Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sông

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dƣới sự hƣớng
dẫn của PGS. TS Nguyễn Văn Ngọc. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong các cơng trình nào khác. Các tài liệu
tham khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc hợp pháp.
Tác giả

KS. Mai Xuân Chính

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa Sau Đại học, trƣờng Đại học
Hàng Hải Việt Nam, dƣới sự hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo,
các bạn cùng lớp tôi đã tích lũy cho mình một số kiến thức nhất định về chun
mơn Xây dựng Cơng trình thủy và đã đƣợc giao đề tài luận văn Thạc sỹ “Nghiên
cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ bờ sơng”. Đề tài của
tơi đã đƣợc hồn thành với các nội dung nhƣ đã đề ra trong đề cƣơng với sự nỗ lực
cố gắng của bản thân và sự hƣớng dẫn tận tình của thầy PGS. TS Nguyễn Văn
Ngọc. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn của tơi cịn một số
thiếu sót cần đƣợc các thầy các cơ đóng góp, tham gia ý kiến nhằm tiếp tục hồn
thiện luận văn để có thể đóng góp một phần nào đó cho các cơng việc có tƣơng tự,
phục vụ cho cơng cuộc xây dựng và phát triển đất nƣớc.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cơ giáo khoa Cơng trình, Viện đào tạo
Sau đại học trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam, cảm ơn các cơ quan đã tạo điều
kiện để tơi có thể hồn thành tốt cơng việc của mình.
Đặc biệt xin gửi lởi cảm ơn chân thành đến thầy PGS. TS Nguyễn Văn Ngọc
đã trực tiếp hƣớng dẫn luận văn.
Tôi cũng xin gừi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất để cho tơi tơi hồn thành luận văn thạc sỹ này.

Xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................... ii
MỤC LỤC........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................v
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG ...............3
1.1. Các ngun nhân gây xói lở và bồi tụ bờ sơng ........................................3
1.2. Tổng quan kết cấu cơng trình bảo vệ bờ sơng:.........................................6
1.3. Tình hình nghiên cứu xói lở bờ sơng: ...................................................15
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG ............32
2.1 Tính tốn ổn định bằng phƣơng pháp cung trƣợt: ...................................32
2.2 Tính tốn khả năng chịu lực: .................................................................35
CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG TÍNH TỐN THỰC TẾ..........................................46
3.1 Giới thiệu tóm tắt đoạn sơng Luộc đoạn Km45+950-Km46+750: ...........46
3.3 Tính tốn xác định kết cấu hợp lý. .........................................................54
3.4 Phân tích lựa chọn phƣơng án: ..............................................................62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................73
PHỤ LỤC. TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI KÈ ................................................ 1/PL

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Hệ số nhóm và hệ số cho nƣớc thấm qua các mái dốc

38

2.2

Hệ số kSP

38

2.3

Hệ số ki

38

2.4

Hệ số k

39

2.5

Hệ số kf

40

2.6

Trị số lớn nhất của áp lực sóng tƣơng đối trên mái dốc tại điểm
2

40

2.7

Hệ số kfr

43

2.8

Hệ số k

44

2.9

Tỷ lệ tối thiểu của số đá có đƣờng kính Dh

44

3.1

Các trạm thủy - Hải Văn

48

3.2

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

49

3.3

Bảng lựa chọn cấp phối đá

56

3.4

Ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng án

63

4.1

Bảng quan hệ giữa Kmim và bán kính R

8/PL

4.2

Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O1 với R1= 13,37m; m = 10

9/PL

4.3

Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O2 với R2= 13,84m; m = 10

10/PL

4.4

Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O3 với R3= 14,22m; m = 10

11/PL

Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O1' với R1’ = 12,88m; m =

12/PL

4.5
4.6

10
Tính tốn ổn định cho cung trƣợt O2' với R2'= 14,76m; m = 10 13/PL

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
1.1

Tên hình
Khối đất gián đoạn dƣới tác động của dịng chảy, sóng bị

Trang
4

phá vỡ khỏi mái dốc
1.2

Sạt lở dỏ áp lực nƣớc trong vết nét và dòng thấm

4

1.3

Mất ổn định dạng trƣợt dòng

5

1.4

Mất ổn định theo mặt trƣợt cong

5

1.5

Sạt lở sông Hồng gây thiệt hại cho các cơng trình ven bờ

8

1.6

Sạt lở bờ trên luồng Bạch Đằng - Hải Phòng

8

1.7

Sạt lở bờ trên tuyến luồng Nam Triệu - Hải Phịng

9

1.8

Sạt lở bờ sơng Văn Úc - Hải Phịng

9

1.9

Bờ sơng Ngàn Mọ - Hà Tĩnh có nguy cơ sạt lở rất cao

10

1.10

Sạt lở bờ sông Yên - Đà Nẵng

10

1.11

Sạt lở bờ sơng An Hóa - Đồng Tháp

11

1.12

Sạt lở đất trên sông Mã khiến đất canh tác bị cuốn trôi

11

1.13

Kè bảo vệ bờ bằng rọ đá

12

1.14

Đoạn kè cũ từ K40 + 840 đến K 41 - Hữu sông Luộc phân

13

thân bị phá hủy
1.15

Hiện tƣợng sạt lở bờ gần cống An Ninh- Hữu sơng Thái

14

Bình
1.16

Kè thƣợng lƣu cống Ba Đồng 2 –Hữu sông Luộc bị phá

14

hỏng
1.17

Đất bờ sông Văn Úc bị nƣớc xói trơi với tốc độ khá lớn

14

1.18

Kết cấu bó rồng

15

1.19

Kết cấu rồng

16

1.20

Kết cấu rọ đá

16

1.21

Một số kết cấu gia cố chân bờ

16

1.22

Gia cố chân bờ bằng rọ đá và khối bê tông

17

v


Số hình

Tên hình

Trang

1.23

Kết cấu gia cố bằng đá hộc lát khan

18

1.24

Gia cố bờ bằng đá xây

18

1.25

Trải vải địa kỹ thụât làm tầng lọc mái kè

19

1.26

Bảo vệ bờ bằng GeoTube

20

1.27

Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa

21

1.28

Thảm tấm bêtông liên kết bằng dây nilon chống xói đáy ở

22

sơng Trƣờng Giang – Trung Quốc
1.29

Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông

23

1.30

Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lƣới thép.

24

1.31

Các rồng đá túi lƣới đơn

25

1.32

Thảm rồng đá túi lƣới

25

1.33

Thảm đá bảo vệ bờ sông

25

1.34

Khối Amorloc

26

1.35

Khối Tri-lock

26

1.36

Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống bê tông cốt thép trên sông 27
Brahmaputra – Jamuna – Băngladet

1.37

Công trình bảo vệ bờ sơng Cái Phan Rang (Ninh Thuận)

28

bằng hệ thống cơng trình hồn lƣu
1.38

Kè mỏ hàn bằng rọ đá

28

1.39

Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ

29

ổn định và phát triển thực vật
1.40

Thả khối vật liệu hộ chân bằng thùng chứa

30

2.1

Xác định vùng tâm trƣợt nguy hiểm của mái đập

33

2.2

Sơ đồ tính ổn định trƣợt mái đập, đất theo phƣơng pháp

34

Ghécxêvanốp
2.3

Đồ thị các giá trị của hệ số hrun

2.4

Biểu đồ áp lực sóng tính tốn lớn nhất trên mái dốc đƣợc gia 40
cố bằng các tấm bản
vi

37


Số hình

Tên hình

Trang

2.5

Đồ thị để xác định phản áp lực của sóng

41

2.6

Đồ thị để xác định thành phần hạt cho phép của đá xô bồ đổ

43

tự do dùng gia cố mái dốc
3.1

Bờ hữu sông Luộc - phạm vi Km46

47

3.2

Cung trƣợt ở bờ hữu sơng luộc

47

Vị trí cách Km 46 về phía hạ lƣu 400m
3.3

Kết cấu kè phƣơng án 1 - chân kè đá hộc thả rối, thân kè,

51

đỉnh kè đá hộc lát khan
3.4

Kết cấu kè phƣơng án 2 - chân kè đá hộc thả rối kết hợp rọ

52

thép lõi đá, thân kè đá lát khan trong khung đá xây, đỉnh kè
đá hộc xây
3.5

Kết cấu kè phƣơng án 3 - chân kè đá hộc thả rối kết hợp

53

rồng, thân kè đá lát khan trong khung đá xây, đỉnh kè đá hộc
xây
3.6

Mặt cắt kết cấu cơng trình

68

3.7

Mặt bằng kết cấu cơng trình

69

3.8

Các chi tiết cơng trình

71

4.1

Sơ đồ tính tốn ổn định trƣợt cung tròn

7/PL

vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm đầu thập kỷ của thế kỷ 21, cùng với những biến đổi mạnh
mẽ của khí hậu tồn cầu dẫn tới sự xuất hiện nhiều thiên tai, nhiều cơn bão, nhiều
con lũ lớn trên khắp các lục địa và cả ở Việt Nam. Hiện tƣợng sạt lở bờ sông, bờ
biển ở nƣớc ta cũng diễn ra với tần suất lớn lơn, chu kỳ nhanh, cƣờng độ mạnh,
kéo dài hơn và có nhiều điểm dị thƣờng.
Hiện tƣợng xói lở và bồi tụ là một q trình hoạt động tự nhiên, có đoạn sơng
bị xói lở, có đoạn sơng bị bồi tụ. Đó là hệ quả của mối tƣơng tác giữa dòng chảy và
lịng sơng mà ngun nhân gây ra là do qua trình vận chuyển bùn cát từ nơi này
đến nơi khác. Tƣơng tác giữa sóng, gió, dịng triều và bờ biển mà trực tiếp là sự
mất cân bằng của vận chuyển bùn cát dọc bờ là nguyên nhân chính gây ra xói - bồi
mất ổn định của bờ sơng, bờ biển. Tuy là hoạt động bình thƣờng của tự nhiên song
hiện tƣợng xói - bồi bờ sơng, bờ biển rất phức tạp, chịu sự chi phối bởi nhiều yếu
tố. Do đó ảnh hƣởng của xói - bồi, đặc biệt là ảnh hƣởng của xói sạt lở bờ sơng, bờ
biển là vơ cùng nghiêm trọng
Ở nƣớc ta, các hình thức kè chủ yếu thƣờng là: kè lát mái bảo vệ bờ, mỏ hàn,
chống sóng đê biển bằng các loại kết cấu chủ yếu là: kè đá khan, kè đá xây, kè lát
khan trong khung đá xây, kè tấm bê tơng định hình …
Tình trạng chung của các cơng trình đê, kè bảo vệ bờ cịn kém ổn định và

xung yếu. Nó đƣợc thể hiện chủ yếu với các đoạn kè đê sông là xói lở chân, xơ sạt
mái, lún và biến dạng kè, ngun nhân chính là do dịng chảy và địa chất nền yếu,
quy mơ kết cấu kè cịn hạn chế nên thƣợng hạ lƣu kè thƣờng bị xói lở. Một số đoạn
kè bị hƣ hỏng nhƣ kè Cát Bà, kè đê bao khu bãi rác Đình Vũ và một số đoạn kè đê
sơng nhƣ sơng Luộc, sơng Thái Bình, sơng Văn Úc…
Trong những năm vừa qua tại những đoạn sông đã xây dựng kè bảo vệ bờ.
Tuy nhiên, do một số đoạn kè xây dựng đã lâu, kết cấu kè chƣa đảm bảo, dƣới tác
dụng của dịng chảy, khí hậu và sự xâm hại của con ngƣời hiện nhiều đoạn bị hƣ
hỏng nặng, nếu khơng có biện pháp xử lý kịp thời thì trong thời gian tới với tốc độ

1


xói lở nhƣ hiện nay thì tuyến đê, kè có nguy cơ sạt nở sát chân đê làm vỡ đê, ảnh
hƣởng đến tính mạng, tài sản và các cơng trình văn hố khu vực mà cơng trình đó
bảo vệ. Vậy việc Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè bảo vệ
bờ sơng là hết sức cần thiết.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình kè
bảo vệ bờ sơng” là một trong những đề tài thiết thực có ý nghĩa thực tiễn cao từ đó
làm cơ sở cho các nghiên cứu nhằm mục đích đảm bảo ổn định và an tồn cho các
cơng trình đê, kè bảo vệ bờ sơng của nƣớc ta nói chung và thành phố Hải Phịng
nói riêng.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý công trình kè bảo vệ bờ sơng
nhằm mục đích chọn đƣợc cơng trình bảo vệ bờ sơng có kết cấu hợp lý để đảm
bảokinh tế kỹ thuật .
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tƣợng nghiên cứu: Cơng trình đê kè bảo vệ bờ sơng.
Phạm vi nghiên cứu: Các dạng kết cấu cơng trình đê, kè bảo vệ bờ khả thi áp
dụng cho cơng trình đê, kè bảo vệ đang bị xói lở.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp xây dựng tính tốn thực tiễn,
tính tốn tìm ra những giải pháp khả thi và tối ƣu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu hợp lý cơng trình bảo vệ bờ sơng là việc
làm vừa có ý nghĩa khoa học, vừa có ý nghĩa thực tiễn. Trên cơ sở đó có thể áp
dụng cho các đoạn sơng khác mà diễn biến của nó có thể đƣợc đánh giá là nhƣ
nhau.

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SƠNG
1.1. Các nguyên nhân gây xói lở và bồi tụ bờ sông
Hiện tƣợng sạt lở bờ sông ở nƣớc ta cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới là vấn đề
lớn, nghiêm trọng và bức xúc. Sạt lở bờ diễn ra ở hầu hết các triền sơng và ở nhiều
địa phƣơng có sông. Sạt lở bờ sông ảnh hƣởng trực tiếp đến kinh tế và xã hội của
địa phƣơng [7]. Ở vùng hạ lƣu hệ thống các sơng Hồng, Thái Bình, sơng ngịi miền
Trung và đồng bằng sơng Cửu Long, vì dịng sông mang nhiều bùn cát lại chảy
trên một nền bồi tích rất dễ xói bồi nên q trình xói lở và bồi tụ diễn ra liên tục
theo cả thời gian và khơng gian. Xói lở và bồi tụ khơng chỉ diễn ra vào mùa lũ mà
còn diễn ra cả vào mùa nƣớc kiệt. Q trình xói lở và bồi tụ ở các sông diễn ra do
các hiện tƣợng tự nhiên và do các tác động của con ngƣời thƣờng rất phức tạp.
Việc tìm ra đƣợc các ngun nhân gây xói lở và bồi tụ để từ đó có các giải pháp
quy hoạch và các biện pháp xử lý để phòng tránh, ngăn ngừa các tác hại của hiện
tƣợng xói lở và bồi tụ gây ra là việc làm rất quan trọng và ý nghĩa đối với sự an
toàn của các cơng trình xây dựng cũng nhƣ bảo vệ tốt cho tính mạng và tài sản của
nhân dân. Dƣới đây là một số nguyên nhân gây sạt lở và bồi tụ:
1.1.1 Nguyên nhân xói lở [6]:

- Do địa chất khu vực: Ở những khu vực khi bờ có thành phần trầm tích phù
sa cổ khi đƣợc lớp thảm thực vật phủ dày, trong điều kiện mơi trƣờng ẩm ƣớt cao
thì độ dẻo và độ kết dính tốt, cịn những nơi thảm thực vật thƣa thớt hoặc khơng có
thảm thực vật che phủ, khi bị phơi nắng thiếu nƣớc thƣờng xuyên, chúng mất nƣớc
dần, co rút lại, hậu quả là làm cho chúng bị nứt nẻ, trở nên khô xốp và khi thấm
nƣớc trở lại chúng bị bở rời, tơi vụn ra. Khi đó chỉ cần động lực rất nhỏ (sóng gió),
chúng đã bị nƣớc làm dịch chuyển và mang đi. Đây là một điều kiện thuận lợi để
q trình xói lở bờ trong vùng diễn ra mạnh mẽ.
- Do sóng: Sóng gây ra hiện tƣợng xói lở chủ yếu do gió và tầu thuyền qua
lại trên sơng, sóng xơ vào bờ tạo ra áp lực, tạo ra dòng chảy ven bờ manh hơn gây
xói lở, sóng gây ra xói lở bờ do gió thƣờng hay xảy ra ở các vùng cửa sơng, nơi có

3