(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Công Thắng và
GS.TS Phạm Ngọc Khánh, đã dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm tư vấn và chuyển giao công nghệ
Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho tác giả về thời gian, tài liệu để tham gia khố học và
hồn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến sự quan tâm và giúp đỡ của phòng Đào
tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Cơng trình trường Đại học Thuỷ lợi, cùng các
thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện cho tác giả có cơ hội được
học tập, trau dồi nâng cao kiến thức trong suốt thời gian vừa qua.
Sau cùng là cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các thành viên trong gia đình đã
có những đóng góp quý báu, động viên về vật chất và tinh thần để tác giả hoàn
thành luận văn này.
Với thời gian và trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy
cô giáo, các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề
tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa
phận tỉnh Thanh Hóa” được hồn thành tại Khoa Cơng trình, Trường Đại học
Thủy lợi.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Việt Phương


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Việt Phương, tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên
cứu của riêng tơi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào.

Tác giả

Nguyễn Việt Phương


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài................................................................................................. 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 3

3.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 3
3.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu............................................................. 3

4.1. Cách tiếp cận...................................................................................................... 3
4.2. Các phương pháp nghiên cứu............................................................................. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về hệ thống đê điều nước ta.............................................................. 4
1.2. Hệ thống đê điều tỉnh Thanh Hóa....................................................................... 4
1.3. Hiện trạng đoạn đê sông hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300...................5
1.3.1. Hiện trạng đoạn đê xung yếu........................................................................... 5
1.3.2. Nguyên nhân gây sạt lở................................................................................... 6
1.4. Các giải pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê sông Chu....................................... 6
1.4.1. Tổng quát về các giải pháp xử lý chống thấm cho đê hiện có......................6
1.4.1.1. Kéo dài đường thấm bằng sân phủ chống thấm............................................6
1.4.1.2. Giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê........................................8
1.4.1.3. Kéo dài đường thấm bằng tường chống thấm dưới nền đê...........................8
1.4.1.4. Giải pháp khoan phụt nền đê........................................................................9
1.4.1.5. Giải pháp làm hệ thống giếng giảm áp hạ lưu.............................................10

1.4.1.6. Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê..................................11
1.4.1.7. Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ.................11


1.4.2. Các hiện tượng xảy ra và lựa chọn biện pháp xử lý hiệu quả cho khu vực
nghiên cứu..................................................................................................... 12
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN TRẠNG THÁI THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐOẠN ĐÊ
XUNG YẾU............................................................................................................13
2.1. Các phương pháp giải bài toán thấm của đoạn đê\............................................ 13
2.1.1. Tính thấm bằng phương pháp giải tích.......................................................... 13
2.1.1.1. Phương pháp cơ học chất lỏng....................................................................13
2.1.1.2 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng.....................................................13
2.1.1.3. Phương pháp tỷ lệ đường thẳng..................................................................14
2.1.2. Tính tốn thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm................................... 14
2.1.2.1. Phương pháp giải tích.................................................................................14
2.1.2.2. Phương pháp thí nghiệm tương tự điện (EGĐA)........................................15
2.1.2.3. Phương pháp thí nghiệm trên mơ hình khe hẹp..........................................15
2.1.2.4. Phương pháp vẽ lưới bằng tay....................................................................15
2.1.3. Tính tốn thấm bằng phương pháp số............................................................ 15
2.1.3.1. Phương pháp sai phân hữu hạn...................................................................15
2.1.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn....................................................................16
2.2. Tính tốn ổn định bằng phương pháp phân tích cân bằng giới hạn chia thỏi....16
2.2.1. Phương pháp Fellenius.................................................................................. 17
2.2.2. Phương pháp Bishop đơn giản....................................................................... 18
2.2.3. Phương pháp Janbu tổng quát........................................................................ 19
2.3. Lựa chọn phương pháp tính tốn...................................................................... 19
2.4. Giải các bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn...................................... 20
2.4.1. Sơ lược về lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn................................ 20
2.4.2. Trình tự giải bài tốn bằng phương pháp PTHH............................................ 20
2.5. Lựa chọn phần mềm để giải các bài toán trên................................................... 22

2.6. Giới thiệu phần mềm GeoStudio:..................................................................... 23
2.6.1. Sơ lược về lý thuyết của Modul SEEP/W...................................................... 23
2.6.2. Sơ lược về lý thuyết của Modul SLOPE/W................................................... 25
2.6.2.1. Phương pháp tính tốn:...............................................................................25
2.6.2.2. Tính tốn theo xác suất:..............................................................................25
2.6.2.3. Hình dạng hình học và sự phân lớp:...........................................................26
2.6.2.4. Mặt trượt:....................................................................................................26
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO ĐOẠN ĐÊ HỮU SÔNG CHU TẠI
K38+700 ĐẾN K39+300 – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ.................................. 27
3.1. Giới thiệu về hiện trạng đoạn đê hữu sông Chu tại K38+700 đến K39+300......27
3.1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu........................................................ 27
3.1.2. Địa hình, địa mạo đoạn đê hữu sơng Chu tại K38+700 đến K39+300............28
3.1.3. Đặc điểm địa chất cơng trình.......................................................................... 31
3.1.3.1. Đặc điểm địa chất thủy văn.........................................................................31
3.1.3.2. Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền........................................32
3.1.4. Đặc điểm khí tượng thủy văn......................................................................... 43
3.1.4.1. Khí hậu.......................................................................................................43
3.1.4.2. Mạng lưới sơng ngịi...................................................................................43
3.1.4.3. Chế độ dịng chảy.......................................................................................44
3.1.4.4. Tình hình diễn biến sự cố thấm, sạt trượt khu vực từ K38+700 đến
K39+300 đê hữu sơng Chu.........................................................................45
3.2. Tính tốn thấm và ổn định cho hiện trạng khu vực nghiên cứu.........................45
3.2.1. Trường hợp tính tốn...................................................................................... 45
3.2.2. Lựa chọn mặt cắt tính tốn............................................................................. 46
3.2.3.2. Tính tốn thấm cho mặt cắt tại K38+780....................................................52
3.2.3.3. Tính tốn thấm cho mặt cắt tại K39+150....................................................56

3.2.4 Kết luận.......................................................................................................... 60
3.3. Lựa chọn giải pháp khắc phục sự cố................................................................. 61
1.4.2.1. Phương án 1................................................................................................61
1.4.2.2. Phương án 2................................................................................................62
1.4.2.3. Phương án 3................................................................................................62
1.4.2.4. Lựa chọn phương án...................................................................................62
3.5. Tính tốn ổn định thấm và ổn định tổng thế cơng trình sau khi khắc phục sự cố
...................................................................................................................................64
3.5.1. Thiết kế hàm lượng xi măng và phụ gia .........................................................64
3.5.2. Tính tốn lựa chọn cao trình đỉnh vào đáy cọc.............................................. 65
3.5.2.1. Cao trình đáy cọc........................................................................................65
3.5.2.2. Cao độ đỉnh cọc..........................................................................................65
3.5.3. Tính tốn ổn định thấm và ổn định tổng thể.................................................. 68
3.5.3.1. Trường hợp tính tốn..................................................................................68
3.5.3.2. Mặt cắt tính tốn.........................................................................................68
3.5.3.3. Tính tốn ổn định thấm và ổn định tổng thể cho mặt cắt tại K38+960m....68
3.5.3.4. Tính tốn ổn định thấm và ổn định tổng thể cho mặt cắt C5+100m...........73
3.6. Kết luận............................................................................................................ 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 80
1. Kết quả đạt được trong luận văn.......................................................................... 80
2. Hạn chế, tồn tại trong quá trình thực hiện............................................................ 80
3. Hướng khắc phục, đề xuất................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 82
Tiếng Việt................................................................................................................ 82
Tiếng Anh................................................................................................................ 83


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Một số hình ảnh về thực trạng mái đê.......................................................2
Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng vịi thấm phía sơng..................................2

Hình 1.1: Giải pháp sân phủ chống thấm ngồi đê.................................................6
Hình 1.2: Giải pháp sân phủ chống thấm trong đê.......................................................7
Hình 1.3: Giải pháp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê..............................................8
Hình 1.4: Giải pháp tường chống thấm......................................................................8
Hình 1.5: Giải pháp tạo màng chống thấm..................................................................9
Hình 1.6: Giải pháp giếng giảm áp nơng..................................................................10
Hình 1.7: Giải pháp giếng giảm áp sâu....................................................................10
Hình 1.8: Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê.................................11
Hình 1.9: Ứng cứu sự cố bằng tầng lọc ngược..........................................................11
Hình 2.1 : Sơ đồ lưới sai phân...............................................................................16
Hình 2.2: Sơ đồ chia lát tính tốn ổn định............................................................17
Hình 2.3: Các dạng phần tử thường sử dụng trong PTHH...................................21
Hình 3.1: Hình ảnh hiện tượng vịi thấm..............................................................28
Hình 3.2: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu.........................................................28
Hình 3.3: Hiện trạng phía sơng khu vực nghiên cứu............................................29
Hình 3.4: Hình ảnh đỉnh đê kết hợp đường giao thơng........................................30
Hình 3.5: Hiện trạng khu vực dự án......................................................................31
Hình 3.6: Bình độ vị trí các hố khoan địa chất.....................................................33
Hình 3.7: Mặt cắt ngang địa chất 1-1’ (vị trí tương ứng K38+780)....................34
Hình 3.8: Mặt cắt ngang địa chất 2-2’ (vị trí tương ứng K38+960)....................34
Hình 3.9: Mặt cắt ngang địa chất 3-3’ (vị trí tương ứng K39+150)....................35
Hình 3.10: Mặt cắt dọc địa chất I-I’ (mép nước phía sơng).................................35
Hình 3.11: Mặt cắt dọc địa chất II-II’ (dọc đỉnh đê)............................................36
Hình 3.12: Mặt cắt dọc địa chất III-III’ (dọc chân đê phía đồng đê)..................36
Hình 3.13: Mặt cắt dọc địa chất IV-IV’ (phía trong đồng)..................................37


Hình 3.14: Sơ đồ tính tốn thấm TH1 cho mặt cắt K38+960..............................46
Hình 3.15: Mơ hình hóa tính tốn thấm TH1 cho mặt cắt K38+960...................46
Hình 3.16: Đường đẳng cột nước TH1 cho mặt cắt K38+960.............................47

Hình 3.17: Đường bão hịa nước trong thân đê TH1 cho MC K38+960.............47
Hình 3.18: Đường dịng thấm qua thân và nền đê TH1 cho mặt cắt K38+960 .47
Hình 3.19:Đường đẳng gradient thấm thân và nền đê TH1 cho mặt cắt K38+960. .47
Hình 3.20: Kết quả tính tốn ổn định mái đê phía sơng TH1 cho mặt cắt
K38+960.................................................................................................................48
Hình 3.21: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sơng TH 1 cho mặt cắt K38+960.48
Hình3.22: Sơ đồ tính tốn thấm TH2 cho mặt cắt K38+960...............................48
Hình3.23: Mơ hình hóa tính tốn thấm TH2 cho mặt cắt K38+960....................49
Hình 3.24: Đường đẳng cột nước TH2 cho mặt cắt K38+960.............................49
Hình 3.25 Đường bão hịa nước trong thân đê TH2 cho mặt cắt K38+960........49
Hình 3.26: Đường dòng thấm qua thân và nền đê TH2 cho MC K38+960........50
Hình 3.27: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho MC K38+960......................50
Hình 3.28: Kết quả TT ổn định mái đê phía sơng TH2 cho MC K38+960.........50
Hình 3.29: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH 2......................................51
Hình 3.30: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH 2...............................................51
Hình 3.31: Đường đẳng cột nước TH1 cho MC K38+780...................................52
Hình 3.32: Đường bão hịa nước trong thân đê TH1 cho MC K38+780.............53
Hình 3.33: Gradient thấm thân và nền đê TH 1 cho MC K38+780.....................53
Hình 3.34: K.quả TT ổn định mái đê phía sơng TH1 cho MC K38+780............53
Hình 3.35: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sơng TH1 cho mặt cắt K38+780. 54
Hình 3.37: Đường b.hịa nước trong thân đê TH2 cho MC K38+780.................54
Hình 3.38: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho mặt cắt K38+780................55
Hình 3.39: K.quả TT ổn định mái đê phía sơng TH2 cho MC K38+780............55
Hình 3.40: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH2 MC K38+780...............56
Hình 3.41: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH2 MC K38+780..........................56
Hình 3.42: Đường đẳng cột nước TH1 cho mặt cắt K39+150.............................57


Hình 3.43: Đường bão hịa nước trong thân đê TH1 cho MC K39+150..............57
Hình 3.44: Gradient thấm thân và nền đê TH1 cho MC K39+150.......................57

Hình 3.45: K.quả TT ổn định mái đê phía sơng TH1 cho MC K39+150.............58
Hình 3.46: Biểu đồ Gradient thấm mái phía sơng TH1 cho MC K39+150..........58
Hình 3.47: Đường đẳng cột nước TH2 cho mặt cắt K39+150...............................58
Hình3.48: Đường bão hịa nước trong thân đê TH2 cho MC K39+150...............59
Hình 3.49: Gradient thấm thân và nền đê TH2 cho MC K39+150.......................59
Hình 3.50: K.quả TT ổn định mái đê phía sơng TH2 cho MC K39+150.............59
Hình 3.51: Biểu đồ Gradient thấm mái phía đồng TH2 MC K39+150.................60
Hình 3.52: Biểu đồ Gradient bãi phía đồng TH2 MC K39+150...........................60
Hình 3.53: Mặt cắt ngang đại diện.........................................................................66
Hình 3.54: Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C5 trường hợp 1......................68
Hình 3.55: Đường bão hịa trong thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 1.................68
Hình 3.56: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 1.............................69
Hình 3.57: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5 TH 1...............69
Hình 3.58: Biểu đồ Gradient thấm mái đê phía sơng mặt cắt C5 TH 1................69
Hình 3.59: Kết quả tính tốn ổn định tổng thể mặt cắt C5 TH 1..........................70
Hình 3.60: Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C5 TH 2...................................70
Hình 3.61: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 2.................70
Hình 3.62: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5 TH 2.............................71
Hình 3.63: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5 TH 2...............71
Hình 3.64: Biểu đồ Gradient thấm mái và cơ đê phía đồng MC C5 TH2................71
Hình 3.65: Biểu đồ Gradient thấm phạm vi kênh phía đồng mặt cắt C5 TH2.............72
Hình 3.66: Biểu đồ Gradient thấm dưới đáy ao phía đồng MC C5 TH2..............72
Hình 3.67: Kết quả tính tốn ổn định tổng thể MC C5 TH 2................................73
Hình 3.68: Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C5+100m TH 1.......................73
Hình 3.69: Đường bão hịa trong thân đê và nền đê MC C5+100m TH1............74
Hình 3.70: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5+100m TH 1.................74
Hình 3.71: Gradient lớn nhất trong cọc Xi măng đất mặt cắt C5+100m TH1....74


Hình 3.72: Biểu đồ Gradient thấm mái đê phía sơng mặt cắt C5+100m TH1...75

Hình 3.73: Kết quả tính tốn ổn định tổng thể MC C5+100m TH 1...................75
Hình 3.74: Sơ đồ tính tốn ổn định thấm mặt cắt C5+100m TH 2......................76
Hình 3.75: Đường bão hòa trong thân đê và nền đê MC C5+100m TH2...........76
Hình 3.76: Gradient thấm thân đê và nền đê mặt cắt C5+100m TH2.................76
Hình 3.77: Gradient lớn nhất trong cọc XMĐ mặt cắt C5+100m TH2...............77
Hình 3.78: Biểu đồ Gradient thấm mái và cơ đê phía đồng MC C5+100m TH2.....77
Hình 3.79: Biểu đồ Gradient thấm phạm vi kênh phía đồng MC C5+100m TH2....77
Hình 3.80: Biểu đồ Gradient thấm dưới đáy ao và ruộng trũng phía đồng mặt
cắt C5+100m trường hợp 2....................................................................................78
Hình 3.81: Kết quả tính tốn ổn định tổng thể MC C5+100m TH2....................78


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất 1, 2a và 2b............................37
Bảng 3.2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 2c, 3 và 4a...............39
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 4b, 5a và 5b.............40
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 5c và 6....................42
Bảng3.5. Hệ số thấm hiện trường của xi măng đất từ kinh nghiệm các cơng
trình thực tế.....................................................................................................64
Bảng 3.6: Kết quả tính tốn thử dần chọn cao trình đỉnh cọc.........................67


12

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Thanh Hóa có 24 sơng lớn nhỏ bao gồm: sơng Mã, sơng Chu, sơng
n, sơng Hoạt,… Hệ thống sơng ngịi của Thanh Hố phân bố khá đều với 4 hệ

thống sơng đổ ra biển với 5 cửa lạch chính. Hệ thống cơng trình phịng lũ chạy dọc
dịng chảy, với tổng chiều dài đê 1008 km. Toàn bộ hệ thống đê bảo vệ cho 17
huyện, thị, thành phố với 450 xã, trong đó có 296 xã có đê đi qua. Dân số được bảo
vệ ước tính 2,5 triệu người chiếm 83,4% dân số cả tỉnh và hầu hết các trung tâm
kinh tế, văn hố, chính trị của cả tỉnh.
Trong những năm vừa qua trên các tuyến đê sông Chu đã được gia cố nâng
cấp. Việc đầu tư xây dựng cơng trình đê kè đã từng bước hạn chế được sạt lở tại các
khu vực có diễn biến sạt lở, đảm bảo an tồn cho các tuyến đê, an tồn tính mạng,
tài sản của các hộ dân sống ven bờ sông, giảm thiểu thiệt hại, góp phần ổn định dân
cư, phát triển sản xuất, phát triển kinh tế - xã hội của khu vực.
Do ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết và sự biến đổi khí hậu trong khu vực
nên mực nước trên các sơng thường xun có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mùa
(mùa lũ và mùa kiệt lớn); bên cạnh đó do đặc điểm địa chất khu vực tuyến đê không
đồng nhất đã xuất hiện hiện tượng thấm, mạch đùn, mạch sủi, sạt lở, lún sụt khác
nhau, đe doạ nghiêm trọng đến an tồn cơng trình đê điều, tính mạng, tài sản của
nhân dân, ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình phát triển kinh tế, xã hội của khu
vực.


Hình 1: Một số hình ảnh về thực trạng mái đê
(trượt sạt mái phía sơng tại K38+930 và K39+00 vào năm 2010)

Hình 2: Một số hình ảnh về hiện tượng vịi thấm phía
sơng ( tại vị trí K38+950 và K39+00 vào năm 2010 )
Trước thực trạng trên, vấn đề “Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê
xung yếu của sơng Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa” rất quan trọng và mang
tính bức thiết nhằm tìm ra giải pháp gia cố khắc phục những đoạn đê xung yếu với
mục đích ngăn chặn tình hình sạt lở, giảm thiểu thiệt hại do mưa lũ gây ra trên địa
bàn tỉnh Thanh Hóa nói riêng và trên cả nước nói chung.

2. Mục đích của đề tài

Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận
tỉnh Thanh Hóa.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Các yếu tố hình học của mặt cắt đê; ổn định đê (ổn định thấm và ổn định trượt
mái); Các đặc trưng về mực nước, nước rút, tính chất cơ lý của địa chất nền đê của
đoạn đê hữu sông Chu.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong khn khổ thời gian có hạn, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, tính tốn cụ thể
cho đoạn đê hữu sông Chu tương ứng đoạn từ K38+700 đến K39+300.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1. Cách tiếp cận
Tiếp cận trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các
phương tiện thông tin đại chúng để nắm được tổng quan về các nguyên nhân xảy ra
sự cố sạt lở, lún sụt, thấm. Từ đó nhận thấy rằng khi xử lý sự cố thì các vấn đề đã
quan tâm đến đó là: nền đê, thân đê đảm bảo độ bền thấm và ổn định. Các vấn đề
cần xem xét nhưng chưa được đề cập đó là: ổn định khi xử lý sạt lở; xử lý nền đê
cũ; sử dụng vật liệu gia cố nền để đảm bảo khả năng chịu tải; nghiên cứu vật liệu xử
lý nền ... Tất cả các vấn đề đó dẫn đến lãng phí, khơng phù hợp với từng đoạn đê có
các điều kiện thực tế khác nhau. Vì vậy với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp
xử lý đoạn đê xung yếu của sông Chu trên địa phận tỉnh Thanh Hóa.” tác giả sẽ
giải quyết được các nhược điểm vừa nêu trên.
4.2. Các phương pháp nghiên cứu
1- Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực thủy
lợi đặc biệt về đê điều.

2- Phương pháp thống kê và phân tích số liệu thực đo. 3Phương pháp hệ thống điều tra thực địa.
4- Tính tốn phân tích trạng thái ổn định bằng phương pháp phần tử hữu hạn.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hệ thống đê điều nước ta
Do đất nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên lũ, bão ln là
mối đe doạ nghiêm trọng, từ hàng nghìn năm nay thì cuộc đấu tranh với thiên nhiên
để phòng chống lũ bão ln ln chiếm vị trí hàng đầu trong lịch sử phát triển của
đất nước ta.
Đến nay Việt Nam có gần 8.000 km đê, trong đó gần 6.000 km đê sơng và
2.000 km đê biển. Riêng đê sơng chính có 3.000 km và 1.000 km đê biển quan
trọng. Có gần 600 kè các loại và 3.000 cống dưới đê. Ngoài ra cịn có 5000 km bờ
bao chống lũ sớm, ngăn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long. Riêng hệ thống sông
Hồng trong đồng bằng Bắc Bộ có 3.000 km đê sơng và 1.500 km đê biển
Đặc điểm của quá trình hình thành các tuyến đê ở đồng bằng và trung du Bắc
bộ trong buổi đầu sơ khai là quá trình tự phát do nhân dân làm với trình độ nhận
thức và cơng cụ lao động lúc đó rất thơ sơ. Vấn đề chọn tuyến và xử lý nền chỉ được
giải quyết hết sức đơn giản. Chỉ có những năm sau này một số tuyến đê bị vỡ khi có
lũ lớn hoặc một số nơi có sự đổi dịng hoặc phát triển thêm, việc lực chọn tuyến mới
được chú ý đầy đủ đến các điều kiện kỹ thuật.
Vào mùa lũ, đê làm việc ngăn nước. Khi mực nước lũ phía sơng lên cao
chênh lệch cột nước thượng hạ lưu đê là khá lớn, khi đó cột nước thấm lớn, hình
thành dịng thấm từ sông vào đồng.
Vào mùa kiệt, mực nước sông xuống thấp, một số tuyến đê có nhiều ao hồ
phía trong đồng, tạo chênh cột nước thấm cao, hình thành dịng thấm từ đồng sang
sông. Hiện tượng thấm này thường gọi là thấm ngược.
Với đặc điểm dạng mặt cắt đặc trưng của đê như ở trên là điều bất lợi về biến
dạng thấm.
1.2. Hệ thống đê điều tỉnh Thanh Hóa

Thanh Hóa có 24 sơng lớn nhỏ, với tổng chiều dài đê: 1.008 km. Trong đó:
- Đê từ cấp I đến cấp III:


+ Chiều dài: 315 km (Đê cấp I: 64,7km; Cấp II:183,5km; Cấp III: 66,7km)
+ Kè bảo vệ đê: 138 công trình, gồm: 71.435m kè lát mái và 160 mỏ hàn.
+ Kè bảo vệ khu dân cư, bãi sông: 18 công trình, với 14.468m kè lát mái và 10 mỏ
hàn.
+ Cống dưới đê: 242 cống (trong đó có 3 âu)
+ Đê dưới cấp III:
- Chiều dài: 693km.
- Kè bảo vệ đê: 108 cơng trình, chiều dài kè lát mái: 86.354m.
- Cống dưới đê: 739 cống.
(Trích báo cáo đánh giá hiện trạng cơng trình đê điều trước lũ năm 2012 – Tỉnh
Thanh Hóa)
1.3. Hiện trạng đoạn đê sơng hữu sơng Chu tại K38+700 đến K39+300.
1.3.1. Hiện trạng đoạn đê xung yếu
Khu vực nghiên cứu là đoạn đê phức tạp, trải qua nhiều năm đã từng xảy ra
nhiều hiện tượng sạt lở, lún sụt, thấm khác nhau và cũng đã được tu sửa nhiều lần
tuy nhiên chưa triệt để, cụ thể:
- Hoàn lưu của cơn bão số 2 và số 3 tháng 8 năm 2005 gây mưa lớn làm mái đê phía
sơng, phía đồng khu vực từ K38+700 đến K39+300 xuất hiện nhiều hố sụt, rãnh
xói.
- Tháng 5/2007, tại K39+046- K39+150 xảy ra nứt, sạt mái đê, kè: đỉnh cung sạt ở
cao trình (+8.30) và kéo dài về hai phía qua đỉnh kè, xuống mái kè (cao trình đỉnh
kè:+7,00), khối đất tụt ngồi xuống, sâu từ 0,5-0,9m; phần mái kè nằm trong cung sạt
bị trồi lên, đã được xử lý làm kè năm 2008.
- Năm 2010 xuất hiện lún mái kè tại K38+930, ở cao trình+5,07m với kích thước
4,3m x 4,6m sâu từ 0,3m đến 2,64m, đã được xử lý trong mùa kiệt năm 2010. (Chi
tiết xem hình 1 của phần mở đầu)

- Đặc biệt xuất hiện hiện tượng thấm từ đồng sang sơng trong đó có 2 lỗ rị tại
K38+950 và K39+000 xuất lộ ở cao trình +1.00. Mùa lũ năm 2010, trên mái kè bị


sụt lún 2 hố và đã được xử lý bằng hình thức làm lọc và tu sửa phần mái kè bị sụt
lún. Năm 2011 đã xử lý bằng hình thức khoan phụt vữa, nhưng chưa triệt để. Hiện
nay nước vẫn chảy thành dòng qua 2 lỗ rò từ đồng sang sơng ở cao trình (+1.00);
hai hố tụt cũ tiếp tục phát triển: tại K38+950, hố sụt kích thước 8,0m x 6,0m, tụt
sâu 0,8m ÷ 1,2m; tại K39+000, hố sụt kích thước 7,0m x 9,0m, tụt sâu 0,8m ÷ 1,1m.
(Chi tiết xem hình 2 của phần mở đầu)
Do liên tiếp xảy ra hiện tượng sạt trượt nên đê hữu sông Chu đoạn từ
K38+700 đến K39+300 luôn được xem là một trong các trọng điểm phịng chống
lụt bão của tỉnh Thanh Hóa.
1.3.2. Nguyên nhân gây sạt lở
Theo kết quả khảo sát hiện trạng, thu thập tài liệu, phân tích báo cáo
khảo sát địa hình, địa chất và phân tích mơ phỏng bài tốn tính thấm và ổn định
đê theo phương pháp phần tử hữu hạn với nhiều trường hợp, có thể rút ra những
nhận xét dưới đây:
Nguyên nhân thấm trên đoạn đê từ K38+700 đến K39+300 đê hữu sông Chu là
do trong nền đê có các lớp đất có tính thấm mạnh thông từ đồng sang sông kết hợp
với chênh lệch mực nước giữa hai phía sơng và đồng.
1.4. Các giải pháp thiết kế bảo vệ cho đoạn đê sông Chu
1.4.1. Tổng quát về các giải pháp xử lý chống thấm cho đê hiện có
1.4.1.1. Kéo dài đường thấm bằng sân phủ chống thấm
a. Sân phủ chống thấm ngồi đê.

Hình 1.1: Giải pháp sân phủ chống thấm ngoài đê


b. Sân phủ chống thấm trong đê.

Hình 1.2: Giải pháp sân phủ chống thấm trong đê.
Đối với cơng trình đê, đây là giải pháp cơ bản thường được áp dụng phổ
biến. Sân phủ chống thấm như hình vẽ thường được đắp bằng các loại đất dính có
độ thấm nước nhỏ.
Giải pháp này nhằm làm giảm gradient áp lực thấm tác dụng lên tầng phủ,
đảm bảo điều kiện ổn định thấm cho nền cũng như ổn định thân đê. Biện pháp này
đặc biệt cần thiết khi có các ao hồ, thùng đấu gần chân đê, cần san lấp trả lại tầng
phủ và đắp tăng cường chống thấm trực tiếp từ chân đê vào nền đê thấm nước
mạnh. Tuy vậy trong trường hợp tầng phủ ngồi đê phía sơng đã tương đối dày, chất
lượng đất á sét đã tương đối tốt, thì việc tăng cường bằng đắp thêm sân phủ phía
sơng sẽ có hiệu quả rất thấp. Giải pháp sân phủ chống thấm cịn cho phép kết hợp
việc xây dựng các cơng trình phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế khác trên sân phủ
sau khi đã xây dựng.
Giải pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thi công, giá thành rẻ. Nhược điểm
cơ bản của giải pháp là phạm vi xử lý thường phải rộng, ảnh hưởng nhiều đến diện
tích canh tác ven đê và sinh sống của nhân dân các làng ven đê.
Giải pháp này có thể áp dụng ở nơi có dải đất ven đê rộng và khơng có dân
cư sinh sống và thuận lợi cho thi cơng và xây dựng.


1.4.1.2. Giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê

Hình 1.3: Giải pháp cơ phản áp tiêu nước phía trong đê
Cơ phản áp tiêu nước trong đê có tác dụng giảm gradient áp lực thấm, tăng
cường áp lực hữu hiệu cho lớp phủ thấm nước yếu nhưng vẫn tạo điều kiện cho
nước thoát qua thuận lợi để giảm áp lực thấm.
Ưu điểm của giải pháp này là giá thành khá rẻ dễ thi công. Tuy nhiên khi thi
công cần phải chọn lọc vật liệu đắp đảm bảo thoát nước tốt.
Nhược điểm của giải pháp đắp cơ phản áp tiêu nước là phạm vi xử lý phải

rộng, ảnh hưởng nhiều đến diện tích canh tác và đất ở của nhân dân ven đê.
Giải pháp này có thể áp dụng ở nơi có dải đất phía trong đê đủ rộng khơng có
dân cư sinh sống, thuận lợi cho thi cơng xây dựng.
1.4.1.3. Kéo dài đường thấm bằng tường chống thấm dưới nền đê

Hình 1.4: Giải pháp tường chống thấm
Xây dựng tường chống thấm trong tầng chứa nước là giải pháp kỹ thuật được
áp dụng khá phổ biến nhằm kéo dài đường viền thấm, giảm gradient áp lực gây biến


dạng thấm phía trong đê.
Ưu điểm của giải pháp là có thể ngăn hoặc kéo dài đường thấm, giảm gradient
áp lực thấm, khơng chiếm diện tích đất ven đê, dễ sử dụng và ổn định lâu dài.
Nhược điểm của giải pháp là công nghệ thi công phức tạp, giá thành thi cơng
cao, đặc biệt là khi chìều sâu tầng chứa nước cần xử lý lớn thì rất khó áp dụng.
Giải pháp này có thể áp dụng cả nơi có diện tích đất ven đê hạn hẹp, đặc biệt
có hiệu quả trong trường hợp tầng chứa nước có chiều dày khơng lớn.
1.4.1.4. Giải pháp khoan phụt nền đê

Hình 1.5: Giải pháp tạo màng chống thấm.
Bơm phụt dung dịch sét, xi măng, silicat… tạo màng chống thấm trong tầng
chứa nước với mục đích tăng cường sức cản thấm của trầm tích chứa nước, kéo dài
đường thấm, nâng cao độ bền của trầm tích dưới nền đê.
Ưu điểm của giải pháp là khơng chiếm diện tích đất ven đê, đơn giản, dễ sử
dụng, đây là giải pháp có hiệu quả trong trường hợp nền đê có tầng thấm nước
mạnh có chiều dày mỏng nằm trên tầng không thấm.
Nhược điểm của giải pháp là khi nền đê có tầng thấm nước mạnh với chiều
dày khơng có giới hạn thì giải pháp này hiệu quả chống thấm rất thấp. Hơn nữa, các
điều kiện kỹ thuật và quy trình phụt vữa gia cố thân và nền đê rất phức tạp, chi phí
cho khoan phụt rất tốn kém.

Giải pháp này có thể áp dụng ở những nơi mà điều kiện cấu trúc nền cho
phép. Thực tế, chiều dày tầng cát thường khá lớn, từ 10 đến 30m, thậm chí 60m,
cho nên tính khả thi của biện pháp này rõ ràng hạn chế.


1.4.1.5. Giải pháp làm hệ thống giếng giảm áp hạ lưu
a. Giải pháp giếng giảm áp nơng

Hình 1.6: Giải pháp giếng giảm áp nơng
b. Giải pháp giếng giảm áp sâu

Hình 1.7: Giải pháp giếng giảm áp sâu
Xây dựng giếng giảm áp kết hợp với rãnh thốt nước ngang có tác dụng thoát
nước dưới đất, giảm áp lực thấm tác dụng lên lớp phủ thấm nước yếu phía trong đê.
Giếng giảm áp gồm 2 loại: Giếng nông và giếng sâu.
Ưu điểm của giải pháp giếng giảm áp là có thể làm giảm mạnh áp lực thấm
tác dụng lên tầng phủ thấm nước yếu phía trong đê, đặc biệt là giải pháp giếng nơng
giảm áp có chi phí giá thành thấp, thời gian thì cơng ngắn, diện tích đất chiếm dụng
để xây dựng nhỏ.
Nhược điểm của giải pháp này là kỹ thuật thi công phức tạp (đặc biệt là khi
xây dựng giếng giảm áp sâu), trong quá trình sử dụng cần tiến hành duy tu, bảo
dưỡng thường xuyên, độ tin cậy của giải pháp phụ thuộc vào q trình thi cơng và
bảo trì.
Giải pháp có thể áp dụng ở tất cả những nơi mà điều kiện thi công cho phép.


1.4.1.6. Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê

Hình 1.8: Xây dựng các tuyến đê quây giảm cấp phía trong đê
Dựa vào địa hình khu vực xây dựng các tầng đê quây giảm cấp phía trong đê

tạo ra một cột nước trên diện rộng để làm giảm áp lực thấm phía trong đê cho các
đoạn đê xung yếu.
Ưu điểm của giải pháp này là có thể áp dụng đối với bất kỳ dạng cấu trúc nền
nào. Nó tận dụng lớp nước được trữ trong các đê quây phía trong đê làm cơ phản
áp. Nhược điểm của giải pháp là nếu thiết kế và thi công không tốt, mạch đùn, mạch
sủi vẫn xảy ra thì xử lý rất khó khăn và nguy hiểm.
Giải pháp có thể áp dụng đối với khu vực có địa hình phù hợp, phạm vi cần xử
lý nhỏ, khơng có dân cư trong dải đất ven đê cần xử lý.
1.4.1.7. Tạo tầng lọc ngược, dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ

1 : Cát hạt trung – thơ

2: Sỏi (sạn)

3: Cuội (dăm)

Hình 1.9: Ứng cứu sự cố bằng tầng lọc ngược
Trong trường hợp đang xảy ra sự cố xuất hiện các mạch sủi, giải pháp tạo tầng
lọc ngược kết hợp dâng cao mực nước nơi dòng thấm xuất lộ là một giải pháp hữu
hiệu, được áp dụng phổ biến hiện nay.


Ưu nhược điểm của giải pháp là có thể xử lý trong tình huống cấp bách bảo vệ
ổn định nền đê. Nhược điểm của nó là khơng có tác dụng lâu dài, mang tính tạm
thời. Vì vậy, cần phải xử lý lại sau khi sự cố đã qua và phải áp dụng các giải pháp
khác có độ tin cậy cao và hiệu quả hơn.
1.4.2. Các hiện tượng xảy ra và lựa chọn biện pháp xử lý hiệu quả cho khu vực
nghiên cứu
Hiện tượng thấm tại trên tuyến đê hữu sông Chu đoạn từ K38+700 đến
K39+300 là hiện tượng thấm từ đồng ra sơng (thấm ngược). Do địa hình khu vực dự

án phía sơng cơ đê rất hẹp, chân đê gần như sát với dòng chảy nên các giải pháp tác
động đến vùng hạ lưu của dịng thấm (chân đê phía sông) như: làm hệ thống giếng
hạ áp, tạo tầng lọc ngược, nâng cao mực nước hạ lưu, xây dựng các tuyến đê qy
giảm cấp phía trong đê, ... là khơng khả thi.
Biện pháp khoan phụt vữa gia cố thân đê cũng đã được địa phương nghiên
cứu thực hiện nhưng hiện nay khơng cho hiệu quả tốt. Dịng thấm vẫn có diễn biến
xấu, phức tạp, ảnh hưởng đến an toàn của tuyến đê.
Khu vực phía đồng của đoạn đê nghiên cứu hiện nay rất nhiều ao hồ, và
ruộng lúa nước, đây là một trong nguồn nước thấm ra phía sơng về mùa khô. Các ao
hồ này hiện tại được xử dụng để nuôi cá giống và cá thương phẩm, là nguồn thu
chính của nhân dân khu vực dự án nên giải pháp lấp ao hồ, tạo tầng phản áp phía
thượng lưu, chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ nuôi cá, trồng lúa nước sang trồng cây
màu,... sẽ gây tác động tới diện tích lớn, ảnh hưởng nhiều đến đời sống dân sinh,
khó có thể thực hiện ngay.
Phía ngồi chân đê phía đồng, trong kênh tưới B9 hiện nay tồn tại một thềm
cơ hẹp có chiều rộng trung bình từ 10 đến 20m. Nếu sử dụng giải pháp xây tường
chống thấm thì tường chống thấm có thể đặt tại vị trí này mà không ảnh hưởng đến
dân sinh. Do vậy, đây là giải pháp phù hợp nhất để chống thấm ngược cho đê hữu
sông Chu đoạn từ K38+700 đến K39+300.
Thực chất của việc giải quyết vấn đề này là chúng ta phải tiến hành giải quyết
bài toán thấm và ổn định tổng thể của khu vực nghiên cứu.


CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN TRẠNG THÁI THẤM VÀ ỔN ĐỊNH
CỦA ĐOẠN ĐÊ XUNG YẾU

2.1. Các phương pháp giải bài toán thấm của đoạn đê\
2.1.1. Tính thấm bằng phương pháp giải tích
2.1.1.1. Phương pháp cơ học chất lỏng
Phương pháp này do Viện sĩ N.N.Pavlơpxki khởi xướng và đạt được lời giải

chính xác cho một số bài tốn thấm có biên đơn giản.
Trong bài toán thấm phẳng, gọi h là hàm số cột nước thấm, ta có:
h = h(x,y)
Trong mơi trường thấm với các giả thiết đã nêu ở phần trên, phương trình vi
phân cơ bản của dịng thấm là:
∂2h
∂x2

+

∂2h
∂y2

=

0

Với cơng cụ tốn học là các hàm giải tích một biến phưc = x+iy, tác giả đã
tìm được thế vị phức của dịng thấm trong một số bài tốn đơn giản.Chuyến động
của dịng thấm được mơ tả bởi lưới thấm gồm 2 họ đường:
- Đường đẳng thế, gọi tắt là đường thế, là tập hợp các điểm có cùng cột nước h
(h=const)
- Đường dòng là quỹ đạo chuyển động của một hạt nước trong miền thấm
Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng, hai họ đường này trực giao
nhau.Với một số bài toán có biên đơn giản, Pavlơpxki đã viết được phương trình
của họ đường dòng, đường thế, xác định được cột nước thấm, gradient thấm tại một
điểm bất kỳ và tìm được lưu lượng thấm.
2.1.1.2 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng
Với các đường viền thấm phức tạp có 2,3 hay nhiều hàng cừ, Pavlôpxki đã dùng
phương pháp phân đoạn để giải gần đúng bài tốn thấm. Sau đó Trugaep đã phát

triển thành phương pháp hệ số sức kháng, đưa ra các cơng thức giải tích để tính hệ
số sức kháng cho từng đoạn. Viện sĩ Lavrenchiep đề xuất phương pháp biến đổi các


cừ, dẫn đến các bảng tra để xác định áp lực thấm tại các điểm đặc trưng của đường
viền thấm.
2.1.1.3. Phương pháp tỷ lệ đường thẳng
Khi phương pháp cơ học chất lỏng chưa phát triển thì người ta đã dùng
phương pháp tỷ lệ đường thẳng (TLĐT) để giải các bài tốn thấm qua nền cơng
trình. Phương pháp này do Blai đề xướng dựa trên các tài liệu quan trắc từ các cơng
trình thực tế. Ơng cho rằng dọc theo tia dịng đầu tiên (đường viền thấm của cơng
trình), độ dốc thủy lực khơng thay đổi, khơng phụ thuộc vào hình dạng của đường
viền thấm (có cừ hay khơng có cừ). Từ giả thiết này, có thể vẽ được biểu đồ áp lực
thấm lên đáy cơng trình, tính được gradient và lưu tốc thấm bình qn trong tồn
miền thấm.
Trong q trình giải bài toán thấm, dựa vào sự quan trắc tỷ mỉ hơn quá trình
tổn thất cột nước thấm dọc theo đường dòng đầu tiên, Len đã phát hiện ra rằng trên
những đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu hao cột nước thấm lớn hơn so với
đoạn đường viền nằm ngang. Từ đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp của
Blai để các kết quả thu được phù hợp hơn so với thực tế.
Ngày nay mặc dù đã có nhiều phương pháp hiện đại để tính thấm, nhưng
phương pháp TLĐT vẫn còn được sử dụng trong những trường hợp sau:
- Đối với các cơng trình nhỏ, tầng thấm mỏng, đường viền thấm đơn giản: giải theo
phương pháp TLĐT cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật.
- Đối với các cơng trình lớn: thường dùng phương pháp TLĐT để sơ bộ kiểm tra
chiều dài đường viền thấm trước khi đi vào tính tốn theo các phương pháp chính
xác hơn.
- Đối với các cơng trình trên nền đá: thường áp dụng phương pháp này để tính tốn
áp lực thấm lên đáy cơng trình.
2.1.2. Tính tốn thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm

2.1.2.1. Phương pháp giải tích
Phương pháp này chỉ áp dụng được với một số sơ đồ miền thấm đơn giản nhất