Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê sông có độ dốc lớn ở quảng ninh

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Khoa Cơng trình
Tên tác giả: Phạm Văn Long
Học viên cao học: CH19C21
Người hướng dẫn: PGS – TS Nguyễn Quang Hùng
Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê
sông có độ dốc lớn ở Quảng Ninh”.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các thơng
tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng trình
nào trước đây.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Long


LỜI CẢM ƠN
Tác giải xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Thủy lợi; đặc
biệt là các cán bộ, giảng viên khoa Cơng trình, phịng Đào tạo đại học và sau
đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Nguyễn
Quang Hùng đã hết lòng ủng hộ và hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong hội đồng khoa học đã
đóng góp những ý kiến và lời khuyên quý giá cho bản luận văn.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Chi cục Thủy lợi Quảng
Ninh, phịng Quản lý cơng trình – Sở NN&PTNN tỉnh Quảng Ninh đã quan
tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập thơng
tin, tài liệu trong q trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên chia sẻ khó
khăn và động viên tác giả trong suốt q trình học tập và nghiên cứu để có thể
hoàn thành luận văn này.

Xin trân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, tháng 08 năm 2013
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Long


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC THƯỢNG
LƯU ĐÊ SÔNG ................................................................................................ 1 
1.1 Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh ........................ 1 
1.2 Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông ............................................................... 6 
1.2.1 Trồng cỏ

............................................................................................. 12 

1.2.2 Kè lát mái bằng đá lát khan .................................................................... 13 
1.2.3 Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch .................................................... 14 
1.2.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sơng bằng ốngbuy đổ đá hộc ..................... 15 
1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái................................................................ 16 
1.2.6 Sự hư hỏng của tường đá xây................................................................. 18 
1.2.7 Cừ thép bảo vệ mái................................................................................. 18 
1.3 Tình hình hư hỏng đê hàng năm ............................................................... 19 
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO VỆ MÁI
SÔNG .............................................................................................................. 22 
2.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm ổn định trong đê và mái sông .... 22 
2.2 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp lũ rút ... 24 
2.3 Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn ........................... 29 
2.3.1 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH. .................................. 29 
2.3.2 Giải bài toán thấm bằng phương pháp PTHH: ...................................... 31 

2.3.3 Đường bão hòa của đê đất đồng chất khi mực nước hạ thấp ................. 32 
2.4 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp ngâm lũ . 35 
2.4.1 Phương pháp tính tốn trượt cung trịn .................................................. 35 
2.4.2 Phương pháp tổng ứng lực ..................................................................... 36 
2.4.3 Phương pháp ứng lực hữu hiệu .............................................................. 36 
2.5 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp lũ rút ..... 37 


2.6 Phân tích ổn định khi có xét đến mực nước dao động ( mực nước rút
nhanh)

..................................................................................................... 38 

2.6.1 Nguyên lý chung .................................................................................... 38 
2.6.2 Những giả thiết chung của phương pháp ............................................... 39 
2.7 Kết luận chương: ....................................................................................... 45 
CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÁC KẾT CẤU BẢO VỆ KÈ PHÙ HỢP CHO
KÈ SÔNG KA LONG ..................................................................................... 46 
3.1 Giới thiệu cơng trình. ................................................................................ 46 
3.1.1 Tên, vị trí và phạm vi xây dựng cơng trình ............................................ 46 
3.1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ cơng trình ............................................................... 46 
3.1.3 Quy mơ hạng mục cơng trình. ................................................................ 46 
3.2 Các điều kiện tự nhiên tác động tới kết cấu cơng trình............................. 47 
3.3 Bài tốn nghiên cứu................................................................................... 47 
3.3.1 Hình thức kết cấu. .................................................................................. 47 
3.3.2 Chỉ tiêu cơ lý tính tốn ........................................................................... 49 
3.3.3 Các tổ hợp lực dùng trong tính tốn. ...................................................... 49 
3.4 Kết quả nghiên cứu. ................................................................................. 50 
3.5 Phần mềm sử dụng trong tốn ................................................................... 52 
3.6 Phân tích hệ số ổn định của kè trong điều kiện rút nước .......................... 52 

3.6.1 Xét sự thay đổi K ~ t của phương án 1 ................................................. 52 
3.6.2 Xét tốc độ suy giảm K ~ t của phương án 1 .......................................... 57 
3.6.3 Xét sự thay đổi K ~ t phương án 2 ........................................................ 62 
3.7 So sánh hệ số ổn định hai phương án kết cấu : ......................................... 66 
3.8 Kết luận chương ........................................................................................ 72 
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 73 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 75 


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ hệ thống đê điều lưu vực sơng Hồng ................................... 3
Hình 1.2: Tỉnh Quảng Ninh .............................................................................. 6
Hình 1.3 Trồng cỏ bảo vệ mái đê, mái sơng .................................................. 13
Hình 1.4. Lát mái bằng đá khan ...................................................................... 14
Hình 2.1: Dịng chảy ngầm trong đê .............................................................. 22
Hình 2.2: Sơ đồ biểu thị định luật bảo toàn khối lượng cho dịng thấm khơng
ổn định ............................................................................................................. 24
Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực kẽ rỗng ....................... 28
Hình 2.4: Rời rạc hóa miền xác định .............................................................. 30
Hình 2.5: Tính tốn đường bão hịa khi mực nước hạ xuống ......................... 35
Hình 2.6: Tính tốn theo phương pháp trượt cung trịn .................................. 35
Hình 2.7: Sơ đồ chia lát tính tốn ổn định ...................................................... 40
Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu phương án 1 .............................................................. 47
Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu phương án 2 .............................................................. 48
Hình 3.3: Sơ đồ và kết quả tính tốn ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA1.... 50
Hình 3.4 : Sơ đồ và kết quả tính tốn ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA2 ... 51


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Các giả thiết của một số phương pháp đại biểu ............................. 42

Bảng 3.1: Kết quả nghiên cứu hệ số ổn định K với các tổ hợp lực ............. 50
Bảng 3.2: Kết quả K theo thời gian................................................................. 52
Bảng 3.2 Kết quả K theo thời gian. ................................................................. 54
Bảng 3.3 Kết quả K theo thời gian .................................................................. 56
Bảng 3.4 Kết quả K theo thời gian ................................................................. 57
Bảng 3.5Kết quả K theo thời gian .................................................................. 59
Bảng 3.6Kết quả K theo thời gian .................................................................. 61
Bảng 3.7 : Kết quả K theo thời gian............................................................... 62
Bảng 3.8 Kết quả K theo thời gian .................................................................. 63
Bảng 3.9Kết quả K theo thời gian ................................................................... 65
Biểu đồ 3.1: Quan hệ K ~ t mái trên, phương án 1 53 
Biểu đồ 3.2 Quan hệ K ~ t mái dưới, phương án 1 ........................................ 54 
Biểu đồ 3.3 Quan hệ K ~ t tổng thể mái phương án 1 .................................... 56 
Biểu đồ 3.4: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t kè cấp kè cấp 2 phương án 1... 58 
Biểu đồ 3.5:Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t mái dưới phương án 1 ............. 59 
Biểu đồ 3.6: Quan hệ Tốc độ suy giảm K ~ t tổng thể phương án 1 ............ 61 
Biểu đồ 3.7: Quan hệ K ~ t mái trên của phưong án 2.................................... 63 
Biểu đồ 3.8 : Quan hệ K ~ t mái dưới của phưong án 2 ................................. 64 
Biểu đồ 3.9: Quan hệ K ~ t tổng thể của phưong án 2 .................................. 65 
Biều đồ 3.10: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 3 ............................. 66 
Biều đồ 3.11 : Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 3 ........................... 67 
Biều đồ 3.12 Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 3 ............................. 68 
Biều đồ 3.13: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 4 ............................. 69 
Biều đồ 3.14: Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 4 ............................ 69 
Biều đồ 3.15: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 4 ............................. 70 


Biều đồ 3.16: Quan hệ K ~ t mái trên hai phưong án v= 5 ............................. 70 
Biều đồ 3.17: Quan hệ K ~ t mái dưới hai phưong án v= 5 ............................ 71 
Biều đồ 3.18: Quan hệ K ~ t tổng thể hai phưong án v= 5 ............................. 71 

1
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC
THƯỢNG LƯU ĐÊ SƠNG
1.1 Tổng quan về đê sơng ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh
Ở miền Bắc có hệ thống sơng Hồng, sơng Thái Bình, miền Trung có hệ
thống sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia Thu Bồn, sông Vệ, sông Trà Khúc,
sông Côn, sông Ba, sông Cái Nha Trang; miền Nam có sơng Đồng Nai, sơng
Bé, sơng Cửu Long... Các hệ thống sông này hàng năm đã cung cấp cho
chúng ta nguồn nước quí giá để phục vụ đời sống con người và phát triển nền
kinh tế quốc dân. Lợi ích mà các hệ thống sơng này đem lại là vô cùng to lớn,
nhưng tác hại do lũ lụt từ các hệ thống sông này gây ra cho cho con người và
nền kinh tế quốc dân cũng không phải là nhỏ.
Từ thủa xa xưa cha ông ta đã biết đắp đê ngăn lũ dọc theo các dịng
sơng để hạn chế lũ lụt do chúng gây ra đối với các cư dân sinh sống ở dọc 2
bên sông. Một trong những cơng trình ngăn lũ tiêu biểu đã được xây dựng từ
xa xưa còn tồn tại đến ngày nay đó là hệ thống đê sơng Hồng. Ngày nay trong
cơng cuộc xây dựng đất nước, Nhà nước tiếp tục đầu tư xây dựng các cơng
trình phịng chống lũ, trong đó chú trọng đến kiên cố hệ thống đê sông, đê
biển nhằm giảm nhẹ thiên tai do lũ lụt gây ra.
Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế quan trọng của cả nước. Trong vùng
có hệ thống đê sơng Hồng và sơng Thái Bình là 2 hệ thống đê sơng chống
lũ quan trọng với tổng chiều dài gần 2.400km, chiều cao đê đến nay đã
được tu bổ nâng cấp, với chiều cao trung bình từ 6m đến 11m, đê chủ yếu
đắp bằng đất.

2
Lũ sông Hồng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ lũ sông Đà, lũ sông Thao và lũ
sông Lô. Trên sông Đà hiện nay có thuỷ điện Hồ Bình, đây là cơng trình
ngồi tác dụng cấp điện cho miền Bắc nó cịn là cơng trình cắt lũ có ý nghĩa
quan trọng cho sông Hồng. Thực tế cho thấy những năm trước đây chưa có
nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, về mùa lũ, mực nước sông dâng cao, chúng ta
không thể kiểm sốt được vì vậy đê sơng Hồng thường xun bị uy hiếp. Từ
khi nhà máy thuỷ điện Hồ Bình đi vào hoạt động, lũ trên sông Hồng đã giảm
đáng kể do lũ sông Đà đã bị cắt. Đây là yếu tố tích cực mà hồ Hồ Bình đem
lại. Nhưng những tác hại mà hồ Hồ Bình gây ra cho hạ lưu cũng khơng phải
là nhỏ, đó là sự thay đổi rõ rệt về chế độ dịng chảy trên sơng Đà cả về mùa
kiệt lẫn mùa lũ làm cho diễn biến sạt lở bở sông trên sông Đà cũng như sông
Hồng đang diễn ra ngày càng phức tạp, hàng trăm ha đất, nhà của dân dọc hai
bờ sông đã bị mất...
Sử sách còn ghi lại con đê đầu tiên của Việt Nam đã có từ thế kỷ thứ nhất
sau Cơng ngun cùng thời Hai Bà Trưng và đến đầu thế kỷ thứ 11, nhà Lý
đã đắp đê thành Đại La, sau đổi ra thành Thăng Long tức Hà Nội ngày nay
với mục đích bảo vệ kinh đơ bên dịng sơng Hồng và đến thế kỷ thứ 13 thời
nhà Trần thì đê sông Hồng đã được nối dài từ đầu châu thổ ( Việt Trì) ra đến
biển để phịng chống lũ.
Từ đó nhân dân Việt Nam vì bảo vệ cuộc sống của mình đã khơng
ngừng đắp to, nâng cao và khép kín các tuyến đê sơng, đê biển.
Đến nay, Việt Nam có gần 8000km đê, trong đó có gần 6000km đê
sơng và 2000km đê biển. Riêng đê sơng chính có 3000km và 1000km đê biển
quan trọng. Có gần 600 kè các loại và 3000 cống dưới đê. Ngồi ra cịn có
500 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 3000km đê sơng
và 1500 km đê biển.

3

Hình 1.1: Bản đồ hệ thống đê điều lưu vực sơng Hồng

Ở bắc miền Trung có hệ thống đê sơng Mã với chiều dài hàng trăm km,
chiều cao đê đến trung bình từ 5m đến 10m, đê đắp bằng đất. Hệ thống đê
sơng này cũng góp phần chống lũ quan trọng cho vùng đồng bằng của tỉnh
Thanh Hoá với hàng triệu dân sinh sống.
Hệ thống sông Cả, sông La là những sông lớn trong khu vực Nghệ An, Hà
Tĩnh. Các sơng này hiện tại ở thượng nguồn chưa có hồ chứa cắt lũ, dịng
sơng ngắn, lịng sơng dốc cho nên hàng năm lũ tập trung về hạ lưu rất nhanh
gây ra thiệt hại lớn cho hạ du. Hiện tại trên hệ thống sơng Cả, sơng La đã có
các tuyến đê bao để chống lũ. Hệ thống đê của các sông này được đắp bằng
đất chất lượng đắp nhiều đoạn chưa đảm bảo, điều kiện địa hình, địa chất của


4
tuyến đê, tuyến sông phức tạp... chế độ chảy của dịng sơng ln biến động
đây là nhưng nguy cơ tiềm ẩn đến sự an toàn của các tuyến đê.
Các hệ thống sông của miền Nam trung bộ và miền Nam hiện nay hầu hết
chưa có đê bao bảo vệ. Vì vậy hàng năm về mùa lũ lụt, lũ ở thượng nguồn đổ
về với lưu lượng lớn, các hệ thống sông này không tải hết lưu lượng lũ cho
nên nước lũ đã chảy tràn ra hai bên gây ngập toàn bộ vùng hạ lưu sâu từ 1m
đến 3m, cục bộ có nơi sâu đến 4m. Lũ lụt miền trung do các hệ thống sông
lớn gây ra hàng năm làm thiệt hại tính mạng và tài sản của nhân dân và nhà
nước hàng ngàn tỷ đồng mỗi năm. Đây là vấn đề lớn về cơng tác phịng chống
lũ lụt cho khu vực miền trung mà các nhà khoa thuỷ lợi nói tiêng và các nhà
khoa học trong cả nước nói chung đang nghiên cứu để đưa ra những giải pháp
tối ưu.
Hệ thống đê điều Tỉnh Quảng Ninh

Quảng Ninh là một tỉnh ở địa đầu Ðông Bắc Việt Nam, nằm giữa các
kinh độ đông 106º26’-108º31’3’’ và các vĩ độ bắc 20º40’-21º40’, khoảng dài
nhất từ đông sang tây là 195km, từ bắc xuống nam là 102km.
Phía bắc giáp Quảng Tây (Trung Quốc) với đường biên giới dài 132,8km
và tỉnh Lạng Sơn.
Phía Tây giáp Bắc Giang, Hải Dương,
Phía Nam giáp Hải Phịng.
Phía Đơng Nam giáp biển Ðông với 250km bờ biển.
Là một tỉnh miền núi dun hải, Quảng Ninh có 80% diện tích đất đai là
đồi núi. Hơn 2.000 hòn đảo nổi trên mặt biển phần lớn đều là núi, với tổng
diện tích là 620km².
Quảng Ninh là một trong các tỉnh ở vùng Đông Bắc bộ có điều kiện địa
phức tạp diện tích tồn tỉnh phần lớn là đồi núi, phần còn lại là vùng đồng


5
bằng và đồng bằng duyên hải. Quảng Ninh có lượng sơng suối khá lớn, mật
độ trung bình biến đổi từ 1 đến 1,9 km/km2 , có nơi tới 2,4 km/km2 . Các sông
lớn là sông Ka Long, Sông Tiên Yên, Sông Phố. Sông Ba Chẽ , sông Diễn
Vọng, Sông Bạch Đằng, sông Đông Mai, sông Đá Bạc, sông Đá Vách, Sơng
Mạo Khê, Sơng Chanh . Ngồi ra cịn có các con sông khác như sông Hà Cối,
sông Đầm Hà, sông Trới, sơng Míp, sơng ng, sơng Đạm, sơng Cầm. Đặc
điểm chung của các sông trên đều nhỏ và ngắn, độ dốc lớn. Do đặc điểm đồi
núi dốc nên khả năng tập trung nước về mùa lũ rất nhanh. Lưu lượng và lưu
tốc dòng chảy rất khác biệt giữa mùa lũ và mùa khơ. Mùa khơ, các sơng cạn
nước, có sơng cạn trơ ghềnh đá nhưng mùa hạ lại ào ào thác lũ, nước dâng
cao rất nhanh. Lưu lượng mùa khô 1,45 m3/s, mùa mưa lên tới 1500 m3/s,
chênh nhau 1.000 lần. Do đó các tuyến đê, kè thường xuyên hư hỏng, nhất là
về mùa lũ.

6

Hình 1.2: Tỉnh Quảng Ninh

1.2 Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông
Cơ chế sạt trượt mái tự nhiên bờ sông
Nguyên nhân gây sạt trượt mái tự nhiên của bờ sơng rất nhiều . Tuy
nhiên có thể tổng hợp theo hai nguyên nhân chính.
Nguyên nhân thứ nhất là do chế độ dòng chảy thủy lực thay đổi dẫn
đến bùn cát lịng sơng bị vận chuyển đi nơi khác dẫn đến sự tạo thành các
hố xói cục bộ. Chính những hố xói cục bộ này đã có tác động trực tiếp
đến sự mất ổn định của mái bờ sông (sự sạt lở được phát triển từ dưới
chân mái đê, mái sông phát triển lên) . Điều này được thể hiện rõ ràng


7
nhất trong hiện tượng dòng chảy vòng hướng ngang phát triển mạnh mẽ
trong đoạn sơng cong.
Sự phát triển dịng chảy vòng
hướng ngang đã làm cho bờ lõm
càng ngày càng dốc và dẫn tới sạt
trượt và lõm thêm, bờ lồi càng ngày
càng được bồi và dẫn tới lồi thêm.
Chính sự thay đổi hình thái bờ này
đã làm cho chế độ thủy lực hạ lưu
sông thay đổi và dấn tới sự thay đổi
hình thái bờ sơng ở đoạn kế tiếp
Hình 2.1. Sự phát triển hố xói cục bộ dẫn đến mất ổn định mái đê, mái sông
1. Đoạn bồi cạn; 2. Vực; 2-1-2-1-2. Tuyến lạch; 3. Bãi bồi

Nguyên nhân xói lở này cũng chính là ngun nhân gây ra xói lở tại
một số bờ sơng biên giới trong đó có sơng Ka Long - Móng Cái - Quảng
Ninh.
Nguyên nhân thứ hai là do sự mất cân bằng cục bộ ngay tại mái bờ
sông. Điều này được thể hiện ở sự gia tăng khả năng gây trượt và giảm nhỏ
khả năng chống trượt. Chính sự mất cân bằng này đã dẫn đến những phá hoại
mái bờ sông như sạt lở, trượt bờ sông. Sự mất cân bằng này có nhiều nguyên
nhân như : tác động của sóng gió, tàu bè qua lại…
Những nhân tố làm tăng các lực gây trượt mái có thể tổng kết như sau:
- Tác dụng của dòng thấm như ảnh hưởng của mưa kéo dài làm đất
bão hòa nước, giảm khả năng chống trượt.
- Quá trình lũ rút nhanh.
- Tác dụng của áp lực sóng .
- Chất tải lên mép bờ sông.


8
Tác dụng của dịng thấm ảnh hưởng đến an tồn mái đê, mái sông
Rõ ràng nhận thấy trằng :
trong trường hợp hình 2.3.a mái đê,
mái sơng mất ổn định do mái quá
dốc và vượt quá mái cân bằng tự
nhiên của vật liệu địa phương. Trong
trường hợp hình 2.3.b là sự mất ổn
định do các thành phần lực gây trượt
Hình 2.3. mặt trượt của mái đê,
mái sông

lớn lơn khả năng chống trượt của
mái đê, mái sông. Luận văn tập

trung đi sâu nghiên cứu vào cơ chế
mất ổn định mái dưới tác dụng của
nguyên nhân này.

Khi kiểm tra khả năng an toàn chống trượt trụ trịn của mái bờ sơng , có
nhiều phương pháp để nghiên cứu. Tuy nhiên các phương pháp này đều là dẫn
suất của công thức kiểm tra ổn định mái chung như sau:
K=

∑ Mc ≥ [K]
∑ Mt

(2.1)

Trong đó:
∑Mc - tổng các mô men chống trượt đối với tâm O;
∑Mt - tổng các mô men gây trượt đối với tâm O;
[K] - hệ số an toàn chống trượt cho phép, phụ thuộc cấp bậc của
cơng trình, xác định theo quy phạm.


9

Hình 2.4. Sơ đồ kiểm tra ổn định cung trượt trụ trịn mái đê, mái sơng
Với việc phân tích lực như trên sơ đồ hình 2.4 , cơng thức xác định hệ
số an toàn (2.1) trở thành:
K=

ΣN n tgϕn + ΣC n l n
r

r
ΣTn + γ n Ω1.J1 1 + γ n Ω2 .J 2 2
R
R

(2.2)

Trong đó:
Nn, Tn là các thành phần phân tích lực của trọng lượng dải đất Gn
theo các phương pháp và tiếp tuyến với cung trượt.
φn,Cn là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của vật liệu tại đáy dải.
Ω1, Ω2 là diện tích các vùng thấm.
Tác động của dòng thấm dâng cao dưới tác động của quá trình mưa kéo
dài đã làm đất bão hòa và gia tăng trọng lượng. và gây bất lợi đối với khả
năng chống trượt của mái. Điều này được thể hiện rõ trong
Như vậy thấy rõ ràng rằng với nguyên nhân gây mất ổn định mái như
đã nêu ở trên: dưới tác dụng của quá trình mưa kéo dài làm đất bão hịa nước,
diện tích vùng thấm tăng cao (Ω1, Ω2 tăng lên) đã làm thành phần dưới mẫu
số trong công thức (2.2) tăng lên. Không những thế các chỉ tiêu cơ lý của đất
(φ,c) giảm nhỏ dẫn tới hệ số ổn định K giảm nhỏ. Điều này có nghĩa là khả
năng chống trượt giảm nhỏ.


10
Tác dụng của dịng thấm rút nhanh đến an tồn mái đê, mái sông
Đối với mái thượng lưu (bờ sông), khi mực nước trong sơng dâng cao,
áp lực thấm có tác dụng tăng thêm ổn định. Khi nước trong sông rút, nước
trong mái đê, mái sơng có thể thốt ra phía sơng và có tác dụng bất lợi cho
điều kiện ổn định mái đê, mái sông. Dựa vào tốc độ hạ thấp của mực nước
sông, người ta phân ra hai trường hợp: nước rút từ từ và nước rút đột ngột.

Mỗi trường hợp có tác dụng khác nhau đối với ổn định của mái đập.
Nếu mực nước sông hạ thấp từ từ, đường bão hoà cũng xuống theo. Khi
đất mà nước vừa thốt cịn ở trạng thái ướt có trọng lượng riêng lớn. Trong
cơng thức tính ổn định, ta thấy có một phần đất trước kia chịu lực đẩy nổi, giờ
đây ở trạng thái ướt. Bộ phận đất ướt này lại nằm ở phần trên cao trong những
tính tốn có αo > φ. Vì vậy sẽ làm tăng mơ men trượt nhanh hơn so với mô
men chống trượt và do đó tác dụng làm giảm ổn định của mái đê, mái sông bờ
sông.
Khi mực nước sông rút nhanh, nước trong những kẽ rỗng của đất thốt
khơng kịp, do đó hình thành dịng thấm chảy về phía sơng. Trong trường hợp
này lực thấm sẽ có tác hại, làm mất ổn định mái.

Hình 2.5. Ảnh hưởng của dịng thấm rút nhanh đến ổn định mái đê, mái
sông
Tuy nhiên với đặc điểm lũ của sơng Mêkơng đoạn chảy qua vương
quốc CamPuchia có đặc điểm lên xuống từ từ nên ở đây tác động do mực
nước rút nhanh là không được đặt ra để nghiên cứu.


11
Tác dụng của sóng

Tác dụng của sóng leo
Tác động của sóng vỗ
Hình 2.5.a. Ảnh hưởng của sóng tới mái đê, mái sơng
Trên hình 2.5.a thể hiện rõ tác động của sóng vỗ vào mái đê, mái sơng.
Chính sự tiêu tán năng lượng sóng trên mái sẽ phá hoại cục bộ mái, tải trọng
sóng đã làm mái đê, mái sơng xảy ra chuyển vị lớn và mái đê, mái sông dần bị
xói lở.

12

Hình 2.5.b Mái đê, mái sơng xảy ra chuyển vị lớn dưới tác dụng của sóng
Tác dụng của chất tải trên mái đê, mái sơng
Trên hình 2.4 nhận thấy rõ ràng rằng khi chất tải trên mái đê, mái
sông, thành phần lực này đã truyền xuống đáy cung trượt và làm tăng khả
năng gây trượt tương tự như trường hợp gia tăng trọng lượng do đất bão
hòa nước gây ra. Tuy nhiên tác dụng của tải trọng này thường chỉ là tải
trọng tức thời trong thời gian ngắn.
Cơ chế gây sạt trượt mái khi có cơng trình bảo vệ
1.2.1 Trồng cỏ
Trồng cỏ để bảo vệ chống xói mái đê, mái sôngđược sử dụng từ lâu
và khá phổ biến trên các tuyến đê sơng ở Việt Nam. Trồng cỏ là hình thức
kết cấu đơn giản thân thiện với môi trường. Cỏ trồng trên mái đê, mái sông
để cỏ và bộ rễ tạo thành lớp bảo vệ chống xói bề mặt đê. Ngày nay để tăng
khả năng bảo vệ mái đê, mái sôngcỏ được trồng trong ô được chia ra bởi
các khối xây. Nhìn chung giải pháp tạo thảm cỏ được đánh giá là hiệu quả
và là giải pháp được sử dụng từ lâu vì lá cỏ, rễ cỏ đều có tác dụng chống
xói bề mặt đê khi có dịng chảy tràn. Tuy nhiên, lớp cỏ bảo vệ chỉ chịu
được tốc độ xói bề mặt nhất định.


13

Hình 1.3 Trồng cỏ bảo vệ mái đê, mái sơng

1.2.2 Kè lát mái bằng đá lát khan
Đá hộc với kích thước xác định nhằm đảm bảo ổn định dưới tác dụng
của sóng và đẩy nổi của nước, dịng chảy . Đá được xếp chặt theo lớp để bảo

vệ mái. Với loại kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt,
chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tơng cốt thép. Hình thức này đã
được sử dụng ở hầu hết các địa phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích
thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m - 0,30m.
Ưu điểm của hình thức này: Khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá
hộc được các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát
lớn sẽ thoát nước mái đê, mái sôngnhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết
mềm dễ biến vị theo độ lún của nền. Về mặt kỹ thuật thì thi cơng và sửa chữa
dễ dàng.


14

Hình 1.4. Lát mái bằng đá khan

Nhược điểm: Khi nền bị lún cục bộ các liên kết do chèn bị phá vỡ, các
hòn đá tách rời nhau ra. Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, dưới tác dụng lâu
dài của dịng chảy sẽ thúc đẩy hiện tượng trơi đất nền tạo nhiều hang hốc lớn,
sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê.
1.2.3 Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch
Hình thức này đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phương. Kè lát mái
bằng đá xây, đá chít mạch khắc phục được một số nhược điểm của biện pháp
bảo vệ mái bằng kè lát mái bằng đá lát khan. Hình thức này liên kết các viên
đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định, đồng thời các khe hở
giữa các hòn đá được bịt kín, chống được dịng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống
nền.
Nhược điểm: Khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm
lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gẫy theo mạch vữa, dưới tác
động của dòng chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây
mất đất nền gây lún sập kè nhanh chóng.

15
1. Hình thức bảo vệ mái bằng rọ đá xếp dọc bảo vệ mái.

Hình 2.6. Hư hỏng rọ đá bảo vệ mái

Hình 2.7. Hư hỏng kè mỏ hàn tại ngã
ba sông

Sự hư hỏng của lớp rọ đá bảo vệ mái được thể hiện ở ở hình 2.6 là hư
hỏng xảy ra do ngun nhân tách dịng chảy trong sơng. Sự hư hỏng này chủ
yếu là do biện pháp bảo vệ mái chưa hồn thiện. Cơng trình bảo vệ mới chỉ
chủ ý đến phần cơng trình nổi phía trên mái. Chính sự gia tải trên mái mà
không chú ý gia cố chân mái đã dẫn đến hiện tượng lún sụt không đều. Hơn
nữa , dưới tác dụng của dòng chảy cũng như ảnh hưởng của nền dưới lịng
sơng khơng ổn định nên đã dẫn đến hiện tượng lún sụt của mái rọ đá. Các rọ
đá bị phá hoại chủ yếu do biến dạng quá lớn.
1.2.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sơng bằng ốngbuy đổ đá hộc
Hình 2.7 thể hiện sự hư hỏng của hệ thống kè mỏ hàn tại ngã ba sông.
Kè mỏ hàn này được xây dựng nhằm bảo vệ cục bộ khi phân tách dịng chảy
trong sơng. Tuy nhiên do nghiên cứu tình hình thủy văn khơng đầy đủ cũng
như việc tính tốn các cơng trình chỉnh trị không đồng bộ nên đã dẫn tới sự
hư hỏng cơng trình. Việc sử dụng kết cấu có dạng các ống buy trong có đổ đá
hộc đã phát huy được tính ưu việt của kết cấu mềm có độ biến dạng cao trong
cơng trình bảo vệ. Tuy nhiên do sử dụng các ống buy trịn nên diện tích tiếp
xúc giữa các ống buy với nhau khơng lớn, tính ổn định của các ống buy
không cao nên dưới tác dụng của dòng chảy, các ống buy đã mất ổn định theo
cơ chế từ ngoài vào trong. Điều này đã được thể hiện rõ trong nhiều nghiên

16
cứu gần đây của các nhà khoa học việt nam trong các cơng trình bảo vệ bờ
sơng, biển trong nước. Tuy nhiên khi thay thế các ống buy tròn bằng các ống
buy lục lăng cũng như tăng kích thước của ống buy lục lăng theo chiều thẳng
đứng lên 2-3m thì mức độ ổn định đã tăng lên đáng kể. Những kết quả nghiên
cứu này đã được thực tế chứng minh tại các vùng cửa sông Nhật Lệ, cửa sông
tại bãi biển Thiên Cầm….
1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái
Sự hư hỏng của kè lát mái bê tông chủ yếu tập trung ở 2 dạng chính:
mất ổn định cục bộ và mất ổn định tổng thể.
Ở dạng thứ nhất : Thân kè không đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ,
các cấu kiện kè bị xê dịch với nhau và có chuyển dịch so với lớp lọc mái kè
hoặc là sự mất ổn định của lớp lọc dẫn đến mất ổn định của mái kè.
Ở dạng thứ hai : kè mất ổn định tổng thể . Ở dạng này có hai hình thức
chủ yếu là : mất ổn định cùng với mái đê, mái sơng thể hiện ở hình thức trượt
cùng với mái theo dạng cung trượt trụ tròn. Hình thức trượt thứ hai là hình
thức thân kè trượt tịnh tiến trên mái đê, mái sông do thân kè không đủ ổn định
trên mái do chân kè bị mất ổn định ( khi đó giảm nhỏ lực chống trượt tại chân
kè) như trên hình 2.8.


17

Hình 2.8. Hư hỏng kè lát mái bê tơng
Đối với loại hình kè này có thể tóm tắt ở một số hình thức hư hỏng sau:

Hình 2.8.a Các dạng hư hỏng của kè bảo vệ mái đê, mái sông