Nghiên cứu quy hoạch chỉnh trị và đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ và ổn định lòng dẫn sông đồng nai sài gòn khu vực thành phố hồ chí minh

BẢN CAM KẾT
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè trên hệ thống
cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngịi Đum – tỉnh Lào Cai”
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hồn tồn là do tơi làm. Những kết quả
nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tơi xin
hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trƣờng.

Học viên

Thền Ngọc Sơn

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn
định cho kè trên hệ thống cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngịi Đum – tỉnh Lào
Cai”
Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS. Nguyễn
Ngọc Thắng, ngƣời đã hƣớng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hƣớng khoa học cho
luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trƣờng, các thầy cô giáo trong Trƣờng Đại học Thủy Lợi, Phòng đào
tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo công ty cổ phần tƣ vấn xây dựng Sông Hồng Lào
Cai đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả
trong quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh em trong gia
đình tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập và viết luận văn này.
Hà Nội, ngày… tháng …năm 2017

Học viên cao học

Thền Ngọc Sơn

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tên đề tài: ................................................................................................................ 1
2. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu. ............................................................ 2
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ .......................4
1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới và Việt Nam ................................................ 4
1.1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới ..................................................................... 4
1.1.2 Tình hình xây dựng và các giải pháp cho kè ở Việt Nam ...................................... 6
1.3 Ứng dụng cọc trong gia cố ổn định kè ................................................................ 17
1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu ............................................................................... 22
1.5. Kết luận chƣơng ................................................................................................. 22
CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH
CHO KÈ TRÊN HỆ THỐNG CỌC ........................................................................24
2.1 Độ bền, sức kháng cắt của đất ............................................................................ 24
2.1.1. Sức kháng cắt của đất .......................................................................................... 24
2.1.2. Độ bền của đất .................................................................................................... 28
2.2. Bài toán thấm ...................................................................................................... 30
2.2.1 Cấu trúc thành phần của đất ................................................................................. 30
2.2.2. Cấu trúc thành phần của đất ............................................................................... 31
2.2.3. Dịng thấm nƣớc ................................................................................................. 31
2.2.4. Phƣơng trình vi phân cơ bản của bài toán thấm ................................................. 33
2.2.5. Giải bài toán thấm bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn..................................... 33

2.3. Lựa chọn phƣơng pháp tính. .............................................................................. 35
2.4. Phƣơng pháp tính ................................................................................................ 37
2.4.1 Tính tốn ổn định theophƣơng pháp phần tử hữu hạn. ........................................ 37
2.5 Lựa chọn phƣơng pháp tính tốn ổn định kè đƣợc gia cố bằng cọc .................... 51
2.6 Lựa chọn phần mềm tính tốn ............................................................................. 52
2.7 Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................... 54
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KÈ NGÒI ĐUM –TỈNH LÀO CAI ...56
3.1 Giới thiệu về cơng trình ...................................................................................... 56

iii


3.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................................56
3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo ...................................................................................56
3.1.3 Đặc điểm địa chất ..................................................................................................56
3.1.4. Khí tƣợng, thủy văn ..............................................................................................57
3.2. Hiện trạng sói lở ................................................................................................. 60
3.3. Tính tốn ổn định kết cấu cơng trình.......................................................................60
3.4. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................................. 80
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 81
1. Các kết quả đạt đƣợc ............................................................................................. 81
2. Một số vấn đề tồn tại ............................................................................................. 81
3. Kiến nghị ............................................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 82

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.2. Kè Sơng tại Hà Khẩu – Trung Quốc ............................................................... 5

Hình 1.3. Kè đê biển theo cơng nghệ Hà Lan ................................................................. 6
Hình 1.4. Kè tƣờng đứng ................................................................................................. 7
Hình 1.5. Kè mái nghiêng................................................................................................ 8
Hình 1.6. Thảm rọ đá ..................................................................................................... 12
Hình 1.8. Cấu tạo kè lát mái .......................................................................................... 14
Hình 1.7. Thảm bê tơng ................................................................................................. 14
Hình 1.9. Hình ảnh kè lát mái........................................................................................ 15
Hình 1.10. Mỏ hàn cọc .................................................................................................. 16
Hình 1.11. Kết cấu kè tƣờng đứng trên nền cọc. ........................................................... 17
Hình 1.12. Gia cố bờ bằng cọc tre ................................................................................. 18
Hình 1.13. Ứng dụng cọc bê tông trong gia cố kè......................................................... 19
Hình 1.14. Cọc cừ ván bê tơng cốt thép ........................................................................ 20
Hình 2.1. Hình ảnh mặt trƣợt cơng trình. ...................................................................... 24
Hình 2.2. Định luật coulomb với đất rời ....................................................................... 26
Hình 2.3. Định luật coulomb với đất dính. .................................................................... 26
Hình 2.4. Đƣờng Coulom kéo dài ................................................................................. 27
Hình 2.5. Trạng thái ứng suất tại điểm M trong nền đất. .............................................. 28
Hình 2.6. Vịng trịn Morh ứng suất. ............................................................................. 29
Hình 2.9. Thế truyền động pha nƣớc ............................................................................. 32
Hình 2.10. Quan hê ứng suất – biến dạng (đàn - dẻo) ................................................... 39
Hình 2.11. Đƣờng bao cực hạn ...................................................................................... 40
Hình 2.12. Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb .......................................................... 41
Hình 2.13. Quan hệ ứng suất pháp và ứng suất cắt, giảm cƣờng độ chống cắt ............ 51
Hình 3.1. Bình đồ tuyến kè ............................................................................................ 62
Hình 3.2 Mặt cắt ngang kè ............................................................................................ 63
Hình 3.3. Sơ đồ mặt cắt ngang kè khi chƣa có cọc ...................................................... 77

v

Hình 3.4. Kết quả tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 thì
<1.4) nên mất ổn định ....................................................................................................77
Hình 3.5. Sơ đồ mặt cắt ngang kè khi có cọc ................................................................78
Hình 3.6. Kết quả tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 thì
<1.4) nên ổn định ...........................................................................................................78
Hình 3.7. Tổng chuyển vị ...............................................................................................79
Hình 3.8. Ứng suất theo phƣơng Y ................................................................................79

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Tổng hợp các lực tác dụng kè đứng 7m ..................................................68
Bảng 3.2 : Tổng hợp các lực tác dụng kè đứng 6.5m .............................................70
Bảng 3.3. Kết quả tính tốn ứng suất .............................................................................72
Bảng 3.4. Bảng tính độ lún .............................................................................................73
Bảng 3.6. Bảng tính độ lún .............................................................................................75
Bảng 3.7. Thông số cọc BTCT 20x20 cm ......................................................................76

vi


MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ TRÊN HỆ
THỐNG CỌC, ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH KÈ NGỊI ĐUM- TỈNH LÀO
CAI”
2. Tính cấp thiết của đề tài.
Tỉnh Lào Cai nói chung và Phƣờng Kim Tân nói riêng chiếm một vị trí quan trọng
trong sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Lào Cai. Đây là đầu mối giao thông của
quốc lộ 58 đi các tỉnh lân cận Yên Bái, Phú Thọ, Việt Trì và tới Hà Nội.

Hình 1.1. Kè Ngịi Đum – Tỉnh Lào Cai

1


Ngƣời dân sinh sống hai bên bờ sông, khu vực phƣờng Kim Tân đang hết sức lo lắng
khi hiện tƣợng sạt lở bờ ngày càng mạnh và có xu hƣớng xâm nhập sâu vào khu dân
cƣ.
Trong những năm qua, Chính quyền các cấp của tỉnh Lào Cai đã đầu tƣ rất nhiều vào
việc xây dựng các cơng trình kè bảo vệ bờ sông. Tuy nhiên, do ảnh hƣởng của biến đổi
khí hậu và tác động của q trình phát triển kinh tế xã hội nên xu thế sạt lở bờ sơng
ngày càng trở nên trầm trọng và nếu khơng có biện pháp kịp thời để bảo vệ bờ thì tính
mạng và tài sản của ngƣời dân sẽ bị đe dọa nghiêm trọng. Vì thế, việc xây dựng tuyến
kè để bảo vệ bờ sông khỏi bị sạt lở, làm tăng khả năng thốt lũ, truyền triều của sơng,
đồng thời tạo vẻ mỹ quan cho khu vực đô thị là hết sức cần thiết, đáp ứng đƣợc mong
muốn của ngƣời dân trong khu vực nói riêng và trong huyện, trong tỉnh nói chung.
Tuyến kè bảo vệ bờ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ
tầng khu vực góp phần phát triển kinh tế xã hội của Phƣờng.
Mục tiêu của đề tài.
- Phân tích và đánh giá các giải pháp chống sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ các khu
dân cƣ, kết cấu hạ tầng ở phƣờng Kim Tân.
- Nghiên cứu tính tốn ổn định của kè trên hệ thống cọc.
- Phân tích các phƣơng pháp tính tốn ổn định, lựa chọn nhằm tìm ra phƣơng pháp phù
hợp tiếp cận với ứng xử của công trình để tính tốn ổn định cho kè đƣợc gia cố bằng
cọc và áp dụng cho cơng trình thực tế.
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu.
a. Cách tiếp cận
Đề tài luận văn liên quan đến vấn đề giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sơng cho một
vùng nghiên cứu cụ thể, vì vậy sẽ tiếp cận từ thực tiễn qua việc điều tra, khảo sát
những diễn biến về lịng sơng, bờ sơng vùng nghiên cứu và những khu vực tƣơng tự
khác trong và ngoài tỉnh kết hợp với quay phim, chụp ảnh, phỏng vấn các ngành chức

năng và ngƣời dân địa phƣơng tại những vùng bờ sông bị sạt lở để tìm hiểu ngun
nhân.
Tiếp cận mơ hình tốn: xây dựng mơ hình kiểm định ổn định mái dốc bằng phần mềm
Geostudio.

2


Tiếp cận từ các nguồn thông tin (trên mạng, tài liệu thu thập từ các đề tài, dự án có liên
quan), từ nguồn tri thức khoa học (các đề tài, luận văn, luận án đã thực hiện) để giải
quyết vấn đề.
b. Phương pháp nghiên cứu sau:
1. Thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu, các kết quả nghiên cứu của các tác giả
khác đã cơng bố trong và ngồi nƣớc liên quan đến luận án.
2. Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích vấn đề nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết về ổn định
của kè theo phƣơng pháp cân bằng giới hạn phân thỏi và phƣơng pháp phần tử hữu
hạn.

3


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ
Bờ sơng chịu tác động của dịng chảy nên dễ bị xói lở, cần phải làm kè bảo vệ.
Trong các trƣờng hợp khác, do nhu cầu phát triển kinh tế, xây dựng các điểm du lịch
cảnh quan ven bờ sơng vùng đơ thị cũng có nhu cầu kè bờ. Tổng quan về các giải pháp
xây dựng kè chống sạt lở bờ sông, biển hiện nay:

1.

Giải pháp thông thƣờng hiện đang sử dụng:

-

Trồng các loại cây thân thiện với môi trƣờng để chống sạt lở đất;

-

Dùng các loại vật liệu địa phƣơng nhƣ cọc gỗ, cừ tràm, ván gỗ …;

-

Dùng kết cấu đá xây, gạch xây tại chỗ tạo mái taluy chống sạt lở;

-

Dùng kết cấu kè bê tông, bê tông cốt thép đổ tại chỗ;

-

Dùng cọc BTCT kết hợp các bản chắn đất;

-

Dùng cọc ván thép;

-

Dùng kết hợp các giải pháp trên.

2.

1.1

Sử dụng công nghệ mới (cọc ván Dự ứng lực): Dùng cọc ván bê tông dự ứng lực.
Tình hình xây dựng kè trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới
Ngày nay ở các nƣớc nhƣ Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học công
nghệ, vật liệu mới và máy móc thi cơng hiện đại đã xây dựng đƣợc các hệ thống cơng
trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hƣởng từ biển với tần suất hiếm. Trƣớc đây
quan điểm thiết kế đê kè truyền thống ở các nƣớc châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn
qua do vậy cao trình đỉnh đê kè rất cao nhƣng rủi ro khi xảy ra sự cố thì hậu quả là rất
lớn. Trong những năm gần đây, tƣ duy và phƣơng pháp luận thiết kế đê kè ở các nƣớc
phát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt. Giải pháp kết cấu, chức năng và điều
kiện làm việc của đê kè đƣợc đƣa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan điểm
hệ thống, bền vững và hài hịa với mơi trƣờng. Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây
dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao để chống (khơng cho phép) sóng tràn qua thì dẫn
đến cơng trình rất đồ sộ, gây ảnh hƣởng đến cảnh quan của vùng bờ. Tuy nhiên vẫn có
thể bị hƣ hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tới thiệt hại khơn lƣờng. Thay vào đó ta có thể
xây dựng để chịu đƣợc sóng tràn qua đê kè, nhƣng không thể bị vỡ. Tất nhiên khi chấp

4


nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau
đƣợc bảo vệ, tuy nhiên so với trƣờng hợp vỡ đê kè thì thiệt hại trong trƣờng hợp này là
khơng đáng kể. Đặc biệt là nếu nhƣ một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy
hoạch thành vùng đệm đa chức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ
và tần suất nhất định. Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng
tổng hợp, và bền vững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal
Defence Zone) của liên minh Châu Âu .

Trên thế giới, nghiên cứu đánh giá hiệu quả các công trình bảo vệ bờ đƣợc đề cao
nhằm tạo cơ sở cho các nghiên cứu các cơng trình, kết cấu mới để tăng cƣờng khả
năng bảo vệ bờ và chỉnh trị sông. Những quốc gia đi đầu trong lĩnh vực này phải kể
đến nhƣ Hà Lan, Đan Mạch, Trung Quốc, Mỹ…

Hình 1.2. Kè Sông tại Hà Khẩu – Trung Quốc
Thế giới đang đứng trƣớc nguy cơ do biến đổi khí hậu toàn cầu. Các nƣớc phát triển
nhƣ Hà Lan, Anh, Mỹ… đều đã có những bƣớc đi mạnh dạn, nhằm đón đầu các khả
năng xấu nhất có thể xảy ra nhƣ: Rà sốt, đánh giá lại hiệu quả của các cơng trình hiện

5


tại, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý, nâng cao đê, gia cố lại kè, nâng tần suất thiết
kế…

Hình 1.3. Kè đê biển theo cơng nghệ Hà Lan
1.1.2 Tình hình xây dựng và các giải pháp cho kè ở Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều các giải pháp công nghệ chống sạt lở bờ sông đƣợc
áp dụng, tuy nhiên tùy từng vùng miền địa chất khu vực mà có các giải pháp phù hợp.
Vât liệu làm kè, kết cấu kè cũng có nhiều loại đƣợc phân tích dƣới đây:
*. Dạng tường đứng.
+ Ưu điểm:
-

Khối lƣợng vật liệu ít, địi hỏi duy tu khơng nhiều, có thể sử dụng mặt trong của kè

để neo đậu tàu thuyền.
-

Phần thẳng đứng thƣờng đƣợc gia công trên bờ (chủ động công nghệ chế tạo) nên

bảo đảm chất lƣợng.
-

Giải pháp thi công và tốc độ thi công hiệu quả cao.

+ Nhược điểm:
-

Phản lực mặt đứng tƣơng đối lớn, dễ mất ổn định, nên chỉ sử dụng thích hợp với

6


vùng có nền địa chất tƣơng đối tốt. Nhiều sự cố đã xảy ra với loại kè này sẽ trình bày
trong phần sau.
-

Cơng nghệ thi cơng hiện đại, địi hỏi độ chính xác cao.

Các hình thức tƣờng đứng có thể áp dụng: tƣờng cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực
(BTCTDUL) có neo.
* Các loại kè tường đứng đang được sử dụng
+) Cừ bản BTCTDUL
Từ trƣớc đến nay các cơng trình xây dựng, giao thơng, cầu cảng, cơng trình kè chống
xói lở bảo vệ bờ sơng, bờ biển vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng là cọc bê tông + tƣờng
chắn để gia cố bảo vệ. Do vậy, khối lƣợng vật liệu sử dụng thƣờng rất lớn, thời gian thi
công kéo dài ảnh hƣởng đến sinh hoạt và cuộc sống của nhân dân.
Trên thế giới từ những năm 1990 ở các nƣớc phát triển nhƣ Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ, đã

nghiên cứu và ứng dụng phổ biến công nghệ cừ bê tông cốt thép dự ứng lực
(Prestressed Concrete Sheet Piles) thay thế công nghệ truyền thống trên.
Dạng tƣờng đứng cừ BTCTDUL tính ƣu việt đã đƣợc khẳng định và dần trở thành sự
lựa chọn để gia cố bờ tại các khu vực dân cƣ đông đúc và hạn chế giải tỏa đền bù. Việc
lựa chọn có neo hay khơng neo phụ thuộc vào tính chất đất nền, khả năng đáp ứng cho
việc bố trí thiết bị đóng cọc dài và yêu cầu khai thác tuyến kè.

Hình 1.4. Kè tường đứng
2.2.1.1. Dạng mái nghiêng
+ Ưu điểm:
- Tiêu hao năng lƣợng sóng triệt để nên phản xạ sóng nhỏ khơng gây nhiễu động cho
vùng phụ cận.

7


- Tận dụng đƣợc nguồn vật liệu địa phƣơng. Cao trình đỉnh có thể giảm thấp do hạn
chế đƣợc chiều cao sóng leo.
- Thiết bị thi cơng đơn giản có thể kết hợp đƣợc cả thiết bị hiện đại, thô sơ và thủ
công trong cùng một công trƣờng.
- Công tác tính tốn ổn định mái bờ đơn giản khơng cần đòi hỏi thăm dò địa chất quá
sâu.
+ Nhược điểm:
- Lƣợng vật liệu và sức lao động tổn hao nhiều trong trƣờng hợp độ sâu lớn.
- Hạn chế tận dụng đƣợc các mép kè trong và ngoài để neo đậu tàu thuyền.

Hình 1.5. Kè mái nghiêng
Tốc độ thi cơng chậm, thƣờng phải kết hợp đê quây và thi công vào lúc triều rút.
- Chân kè thƣờng ảnh hƣởng đến luồng tàu và diện tích mất đất lớn, khó kết hợp làm
đƣờng giao thơng phía trong kè.

2.2.1.2. Các hình thức gia cố bảo vệ mái nghiêng
- Các hình thức bảo vệ bờ đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế
giới rất phong phú, đa dạng.
2.2.1.3. Bảo vệ bằng kết cấu tơi rời
- Loại kết cấu tơi rời linh hoạt bao gồm đá tự nhiên, đá chẻ, bê tông đúc sẵn lắp ghép

8


liên kết với nhau bằng ma sát, bảo vệ bờ bằng chính trọng lƣợng bản thân. Loại cấu
kiện này dễ biến dạng theo nền, dễ sửa chữa song để chống đƣợc sóng thì trọng lƣợng
của từng cấu kiện phải rất lớn.
- Thế ổn định tổng thể vững chắc, vì vật liệu rời nếu xảy ra mất ổn định cục bộ (lún,
sụt…) ít ảnh hƣởng đến tồn bộ tuyến kè. Do đó thích hợp với hầu hết các loại đất nền.
Sự lồi lõm của địa hình khơng ảnh hƣởng đến thi cơng, thích ứng đƣợc với tác động
moi, xói của sóng.
- Một số loại kết cấu tơi rời linh hoạt có khả năng tự điều chỉnh đƣợc nên khá ổn
định. Tuy nhiên, loại kết cấu này chủ yếu dùng để giảm năng lƣợng sóng đánh trực
tiếp vào bờ nên thƣờng chỉ áp dụng trong các cơng trình đê biển. Trƣớc đây, có xu
hƣớng chế tạo các cục bê tơng âm dƣơng xếp ngàm vào nhau. Hiện nay, có xu hƣớng
chuyển sang chế tạo các cột bê tông ổn định bằng trọng lƣợng. Kết cấu này có ƣu điểm
giảm đƣợc áp lực âm do sóng đẩy mái kè bật lên. Ứng dụng công nghệ này không
những thi công bằng thủ công mà thi cơng cả bằng cơ giới và chun mơn hóa cao.
Đây là hình thức gia cố có tính thẩm mỹ cao, có khả năng chống xói tốt. Tuy nhiên
điều kiện thi cơng là tƣơng đối khó khăn đối với khu vực nƣớc sâu, đất mềm yếu.
- Tiến bộ hơn là kè đƣợc cấu tạo bởi các khối bê tông đúc sẵn có dạng khối lập
phƣơng, khối chữ nhật, khối lục lăng, khối trụ…xếp liền nhau. ở loại này duy trì sự
liên kết giữa các khối nhờ ma sát ở các mặt tiếp xúc. Để duy trì ổn định khi nó chịu tác
dụng của sóng, dịng chảy thì trọng lƣợng bản thân của từng cấu kiện phải đủ lớn.
2.2.1.4. Giải pháp có kết cấu rời linh hoạt tự điều chỉnh

Trong cơng trình bảo vệ bờ có kết cấu tơi rời, thì trọng lƣợng của mỗi cấu kiện phải đủ
lớn để chống đƣợc tác động của sóng và dịng chảy. Để giảm trọng lƣợng của mỗi cấu
kiện mà vẫn chống đƣợc tác động của sóng và dịng chảy cần liên kết từng cấu kiện có
trọng lƣợng nhỏ lại với nhau thành từng băng dài ghép liền kề nhau hoặc thành mảng
lớn. Tuy nhiên các liên kết này chỉ thích ứng với các loại nền tƣơng đối ổn định, khơng
có hiện tƣợng lún cục bộ lớn, đặc biệt lớp lọc đảm bảo, các mối liên kết bền vững.
Trên thế giới liên kết linh hoạt tạo thành mảng đã đƣợc sử dụng cho nhiều cơng trình,
song các mối liên kết thƣờng bị phá hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu. Đây chính là
những tồn tại hạn chế của loại liên kết này.

9


Để khắc phục ngƣời ta sử dụng các cấu kiện riêng biệt có hình dạng hợp lý tự liên kết
có khả năng tự điều chỉnh. Nguyên tắc để chế tạo và ứng dụng một cấu kiện phức hình
(dị dạng) cho cơng trình bảo vệ bờ là:
-

Trọng lƣợng phải nhỏ hơn khối bê tơng hình hộp trong cùng một điều kiện ứng

dụng.
-

Có tính cài nối cao giữa các khối khi xếp thành lớp.

Điều kiện thử nghiệm mỗi khối ở mỗi nƣớc rất khác nhau. Vì vậy dƣới tác động cùng
một số yếu tố tự nhiên giống nhau, có thể trọng lƣợng chọn khác nhau ở mỗi nơi.
2.2.1.5. Giải pháp bảo vệ có kết cấu liền khối
* Bảo vệ bờ bằng đá xây liền khối
Có hai hình thức bảo vệ bờ bằng đá xây liền khối:

- Xây đá bằng cách đổ vữa lót nền, sau đó xây từng viên đá thành tấm có chiều rộng
tùy ý, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đƣờng.
- Đá chít mạch bằng cách xếp đá chèn chặt, sau đó đổ vữa chít mạch phía trên.
+ Ƣu điểm:
- Liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lƣợng để ổn định. Các khe
hở giữa các hịn đá đƣợc bịt kín chống đƣợc dịng xói ảnh hƣởng trực tiếp xuống nền.
- Sử dụng đƣợc các loại đá có kích thƣớc và trọng lƣợng nhỏ, vật liệu dễ mua, thi
công đơn giản dễ dàng.
+ Nhƣợc điểm:
- Trong trƣờng hợp mái lún không đều làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo
tạo vết nứt gãy theo mạch vữa, khi đó dịng chảy sẽ tác động trực tiếp xuống nền, moi
vật liệu thân công trình gây lún sập cơng trình nhanh chóng.
- Do thi cơng tại chỗ nên cơng việc bảo dƣỡng khó thực hiện đƣợc hồn chỉnh dẫn tới
chất lƣợng cơng trình thƣờng không đạt theo yêu cầu thiết kế.
* Bảo vệ bờ bằng tấm bê tơng đổ tại chỗ
Cơng trình bảo vệ bờ cấu tạo bằng tấm bê tông hay BTCT đổ tại chỗ đƣợc chia thành
các tấm có các kích thƣớc khác nhau: 2x2m, 4x4m, 5x5m, 10x10m, 15x15m hoặc
20x20m. Để giảm áp lực đẩy nổi có bố trí thêm các lỗ thoát nƣớc. Về mặt kết cấu, loại
này thuộc loại kết cấu vĩnh cửu nhƣng vì xây dựng trên nền đất yếu và thi công tại chỗ

10


nên cơng trình dễ bị đứt gãy sập từng mảng. Loại kết cấu này đã đƣợc sử dụng ở nhiều
nƣớc và thế giới nhƣng hiện nay đã hạn chế dùng loại này để bảo vệ bờ.
* Bảo vệ bờ bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn
Các cấu kiện bê tơng bằng hình hộp vng hoặc hộp chữ nhật kích cỡ: 1x0.4x0.25m
hoặc 0.5x0.5x0.15m… đƣợc xây bằng vữa, sau đó trát mặt ngoài một lớp vữa dày 2 3cm tạo thành từng bản kích thƣớc 2x4m hoặc 2x6m.
Cấu kiện bê tơng đúc sẵn chất lƣợng tốt, thi công nhanh nhƣng với những khối trọng
lƣợng lớn thì thi cơng gặp nhiều khó khăn. Nếu cơng tác xây trát khơng đảm bảo thì

dƣới tác dụng của sóng và dịng chảy các cấu kiện bê tơng bị biến dạng và vật liệu thân
cơng trình dễ bị moi ra gây hƣ hại cơng trình.
2.2.1.6. Một số loại khác
- Thảm rọ đá
Thảm đá Reno Mattress gồm có 4 bộ phận: tấm đáy, tấm mặt bên, vách ngăn và nắp
đậy. Mỗi tấm đƣợc gia công từ sợi lƣới thép bện xoắn đơi hình lục giác nung mềm,
trong kẽm và bọc một lớp PVC đặc biệt, liên tục dày từ 0,4-0,6mm. ở mặt đáy, các mặt
bên và mặt ngoài cùng của mỗi tấm thảm là các tấm lƣới liên tiếp nhau tạo thành một
khoang chứa nhiều ngăn có mặt trên hở. Vách ngăn đƣợc đặt cách nhau 1m. Mặt đáy,
vách ngăn nắp đậy cũng dùng loại lƣới tƣơng tự. ở tất cả mép của tấm vách lƣới đều có
dây thép tráng kẽm bọc PVC với đƣờng kính lớn hơn loại dây dùng để đan lƣới nhằm
tăng cƣờng thêm khả năng chịu lực của kết cấu.

11


Hình 1.6. Thảm rọ đá
+ Ƣu điểm:
Kết cấu thảm đá chịu đƣợc áp lực của sóng và dịng chảy tác động. Do lƣới thép đƣợc
bọc một lớp PVC đặc biệt nên có thể chống lại sự ăn mịn, bảo vệ cơng trình trong mơi
trƣờng nƣớc mặn và mơi trƣờng bị ô nhiễm.
Lƣới bện kép hình lục giác cho phép kết cấu chịu đƣợc lún không đều khá lớn mà
không bị đứt gãy. Đặc điểm này đặc biệt quan trọng khi kết cấu đƣợc đặt trên nền đất
không ổn định ở vùng có thể bị xói ngầm do sóng và dịng chảy tác động.
Thảm đá có thể làm chức năng thốt nƣớc giúp giảm áp lực lên mái dốc, giữ cho mái
đất ổn định.
Nguồn vật liệu ln có sẵn, ít phải bảo dƣỡng.
+ Nhƣợc điểm:
Trọng lƣợng của thảm rất nặng mà diện tích thảm khơng lớn, phải nối nhiều thảm mới
kín đƣợc lịng sơng.

12


Thi cơng các cơng trình lịng sơng cần bảo vệ tới độ sâu lớn hơn 10m gặp rất nhiều
khó khăn, vị trí cần trải thảm khơng chính xác, mức độ lún, trƣợt của mỗi thảm khác
nhau, các thảm chồng lên nhau hay tách xa nhau khó điều chỉnh, đặc biệt ở mái sơng
có nền mềm yếu, lún khơng đều đã làm cho các thảm lệch nhau, hở nền đất bị xói trơi
mất ổn định.
Thẩm mỹ kém, hay bị đứt sợi thép. Với các vùng du lịch rác rƣởi, túi nilông bám vào
trong rất mất mỹ quan.
Gia cố mái kè bằng cấu kiện bê tông Tsc-178
Thảm bê tông tự chèn theo sáng chế của Tiến sỹ Phan Đức Tác đã đƣợc thử nghiệm
trong nhiều cơng trình. Đây là một dạng mới trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ.
Hình thức gia cố đẹp, đảm bảo khả năng chống xói lở mái. Tuy nhiên do nền địa chất
yếu thƣờng bị lún sụt cục bộ và khi lún sụt khó thay thế sửa chữa. Rất khó khăn trong
việc thi cơng tại vị trí nƣớc sâu.
Thảm bê tông FS
Thảm FS đƣợc cấu tạo bằng cách bơm bê tông tƣơi vào trong các ống vải ĐKT định
dạng. Vật liệu định dạng thảm bê tông (Fabric formwork) đƣợc cấu tạo bởi hai lớp vải
địa kỹ thuật đặc biệt loại dệt (Woven geotextile) có độ bền cao tạo khuôn vải cho
phép bơm bê tông ( hoặc vữa xi măng vào trong để tạo thành thảm bê tông bền chắc
chống thấm và bảo vệ cơng trình.
Cơng nghệ và vật liệu thảm bê tông đƣợc phát minh từ năm 1996 của nhóm các
chun gia Cơng ty Losiger - Thụy Sĩ ( bằng sáng chế số 784625) và sau đó đƣợc hoàn
thiện và ứng dụng rộng rãi ở các nƣớc Mỹ, Nhật, Hà Lan, Hàn Quốc…

13

Hình 1.7. Thảm bê tơng
+ Ưu điểm cơ bản của thảm bê tông:
- Biện pháp thi công đơn giản, thời gian thi cơng nhanh chóng.
- Thích hợp với nền mềm yếu do phân bố lực đều, vữa bê tông trải che kín nền, trải
liên tục từ dƣới lên trên.
- Thảm bê tơng có thể thi cơng trong điều kiện ngập nƣớc, nơi thƣờng xun có dịng
chảy mà khơng cần các biện pháp xử lý đắp đê quây hoặc tháo nƣớc làm khơ hố móng.
- Vật liệu định dạng thảm bê tơng bằng sợi tổng hợp có độ bền cao, trọng lƣợng nhẹ
nên thuận lợi khi vận chuyển và thi công, đặc biệt ở những nơi có địa hình phức tạp.
Thảm bê tơng có nhiều loại: loại tiêu chuẩn ( Standard type) dạng lƣới ( mesh type),
dạng phiến (Slab type) và dạng tấm lọc (fillter type). Tùy tính chất từng cơng trình,
điều kiện địa chất, địa hình và thủy văn dịng chảy để tính tốn chọn loại thảm bê tơng
có kích thƣớc và độ dày phù hợp.
Thảm bê tơng có độ dày 5-50cm:
- Loại thảm có chiều dày 5-15cm: bơm vật liệu vữa xi măng (Mortar).
- Loại thảm có chiều dày 20-50cm: bơm vật liệu bê tông (concrete). Thông thƣờng
thảm bê tơng chống xói lở bờ dùng loại có độ dày 15-30cm..
1.2. Các phƣơng án kết cấu kè đƣợc đề xuất:
a. Giải pháp kè lát mái:
Là gia cố trực tiếp lên mái bờ sơng nhằm chống xói lở do tác động của dịng chảy và
sóng. Kết cấu kè gồm chân kè, đỉnh kè và thân kè (Hình 1.13).

Hình 1.8. Cấu tạo kè lát mái

14


Tính tốn thiết kế kè lát mái cần xác định các thơng số sau:
Vị trí, phạm vi và quy mơ: Phải xác định bằng tính tốn thuỷ lực và ổn định hoặc theo
kết quả thí nghiệm mơ hình kết hợp với quan trắc thực địa. Trƣờng hợp xử lý đột xuất,

cục bộ cần căn cứ vào tình hình xói lở thực tế để xác định.
Cao trình đỉnh chân kè: Đƣợc lấy cao hơn mực nƣớc kiệt 95% với độ cao gia tăng là
0,5m.
Đáy chân kè: Khi tốc độ dòng chảy nhỏ hơn 2m/s, đƣờng lạch sâu xa bờ, kéo dài chân
kè đến chỗ mái bờ có hệ số mái dốc từ 3 - 4. Khi dòng chảy thúc thẳng vào tuyến kè,
lạch sâu sát bờ, kéo chân kè tới lạch sâu.
Kết cấu chân kè: Thƣờng làm bằng các loại vật liệu nhƣ đá hộc, rồng đá, rọ đá, thảm
đá,... để tiện việc thi công trong nƣớc.
Mái kè: Hệ số mái xác định theo kết quả tính tốn ổn định.
Việc xây dựng kè lát mái đơn giản hơn hệ thống mỏ hàn, kinh phí thấp hơn, ít ảnh
hƣởng tới thốt lũ, giao thông thuỷ nên xu thế hiện nay thƣờng sử dụng giải pháp này.
Tuy nhiên nó ít có tác dụng cải thiện đƣờng bờ, diện tích chiếm đất lớn.

Hình 1.9. Hình ảnh kè lát mái
b. Giải pháp kè mềm
Là loại kè khơng kín nƣớc (cịn gọi là kè xun thơng) nhằm làm giảm tốc độ dòng
chảy, gây bồi lắng. Thƣờng sử dụng hai loại là bãi cây chìm hoặc mỏ hàn cọc

15


Hình 1.10. Mỏ hàn cọc
- Bãi cây chìm: Thƣờng sử dụng cụm cây tre nguyên cành lá... thả theo hình hoa mai.
- Mỏ hàn cọc: Thƣờng sử dụng trong trƣờng hợp chiều dài mỏ hàn lớn hơn 50m, khả
năng chống xói của đất bờ thấp và phải có thiết bị đóng cọc.
c. Giải pháp kè dạng tường đứng
Kè có hình thức nhƣ một tƣờng chắn đất bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây.
Theo Hƣớng dẫn thiết kế tƣờng chắn cơng trình thuỷ lợi H.D.T.L-C-4-76 của Bộ Nơng
nghiệp và Phát triển nơng thơn, trong các cơng trình thuỷ lợi thƣờng sử dụng tƣờng
chắn có dạng kết cấu sau:

Tƣờng khối (liền khối): Bằng bê tông, đá hộc hoặc gạch xây, sự ổn định của tƣờng chủ
yếu nhờ trọng lƣợng bản thân. Kích thƣớc mặt cắt tƣờng đƣợc xác định từ điều kiện ổn
định về lật với giả thiết hình thành khe thơng suốt tại mặt cắt tính tốn.
Tƣờng bản góc (liền khối): Bằng bê tơng hoặc bê tơng cốt thép, sự ổn định của tƣờng
chủyếu nhờ trọng lƣợng khối đất đè lên bản đáy và trọng lƣợng bản thân tƣờng. Kích
thƣớc mặt cắt tƣờng đƣợc xác định từ điều kiện độ bền chống nứt tại những vùng chịu
kéo.
Tƣờng bản góc có chống (liền khối): Bằng bê tơng cốt thép, làm việc nhƣ tƣờng bản
góc. Bản chống có tác dụng làm tăng độ cứng và tính ổn định.
Tƣờng ngăn kiểu tổ ong (Lắp ghép): Bằng bê tông cốt thép, sự ổn định của tƣờng chủ
yếu nhờ trọng lƣợng đất, cát đổtrong các ngăn. Các bản đứng lắp ghép làm tăng thêm
độ cứng của tƣờng.
Tƣờng mái nghiêng (liền khối): Bằng BTCT, đá hộc hoặc gạch xây. Tính ổn định
chống lật lớn do giảm đƣợc áp lực đất tác dụng lên lƣng tƣờng.

16


Tƣờng bản góc có chống (lắp ghép hoặc liền khối lắp ghép): Bằng BTCT, có tác dụng
tiết kiệm cốt thép, tốc độthi công nhanh.
Tƣờng bê tông cốt thép xây dựng nơi nền đất không tốt thƣờng chỉ áp dụng cho kè đi
qua các trung tâm thị trấn, thị xã, thành phố có u cầu tính mỹ thuật. Khi kè trên nền
đất yếu thì việc sử dụng tƣờng chắn sẽ địi hỏi xử lý nền móng phức tạp và tốn kém
hơn khi sử dụng kè mái nghiêng.Chân kè thƣờng đƣợc gia cố bằng các loại cọc.Đây là
giải pháp xử lý phần chân kè cho những đoạn kè có tầng đất yếu dƣới cơ kè khơng dày
lắm, có thể đóng đƣợc cọc đến tầng đất tốt.

Hình 1.11. Kết cấu kè tường đứng trên nền cọc.
1.3 Ứng dụng cọc trong gia cố ổn định kè
Hiện nay, do việc phát triển của khoa học công nghệ cũng nhƣ biện pháp thi công tiên

tiến, việc thiết kế và thi cơng móng đã đạt đƣợc những bƣớc tiến nhất định. Hiện có
nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng vào việc xử lý nền đất yếu bằng cọc, tùy vào từng
loại cơng trình( cấp cơng trình, địa hình, địa chất, mật độ dân cƣ, các cơng trình liền
kề..) mà ta chọn phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bằng loại cọc nào cho thích hợp.Xử lý
nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính
chất cơ lý của nền đất yếu nhƣ: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng
trị số modun biến dạng, tăng cƣờng độ chống cắt của đất…, việc xử lý nền đất yếu
cịn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. [6]
a. Ứng dụng cọc gỗ (cọc tre và cọc cừ tràm)

17


- Với những loại cọc nhƣ cọc gỗ nó có lịch sử phát triển rất lâu đời, hiện nay việc thiết
kế và thi công loại cọc này cũng đã tƣơng đối hồn thiện, đã có những quy phạm, tiêu
chuẩn áp dụng cho việc tính tốn thiết kế, triển khai thi công và kiểm tra chất lƣợng.
Việc thi công cọc gỗ rất đơn giản thuận tiện, trƣớc đây chủ yếu thi công bằng thủ
công, gần đây việc thi công đã đƣợc sử dụng máy móc hồn tồn, tốc độ thi cơng
nhanh và đảm bảo chất lƣợng cơng trình.

Hình 1.12. Gia cố bờ bằng cọc tre
- Phạm vi áp dụng của cọc tre và cọc cừ tràm:
+ Cọc tre và cọc cừ tràm là giải pháp để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên
nền đất yếu. Đóng cọc tre và cọc cừ tràm là một phƣơng pháp gia cố nền đất yếu hay
dùng trong dân gian thƣờng chỉ dùng dƣới móng chịu tải trọng khơng lớn. Cọc tràm và
tre có chiều dài từ 3 – 6m đƣợc đóng để gia cƣờng nền đất với mục đích làm tăng khả
năng chịu tải và giảm độ lún,nâng cao độ chặt của đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng
cao sức chịu tải của đất nền.

18

+ Cọc tre đƣợc sử dụng ở những vùng đất luôn luôn ẩm ƣớt, ngập nƣớc. Nếu cọc tre
làm việc trong đất ln ẩm ƣớt thì tuổi thọ sẽ khá cao (50-60 năm và lâu hơn). Nếu cọc
tre làm việc trong vùng đất khơ ƣớt thất thƣờng thì cọc rất nhanh chóng bị ải hoặc mục
(lúc này lại gây nguy hại cho nền móng).
+ Cọc cừ tram nên sử dụng ở những vùng đất yếu, đất bùn, có sức chịu tải thấp, không
nên lạm dụng quá phƣơng pháp xử lý kiểu này.
+ Cả hai loại cọc này có ƣu điểm là tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng, biện pháp thi
cơng đơn giản.
+ Phƣơng pháp tính tốn và biện pháp thi cơng: Phƣơng pháp tính tốn và biện pháp
thi cơng đơn giản, giá thành thấp, tiến độ thi công nhanh.
b. Ứng dụng cọc bê tông và bê cốt thép
Cọc bê tông và bê tông cốt thép là loại cọc đƣợc sử dụng và phổ biến nhất ở Việt Nam
hiện nay. Cọc bê tông cốt thép áp dụng tốt nhất cho các cơng trình tải trọng khơng lớn,
và chiều sâu lớp đất yếu khơng sâu.

Hình 1.13. Ứng dụng cọc bê tơng trong gia cố kè
Với kè hiện tại khi gặp nền đất yếu thì cần có các biện pháp gia cố để đảm bảo ổn định
chân kè và ổn định tổng thể kè. Xử lý nền móng phần mái kè, cơ kè bằng cách gia cố
các loại cọc ổn định nền móng phần chân kè. Đây là giải pháp xử lý phần chân kè cho
những đoạn kè có tầng đất yếu dƣới cơ kè khơng dày lắm, có thể đóng đƣợc cọc đến
tầng đất tốt. [6]
c. Ứng dụng cọc cừ ván bê tông cốt thép
- Cừ ván bê tông cốt thép hay cịn gọi là cọc ván bê tơng cốt thép hay tƣờng cọc ván là
một dạng đặt biệt của tƣờng chắn đất, thƣờng đƣợc sử dụng để bảo vệ các cơng trình

19