Nghiên cứu giải pháp công trình bảo vệ bờ Hữu Sông Hồng

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu, đến nay luận văn “Nghiên
cứu giải pháp Công trình bảo vệ bờ Hữu Sông Hồng đoạn chảy qua địa bàn thị
xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội” đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu cầu đề ra.
Với thành quả đạt được, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
quý thầy cô Trường Đại Học Thủy Lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thức
khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Ban Quản lý dự án Đầu tư và Xây
dựng thuộc Sở Nông nghiệp và PTNT Hà Nội, đồng nghiệp của cơ quan, người thân
và bạn bè lớp 19C11 đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình
học tập cũng như trong quá trình thực hiện hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Vũ
Thanh Te đã hướng dẫn giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này./.

Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2015
Học viên

Trần Đình Cường


BẢN CAM KẾT
Tên đề tài luận văn “Nghiên cứu giải pháp Công trình bảo vệ bờ Hữu Sông
Hồng đoạn chảy qua địa bàn thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội”.
Tôi xin cam kết đây là công trình khoa học nghiên cứu của riêng cá nhân Tôi.
Kết quả nêu trong luận văn này là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, không sao chép
từ công trình nghiên cứu khoa học nào khác.
Nếu nội dung luận văn không đúng với cam kết này, Tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2015
Học viên

Trần Đình Cường


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

............................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ................................. 3
1.1. Đặc điểm chung.................................................................................................... 3
1.2. Phân loại công trình bảo vệ bờ ............................................................................. 3
1.2.1. Công trình bảo vệ bờ sông ......................................................................... 3
1.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển.......................................................................... 4
1.3. Đặc điểm công trình kè bảo vệ mái dốc ............................................................... 5
1.3.1. Cấu tạo kết cấu kè bảo vệ mái dốc ............................................................ 5
1.3.2. Phân loại và điều kiện áp dụng từng loại kết cấu kè bảo vệ mái dốc ........ 8
1.3.3. Sự làm việc của kết cấu kè bảo vệ mái dốc ............................................. 10
1.3.4. Một số dạng hư hỏng của kè bảo vệ mái dốc và nguyên nhân ................ 10
1.4. Đặc điểm công trình chỉnh trị và bảo vệ bờ sông .............................................. 11
1.4.1. Khái niệm về tuyến chỉnh trị sông ........................................................... 11
1.4.2. Phân loại công trình bảo vệ bờ sông ........................................................ 13
1.5. Tổng quan về một số hư hỏng đã xẩy ra ở khu vực nghiên cứu ........................ 13
1.5.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu:................................................ 13
1.5.2. Tổng quan về biến đổi lòng dẫn trên sông Hồng:.................................... 21
1.5.3. Một số khu xói lở trên sông Hồng đoạn chảy qua Hà Nội ...................... 25
1.6. Kết luận chung và hướng nghiên cứu ................................................................ 29
CHƯƠNG 2. THỰC TRẠNG DIỄN BIẾN SẠT LỞ BỜ HỮU SÔNG HỒNG
ĐOẠN QUA KHU VỰC SƠN TÂY VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG TÍNH
TOÁN CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ........................................................................ 31

2.1. Thực trạng sạt lở bờ hữu sông Hồng đoạn qua Sơn Tây ................................... 31
2.1.1. Diễn biến sạt lở trên tuyến: ...................................................................... 31
2.1.2. Thực trạng sạt lở trên tuyến ..................................................................... 32
2.1.3. Nguyên nhân sạt lở và các yếu tố ảnh hưởng trong khu vực................... 35
2.2. Các giải pháp công trình đã được thực hiện tại vị trí tuyến đê nghiên cứu ....... 36
2.2.1. Trồng tre chắn sóng bảo vệ bờ ................................................................ 36


2.2.2. Bảo vệ bờ bằng mái đá xây...................................................................... 37
2.2.3. Bảo vệ bờ bằng rọ đá ............................................................................... 37
2.2.4. Bảo vệ bờ bằng kè mỏ hàn....................................................................... 38
2.3. Cơ sở lý thuyết trong tính toán các bộ phận kè bảo vệ bờ ................................. 39
2.3.1. Thiết kế thân kè: ...................................................................................... 39
2.3.2. Thiết kế tầng đệm và tầng lọc:................................................................. 44
2.3.3. Thiết kế chân kè: ...................................................................................... 45
2.4. Tính toán ổn định kè bảo vệ mái dốc ................................................................. 46
2.4.1. Tính toán ổn định tổng thể:...................................................................... 47
2.4.2. Tính toán ổn định nội bộ lớp gia cố:........................................................ 50
2.4.3. Giới thiệu sơ lược về phần mềm GEO-SLOPE: ...................................... 51
2.5. Phân tích lựa chọn các giải pháp phù hợp cho tuyến đê nghiên cứu ................. 52
2.5.1. Điều kiện cụ thể của tuyến đê nghiên cứu: .............................................. 52
2.5.2. Phân tích các giải pháp bảo vệ mái dốc cho tuyến đê nghiên cứu: ......... 53
2.6. Kết luận chung ................................................................................................... 54
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ THIẾT KẾ KÈ BẢO VỆ
BỜ HỮU SÔNG HỒNG ĐOẠN TỪ K30+000 ĐẾN K31+000 ĐỊA PHẬN THỊ XÃ
SƠN TÂY, TP HÀ NỘI ............................................................................................ 56
3.1. Giới thiệu chung ................................................................................................. 56
3.1.1. Vị trí nghiên cứu: ..................................................................................... 56
3.1.2. Đặc điểm địa hịnh địa mạo: ..................................................................... 56
3.1.3. Đặc điểm đường bờ của khu vực nghiên cứu: ......................................... 56

3.1.4. Đặc điểm lòng sông: ................................................................................ 57
3.1.5. Đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu: .................................................. 57
3.1.6. Đặc điểm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu: ................................ 61
3.1.7. Tính toán MN kiệt năm Trạm Trung Hà: ................................................ 64
3.1.8. Tính toán MN kiệt năm Trạm Sơn Tây: .................................................. 67
3.1.9. Tình hình dân sinh – kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu: ..................... 69
3.1.10. Vật liệu xây dựng .................................................................................. 70


3.1.11. Nguyên nhân xói lở bờ và các yếu tố ảnh hưởng: ................................ 70
3.1.12. Dự báo xu thế sạt lở: ............................................................................. 71
3.2. Lựa chọn quy mô công trình khu vực nghiên cứu ............................................. 71
3.2.1. Xác định mực nước kiệt thiết kế:............................................................. 71
3.2.2. Xác định cao trình đỉnh cơ kè: ................................................................. 74
3.2.3. Lựa chọn tuyến công trình: ...................................................................... 74
3.2.4. Tính toán kích thước đá đổ hộ chân: ....................................................... 74
3.2.5. Tính toán chọn vải lọc: ............................................................................ 75
3.2.6. Lựa chọn bề rộng lăng thể: ...................................................................... 76
3.3. Tính toán kết cấu và ổn định công trình............................................................. 80
3.3.1. Tính toán ổn định kè: ............................................................................... 80
3.3.2. Tính toán kết cấu khung kè...................................................................... 82
3.3.3. Tính dầm dọc chân kè: ............................................................................. 85
3.4. Chỉ dẫn biện pháp thi công................................................................................. 87
3.4.1. Yêu cầu chất lượng vật liệu dùng trong xây dựng công trình: ................ 87
3.4.2. Trình tự thi công công trình: .................................................................... 89
3.4.3. Biện pháp thi công các hạng mục: ........................................................... 89
3.5. Kết luận chung ................................................................................................... 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 99

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1:

Mặt cắt ngang của một số dạng kết cấu kè .............................................. 7

Hình 1.2:

Một dạng kè đê sông Hồng – Hà Nội ...................................................... 8

Hình 1.3:

Vị trí tuyến đê nghiên cứu ..................................................................... 15

Hình 1.4:

Đặc điểm nhiệt độ khu vực .................................................................... 17

Hình 1.5:

Đặc điểm độ ẩm khu vực ....................................................................... 18

Hình 1.6:

Bản đồ sông Hồng đoạn chảy qua Hà Nội năm 1901 ........................... 22

Hình 1.7:

Bản đồ sông Hồng đoạn chảy qua Hà Nội năm 1932 ........................... 23

Hình 1.8:

Bản đồ sông Hồng đoạn chảy qua Hà Nội năm 1952 ........................... 23

Hình 1.9:

Bản đồ sông Hồng đoạn chảy qua Hà Nội đến nay ............................... 25

Hình 1.10: Sạt lở đê dọc sông Đuống (thuộc địa phân Xuân Canh) ....................... 27
Hình 1.11: Sạt lở dọc chân cầu Chương Dương ...................................................... 28
Hình 1.12: Hình ảnh xói lở sông Hồng vùng dân cư ............................................... 28
Hình 2.1:

Hình ảnh sạt lở chân kè Linh Chiểu năm 2009 ..................................... 33

Hình 2.2:

Hình ảnh sạt lở bờ sông thượng lưu kè Linh Chiểu .............................. 33

Hình 2.3:

Hình ảnh sạt lở chân kè đoạn trạm thủy văn Sơn Tây 2006.................. 33

Hình 2.4:

Hình ảnh sạt lở khu dân cư Hồng Hậu Tỉnh Đội năm 2007 .................. 34

Hình 2.5:

Gia cố mái ở cửa vào cống trạm bơm Phù Sa ....................................... 34

Hình 2.6:

Trồng tre chắn sóng bảo vệ bờ .............................................................. 37

Hình 2.7:

Xây kè mái đá bảo vệ bờ đoạn hạ lưu cống trạm bơm Phù Xa ............. 37

Hình 2.8:

Rọ đá mố cẩu tại cảng Sơn Tây ............................................................. 38

Hình 2.9:

Mỏ hàn tại thượng lưu kè Linh Chiểu ................................................... 38

Hình 2.10: Một số bản bê tông đúc sẵn lát đọc lập trên kè mái .............................. 43
Hình 2.11: Một số cấu kiên bê tông đúc sẵn lắp gkép có cơ cấu tự chèn................ 43
Hình 2.12: Các hình thức kết cấu chân kè ............................................................... 46
Hình 2.13: Sơ họa các lực tác dụng lên phần nhỏ cung trượt.................................. 48
Hình 2.14: Tính toán ổn định tổng thể cho mặt FABC ........................................... 49
Hình 2.15: Tính toán trượt nội bộ thân kè gia cố mái ............................................. 50


Hình 2.16: Bình đồ điển hình của tuyến đê nghiên cứu .......................................... 53
Hình 3.1:

Mặt cắt địa chất điển hình tại cọc C4 .................................................... 60

Hình 3.2:

Mặt cắt địa chất điển hình tại cọc C10 .................................................. 60

Hình 3.3:

Kết quả tính toán mực nước Trạm Trung Hà ........................................ 67

Hình 3.4:

Kết quả tính toán mực nước Trạm Sơn Tây .......................................... 69

Hình 3.5:

Sơ đồ nguyên lý phương pháp tính toán ổn định .................................. 77

Hình 3.6:

Mặt bằng đại diện kết cấu kè ................................................................. 78

Hình 3.7:

Mặt cắt ngang điển hình tại cọc C4 ....................................................... 78

Hình 3.8:

Mặt cắt ngang điển hình tại cọc C10 ..................................................... 79

Hình 3.9:

Kết cấu khóa kè tại cọc C2 .................................................................... 79

Hình 3.10: Kết cấu khóa kè tại cọc C7 .................................................................... 80
Hình 3.11: Kiểm tra ổn định kè tại C4 Kminmin=1.257>[K]=1.20........................ 81
Hình 3.12: Kiểm tra ổn định kè tại C10 Kminmin=1.260>[K]=1.20...................... 82
Hình 3.13: Biểu đồ nội lực dầm ngang .................................................................... 84
Hình 3.14: Biểu đồ nội lực dầm chân kè ................................................................. 86


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1:

Một số dạng hư hỏng kết cấu kè mái đê ................................................ 11

Bảng 1.2:

Thống kê lưu lượng bùn cát qua các thời kỳ ......................................... 20

Bảng 2.1:

Hệ số K D ................................................................................................ 39

Bảng 2.2:

Hệ số φ ................................................................................................... 41

Bảng 2.3:

Cấu kiện kè bảo vệ mái đê..................................................................... 42

Bảng 3.1:

Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ................................... 59

Bảng 3.2:

Dòng chảy trung bình nhiều năm trạm Sơn Tây ................................... 61

Bảng 3.3:

Bảng tính tích số PJQm .......................................................................... 63

Bảng 3.4:

Bảng Mực nước trung bình tháng mùa kiệt trạm Trung Hà 1983-2010 66

Bảng 3.5:

Mực nước trung bình tháng trạm Sơn Tây 1980 ÷ 2010 ...................... 68

Bảng 3.6:

Mực nước trung bình mùa kiệt trạm Trung Hà (1983-2010) ................ 72

Bảng 3.7:

Mực nước trung bình mùa kiệt trạm Sơn Tây (1990-2010) ................. 72

Bảng 3.8:

Độ dốc mực nước trung bình mùa kiệt .................................................. 73

Bảng 3.9:

Chỉ tiêu cơ lý tính toán .......................................................................... 81

Bảng 3.10: Kết quả tính toán. .................................................................................. 82


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu các công trình thủy lợi, nhất là dòng chảy
có lưu tốc cao của các sông lớn, để giảm thiểu tác hại khi nước lũ thượng nguồn các
con sông đổ về gây ra các sự cố về đê, chúng ta sử dụng biện pháp công trình như
sử dụng các thiết bị hướng dòng như đập mỏ hàn, kè mái đê phía sông. Tuy nhiên
như đã đề cập do dòng chảy thường là dòng lưu tốc cao nên trong khi tính toán thiết
kế cần phải chú ý đến các hiện tượng xói chân đê, hoặc sụt chân kè, hơn nữa khi
tính toán các thông số bảo vệ mái đê chỉ dựa vào các công thức thực nghiệm chính
vì thế mà cần phải thông qua thí nghiệm mô hình để tạo ra hình dáng, kích thước và
bố trí cho hợp lý.
Mỗi loại vật liệu dùng để xây dựng bảo vệ đê có thể chịu được tác dụng giới
hạn nào đó của vận tốc, gọi là vận tốc cho phép [Vcp]. Chẳng hạn như vận tốc
chống xói cho phép [Vcp] ứng với từng vật liệu. Nếu vận tốc nước sông chảy lớn
hơn vận tốc chống xói cho phép của vật liệu xây dựng bảo vệ đê thì bờ sông sẽ bị
phá hoại. Như vậy, để đảm bảo bờ sông không bị phá hoại thì phải xác định loại vật
liệu để bảo vệ bờ sông.
Quy phạm tính toán thuỷ lực mới nêu về tính toán vật liệu để bảo vệ bờ sông,
Vì vậy khi tính toán tham khảo các tài liệu là chính. Do đó có nhiều phương pháp

và cách tính khác nhau.
Tuy nhiên trong khi tính toán có nhiều yếu tố không thể xác định được bằng lý
thuyết, nên việc tính toán thường phải kết hợp với thí nghiệm mô hình thuỷ lực
nhằm hiệu chỉnh một số thông số thuỷ lực.
2. Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu các thông số đặc trưng của dòng chảy, đề xuất giải pháp công
trình bảo vệ bãi và đê hữu sông Hồng đoạn chảy qua địa phận thị xã Sơn Tây thành phố Hà Nội.


2

3. Cách tiếp cận:
-

Tổng hợp và kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong khu
vực nghiên cứu, đặc biệt là các giải pháp công trình bảo vệ bờ trong khu
vực;

-

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình tính toán và các
phần mềm ứng dụng;

-

Phương pháp hệ thống điều tra thực địa;

-

Tổng hợp và kế thừa các tri thức kinh nghiệm đã có.

4. Kết quả dự kiến đạt được:
-

Đối với các đoạn sông có độ dốc lớn, mà dòng chảy trên đó có lưu tốc
lớn, độ xiết cao thì một trong những giải pháp hợp lý là hộ chân bằng
khối lăng thể đá hộc và kè lát mái đê để hướng dòng chảy ra khỏi chân đê
nhằm hạn chế xói lở chân đê, chân kè, giảm sự xói lở của dòng chảy.

-

Xác định được các thông số của dòng chảy, trường vận tốc, phạm vi gây
xói, tính toán thiết kế được công trình kè mái đê đối với tuyến đê Hữu
Hồng đoạn qua địa phận thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội.

5. Nội dung luận văn:
Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt
được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được
các mục tiêu đó. Nội dung chính của luận văn gồm 03 chương chính như sau:


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ
1.1. Đặc điểm chung
Các công trình bảo vệ bờ là một hợp phần quan trọng trong hệ thống công
trình thủy lợi, các công trình này được xây dựng để bảo vệ bờ sông, bờ biển khỏi
tác dụng phá hoại của dòng chảy trong sông , dòng ven bờ biển và của sóng gió.
Ngoài hệ thống đê để bảo vệ các vùng lãnh thổ khỏi bị ngập bởi nước lũ và
thủy triều thì các công trình bảo vệ bờ cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc

bảo vệ các khu dân cư và kinh tế. Đặc biệt trong thời gian gần đây, do tác động của
các biến đổi khí hậu toàn cầu, các quy luật về sóng gió, dòng chảy, bùn cát ... cũng
có những biến động bất lợi hơn, đe doạ đến an toàn của các khu dân cư và kinh tế
rộng lớn dọc các bờ sông, bờ biển. Từ thực tế các trận lũ lụt trong những năm vừa
qua cho thấy có những đoạn bờ sông, bờ biển đã ổn định trong nhiều năm, nay lại
phải trải qua những diễn biến phức tạp do sông đổi dòng, biển lấn vào đất liền. Điều
này đòi hỏi công tác thiết kế các công trình bảo vệ bờ cần bổ sung các điều kiện mới
trong tính toán, đổng thời cần phải xây dựng các quy hoạch tổng thể về bảo vệ bờ
sông, bờ biển trong từng khu vực rộng lớn.
1.2. Phân loại công trình bảo vệ bờ
Do đặc điểm tác dụng của dòng chảy và sóng gió lên công trình, thường phân
biệt các công trình bảo vệ bờ sông và công trình bảo vệ bờ biển.
1.2.1. Công trình bảo vệ bờ sông
Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông , đặc biệt là về
mùa lũ.
Các 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.
Thuộc loại này bao gổm:


4

-

Các kè bảo vệ mái.

-

Các đập mỏ hàn để lái dòng chảy trong sông đi theo những hướng xác

định.

-

Các mỏ hàn mềm được làm bằng phên và cọc hay bãi cây chìm để điều
khiển bùn cát đáy, gây bổi, chống xói bờ và chân dốc.

-

Các hệ thống lái dòng đặc biệt (ví dụ hệ thống lái dòng Potapop) để
hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói trôi bãi bổi, bảo vệ các đoạn
bờ xung yếu.

1.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển
Khác với công trình bảo vệ bờ sông, các công trình bảo vệ bờ biển chịu tác
động của hai yếu tố chính là:
-

Tác dụng của sóng gió.

-

Tác dụng của dòng ven bờ. Dòng này có thể mang bùn cát bổi đắp cho bờ
hay làm xói chân mái dốc dẫn đến sạt lở bờ.

Ngoài ra các công trình bảo vệ bờ biển được xây dựng trong môi trường nước
mặn nên cần lựa chọn vật liệu thích hợp.
Công trình bảo vệ bờ biển gổm các loại sau:
+) Các loại kè biển:
Dùng các vật liệu khác nhau để gia cố bờ trực tiếp, chống sự phá hoại của

sóng và dòng chảy.
Do tác dụng của sóng gió, giới hạn trên của kè phải xét đến tổ hợp bất lợi của
sóng gió và thủy triều, trong đó kể cả độ dâng cao mực nước do gió bão. Với các
đoạn bờ biển không có sự che chắn của hải đảo và rừng cây ngập mặn, sóng biển
dội vào bờ thường có xung lực rất lớn, mực độ phá hoại mạnh, nên kết cấu kè biển
thường phải rất kiên cố, và tiêu tốn nhiều vật liệu.


5

Với các đoạn bờ biển chịu tác dụng của dòng ven có tính xâm thực (làm xói chân
bờ) thì giới hạn dưới của chân kè phải đặt ở phạm vị mà ở đó bờ biển không còn khả
năng bị xâm thực (được xác định từ tài liệu quan trắc và tính toán dòng ven).
+) Các loại công trình giảm sóng, ngãn cát:
Được xây dựng trên vùng bãi phía trước mục tiêu cần bảo vệ. Thuộc loại này
bao gổm:
-

Các rừng cây ngập mặn chống sóng. Đây là một giải pháp bảo vệ bờ rất hữu
hiệu, tạo ra hiệu quả tổng hợp về ngăn sóng và tăng khả năng lắng đọng phù
sa, hình thành các bãi bổi ven biển. Tuy nhiên nó chỉ thích hợp với những
vùng gần cửa sông, có bãi thoải và nguổn phù sa tương đối dổi dào.

-

Đê mỏ hàn cũng như đập mỏ hàn ở bờ sông, được xây dựng nhô ra khỏi
bờ để cản sóng và hạn chế các dòng ven có tính xâm thực. Loại này
không thích hợp với bờ có bãi thoải và rộng.

-

Đê dọc đứt khúc xa bờ: thích hợp với các bờ có bãi thoải và rộng. Khi đó
đê được đặt song song với bờ, và cách bờ một khoảng nhất định (xác định
theo điêu kiện kinh tế - kỹ thuật). Đê được bố trí gổm các quãng liền và
đứt xen kẽ, các quãng liền có thể làm cao hơn mặt nước (đê nổi) hoặc
chìm dưới nước (đê ngầm giảm sóng).

-

Các mỏ hàn dạng chữ T, chữ Y: là các phương án kết hợp giữa đê mỏ hàn
và đê dọc đứt khúc để tăng hiệu quả cản sóng, bảo vệ bờ.

1.3. Đặc điểm công trình kè bảo vệ mái dốc
1.3.1. Cấu tạo kết cấu kè bảo vệ mái dốc
Mái dốc thượng lưu đê sông, đê biển, mái dốc bờ sông, bờ biển chịu tác dụng
trực tiếp của dòng chảy, của thủy triều và của sóng...
Để giữ cho mái dốc đất không bị biến dạng, ở phía ngoài cùng được cấu tạo
một bộ phận có tác dụng bảo vê mái dốc không bị xói lở. Bộ phận này được gọi là
kè bảo vê mái dốc.


6

Theo hình thức kết cấu và vật liêu sử dụng, kè bảo vê mái dốc có nhiều loại
khác nhau. Mỗi loại đều có 3 phần chính. Các phần đó là chân kè, thân kè và đỉnh
kè. Chân kè làm nhiêm vụ bảo vê chống xói ở chân mái dốc. Thân kè là phần bảo vê
mái dốc từ chân đến đỉnh. Đỉnh kè là phần bảo vê đỉnh mái dốc. Từng phần theo
từng điều kiên cụ thể có cấu tạo chi tiết để đảm bảo điều kiên ổn định trong quá
trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía sông, phía biển và từ phía đất thân đê
hoặc bờ.

-

Kè bằng đá hộc lát khan

-

Kè bằng bê tông đúc sẵn. Chân kè bằng cọc, kết hợp với lăng trụ đá.
Tường đỉnh kè bằng bê tông cốt thép.

-

Kè kết hợp hai loại vật liêu. Chân kè là đá hộc trong ống bê tông, tường
đỉnh bằng đá xây


7

Hình 1.1: Mặt cắt ngang của một số dạng kết cấu kè
Kè bảo vê mái dốc sử dụng các kết cấu từ đơn giản như trổng cỏ đến phức tạp
như bê tông lắp ghép tự chèn. Các hình thức thông dụng là đá đổ, đá xếp khan, khối
bê tông ghép rời, hoặc liên kết tự chèn tạo thành mảng.


8

Hình 1.2: Một dạng kè đê sông Hồng – Hà Nội
Kè bảo vê mái dốc là một bộ phận quan trọng để duy trì ổn định cho sông và
bờ. Nó chiếm một tỷ lê kinh phí đáng kể trong các dự án đê điều và bảo vê bờ. Mặt
khác, sự làm viêc của loại kết cấu này tương đối phức tạp, còn nhiều vấn đề cần tiếp
tục nghiên cứu làm rõ. Hiên nay ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới có

nhiều công trình nghiên cứu cải tiến các hình thức kết cấu nhằm hoàn thiên phương
pháp tính toán đảm bảo an toàn, tăng hiêu quả kinh tế cho kè bảo vê mái dốc nói
riêng và cho đê và bờ nói chung.
1.3.2. Phân loại và điều kiện áp dụng từng loại kết cấu kè bảo vệ mái dốc
+) Yêu cầu đối với kết cấu kè:
 Ôn định trên lớp đất bề mặt của mái dốc đê.
 Linh hoạt và dễ biến dạng theo đất của mái dốc và nền.
 Bền vững lâu dài của kết cấu và của vật liêu.
 Có khả năng phát hiên được sự cố.
 Dễ sửa chữa khi có hư hỏng cục bộ.
 Giá thành hạ.
 An toàn.
 Đảm bảo mỹ quan.
 Dễ quan sát, kiểm tra cho người quản lý.
 Tận dụng vật liêu địa phương.


9

+) Phân loại kết cấu kè:
Có nhiều loại kết cấu kè mái dốc đê, mái dốc bờ sông, bờ biển, có thể khái
quát hoá thành một số loại chính như sau:
Đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung bằng đá xây. Loại này được dùng
tương đối phổ biến (xem hình 1-1a).
Khối bê tông đúc sẵn lát độc lập như hình 1-1b, khối bê tông liên kết theo cơ
chế tự chèn.
Một số hình thức khác: bê tông Asphalt, trổng cỏ, vải địa kỹ thuật...
+) Phạm vi ứng dụng của một số hình thức kè bảo vệ mái:
-

Trổng cỏ khi sóng tác dụng có hs< 0.5m, dòng chảy có vận tốc v<1m/s
hoặc có bãi ngập, mái đê, mái bờ có đất để cỏ phát triển.

-

Đá hộc đổ rối khi có nguổn đá phong phú, mái đê, mái bờ thoải khi không
có yêu cầu mĩ quan.

-

Đá hộc lát khan: Khi có nguổn đá phong phú, có đá lớn, nền thoát nước
tốt.

-

Đá xếp trong khung xây bằng đá được sử dụng khi sóng và dòng chảy
tương đối mạnh, bờ tương đối chắc, không đủ đá lớn.

-

Đá hộc xây được dùng khi: Mái bờ tương đối chắc, sóng lớn, dòng chảy
mạnh, không có đá lớn.

-

Thảm rọ đá: Sóng lớn, dòng chảy mạnh, không có đá lớn.

-

Tấm bê tông đúc sẵn, ghép rời được sử dụng khi sóng lớn, dòng chảy

mạnh, không có đá lớn, có yêu cầu mĩ quan.

-

Tấm bê tông đúc sẵn liên kết mảng dùng khi trường hợp sóng lớn, dòng
chảy mạnh, không có đá lớn, có yêu cầu mĩ quan, bờ ít lún sụt, ít thoát
nước, có điều kiên thi công và chế tạo mảng.


10

-

Dùng hỗn hợp nhiều loại khi mực nước dao động lớn, mái gia cố dài,
từng vị trí có yêu cầu khác nhau.

Các nội dung nêu trên là khái quát về phạm vi ứng dụng làm cơ sở lựa chọn
giải pháp thiết kế. Trong từng trường hợp cụ thể, phải phân tích đầy đủ các điều
kiên để lựa chọn được giải pháp tốt nhất. Giải pháp tốt nhất là giải pháp thoả mãn
được nhiều yêu cầu ở mục trên và có giá thành hạ.
1.3.3. Sự làm việc của kết cấu kè bảo vệ mái dốc
Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt
phía ngoài và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê. Các tác động này sinh
ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật.
Sự tác động của các áp lực từ môi trường nước vào các kết cấu kè và tải trọng
sinh ra từ phía bên trong thân đê, có thể mô phỏng bằng một hê tương tác giữa 3
môi trường: Nước - Đất - Công trình, được mô tả như sau:
-

Quá trình I: là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thủy lực như

sóng, vận tốc trung bình của dòng chảy được mô phỏng là tải trọng phía
ngoài Pn(y,t).

-

Quá trình II: là quá trình chuyển hoá từ tải trọng phía ngoài tới phía bên
trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với
đất thân đê gọi là tải trọng phía trong Pt( y,t).

-

Quá trình III: là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía.

Căn cứ vào kết cấu cụ thể của từng loại kè, tình hình tác dụng của các tải trọng
mà tiến hành thiết lập các bài toán tính ổn định tổng thể, ổn định cục bộ, và tính
toán kết cấu cho kè.
1.3.4. Một số dạng hư hỏng của kè bảo vệ mái dốc và nguyên nhân
Một sự cố ở đê thường bắt nguồn từ những hư hỏng dẫn tới một bộ phân hoặc
toàn bọ kết cấu bị mất ổn định theo một hình thái phá hoại nào đó làm cho nó không
còn đảm nhân được chức năng làm việc được giao nữa.


11

Kè bảo vệ mái là mọt bộ phân của mặt cắt đê. Vì vây, các hư hỏng của kè có
liên quan đến hư hỏng của đê. Thường có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố. Sự tác
dụng của sóng đối với kè bảo vệ mái dốc là nguyên nhân trực tiếp và được xem là
nguyên nhân chính. Khi phân tích tính hư hỏng của một số loại kết cấu kè bảo vệ
mái chịu tác dụng của sóng có thể tham khảo ở bảng dưới đây.
Bảng 1.1: Một số dạng hư hỏng kết cấu kè mái đê

Loại kết cấu
Cát / sỏi sạn

Đất dính / cỏ

Đá đổ

Rọ đá
Thảm đá, vải địa
kĩ thuật
Khối liên kết liền
kề, liên kêt có
chèn

Biểu hiên hư hỏng

Tải trọng sóng

Đôi tượng đánh giá

Bắt đẩu di chuyển Vật
Trường vận tốc của Trọng lượng ma sát *
liêu chuyển dịch * Sự
sóng
ổn định đông lực
hình thành mạt cát
Xói * Biến dạng

Tốc đô lớn nhất Va Dính kết Rễ cỏ *
chạm

Chất lượng của sét

Bắt đẩu chuyển dịch * Vận tốc lớn nhất
Biến dạng

Thấm

Trọng lượng, ma sát
* Thấm của lớp đêm
của thân đê

Trọng lượng Liên kết
Bắt đẩu chuyển dịch
Tốc đô lớn Va đập
Dây
Biến dạng Đá lọt ra
Khí hậu Kẻ phá
ngoài Dây bị đứt *
Kích thước đơn vị *
hoại
Biểu hiên khác...
Thấm ở lớp đêm
Đẩy nổi Lún chìm
Biến dạng * Trượt

Asphalt (Bê tông Xói Biến dạng * Đẩy
nhựa đường)
nổi

Quá tải Va chạm

Chiều dày, ma sát,
liên kết
* Thấm ở lớp đêm

Tốc đô lớn Va
chạm Vượt tải

Kết cấu Trọng lượng

1.4. Đặc điểm công trình chỉnh trị và bảo vệ bờ sông
1.4.1. Khái niệm về tuyến chỉnh trị sông
Công trình bảo vê bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh


12

trị, nhằm bảo vê các điều kiên làm việc có lợi của một con sông, bảo vê bờ chông
xói lở, bảo vê dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông.
Mỗi con sông, tùy theo điều kiên thủy văn địa hình, địa chất, thảm phủ thực
vật... có một trạng thái ổn định tương đối nào đó. Khi chưa đạt được trạng thải ổn
định lâu dài này thì quá trình tạo lòng vẫn còn tiếp tục, nghĩa là dòng chảy còn tiếp
tục làm cho bờ và đáy sông bị xói chỗ này, bổi chỗ khác, nhiều trường hợp sự xói
sâu chân dốc sẽ dẫn đến trượt cả mảng bờ sông v.v... Ngoài ra có trường hợp lòng
sông đã đạt được một trạng thái ổn định tương đối trong nhiều năm, nhưng khi có
điều kiên mới bổ sung, chẳng hạn điều kiên thủy văn thay đổi do môi trường bị
thóai hóa, do biến đổi khí hậu toàn cầu..., thì khi đó trạng thái cân bằng cũ bị phá
vỡ, lòng dẫn lại tiếp tục bị biến đổi cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng mới.
Trạng thái cân bằng của một dòng sông có thể được hình thành một cách tự
nhiên, như đã diễn ra từ bao đời nay. Trạng thái đó cũng có thể được hình thành và

giữ ổn định trong điều kiên có sự tác động của các công trình nhân tạo, đó là các
công trình chỉnh trị sông.
Tuyến chỉnh trị của một con sông chính là đường biên nước của dòng sông
được chỉnh trị, tương ứng với lưu lượng thiết kế. Tùy theo mục đích và nhiêm vụ
chỉnh trị mà lưu lượng thiết kế có thể là lưu lượng mùa kiêt, mùa nước trung hay
mùa lũ. Tuyến chỉnh trị được xác định trên cơ sở các tính toán về diễn biến lòng
sông. Tài liêu cần thiết cho viêc tính toán này là các tài liêu thủy văn (diễn biến của
lưu lượng, mực nước, tình hình bùn cát), các tài liêu về địa hình địa mạo, địa chất
và lịch sử hình thành lòng dẫn.
Trong các tài liêu về lưu lượng và mực nước thiết kế thì lưu lượng và mực nước
thiết kế mùa trung, hay lưu lượng tạo lòng đóng một vai trò quan trọng. Trị số của nó
thường lấy ứng với tần suất (5^10)%, hoặc ứng với cao trình bãi già trong sông.
Trong phạm vi nghiên cứu, công trình bảo vệ bờ được đi sâu nghiên cứu là
công trình bảo vệ bờ sông. Là các công trình (lâu dài hay tạm thời) được bố trí để
bảo vệ bờ sông chống xói lở và hưởng dòng chảy theo tuyến chỉnh trị đã vạch.


13

1.4.2. Phân loại công trình bảo vệ bờ sông
+) Theo công dụng phân thành:
-

Kề lát mái: Là lớp gia cố mái đê, bờ sông để chống tác động xói lở do
sóng và dòng chảy.

-

Đập mỏ hàn: Là các đập kiến trúc có một đầu gối vào bờ, một đầu nhô ra
phía sông, nhưng không chắn hết chiều rộng lòng sông. Nhiêm vụ của đập

mỏ hàn là để hưởng dòng chảy gần bờ đi theo hưởng của tuyến chỉnh trị.

-

Mỏ hàn mềm: Có vị trí và tác dụng giống như đập mỏ hàn, nhưng có
kết cấu mềm, cho phép nưởc chảy xuyên thông qua thân.

-

Ngưỡng điều chỉnh bùn cát: là các ngưỡng bố trí chìm dưới đáy và đặt
ngang theo hưởng dòng chảy ở gần công trình lấy nưởc để điều khiển bùn
cát đáy, hạn chế lượng bùn cát vào cửa lấy nước.

-

Các hê thống lái dòng đạc biêt: Được đặt tạm thời hay cố định tại một số
vị trí để làm thay đổi hưởng dòng chảy mặt và hưởng bùn cát đáy, nhằm
thực hiên các nhiêm vụ chỉnh trị sông đã định.

+) Theo vạt liêu xây dựng, có nhiều loại:
-

Các vật liêu cứng như đá lát, đá xây, cấu kiên bê tông đúc sẵn hay bê
tông cốt thép đổ tại chỗ.

-

Các vật liêu dẻo như nhựa đường, bê tông nhựa.

-

Các vật liêu cho nưởc chảy xuyên thông như phên, bó cành cây, bụi cây.

-

Vật liêu đất đắp và đất đá hỗn hợp (thân đập mỏ hàn).

1.5. Tổng quan về một số hư hỏng đã xẩy ra ở khu vực nghiên cứu
1.5.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu:
+) Vị trí địa lý:
Nằm ở phía Tây Bắc của vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, Hà Nội có vị


14

trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp
với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà Nam, Hòa Bình phía Nam,
Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên phía Đông, Hòa Bình cùng Phú Thọ phía Tây.
Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, thành phố Hà Nội có
3.344,70 km2 diện tích tự nhiên và 6.232.640 nhân khẩu, có 29 đơn vị hành chính
trực thuộc, bao gồm các quận: Ba Đình, Cầu Giấy, Đống Đa, Hà Đông, Hai Bà
Trưng, Hoàn Kiếm, Hoàng Mai, Long Biên, Tây Hồ, Thanh Xuân, các huyện: Ba
Vì, Chương Mỹ, Đan Phượng, Đông Anh, Gia Lâm, Hoài Đức, Mê Linh, Mỹ Đức,
Phú Xuyên, Phúc Thọ, Quốc Oai, Sóc Sơn, Thạch Thất, Thanh Oai, Thanh Trì,
Thường Tín, Từ Liêm, Ứng Hòa và thị xã Sơn Tây; có 577 đơn vị hành chính cấp
xã gồm 401 xã, 154 phường và 22 thị trấn.
Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông
với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển. Nhờ phù sa bồi đắp, ba
phần tư diện tích tự nhiên của Hà Nội là đồng bằng, nằm ở hữu ngạn sông Đà, hai
bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác. Phần diện tích đồi núi phần lớn thuộc

các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức, với các đỉnh như Ba Vì cao 1.281
m, Gia Dê 707 m, Chân Chim 462 m, Thanh Lanh 427 m, Thiên Trù 378 m... Khu
vực nội thành có một số gò đồi thấp, như gò Đống Đa, núi Nùng.
Sông Hồng là con sông lớn nhất chảy qua Thành phố với chiều dài khoảng 135
km, bắt đầu từ huyện Ba Vì và kết thúc ở huyện Phú Xuyên, lưu lượng bình quân
hàng năm 2.640 m3/s với tổng lượng nước khoảng 83,5 triệu m3. Đây là nguồn nước
cung cấp chính cho thành phố Hà Nội.
Sông Đà là ranh giới giữa thành phố Hà Nội với tỉnh Phú Thọ, hợp lưu với
dòng sông Hồng ở phía Bắc thành phố tại huyện Ba Vì. Đoạn qua Hà Nội dài
khoảng 32 km từ xã Khánh Thượng đến ngã ba Trung Hà thuộc huyện Ba Vì. Sông
Đà chiếm 41,3% lượng nước của sông Hồng về dòng chảy trong năm.
Sông Đuống là phân lưu của sông Hồng, nối liền hai con sông lớn của miền
Bắc là sông Hồng và sông Thái Bình. Sông Đuống tách ra khỏi sông Hồng từ xã


15

Ngọc Thụy, huyện Gia Lâm, chảy về phía đông qua các huyện Gia Lâm, Đông Anh.
Đoạn chảy qua Hà Nội dài khoảng 20 km.
Ngoài ra, trên địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Cầu,
sông Cà Lồ, sông Tích, sông Bùi... Các sông nhỏ chảy trong khu vực nội thành như
sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu,... là những đường tiêu thoát nước thải của Hà Nội.
Khu vực tuyến đê nghiên cứu là tuyến đê hữu sông Hồng từ K27+431 đến
K32+00, có chiều dài tương ứng khoảng 4600m. Đây là một khu vực dân cư sinh
sống ổn định và có từ lâu đời, theo thời gian người dân đã hình thành khu dân cư
dọc theo tuyến bờ hữu sông Hồng.
Những năm gần đây, do đặc điểm địa hình khu vực này sát với mép lở, sự
chênh lệch về độ cao khá lớn giữa bờ và đáy sông, dòng chủ lưu của sông Hồng qua
khu vực này đã thay đổi, ép sát bờ gây sạt lở khu dân cư. Tại một số vị trí cung sạt
đã ăn sâu vào khu dân cư, tại một số vị trí nguy hiểm mép lở chỉ còn cách chân đê

hữu Hồng khoảng 30m đến 50m.

Khu vực nghiên cứu

Hình 1.3: Vị trí tuyến đê nghiên cứu


16

+) Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực:
+) Đặc điểm đường bờ khu vực nghiên cứu:
Khu vực nghiên cứu nằm ở đoạn sông cong phía bờ hữu sông Hồng, nơi dòng
chủ lưu chảy ép sát bờ với chiều dài cần xây dựng khoảng 4600m (tương ứng từ
K27+431 đến K32+00 đê hữu sông Hồng), điểm đầu tuyến tiếp giáp với bãi bồi
rộng khoảng 200m, điểm cuối tuyến tiếp giáp với kè Linh Chiểu. Hiện tượng dòng
chảy chủ lưu áp sát bờ cùng với mật độ tàu thuyền lưu thông nhiều đã gây ra hiện
tượng sạt lở bờ, làm cho đường bờ sông trở lên lồi lõm, mái dốc khá lớn, có nhiều
vị trí dốc đứng chỉ 0,5-1. Chênh cao từ mực nước mùa kiệt lên tới mặt bãi khoảng
6,0m đến 7,5m tạo ra vách cao rất nguy hiểm và dễ gây sạt trượt do sự thoát nước
ngầm chảy ra lớn. Đặc biệt có những vị trí mép bờ lở sát chân đê (cách chân đê
khoảng 100m) uy hiếp trực tiếp tới an toàn của tuyến đê. Trên toàn tuyến dự án
nghiên cứu có những đoạn đã được xử lý lát mái từ thời Pháp, cho đến nay mái đã
hư hỏng nặng và không còn phát huy được hiệu quả vì vậy hiện tượng sạt lở bờ vẫn
diễn ra nghiêm trọng.
+) Đặc điểm lòng sông khu vực nghiên cứu:
Mặt cắt ngang sông đoạn chảy qua thị xã Sơn Tây rộng khoảng 300m, phía bên
bờ tả xuất hiện một bãi bồi non rộng khoảng 100m. Cao trình đáy lòng sông biến đổi
từ -2,5 đến -6,5m, đặc biệt có những đoạn xói sâu, hố xói cục bộ cao trình lòng sông
ở cao trình khoảng -11,0m. Qua tham khảo tài liệu thực đo từ những năm 2001 cho
đến nay cho thấy lòng sông đang có xu hướng lệch hẳn về phía bờ hữu, phía bờ tả đối

diện đang dần hình thành bãi bồi. Với xu hướng mặt cắt lòng sông biến đổi như hiện
nay thì hiện tượng sạt lở bờ sẽ diễn biến phức tạp, tại nhiều điểm hơn.
+) Đặc điểm khí tượng:
+) Điều kiện thời tiết - khí hậu:
Khu vực nghiên cứu thuộc thị xã Sơn Tây, TP Hà Nội nằm trong vùng khí hậu
nhiệt đới gió mùa, chia làm 4 mùa rõ rệt (xuân, hạ, thu, đông). Đây là đặc điểm khí


17

hậu đặc trưng của miền Bắc Việt Nam. Trong khu vực chịu ảnh hưởng của các
hướng gió thịnh hành: NE, SE, S, SW cũng là hướng gió mạnh trong mùa, có Vmax
= 15 ÷ 17m/s và trong bão có Vmax = 45m/s. Hàng năm trung bình có khoảng 1 ÷ 2
con bão và áp thấp nhiệt đới.
+) Nhiệt độ:
Dựa vào tài liệu đo đạc tại khu vực Hà Tây từ năm 1999 đến nay, nhiệt độ
trung bình là 23.30C; số giờ nắng trong năm là 1.524 giờ. Biểu trình nhiệt độ trong
một ngày đêm cho thấy nhiệt độ thấp nhất vào khoảng 4 giờ đến 5 giờ sáng, cao
nhất vào 12 giờ đến 13 giờ trưa.

Hình 1.4: Đặc điểm nhiệt độ khu vực