Tổng quan nghiên cứu

Sông Ba, với tổng diện tích lưu vực khoảng 14.132 km², trải dài qua ba tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk và Phú Yên, là một trong những hệ thống sông quan trọng tại miền Trung Việt Nam. Phần lưu vực thuộc tỉnh Phú Yên chiếm diện tích nhỏ hơn nhưng lại chịu ảnh hưởng nặng nề bởi hiện tượng sạt lở bờ sông, đặc biệt trong mùa mưa lũ. Theo thống kê, từ năm 1993 đến nay, sông Ba đã gây ra sạt lở và xói mòn trên diện tích hơn 150 ha đất nông nghiệp, đe dọa trực tiếp đến tính mạng và tài sản của người dân. Tại một số địa phương như thôn Phú Sen Tây, xã Hòa Định Tây, có khoảng 2.000 m bờ sông bị sạt lở nghiêm trọng; trong khi đó, tại thôn Phú Lộc, xã Hòa Thắng, dù đã có đầu tư xây dựng kè nhưng do chưa kiên cố, bờ sông vẫn tiếp tục bị xói lở. Tỉnh Phú Yên đã đầu tư hơn 1.000 tỉ đồng từ năm 2008 để triển khai các dự án chống sạt lở, tuy nhiên tình trạng vẫn diễn biến phức tạp, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật hiệu quả hơn.

Luận văn tập trung nghiên cứu lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý cho kè Thạch Bàn, huyện Tây Hòa, tỉnh Phú Yên nhằm chống xói lở bờ sông Ba. Mục tiêu chính là đánh giá hiện trạng, nguyên nhân gây hư hỏng đê, kè trên địa bàn tỉnh, đề xuất tiêu chí thiết kế và lựa chọn kết cấu mặt cắt phù hợp cho kè chống xói lở tại khu vực nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn sông Ba tại thôn Thạch Bàn, xã Hòa Phú, với thời gian khảo sát và phân tích từ năm 2015 đến 2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ổn định bờ sông, bảo vệ đất sản xuất và tài sản của người dân, đồng thời góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho vùng hạ lưu sông Ba.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về công trình bảo vệ bờ sông, bao gồm:

  • Lý thuyết ổn định kết cấu đê, kè: Đảm bảo các điều kiện chống trượt, chống lật và ổn định thấm, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế như TCVN 8419:2010, TCVN 9902:2013 và TCVN 9902:2016.
  • Mô hình tính toán áp lực thủy lực và áp lực đất: Phân tích các lực tác động lên kết cấu chân kè, bao gồm áp lực chủ động, bị động, áp lực do tải trọng bánh xe và tải trọng đất đắp sau lưng kè.
  • Khái niệm về vật liệu và kết cấu kè: Bao gồm các loại vật liệu truyền thống (đá hộc, bê tông) và vật liệu mới (vải địa kỹ thuật, ống GeoTube, cừ nhựa UPVC), cùng các hình thức kết cấu như chân kè bằng cọc, ống buy, rọ đá, thảm bê tông túi khuôn.
  • Tiêu chí thiết kế mặt cắt kè: Chiều rộng mặt đỉnh kè, chiều dày lớp phủ ngoài, góc mái dốc, chiều sâu chôn cọc, cao trình đỉnh và chân kè, được xác định theo các công thức và bảng hệ số tiêu chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực địa tại khu vực thôn Thạch Bàn, xã Hòa Phú, huyện Tây Hòa; khảo sát hiện trạng sạt lở, địa chất, thủy văn; tổng hợp số liệu từ các báo cáo, tài liệu kỹ thuật và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các điểm khảo sát đại diện cho các vị trí sạt lở nghiêm trọng và các đoạn kè hiện hữu để đánh giá hiện trạng và phân tích nguyên nhân hư hỏng.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình toán học và phần mềm chuyên dụng để tính toán áp lực thủy lực, áp lực đất, kiểm tra ổn định tổng thể và chi tiết của các phương án kết cấu mặt cắt kè. Phân tích so sánh các phương án dựa trên tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2015-2016, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng và đề xuất phương án thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng sạt lở và nguyên nhân hư hỏng: Khu vực thôn Thạch Bàn có địa chất nền yếu, mái bờ dốc, chịu tác động mạnh của dòng chảy và biến đổi thủy văn đột ngột, dẫn đến hiện tượng sạt lở nghiêm trọng. Sạt lở chủ yếu do dòng chảy vòng phát triển mạnh ở đoạn sông cong, gây xói cục bộ chân bờ, kết hợp với mất cân bằng cục bộ làm giảm khả năng chống trượt của mái bờ. Tốc độ dòng chảy tại chân kè có thể lên đến khoảng 2 m/s, gây áp lực lớn lên kết cấu.

  2. Đánh giá các phương án kết cấu mặt cắt kè: Hai phương án chính được nghiên cứu gồm chân kè bằng hệ cọc bê tông cốt thép và chân kè bằng hệ ống buy bê tông cốt thép chứa đá hộc. Phương án chân kè bằng cọc có độ ổn định tổng thể cao hơn, với hệ số an toàn chống trượt đạt khoảng 1,5, trong khi phương án ống buy có hệ số an toàn khoảng 1,3. Chiều sâu chôn cọc được tính toán từ 4,5 đến 6 m tùy vị trí địa chất.

  3. Tính toán cao trình thiết kế: Cao trình đỉnh kè được xác định theo công thức tiêu chuẩn, với mực nước thiết kế Htk khoảng 5,2 m, cộng thêm chiều cao sóng dềnh do gió ΔH khoảng 0,3 m, độ gia cao an toàn a là 0,5 m, và tổng độ lún s tính toán khoảng 0,2 m, cho cao trình đỉnh kè thiết kế khoảng 6,2 m so với mực nước chuẩn.

  4. So sánh chi phí đầu tư: Tổng mức đầu tư cho phương án chân kè bằng cọc ước tính khoảng 210 tỉ đồng, trong khi phương án ống buy khoảng 180 tỉ đồng. Tuy nhiên, phương án cọc có tuổi thọ và độ bền cao hơn, phù hợp với điều kiện địa chất yếu và yêu cầu ổn định lâu dài.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý phải cân nhắc giữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế. Phương án chân kè bằng cọc bê tông cốt thép tuy có chi phí đầu tư cao hơn nhưng đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ công trình lâu dài, phù hợp với điều kiện địa chất yếu và dòng chảy phức tạp tại thôn Thạch Bàn. Phương án ống buy có ưu điểm về chi phí thấp và thi công nhanh, nhưng độ ổn định thấp hơn, có thể phù hợp với các đoạn bờ có điều kiện địa chất tốt hơn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Phú Yên và các vùng lân cận, kết quả phù hợp với xu hướng áp dụng các kết cấu kiên cố, bền vững nhằm giảm thiểu thiệt hại do sạt lở. Việc ứng dụng các vật liệu mới như vải địa kỹ thuật, thảm bê tông túi khuôn cũng được đề xuất nhằm tăng cường ổn định mái kè và giảm chi phí bảo trì.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh hệ số an toàn, chi phí đầu tư và tuổi thọ dự kiến của các phương án, cũng như bảng tổng hợp các thông số thiết kế cơ bản như chiều sâu chôn cọc, cao trình đỉnh kè, chiều dày lớp phủ ngoài.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương án kết cấu chân kè bằng cọc bê tông cốt thép: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu tăng hệ số an toàn lên trên 1,5, thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án và nhà thầu xây dựng.

  2. Sử dụng vật liệu vải địa kỹ thuật làm lớp lọc và gia cường nền đất: Động từ "ứng dụng", nhằm giảm thiểu hiện tượng trượt mái và tăng độ bền kết cấu, tiến độ trong 1 năm, do đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công phối hợp thực hiện.

  3. Áp dụng thảm bê tông túi khuôn hoặc thảm túi cát cho lớp phủ mái kè: Động từ "triển khai", mục tiêu tăng tính ổn định và giảm chi phí bảo trì, thời gian 1 năm, chủ thể là nhà thầu thi công và đơn vị cung cấp vật liệu.

  4. Tăng cường công tác giám sát và bảo trì định kỳ công trình kè: Động từ "tổ chức", nhằm phát hiện sớm các hư hỏng và xử lý kịp thời, tiến độ liên tục hàng năm, do chính quyền địa phương và đơn vị quản lý công trình thực hiện.

  5. Nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ sông và phòng chống sạt lở: Động từ "tuyên truyền", mục tiêu giảm thiểu tác động tiêu cực do hoạt động khai thác đất cát và canh tác không hợp lý, tiến độ liên tục, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý dự án và cơ quan chức năng về thủy lợi, phòng chống thiên tai: Giúp hiểu rõ các tiêu chí thiết kế và lựa chọn kết cấu kè phù hợp với điều kiện địa phương, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hiệu quả.

  2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi, kè bờ sông: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn phương án kết cấu mặt cắt kè tối ưu, áp dụng các vật liệu và công nghệ mới trong thi công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi, kỹ thuật công trình: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực bảo vệ bờ sông.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư sống ven sông Ba: Nâng cao nhận thức về nguyên nhân và giải pháp chống sạt lở, từ đó phối hợp thực hiện các biện pháp bảo vệ bờ sông hiệu quả, góp phần ổn định đời sống và phát triển kinh tế xã hội.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần lựa chọn mặt cắt kết cấu kè hợp lý cho kè Thạch Bàn?
    Việc lựa chọn mặt cắt kết cấu hợp lý giúp đảm bảo độ ổn định, tuổi thọ công trình và tiết kiệm chi phí đầu tư. Kè Thạch Bàn nằm trên địa chất yếu, chịu tác động mạnh của dòng chảy nên cần thiết kế phù hợp để chống sạt lở hiệu quả.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá ổn định công trình kè?
    Nghiên cứu sử dụng mô hình toán học và phần mềm tính toán để phân tích áp lực thủy lực, áp lực đất, kiểm tra chống trượt, chống lật và ổn định tổng thể của các phương án kết cấu.

  3. Vật liệu mới nào được đề xuất ứng dụng trong công trình kè?
    Vải địa kỹ thuật, thảm bê tông túi khuôn, ống GeoTube và cừ nhựa UPVC là các vật liệu mới được đề xuất nhằm tăng cường ổn định, giảm chi phí và thời gian thi công.

  4. Chi phí đầu tư cho các phương án kết cấu kè như thế nào?
    Phương án chân kè bằng cọc bê tông cốt thép có chi phí khoảng 210 tỉ đồng, cao hơn phương án ống buy khoảng 180 tỉ đồng, nhưng có độ bền và ổn định cao hơn.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu tác động của sạt lở bờ sông ngoài việc xây dựng kè?
    Ngoài xây dựng kè, cần tăng cường giám sát, bảo trì công trình, sử dụng kỹ thuật mềm như trồng thực vật bảo vệ bờ, tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng và hạn chế khai thác đất cát không hợp lý.

Kết luận

  • Đã đánh giá được hiện trạng sạt lở và nguyên nhân hư hỏng đê, kè trên địa bàn tỉnh Phú Yên, đặc biệt tại khu vực thôn Thạch Bàn, huyện Tây Hòa.
  • Đề xuất các tiêu chí thiết kế mặt cắt kết cấu kè phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn và yêu cầu kỹ thuật tại địa phương.
  • Lựa chọn phương án kết cấu chân kè bằng cọc bê tông cốt thép là tối ưu về độ ổn định và tuổi thọ công trình.
  • Ứng dụng các vật liệu mới như vải địa kỹ thuật và thảm bê tông túi khuôn giúp tăng cường hiệu quả và giảm chi phí bảo trì.
  • Khuyến nghị triển khai các giải pháp đồng bộ bao gồm kỹ thuật, quản lý và tuyên truyền nhằm bảo vệ bờ sông bền vững.

Tiếp theo, cần tiến hành thiết kế chi tiết, lập dự án đầu tư và triển khai thi công trong vòng 2 năm tới. Các cơ quan quản lý và nhà thầu cần phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình. Đề nghị các bên liên quan tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống sạt lở bờ sông tại Phú Yên.