở bờ Nam sông Đà Rằng ..................................59
Hình 2.15. Mất ổn định do thi công trên bờ trước khi thi công phần chân kè Tam
Giang, thị xã Sông Cầu, tỉnh Phú Yên...........................................................................60
Hình 2.16. Sạt lở kè Bạch Đằng ....................................................................................61
Hình 2.17. Sụt lún mái Kè chống xói lở bờ Nam sông Đà Rằng ..................................62
Hình 2.18. Cấu tạo kè lát mái ........................................................................................65
Hình 2.19. Khu vực bồi xói sau khi xây dựng công trình ổn định cửa sông .................71
Hình 2.20. Mặt cắt kè dạng 1 ........................................................................................72
Hình 2.21. Mặt cắt kè dạng 2 ........................................................................................73

vi


Hình 2.22. Mặt cắt kè dạng 3 ........................................................................................75
Hình 2.23. Mặt cắt ngang công trình kè dạng 4 ............................................................ 76
Hình 3.1. Hiện trạng sạt lở khu vực nghiên cứu............................................................ 80
Hình 3.2. Hiện trạng sạt lở bờ sông Ba đoạn qua thôn Thạch Bàn ............................... 81
Hình 3.3. Hiện trạng sạt lở khu vực thôn Thạch Bàn ....................................................81

Hình 3.4. Phương án 1 (Chân kè bằng cọc bê tông cốt thép) ........................................85
Hình 3.5. Phương án 2 (Chân kè bằng ống buy) ........................................................... 86
Hình 3.6. Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên hệ cọc ............................................................. 89
Hình 3.7. Sơ đồ tính ổn định hệ ống buy tại Km1+17 (Hố khoan HK32) ....................91
Hình 3.8. Sơ đồ xác định áp lực tác dụng lên ống buy do tải trọng bánh xe.................93
Hình 3.9. Sơ đồ xác định áp lực tác dụng lên ống buy do tải đất đắp ........................... 93
Hình 3.10. Sơ đồ áp lực chủ động tác dụng lên ống buy do đắp sau lưng ....................95
Hình 3.11. Biểu đồ tổng áp lực chủ động tác dụng lên ống buy ...................................95
Hình 3.12. Biểu đồ tổng áp lực bị động tác dụng lên ống buy ......................................96
Hình 3.13. Tổng hợp các lực tác dụng lên hệ ống buy ..................................................96
Hình 3.14. Qui tải trọng về tâm đáy ống buy ................................................................ 98
Hình 3.15. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt tổng thể tính đến chân cọc) HK 22 ..101
Hình 3.16. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt tổng thể tính đến chân cọc) HK 22 ...102
Hình 3.17. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK 22 ........102
Hình 3.18. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK 22 ........103
Hình 3.19. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt tổng thể tính đến chân cọc) HK28 ...104
Hình 3.20. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt tổng thể tính đến chân cọc) HK28 ....104
Hình 3.21. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK28 .........105
Hình 3.22. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK28 .........105
Hình 3.23. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt tổng thể tính đến chân ống buy) HK 32
.....................................................................................................................................106
Hình 3.24. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt tổng thể tính đến chân ống buy) HK 32
.....................................................................................................................................107
Hình 3.25. Nền đất ở trạng thái tự nhiên (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK 32 ........107
Hình 3.26. Nền đất ở trạng thái bão hòa (trượt phần mái trên đỉnh cọc) HK 32 ........108

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Chiều rộng tối thiểu mặt đỉnh đê ....................................................................30
Bảng 2.2 Hệ số KD .........................................................................................................31
Bảng 2.3 Hệ số φ ...........................................................................................................32
Bảng 2.4 Các đặc trưng chính của sông ngòi Phú Yên .................................................47
Bảng 2.5 Bảng thống kê các kè ở Phú Yên ...................................................................50
Bảng 3.1 Bảng mực nước tính toán nhỏ nhất tại đầu tuyến kè ứng với các tần suất.....87
Bảng 3.2 Bảng mực nước thiết kế lớn nhất tại đầu tuyến kè ứng với các tần suất .......87
Bảng 3.3 Bảng Bảng tính toán giá trị chiều sâu chôn cọc .............................................90
Bảng 3.4 Bảng tính toán giá trị chiều sâu chôn cọc ......................................................90
Bảng 3.5 Bảng áp lực lên ống buy do tải bánh xe theo chiều sâu .................................92
Bảng 3.6 Bảng áp lực lên ống buy do tải đất đắp theo chiều sâu ..................................94
Bảng 3.7 Bảng áp lực chủ động tác dụng lên ống buy do đất sau tường theo chiều sâu
.......................................................................................................................................94
Bảng 3.8 Bảng tổng hợp áp lực chủ động tác dụng lên ống buy theo chiều sâu ..........95
Bảng 3.9 Đặc trưng cơ lý của các lớp địa chất tại mặt cắt HK22 ...............................101
Bảng 3.10 Bảng tính chất cơ lý của đất đá đắp sau lưng tường ..................................101
Bảng 3.11 Đặc trưng cơ lý của các lớp địa chất tại mặt cắt HK28 .............................103
Bảng 3.12 Đặc trưng cơ lý của các lớp địa chất tại mặt cắt như bảng sau: .................106
Bảng 3.13 Kết cấu kè của các phương án....................................................................108
Bảng 3.14 Bảng so sánh lựa chọn phương án .............................................................110

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Sông Ba với tổng diện tích lưu vực 14.132 km2 nằm trên địa phận 3 tỉnh Gia Lai,
ĐakLak và Phú Yên, phần diện tích lưu vực ở Phú Yên chỉ có 2.420 km2, chiếm
18,3%. Hàng năm, về mùa lũ, nước sông Ba dồn từ thượng lưu về gây ngập lụt nghiêm
trọng cho hạ lưu sông Ba. Lũ đã gây ngập lụt, thiệt hại khá lớn về người và tài sản trên

lưu vực. Mưa lũ gây chết người, nhà cửa bị ngập, bị sập, các công trình hạ tầng cơ sở
như trường học, bệnh viện bị hư hỏng, đường sá cầu cống công trình thuỷ lợi bị sạt lở,
bị vỡ và bồi lấp. Diện tích đất trồng trọt bị ngập lâu ngày làm cho lúa, hoa màu và các
loại cây trồng khác bị chết gây thất thu. Theo thống kê một số năm gần đây cho thấy
tình hình lũ lụt trên lưu vực ngày càng nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu thế
ngày càng tăng.
Hiện Phú Yên có nhiều tuyến đê, kè bị sạt lở nghiêm trọng cần được tiếp tục đầu tư
xây dựng. Từ năm 1993 đến nay, sông Ba đã gây sạt lở, xói mòn, xâm thực trên 150ha
đất nông nghiệp và đe dọa đến tính mạng, nhà cửa của trên 1.500 hộ dân. Tại khu vực
thôn Phú Sen Tây, xã Hòa Định Tây, có khoảng 2.000m bờ sông bị sạt lở nặng. Tại
thôn Phú Lộc, xã Hòa Thắng, dù trước đây đã được tỉnh đầu tư vốn xây dựng khoảng
1km kè, nhưng vì không đủ vốn xây dựng kiên cố, chỉ gia cố tạm nên hiện nay bờ sông
gần đoạn kè này tiếp tục bị sạt lở. Trong khi đó, tại khu vực Soi Làng, thị trấn Phú
Hòa, cũng do không có vốn nên chỉ gia cố tạm bằng bao cát vì vậy dòng chảy sông Ba
tiếp tục gây sạt lở hơn 500m, cuốn trôi hơn 1,6ha đất sản xuất của người dân; đoạn
sông Ba từ thôn Vĩnh Phú đến cầu Đà Rằng mới, xã Hòa An, dòng chảy của sông đã
gây sạt lở với chiều dài hơn 5km.
Từ năm 2008 đến nay, tỉnh Phú Yên đã đầu tư hơn 1.000 tỉ đồng triển khai các dự án
chống sạt lở bờ sông và thoát lũ bảo vệ khu dân cư, nhưng thực trạng trên vẫn diễn ra
nghiêm trọng. Giai đoạn 2015-2016, Tỉnh cần hơn 2.322 tỉ đồng để xây dựng khoảng
46,45km kè chống sạt lở bờ sông.
Hiện nay, Tỉnh đang triển khai các tiểu dự án: Kè chống xói lở bờ bắc thôn Phú Lộc
(huyện Phú Hòa) dài khoảng 2km và kè chống xói lở thôn Thạch Bàn (huyện Tây
1


Hòa) dài khoảng 1,6km. Hai tiểu dự án này có tổng vốn đầu tư hơn 212 tỉ đồng, thực
hiện từ năm 2015 đến 2016. Dự án Hệ thống thoát lũ bảo vệ dân cư dọc sông Kỳ Lộ
các huyện Đồng Xuân, Tuy An đang triển khai 2 tiểu dự án. Trong đó, tiểu dự án Kè
bờ tả tại khu vực thượng lưu đập Ông Tấn (huyện Tuy An) dài khoảng 700m, kinh phí

khoảng 44 tỉ đồng. Tiểu dự án Kè bờ tả tại khu vực cầu La Hai mới (huyện Đồng
Xuân) có kế hoạch xây dựng hơn 1,48km, tổng kinh phí khoảng 81 tỉ đồng. “4 tiểu dự
án trên được đầu tư từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ với kinh phí 150 tỉ đồng, chống
sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ tính mạng, tài sản, đất sản xuất của người dân và cơ sở
hạ tầng trong khu vực, góp phần ổn định đời sống người dân trong vùng.
Tuyến công trình Kè Thạch Bàn nằm trên bờ sông Ba, thuộc địa phận thôn Thạch Bàn,
xã Hòa Phú, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên là một trong những khu vực chịu nhiều ảnh
hưởng nhất. Do địa chất bờ sông kém, mái bờ dốc làm cho bờ sông mất ổn định. Khi
có sự thay đổi đột ngột chế độ thuỷ văn, thuỷ lực nước rút nhanh dẫn đến sự thay đổi
mực nước ngầm xói các lớp đất yếu gây nên hiện tượng sạt lở.

Hình 0.1. Vị trí kè Thạch Bàn
Đối với vấn đề thiết kế đê, kè hiện nay thường có nhiều phương án. Để lựa chọn,
thông thường người thiết kế đối chiếu với các tiêu chuẩn thiết kế và tính toán kinh tế
để lựa chọn phương án tối ưu nhất. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn, quy phạm được ban
2


hành để áp dụng chung cho cả nước vì vậy cần nghiên cứu vận dụng với điều kiện
từng vùng, các giải pháp công trình gia cố kè bờ sông chưa có hoặc chỉ mới có một số
đoạn chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Do đó, cần nghiên cứu và đề xuất các phương
pháp lựa chọn hợp lý với điều kiện tự nhiên, qui hoạch, phát triển kinh tế - xã hội, an
ninh quốc phòng của từng vùng. Bên cạnh đó cần đánh giá hiện trạng và các hư hỏng,
cơ chế phá hoại thường xuất hiện để kiểm nghiệm và đề xuất phương pháp tính toán áp
dụng cụ thể cho khu vực cần nghiên cứu.

Hình 0.2. Tình hình sạt lở khu vực nghiên cứu
Chính vì vậy đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý cho Kè Thạch
Bàn, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên” bước đầu có được cái nhìn tổng quan về các
tiêu chí thiết kế mặt cắt kết cấu cho đê, kè sông và đề xuất giải pháp hợp lý cho kè

chống xói lở bờ sông khu vực nghiên cứu nói trên giúp ổn định đời sống nhân dân và
góp phần cho kinh tế xã hội phát triển.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá được hiện trạng và nguyên nhân gây hư hỏng của đê, kè sông trên địa bàn
tỉnh Phú Yên nói chung và sông Ba nói riêng.
- Đề xuất được các tiêu chí thiết kế đê, kè chống xói lở bờ sông và nghiên cứu lựa
chọn được kết cấu mặt cắt hợp lý cho kè chống xói lở thôn Thạch Bàn, xã Hòa Phú,
3


huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận để giải quyết vấn đề cần nghiên cứu
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu về đê, kè sông, cửa sông ở nước ngoài, trong nước và
tỉnh Phú Yên liên quan đến đề tài từ trước đến nay.
- Thu thập tài liệu, hình ảnh, điều tra, khảo sát hiện trường, hiện trạng và vận dụng các
cơ sở khoa học để phân tích nguyên nhân hư hỏng của các loại kết cấu mặt cắt đê, kè
sông tại Phú Yên.
- Vận dụng các cơ sở lý thuyết, các văn bản pháp quy và các phần mềm tính toán để
phân tích, đề xuất, lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho công trình cụ thể.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa các nghiên cứu đã có.
- Phương pháp xử lý thống kê, phân tích tổng thể.
- Phương pháp nghiên cứu lý luận.
- Phương pháp chuyên gia.
- Ứng dụng các mô hình toán, phần mềm tính toán, kiểm tra ổn định, tính toán kết cấu
công trình.
4. Kết quả đạt được
- Đánh giá được hiện trạng và nguyên nhân gây hư hỏng của đê, kè sông, cửa sông trên
địa bàn tỉnh Phú Yên.

- Đề xuất được các tiêu chí để vận dụng trong thiết kế đê, kè chống xói lở bờ sông tỉnh
Phú Yên.
- Vận dụng các cơ sở lý thuyết và các mô hình toán để tính toán lựa chọn mặt cắt kết cấu
hợp lý cho kè chống xói lở thôn Thạch Bàn, xã Hòa Phú, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên.

4


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ

1.1 Tổng quan về đê kè, bảo vệ bờ sông
Sạt lở bờ sông đã và đang là vấn đề bức xúc, ảnh hưởng lớn đến đời sống của con
người vốn có tập quán sinh sống và canh tác, sản xuất ven sông. Chúng ta đã biết nước
có vai trò vai trò vô cùng lớn đối với sự phát triển của loại người, nước là nguồn gốc
đảm bảo cho sự sống của mọi sinh vật trên thế giới, là thứ không thể thiếu đối với sự
tồn vong của con người. Do đó, từ xa xưa con người đã luôn tìm đến, định cư và sinh
sống ở những nơi gần nguồn nước nhất. Tuy nhiên, việc sạt lở bờ sông cũng gây thiệt
hại nặng nề cho các hoạt động dân sinh kinh tế, gây mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà
cửa, tính mạng, thậm chí có thể gây hủy hoại toàn bộ một khu dân cư sinh sống gần
sông. Do đó trong quá trình sinh tồn và phát triển, con người luôn phải tìm cách phòng
chống và chế ngự các thảm họa do các sông, suối mang lại, đặc biệt là các vấn đề sạt
lở bờ để tồn tại.
1.1.1 Một số đặc điểm chung về đê, kè
Là công trình nằm ở ven sông, thường có địa chất nền yếu, chịu tác động của mực
nước và dòng chảy trong sông, thay đổi theo mùa và thời gian. Đặc biệt trong thời gian
gần đây, do tác động của các biến đổi khí hậu toàn cầu, các qui luật về sóng gió, dòng
chảy, bùn cát… cũng có biến động bất lợi hơn, đe dọa đến an toàn của các khu dân cư
và kinh tế rộng lớn dọc các bờ sông.

Công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng, củng cố, duy tu, bảo dưỡng qua các thời kỳ
lịch sử. Chịu nhiều tác động của yếu tố tự nhiên mang yếu tố ngẫu nhiên, bất định,
chịu các tác động bất lợi do con người gây ra: khai thác đất cát, sản xuất nông nghiệp,
tác động của sóng do tàu thuyền đi lại trên sông.
1.1.1.1Các nguyên nhân gây sạt lở bờ sông
Có rất nhiều nguyên nhân gây sạt lở mái tự nhiên của bờ sông, tuy nhiên có thể tổng
hợp thành hai nguyên nhân chính:
- Nguyên nhân thứ nhất là do chế độ dòng chảy thủy lực thay đổi dẫn đến bùn cát lòng
sông bị vận chuyển đi nơi khác tạo thành các hố xói cục bộ. Chính những hố xói này
5


tác động trực tiếp đến sự mất ổn định của mái bờ sông, gây sạt lở từ dưới chân mái đê,
mái bờ sông phát triển lên. Điều này được thể hiện rõ rành nhất trong hiện tượng dòng
chảy vòng hướng ngang phát triển mạnh mẽ trong đoạn sông cong.
Sự phát triển dòng chảy vòng hướng ngang đã làm cho bờ lõm càng ngày càng dốc và
dẫn tới sạt trượt và lõm thêm, bờ lồi càng được bồi và dẫn tới lồi thêm. Chính sự thay
đổi hình thái bờ này đã làm cho chế độ thủy lực hạ lưu sông thay đổi và dẫn tới sự thay
đổi hình thái bờ sông ở đoạn kế tiếp.
- Nguyên nhân thứ hai là do sự mất cân bằng cục bộ ngay tại mái bờ sông. Điều này
được thể hiện ở sự gia tăng khả năng gây trượt và giảm nhỏ khả năng chống trượt.
Chính sự mất cân bằng này đã dẫn tới những phá hoại mái bờ sông như sạt lở, trượt bờ
sông. Sự mất cân bằng này có nhiều nguyên nhân gây ra như: tác động của sóng gió,
tàu thuyền qua lại…
Những nguyên nhân làm tăng các lực gây trượt mái bao gồm:
- Tác dụng của dòng thấm như ảnh hưởng của mưa kéo dài làm đất bão hòa nước,
giảm khả năng chống trượt.
- Quá trình lũ rút nhanh.
- Tác dụng của áp lực sóng.
- Chất tải lên mép bờ sông.

1.1.2 Đê điều phòng chống lũ
Đê có nhiệm vụ ngăn nước lũ vào mùa mưa, ngăn triều cường đối với các vùng cửa
sông, ven sông, bảo vệ khu dân cư. Theo vành đai các tuyến bảo vệ, đê được phân làm
hai loại. Đê chính là tuyến đê bảo vệ vùng dân sinh kinh tế quan trọng, loại đê này
không cho phép nước tràn qua đỉnh đê. Đê bối là tuyến đê nằm bên ngoài đê chính
nhằm bảo vệ và tận dụng khai thác các bãi bồi, loại đê này cho phép nước tràn qua
đỉnh, mức độ bảo vệ thấp hơn đê chính.
1.1.3 Kè và công trình bảo vệ bờ
Kè có nhiệm vụ bảo vệ mái đê, mái dốc bờ sông, ổn định đường bờ, bảo vệ bãi trước
6


đê, có nhiều hình thức kè với kết cấu đa dạng, phong phú. Theo hình thức kết cấu và
vật liệu xây dựng, kè bảo vệ mái dốc có nhiều loại khác nhau. Mỗi loại đều có ba phần
chính gồm chân kè, thân kè và đỉnh kè. Chân kè làm nhiệm vụ bảo vệ chống xói lở ở
chân mái dốc, thân kè bảo vệ phần mái dốc từ chân đến đỉnh kè, đỉnh kè là phần bảo
vệ đỉnh của mái dốc. Từng bộ phận phải đảm bảo điều kiện làm việc ổn định trong quá
trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía sông hoặc phía đất thân đê hoặc bờ.
Kè bảo vệ mái dốc sử dụng các vật liệu từ đơn giản như trồng cỏ đến phức tạp như bê
tông lắp ghép tự chèn. Các hình thức thông dụng như đá đổ, đá xếp khan, khối bê tông
ghép rời, liên kết tự chèn tạo thành mảng.
1.2

Các kết quả nghiên cứu đê, kè bảo vệ bờ sông ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều
nghiên cứu mới ứng dụng các thành tự khoa học công nghệ tién tiến trong các ngành
vật liệu, kết cấu xây dựng để tăng cường hiệu quả bảo vệ bờ sông đã được tiến hành,
thử nghiệm và đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế, bổ sung cho các giải pháp truyền
thống. Một số ít trong đó đã được ứng dụng thử nghiệm ở Việt Nam. Vì vậy việc

nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông
chống lũ vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực
tiễn cao.
1.2.1 Những xu hướng giải pháp công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông
- Ứng dụng vật liệu mới
- 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...

7


Hình 1.1. Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè
a. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm
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 kĩ thuật
được sản xuất công nghiệp hóa vì vậy càng đảm bảo chất lượng lọc của công trình.
b. Sử dụng vải địa kỹ thuật 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
c. 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 bê tông 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 bê tông túi khuôn, thảm túi cát, ống, túi địa kỹ thụât...

8


Hình 1.2. Một số loại thảm bê tông túi khuôn
Một dạng khác của thảm bêtông túi khuôn là thảm bê tông FS cũng là dạng thảm bê
tông 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.

Hình 1.3. Kết cấu thảm FS
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.
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.
9


Hình 1.4. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn
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
Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất,
cát hoặc bê tông 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 1.5. Kè bằng GeoTube
10


Hình 1.6. Một loại túi địa kỹ thuật
d. 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 1.7. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa
- Ứng dụng vật liệu mới
- 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
11


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...

Hình 1.8. Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè
a. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và lớp đệm
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 kĩ thuật
được sản xuất công nghiệp hóa vì vậy càng đảm bảo chất lượng lọc của công trình.

b. Sử dụng vải địa kỹ thuật 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
c. 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 bê tông 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,
12


thảm bê tông túi khuôn, thảm túi cát, ống, túi địa kỹ thụât...

Hình 1.9. Một số loại thảm bê tông túi khuôn
Một dạng khác của thảm bêtông túi khuôn là thảm bê tông FS cũng là dạng thảm bê
tông 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.

Hình 1.10. Kết cấu thảm FS
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.
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.
13

Hình 1.11. Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn
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
Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất,
cát hoặc bê tông 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 1.12. Kè bằng GeoTube
14


Hình 1.13. Một loại túi địa kỹ thuật
d. 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 1.14. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa

15