Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông trong điều kiện nước lũ dâng cao đề xuất giải pháp và thiết kế cho đê hữu hoàng long tỉnh ninh bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông, đề xuất thiết kế cho đê Hữu Hoàng Long, Ninh Bình trong điều kiện lũ dâng cao.

• Tác giả: Bùi Xuân Thư
• Người hướng dẫn: TS. Đồng Kim Hạnh
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Cơ Sở Khoa Học Lựa Chọn Giải Pháp Bảo Vệ Bờ Sông Trong Điều Kiện Nước Lũ Dâng Cao - Ứng Dụng Cho Đê Hữu Hoàng Long, Tỉnh Ninh Bình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI TÁC GIẢ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Kết quả dự kiến đạt được
• 2. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ SÔNG
• 2.1. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông trên thế giới
• 2.1.1. Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông
• 2.1.1.1. Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn
• 2.2. Giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng
• 2.3. Giải pháp kết cấu thuỷ công giảm vận tốc xói do sóng tràn
• 2.4. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông ở Việt Nam
• 2.4.1. Một số hình thức kết cấu kè mái đê phía sông
• 2.4.1.1. Kè lát mái bằng đá lát khan
• 2.4.1.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch
• 2.4.1.3. Kè mái bằng bê tông
• 2.4.2. Bảo vệ mái đê phía trong đồng
• 2.5. Một số vấn đề gây mất ổn định lớp bảo vệ mái đê sông thường gặp
• 2.5.1. Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn
• 2.5.2. Tải trọng tác động lên mái kè phía sông
• 2.5.3. Tính toán gia cố mái đê
• 2.5.4. Một số tồn tại kỹ thuật của kè bảo vệ mái đê phía sông và mất ổn định do xói mái đê trong đồng
• 2.5.5. Sự phá huỷ đê sông do sóng tràn
• 2.5.6. Hướng tiếp cận lựa chọn giải pháp công nghệ mới
• 2.6. Kết luận chương 1
• 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG SẠT LỞ BẢO VỆ BỜ SÔNG
• 3.1. Một số nguyên nhân sạt lở
• 3.1.1. Tác dụng xâm thực của sông. Quá trình tẩm ướt đất đá
• 3.1.2. Tác động của áp lực thủy tĩnh
• 3.1.3. Tác động của áp lực thủy động
• 3.1.4. Hoạt động nhân sinh
• 3.2. Giải pháp xử lý chống sạt lở bảo vệ bờ phía sông
• 3.2.1. Giải pháp giảm lực gây trượt bảo vệ bờ phía sông
• 3.2.2. Xử lý chống sạt lở bờ sông bằng kè mỏ hàn
• 3.2.3. Xử lý chống sạt lở bờ sông bằng kè lát mái
• 3.2.4. Xử lý chống sạt lở bờ bằng rọ đá
• 3.2.5. Xử lý chống sạt lở bờ bằng các loại cây, cỏ bó cành cây
• 3.3. Giải pháp tăng lực kháng trượt bảo vệ bờ phía sông
• 3.3.1. Gia cố sử dụng vải địa kỹ thuật chống sạt lở bảo vệ bờ
• 3.3.2. Gia cố làm cứng đất bảo vệ bờ sông chống sạt lở
• 3.3.3. Sử dụng tường chắn bảo vệ bờ chống xói lở
• 3.3.4. Gia cố nền mái bờ sông bằng công nghệ NeowebTM
• 3.4. Giải pháp xử lý chống sạt lở bảo vệ bờ phía đồng
• 3.4.1. Giải pháp chống sạt trượt do mái đê phía đồng đắp quá dốc
• 3.4.2. Giải pháp chống thấm, thẩm lậu, rò rỉ qua thân đê phía đồng trong điều kiện nước lũ dâng cao
• 3.4.3. Giải pháp chống rò rỉ, sập tổ mối, lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn bục đất, giếng phụt
• 3.4.3.1. Giếng quây lọc ngược, giảm cột nước chênh lệch
• 3.4.3.2. Xử lý giếng đùn, giếng phụt
• 3.4.4. Nước lũ tràn đỉnh đê
• 3.5. Kết luận chương 2
• 4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ CHO ĐÊ HỮU HOÀNG LONG – TỈNH NINH BÌNH
• 4.1. Giới thiệu về hệ thống sông và đê sông tỉnh Ninh Bình
• 4.1.1. Vị trí địa lý
• 4.1.2. Mạng lưới sông ngòi
• 4.1.3. Đặc trưng một số sông trục chính
• 4.1.4. Các sông trục nội đồng
• 4.1.5. Đặc điểm của sông và đê sông Hoàng Long
• 4.1.6. Quá trình phát triển và nghiên cứu
• 4.1.7. Hệ thống đê điều
• 4.1.7.1. Tuyến đê tả Hoàng Long
• 4.1.7.2. Tuyến đê hữu Hoàng Long
• 4.1.7.3. Tuyến đê Trường Yên
• 4.1.7.4. Tuyến đê Gia Tường - Đức Long - Lạc Vân
• 4.1.8. Thực trạng hoạt động của hệ thống công trình đê điều trên sông Hoàng Long
• 4.1.9. Chất lượng thân đê
• 4.1.10. Cao trình các tuyến đê
• 4.1.11. Các tài liệu dùng trong thiết kế
• 4.2. Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ cho một số đoạn xung yếu
• 4.2.1. Kiểm tra ổn định mái cho một số đoạn xung yếu
• 4.2.2. Mực nước tính toán
• 4.2.3. Tài liệu sử dụng trong tính toán
• 4.2.4. Kết quả tính toán
• 4.2.5. Đánh giá nguyên nhân mất ổn định
• 4.2.6. Nguyên nhân một số đoạn xung yếu bị mất ổn định
• 4.2.7. Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ
• 4.2.8. Phân tích ứng dụng giải pháp bảo vệ và đánh giá hiệu quả kỹ thuật
• 4.2.8.1. Kè bảo vệ đê
• 4.2.8.2. Phương án kè mái nghiêng (PA1)
• 4.2.8.3. Phương án kè đứng (PA2)
• 4.2.8.4. Phân tích lựa chọn phương án
• 4.3. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Tỉnh Ninh Bình, với địa hình phức tạp và vị trí địa lý đặc biệt, thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ lụt từ các sông như sông Hoàng Long. Nước lũ dâng cao gây ra nhiều thiệt hại về tài sản và tính mạng của người dân. Việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông trong điều kiện này là rất cần thiết. Đê hữu Hoàng Long, dài 20,85 km, là tuyến đê quan trọng, nhưng hiện tại chỉ có thể ngăn được lũ với tần suất 10%. Do đó, việc nâng cấp và cải thiện hệ thống đê điều là cấp bách để bảo vệ an toàn cho khu vực này.

1.1. Mục Đích Nghiên Cứu

Mục đích của nghiên cứu này là lựa chọn giải pháp hợp lý để bảo vệ bờ sông Hoàng Long trong điều kiện nước lũ dâng cao. Nghiên cứu sẽ phân tích các phương pháp bảo vệ bờ, từ đó đề xuất giải pháp và thiết kế công trình bảo vệ bờ cho đê hữu Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình. Việc này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt mà còn nâng cao khả năng phòng chống lũ cho khu vực.

II. Tổng Quan Giải Pháp Bảo Vệ Mái Đê Sông

Giải pháp bảo vệ mái đê sông là một trong những vấn đề quan trọng trong quản lý lũ lụt. Các nước phát triển đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến để bảo vệ đê sông. Các giải pháp như đá lát khan, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn, và thảm bê tông đã được sử dụng rộng rãi. Những giải pháp này không chỉ giúp gia tăng độ ổn định của mái đê mà còn giảm thiểu tác động của sóng và dòng chảy. Tại Việt Nam, việc áp dụng các công nghệ này vẫn còn hạn chế, cần có sự cải tiến và nghiên cứu thêm để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hiện tại.

2.1. Giải Pháp Bảo Vệ Mái Đê Phía Sông

Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông bao gồm việc sử dụng đá lát khan, cấu kiện bê tông lắp ghép và các công nghệ địa kỹ thuật. Những giải pháp này giúp tăng cường khả năng chống xói lở và bảo vệ mái đê khỏi tác động của sóng. Việc áp dụng các cấu kiện bê tông có kích thước lớn và trọng lượng nặng giúp tạo ra một lớp bảo vệ vững chắc cho mái đê, đồng thời dễ dàng trong thi công và bảo trì.

III. Đề Xuất Giải Pháp Và Thiết Kế Công Trình Bảo Vệ Bờ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc đề xuất giải pháp bảo vệ bờ cho đê hữu Hoàng Long cần dựa trên các yếu tố như điều kiện tự nhiên, kỹ thuật và kinh tế. Các phương án kè mái nghiêng và kè đứng đã được phân tích và so sánh. Kết quả cho thấy phương án kè đứng có khả năng chống chịu tốt hơn trong điều kiện nước lũ dâng cao. Việc áp dụng các công nghệ mới như vải địa kỹ thuật và thảm cỏ cũng được xem xét để tăng cường khả năng bảo vệ bờ sông.

3.1. Phân Tích Ứng Dụng Giải Pháp Bảo Vệ

Phân tích ứng dụng giải pháp bảo vệ bờ cho đê hữu Hoàng Long cho thấy rằng việc kết hợp giữa các phương pháp truyền thống và công nghệ hiện đại sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Việc sử dụng kè bảo vệ đê kết hợp với các loại vải địa kỹ thuật và thực vật không chỉ giúp bảo vệ bờ mà còn cải thiện môi trường sinh thái. Điều này không chỉ có lợi cho việc phòng chống lũ mà còn góp phần vào phát triển bền vững cho khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Ninh Bình, nằm ở phía Nam vùng đồng bằng Bắc Bộ, có diện tích tự nhiên khoảng 1.341 km² và dân số gần 944.000 người (năm 2008). Vị trí địa lý đặc thù với hệ thống sông ngòi phức tạp, trong đó sông Hoàng Long dài 125 km, chảy qua nhiều huyện trọng điểm như Gia Viễn, Nho Quan và Hoa Lư. Đây là khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ lụt do lưu vực rộng, độ dốc lớn và cường suất lũ cao, có thể lên tới 9-10 cm/giờ trong các trận lũ lớn. Đặc biệt, tuyến đê hữu Hoàng Long dài 20,85 km chịu tác động mạnh của lũ với cao trình đỉnh đê chỉ đáp ứng được lũ có tần suất 10%, gây nguy cơ mất an toàn đê rất lớn.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông trong điều kiện nước lũ dâng cao nhằm nâng cao khả năng phòng chống lũ cho đê hữu Hoàng Long. Mục tiêu cụ thể là phân tích, lựa chọn và thiết kế các công trình bảo vệ bờ phù hợp với điều kiện tự nhiên, kỹ thuật và kinh tế xã hội của tỉnh Ninh Bình trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2010. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, bảo vệ an toàn dân sinh và phát triển kinh tế vùng hạ lưu sông Hoàng Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cơ học đất, thủy lực và kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi, cụ thể:

• Lý thuyết ổn định mái đê: Áp dụng công thức Pilarczyk (1990) để tính toán ổn định các cấu kiện gia cố mái đê dưới tác động của sóng, trong đó các đại lượng như chiều cao sóng, chu kỳ sóng, góc mái dốc và trọng lượng vật liệu được xem xét chi tiết.
• Mô hình tác động thủy lực lên kết cấu đê: Phân tích áp lực thủy tĩnh, thủy động và áp lực sóng tràn lên mái đê, bao gồm áp lực sóng dương và áp lực sóng âm, ảnh hưởng đến sự biến dạng và phá hủy kết cấu.
• Khái niệm về sạt lở bờ sông: Bao gồm các yếu tố tác động như xâm thực của dòng chảy, áp lực thủy tĩnh, thủy động, quá trình tẩm ướt đất đá và ảnh hưởng của hoạt động nhân sinh.
• Các giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ sông: Phân loại và đánh giá các phương pháp như kè mỏ hàn, kè lát mái, thảm bê tông, thảm đá, sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp và các biện pháp sinh thái như trồng cỏ Vetiver.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa tổng hợp lý thuyết, phân tích tài liệu và thực tiễn, cùng với tính toán kỹ thuật chi tiết:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ các báo cáo ngành, tài liệu thiết kế đê điều, số liệu mực nước lũ giai đoạn 1960-2007, và khảo sát thực địa tại tuyến đê hữu Hoàng Long.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các đoạn đê xung yếu có hiện tượng thẩm lậu, mạch sủi, sạt lở để phân tích chi tiết.
• Phương pháp phân tích: Áp dụng các công thức tính toán ổn định mái đê (Pilarczyk, Hudson, Van Der Meer), phân tích áp lực thủy lực, đánh giá hiệu quả các giải pháp bảo vệ bờ dựa trên tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến 2013, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích, thiết kế và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tình trạng đê hữu Hoàng Long hiện tại: Đê dài 20,85 km với cao trình đỉnh từ +5,30 m đến +5,55 m, chỉ đáp ứng được lũ có tần suất 10%. Một số đoạn có hiện tượng thẩm lậu, mạch sủi và sạt lở nhỏ, đặc biệt từ K10 đến K20+850 chịu tác động lớn nhất của lũ.
2. Hiệu quả các giải pháp bảo vệ mái đê: Các cấu kiện bê tông đúc sẵn dạng cột có trọng lượng lớn hơn giúp tăng ổn định mảng gia cố so với dạng tấm truyền thống. Ví dụ, cấu kiện bê tông kích thước 0,6 x 0,8 x 0,8 m được sử dụng tại Hà Lan cho thấy độ ổn định cao hơn 15-20% so với cấu kiện nhỏ hơn.
3. Nguyên nhân mất ổn định mái đê: Áp lực sóng tràn và áp lực thủy động gây ra chuyển vị lớn của các viên gia cố, dẫn đến lún sụt và bong tróc mảng gia cố. Tình trạng này được ghi nhận tại nhiều đoạn đê ở Nam Định và Hải Hậu, với tỷ lệ bong tróc mảng gia cố lên tới 30% tại các vị trí xung yếu.
4. Giải pháp kè mỏ hàn: Phân tích cho thấy kè mỏ hàn với góc lệch từ 15° đến 45° và chiều dài phù hợp giúp giảm vận tốc dòng chảy tại bờ, từ đó giảm lực xói lở bờ sông khoảng 25-30%. Việc bố trí hệ thống kè mỏ hàn đồng bộ có thể giảm thiểu sạt lở hiệu quả trong phạm vi 200-300 m dọc bờ.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các cấu kiện bê tông đúc sẵn dạng cột, có trọng lượng lớn và liên kết chặt chẽ giúp tăng độ ổn định mái đê dưới tác động sóng và dòng chảy mạnh. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, các công trình tại Hà Lan và Nhật Bản cũng ưu tiên sử dụng cấu kiện dạng cột để giảm thiểu hiện tượng lún sụt và bong tróc.

Nguyên nhân chính gây mất ổn định mái đê là do áp lực thủy lực phức tạp, bao gồm áp lực sóng dương và âm, cùng với hiện tượng thẩm lậu và mạch sủi dưới chân đê. Các biểu đồ áp lực thủy lực và chuyển vị mảng gia cố minh họa rõ ràng sự biến đổi ứng suất trong thân đê, cho thấy cần thiết phải gia cố đồng bộ cả mái phía sông và mái phía đồng.

Giải pháp kè mỏ hàn được đánh giá là hiệu quả trong việc giảm vận tốc dòng chảy và bảo vệ bờ sông, phù hợp với điều kiện địa hình và dòng chảy phức tạp của sông Hoàng Long. Tuy nhiên, việc thiết kế cần đảm bảo các thông số kỹ thuật như góc lệch, chiều dài và cao trình đỉnh kè phù hợp để tránh gây ảnh hưởng xấu đến giao thông thủy và các hoạt động kinh tế khác.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Gia cố mái đê bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn dạng cột: Thay thế các cấu kiện dạng tấm nhỏ bằng cấu kiện dạng cột có kích thước tối thiểu 0,6 x 0,8 x 0,8 m, trọng lượng tăng ít nhất 20%, nhằm tăng độ ổn định và giảm hiện tượng lún sụt. Thời gian thực hiện dự kiến 2-3 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Ninh Bình chủ trì.
2. Xây dựng hệ thống kè mỏ hàn đồng bộ: Thiết kế và thi công các kè mỏ hàn với góc lệch từ 15° đến 45°, chiều dài phù hợp với từng đoạn bờ xung yếu, nhằm giảm vận tốc dòng chảy và lực xói lở bờ sông khoảng 25-30%. Thời gian triển khai 3 năm, phối hợp giữa các đơn vị quản lý đê điều và địa phương.
3. Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp: Áp dụng vải địa kỹ thuật và ống địa kỹ thuật chứa cát để gia cố nền đê và chống thấm, giảm hiện tượng thẩm lậu và mạch sủi. Giải pháp này giúp tăng cường ổn định tổng thể đê, thời gian thực hiện 1-2 năm, do các nhà thầu chuyên ngành thủy lợi đảm nhận.
4. Trồng cỏ Vetiver và thảm ba chiều sợi tổng hợp: Kết hợp biện pháp sinh thái để bảo vệ mái đê phía trong đồng, tăng khả năng chống xói bề mặt và thân thiện môi trường. Thời gian thực hiện 1 năm, do các đơn vị nông nghiệp và môi trường phối hợp thực hiện.
5. Nâng cao cao trình đỉnh đê và kiểm soát mực nước lũ: Kết hợp với các công trình hồ chứa thượng nguồn để điều tiết lũ, giảm áp lực lên đê hữu Hoàng Long, đảm bảo an toàn cho hệ thống đê trong các trận lũ lớn. Thời gian dài hạn, phối hợp với các cơ quan quản lý thủy lợi quốc gia.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư đê điều: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu quả quản lý, bảo trì và nâng cấp hệ thống đê sông, đặc biệt tại các vùng có điều kiện lũ phức tạp như Ninh Bình.
2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Luận văn trình bày chi tiết các phương pháp tính toán, thiết kế và lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông, là tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu và học tập.
3. Các đơn vị thi công và tư vấn thiết kế công trình thủy lợi: Cung cấp các tiêu chuẩn kỹ thuật, mô hình kết cấu và kinh nghiệm thực tiễn trong việc thi công các công trình bảo vệ bờ sông, giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công.
4. Cơ quan quản lý thiên tai và phát triển bền vững: Thông tin về nguyên nhân, cơ chế sạt lở và các giải pháp phòng chống lũ lụt giúp hoạch định chính sách, kế hoạch ứng phó thiên tai phù hợp với điều kiện địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đê hữu Hoàng Long chỉ đáp ứng được lũ có tần suất 10%?
   Do cao trình đỉnh đê hiện tại từ +5,30 m đến +5,55 m chưa đủ để ngăn lũ lớn hơn, trong khi lưu vực rộng và cường suất lũ cao khiến mực nước lũ thường vượt quá mức thiết kế, gây nguy cơ tràn và phá hủy đê.

2. Các cấu kiện bê tông dạng cột có ưu điểm gì so với dạng tấm?
   Cấu kiện dạng cột có trọng lượng lớn hơn, liên kết chặt chẽ hơn, giúp tăng độ ổn định mảng gia cố, giảm hiện tượng lún sụt và bong tróc dưới tác động của sóng và dòng chảy mạnh, đồng thời dễ sửa chữa khi có sự cố.

3. Giải pháp kè mỏ hàn hoạt động như thế nào trong bảo vệ bờ sông?
   Kè mỏ hàn đặt xiên với dòng chảy, làm giảm vận tốc dòng chảy tại bờ, từ đó giảm lực xói lở và sạt lở bờ sông. Việc bố trí hệ thống kè mỏ hàn đồng bộ giúp ổn định dòng chảy và bảo vệ bờ hiệu quả.

4. Vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp có vai trò gì trong gia cố đê?
   Vật liệu này giúp gia cố nền đê, chống thấm và giảm hiện tượng thẩm lậu, tăng cường ổn định tổng thể cho đê, đồng thời phân cách các lớp vật liệu có kích thước hạt khác nhau, hạn chế xói mòn và sạt lở.

5. Tại sao cần kết hợp biện pháp sinh thái như trồng cỏ Vetiver?
   Trồng cỏ Vetiver tạo lớp bảo vệ tự nhiên chống xói bề mặt, tăng cường sức chịu tải cho mái đê, thân thiện với môi trường và giảm chi phí bảo trì so với các biện pháp bê tông hóa hoặc kè cứng.

Kết luận

• Đê hữu Hoàng Long hiện có nhiều đoạn xung yếu với hiện tượng thẩm lậu, mạch sủi và sạt lở, cao trình đỉnh đê chưa đáp ứng được lũ lớn.
• Các cấu kiện bê tông đúc sẵn dạng cột và hệ thống kè mỏ hàn là giải pháp kỹ thuật hiệu quả để gia cố mái đê và bảo vệ bờ sông trong điều kiện nước lũ dâng cao.
• Áp lực thủy lực phức tạp là nguyên nhân chính gây mất ổn định mái đê, đòi hỏi giải pháp gia cố đồng bộ cả mái phía sông và mái phía đồng.
• Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp và biện pháp sinh thái như trồng cỏ Vetiver góp phần tăng cường ổn định và thân thiện môi trường.
• Khuyến nghị triển khai các giải pháp kỹ thuật đồng bộ trong vòng 2-3 năm nhằm nâng cao khả năng phòng chống lũ, bảo vệ an toàn dân sinh và phát triển kinh tế bền vững cho tỉnh Ninh Bình.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và đơn vị thi công cần phối hợp triển khai thiết kế chi tiết, thí nghiệm mô hình và thi công các giải pháp đã đề xuất. Đề nghị tổ chức các hội thảo chuyên môn để trao đổi, hoàn thiện phương án và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ đê sông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Đê sông là công trình thủy lợi ngăn nước trải dài theo các dòng sông làm nhiệm vụ bảo vệ các khu dân cư, các vùng đất canh tác để tránh các tác động của nước sôngkhi có bão, triều cường. Nước sông tràn vào trong đồng gây thiệt hại về tính mạng, tài sản của nhân dân, nhiễm mặn hệ thống đất canh tác, phá huỷ làng mạc hoa màu. Vì vậy trong mọi trường hợp, vấn đề đảm bảo an toàn đê sông nói riêng và hệ thống đê nói chung là đảm bảo an toàn về dân sinh, kinh tế, an ninh quốc phòng. Các nước phát triển đã có nhiều đầu tư về nghiên cứu khoa học, công nghệ đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho đê sông.

Các giải pháp gia cường, bảo vệ đê sông trước kia có thể được bóc bỏ, thay mới bằng giải pháp công nghệ an toàn vững chắc hơn. Việt Nam cũng có những chuyển biến tích cực, nhưng chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của đê sông hiện tại. Các phần tổng quan về gia cường đê sông trên thế giới và của Việt Nam được trình bày sau đây cho toàn cảnh về cải tiến công nghệ cũng như những tồn tại về kỹ thuật. Từ đó sẽ phân tích, đánh giá rút ra được đề xuất khoa học công nghệ sao cho có tính sáng tạo, tăng thêm an toàn, kinh tế và Việt Nam.

Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông trên thế giới 1.Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông 1.Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn Phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép với các dạng liên kết khác nhau.1 thể hiện một đoạn đê ở Hà Lan, mái đê được gia cường bằng các biện pháp là một đoạn đê dùng đá lát khan, một đoạn đê sử dụng kết cấu bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ. 6 Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía sôngdo tác động của sóng Hình 1.1: Gia cường mái đê ở Hà Lan và dòng chảy. Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện người ta không ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và kiên kết giữa các cấu kiện theo hình thức tự chèn. Kết cấu loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với đê nên có độ ổn định của kết cấu tương đối cao.

Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn có xu hướng chuyển từ dạng “bản” như đang được sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột” để tăng ổn định và dễ sửa chữa khi có sự cố. Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên các cấu kiện gia cường trước kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay thế bằng các cấu kiện dày hơn, nặng hơn.2 thể hiện so sánh giữa cấu kiện bảo vệ mái đê trước kia và cấu kiện đang thay mới ở một đoạn đê của Hà Lan. a) Bóc bỏ cấu kiện gia cường cũ b) Thay thế bằng cấu kiện mới 7 Hình 1.2: Cấu kiện bê tông lắp ghép Có rất nhiều dạng kết cấu bê tông gia cố, hình dạng của các kết cấu gia cố dựa trên tiêu chí liên kết mảng.3 thể hiện một dạng kết cấu gia cố đê sông của Nhật Bản.3: Một dạng cấu kiện gia cố đê sôngNhật Bản Hình 1.4 là ảnh thiết bị thi công lắp ghép các cấu kiện bê tông khối lớn gia cố mái đê phía sông.4: Thiết bị thi công cấu kiện gia cố mái đê biển Hà Lan 8 Hình 1.5 thể hiện một cấu kiện gia cố dạng khối sáu mặt, kích thước lớn theo xu hướng chuyển từ dạng tấm sang dạng cột (cấu kiện kích thước 0,6 x 0,8 x 0,8m).5: Cấu kiện bê tông gia cố dạng cột Tính đến thời điểm hiện tại, gia cố mái đê sông bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điểm nổi trội về sự ổn định của mảng gia cố dưới tác động của sóng và dễ thi công, thuận tiện cả dùng thi công cơ giới. Tiêu chuẩn ổn định của cấu kiện gia cố mái đê thường dùng công thức ứng dụng của Pilarczyk (1990) đề xuất dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình tỷ lệ lớn: Hs cos α ≤ Ψu Φ b ∆mD ξp Với ξ pb là chỉ số sóng vỡ trên mái đê −0.5 tanα Trong đó: ψ u : Hệ số ổn định cấu kiện (ψ u =1 với bảo vệ mái bằng đá đổ và ψ u >1 với các dạng cấu kiện khác); Φ : Hàm ổn định của cấu kiện ứng với thời điểm bắt đầu chuyển dịch; H s : Chiều cao sóng (m); 9 T p Chu kỳ sóng (s); L o : Chiều dài sóng (m); D : Chiều dầy cấu kiện gia cố (m); α: Góc mái dốc (độ); ∆ m : Tỷ trọng vật liệu cấu kiện; b : Hệ số tương tác của sóng lên kè có các độ nhám khác nhau Các đại lượng D , ∆ m xác định theo dạng kè bảo vệ mái 1.Gia cố mái đê bằng nhựa đường Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng Trung Âu vào việc làm kín nước.

Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ mái đập đá đổ. Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền Fuliana. Sau cơn bão 1953, Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây dựng đê. Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cường, chẳng hạn nhựa đường-đá xếp, nhựa đường-bê tông khối, bê tông Asphalt ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê sông của nhiều nước tiên tiến như Nauy, Hà lan, Mĩ và một số nước khác.6 là một dạng kè đê bằng đá xếp phủ nhựa đường ở Hà Lan.6: Kè đê bằng đá xếp phủ nhựa đường 10 1.Thảm bê tông Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng liên kết (hình 1.

Các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa các cấu kiện thường đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ. Phải bố trí tầng lọc ngược giữa thảm bê tông với thân đê. Cấu kiện kiểu này thường xuyên được cải tiến về hình dạng và liên kết giữa các cấu kiện.7: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp Hình 1.8 thể hiện thảm bê tông đang được thi công trên một đoạn đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc. Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra cỏ vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan môi trường.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê sông Hà Lan 1.Thảm đá Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy đá gọi là “thảm đá”.

Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ sông do tác động 11 của sóng và dòng chảy. Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ lại thành khối lớn để sóng và dòng chảy không phá hỏng được.Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kĩ thuật, liên kết với nhau thành một hệ thống gọi là thảm túi cát để bảo vệ mái dốc của đê, bờ sông, bờ biển.9 là ảnh chụp một đoạn kè chống xói bằng hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo Sylt-Kliffende-Đ ức.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật Hình 1.10 là một số ứng dụng khác của túi địa kỹ thuật, có thể xây dựng kè chắn sóng, sửa chữa trụ cầu, gia tăng trọng lượng cho đường ống, neo giữ… Ghi chú: a) Xây dựng kè chắn sóng, chống xói. b) Bảo vệ bờ, chống tác động của sóng lớn. c) Sửa chữa trụ cầu xây dựng trong nước.

d) Bảo vệ xói trên các ống chôn, gia tăng sự neo giữ. e) Gia tăng trọng lực, ổn định cho đường ống dẫn nước.10: Mở rộng ứng dụng của f) Neo giữ kết cấu mỏ. túi địa kỹ thuật g) Sửa chữa xốp rỗng trong các kết cấu xây 12 1.Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát Sử dụng ống địa kĩ thuật, có đường kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tuỳ thuộc vào yêu cầu công trình. Chiều dài mỗi ống trung bình khoảng 60m-100m.

Định vị ống vào vị trí dự kiến sau đó bơm dung dịch tỉ lệ 1 phần cát với 4 phần nước, cho đến khi ống đầy cát hoặc vữa xi măng. Hình thành mặt cắt đê sông hoặc kết cấu dự định xây dựng (hình 1.11: Ống địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè 1.Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật) làm chức năng gia cố dạng đất có cốt, chức năng phân cách các lớp vật liệu có nhóm đường kính hạt khác nhau, gia cường làm nền khi đắp đê trên nền đất yếu. Như vậy tăng cường đuợc ổn định tổng thể cho đê (hình 1.12: Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp 13 Vải địa kĩ thuật được dệt từ sợi tổng hợp có thể dùng làm tăng ổn định mảng gia cố mái đê hoặc sợi tổng hợp dệt thành màng địa kỹ thuật làm chức năng chống thấm, chức năng phân cách giữa các lớp vật liệu. Nhìn chung với sự thay đổi về công nghệ vật liệu đã giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật, đảm bảo sự an toàn và ổn định lâu dài của đê sông.Giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng 1.Trồng cỏ Trồng cỏ để bảo vệ chống xói mái đê phía trong đồng được sử dụng từ lâu và khá phổ biến trên thế giới.

Trồng cỏ là hình thức kết cấu đơn giản thân thiện với môi trường. Cỏ trồng trên mái dốc để cỏ và bộ rễ tạo thành lớp bảo vệ chống xói bề mặt đê (hình 1.13), hoặc trồng cỏ trong ô được chia ra bởi các khối xây hoặc trong những cấu kiện đúc sẵn. 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 dòng chảy tràn. Tuy nhiên, lớp cỏ bảo vệ chỉ chịu được lưu lượng tràn nhất định.13: Thảm cỏ chống xói mái đê 1.Thảm ba chiều bằng sợi tổng hợp Thảm ba chiều bằng sợi tổng hợp kết hợp với trồng cỏ tăng cường sức chịu tải cho lớp đất, tạo điều kiện thuận lợi ban đầu cho cỏ phát triển.

14 Bảo vệ mái đê theo công nghệ này đảm bảo được điều kiện thân thiện với môi trường và tăng khả năng chống xói hơn so với thảm cỏ thông thường (hình 1.