MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO KÈ TRÊN HỆ THỐNG CỌC, ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH KÈ NGÒI ĐUM- TỈNH LÀO CAI” 2. Tính cấp thiết của đề tài. Tỉnh Lào Cai nói chung và Phƣờng Kim Tân nói riêng chiếm một vị trí quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Lào Cai.
Đây là đầu mối giao thông của quốc lộ 58 đi các tỉnh lân cận Yên Bái, Phú Thọ, Việt Trì và tới Hà Nội. Kè Ngòi Đum – Tỉnh Lào Cai 1 Ngƣời dân sinh sống hai bên bờ sông, khu vực phƣờng Kim Tân đang hết sức lo lắng khi hiện tƣợng sạt lở bờ ngày càng mạnh và có xu hƣớng xâm nhập sâu vào khu dân cƣ. Trong những năm qua, Chính quyền các cấp của tỉnh Lào Cai đã đầu tƣ rất nhiều vào việc xây dựng các công trình kè bảo vệ bờ sông. Tuy nhiên, do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu và tác động của quá trình phát triển kinh tế xã hội nên xu thế sạt lở bờ sông ngày càng trở nên trầm trọng và nếu không có biện pháp kịp thời để bảo vệ bờ thì tính mạng và tài sản của ngƣời dân sẽ bị đe dọa nghiêm trọng.
Vì thế, việc xây dựng tuyến kè để bảo vệ bờ sông khỏi bị sạt lở, làm tăng khả năng thoát lũ, truyền triều của sông, đồng thời tạo vẻ mỹ quan cho khu vực đô thị là hết sức cần thiết, đáp ứng đƣợc mong muốn của ngƣời dân trong khu vực nói riêng và trong huyện, trong tỉnh nói chung. Tuyến kè bảo vệ bờ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng khu vực góp phần phát triển kinh tế xã hội của Phƣờng. Mục tiêu của đề tài. - Phân tích và đánh giá các giải pháp chống sạt lở, ổn định bờ sông, bảo vệ các khu dân cƣ, kết cấu hạ tầng ở phƣờng Kim Tân.
- Nghiên cứu tính toán ổn định của kè trên hệ thống cọc. - Phân tích các phƣơng pháp tính toán ổn định, lựa chọn nhằm tìm ra phƣơng pháp phù hợp tiếp cận với ứng xử của công trình để tính toán ổn định cho kè đƣợc gia cố bằng cọc và áp dụng cho công trình thực tế. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu. Cách tiếp cận Đề tài luận văn liên quan đến vấn đề giải pháp công trình bảo vệ bờ sông cho một vùng nghiên cứu cụ thể, vì vậy sẽ tiếp cận từ thực tiễn qua việc điều tra, khảo sát những diễn biến về lòng sông, bờ sông vùng nghiên cứu và những khu vực tƣơng tự khác trong và ngoài tỉnh kết hợp với quay phim, chụp ảnh, phỏng vấn các ngành chức năng và ngƣời dân địa phƣơng tại những vùng bờ sông bị sạt lở để tìm hiểu nguyên nhân.
Tiếp cận mô hình toán: xây dựng mô hình kiểm định ổn định mái dốc bằng phần mềm Geostudio. 2 Tiếp cận từ các nguồn thông tin (trên mạng, tài liệu thu thập từ các đề tài, dự án có liên quan), từ nguồn tri thức khoa học (các đề tài, luận văn, luận án đã thực hiện) để giải quyết vấn đề. Phương pháp nghiên cứu sau: 1. Thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu, các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác đã công bố trong và ngoài nƣớc liên quan đến luận án.
Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích vấn đề nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết về ổn định của kè theo phƣơng pháp cân bằng giới hạn phân thỏi và phƣơng pháp phần tử hữu hạn. 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO KÈ Bờ sông chịu tác động của dòng chảy nên dễ bị xói lở, cần phải làm kè bảo vệ. Trong các trƣờng hợp khác, do nhu cầu phát triển kinh tế, xây dựng các điểm du lịch cảnh quan ven bờ sông vùng đô thị cũng có nhu cầu kè bờ. Tổng quan về các giải pháp xây dựng kè chống sạt lở bờ sông, biển hiện nay: 1.
Giải pháp thông thƣờng hiện đang sử dụng: - Trồng các loại cây thân thiện với môi trƣờng để chống sạt lở đất; - Dùng các loại vật liệu địa phƣơng nhƣ cọc gỗ, cừ tràm, ván gỗ …; - Dùng kết cấu đá xây, gạch xây tại chỗ tạo mái taluy chống sạt lở; - Dùng kết cấu kè bê tông, bê tông cốt thép đổ tại chỗ; - Dùng cọc BTCT kết hợp các bản chắn đất; - Dùng cọc ván thép; - Dùng kết hợp các giải pháp trên. Sử dụng công nghệ mới (cọc ván Dự ứng lực): Dùng cọc ván bê tông dự ứng lực.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới và Việt Nam 1.1 Tình hình xây dựng kè trên thế giới Ngày nay ở các nƣớc nhƣ Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học công nghệ, vật liệu mới và máy móc thi công hiện đại đã xây dựng đƣợc các hệ thống công trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hƣởng từ biển với tần suất hiếm. Trƣớc đây quan điểm thiết kế đê kè truyền thống ở các nƣớc châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn qua do vậy cao trình đỉnh đê kè rất cao nhƣng rủi ro khi xảy ra sự cố thì hậu quả là rất lớn. Trong những năm gần đây, tƣ duy và phƣơng pháp luận thiết kế đê kè ở các nƣớc phát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt.
Giải pháp kết cấu, chức năng và điều kiện làm việc của đê kè đƣợc đƣa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan điểm hệ thống, bền vững và hài hòa với môi trƣờng. Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao để chống (không cho phép) sóng tràn qua thì dẫn đến công trình rất đồ sộ, gây ảnh hƣởng đến cảnh quan của vùng bờ. Tuy nhiên vẫn có thể bị hƣ hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tới thiệt hại khôn lƣờng. Thay vào đó ta có thể xây dựng để chịu đƣợc sóng tràn qua đê kè, nhƣng không thể bị vỡ.
Tất nhiên khi chấp 4 nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau đƣợc bảo vệ, tuy nhiên so với trƣờng hợp vỡ đê kè thì thiệt hại trong trƣờng hợp này là không đáng kể. Đặc biệt là nếu nhƣ một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy hoạch thành vùng đệm đa chức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ và tần suất nhất định. Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng tổng hợp, và bền vững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal Defence Zone) của liên minh Châu Âu. Trên thế giới, nghiên cứu đánh giá hiệu quả các công trình bảo vệ bờ đƣợc đề cao nhằm tạo cơ sở cho các nghiên cứu các công trình, kết cấu mới để tăng cƣờng khả năng bảo vệ bờ và chỉnh trị sông.
Những quốc gia đi đầu trong lĩnh vực này phải kể đến nhƣ Hà Lan, Đan Mạch, Trung Quốc, Mỹ… Hình 1. Kè Sông tại Hà Khẩu – Trung Quốc Thế giới đang đứng trƣớc nguy cơ do biến đổi khí hậu toàn cầu. Các nƣớc phát triển nhƣ Hà Lan, Anh, Mỹ… đều đã có những bƣớc đi mạnh dạn, nhằm đón đầu các khả năng xấu nhất có thể xảy ra nhƣ: Rà soát, đánh giá lại hiệu quả của các công trình hiện 5 tại, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý, nâng cao đê, gia cố lại kè, nâng tần suất thiết kế… Hình 1. Kè đê biển theo công nghệ Hà Lan 1.2 Tình hình xây dựng và các giải pháp cho kè ở Việt Nam Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều các giải pháp công nghệ chống sạt lở bờ sông đƣợc áp dụng, tuy nhiên tùy từng vùng miền địa chất khu vực mà có các giải pháp phù hợp.
Vât liệu làm kè, kết cấu kè cũng có nhiều loại đƣợc phân tích dƣới đây: *. Dạng tường đứng. + Ưu điểm: - Khối lƣợng vật liệu ít, đòi hỏi duy tu không nhiều, có thể sử dụng mặt trong của kè để neo đậu tàu thuyền. - Phần thẳng đứng thƣờng đƣợc gia công trên bờ (chủ động công nghệ chế tạo) nên bảo đảm chất lƣợng.
- Giải pháp thi công và tốc độ thi công hiệu quả cao. + Nhược điểm: - Phản lực mặt đứng tƣơng đối lớn, dễ mất ổn định, nên chỉ sử dụng thích hợp với 6 vùng có nền địa chất tƣơng đối tốt. Nhiều sự cố đã xảy ra với loại kè này sẽ trình bày trong phần sau. - Công nghệ thi công hiện đại, đòi hỏi độ chính xác cao.
Các hình thức tƣờng đứng có thể áp dụng: tƣờng cọc bản bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTDUL) có neo. * Các loại kè tường đứng đang được sử dụng +) Cừ bản BTCTDUL Từ trƣớc đến nay các công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình kè chống xói lở bảo vệ bờ sông, bờ biển vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng là cọc bê tông + tƣờng chắn để gia cố bảo vệ. Do vậy, khối lƣợng vật liệu sử dụng thƣờng rất lớn, thời gian thi công kéo dài ảnh hƣởng đến sinh hoạt và cuộc sống của nhân dân. Trên thế giới từ những năm 1990 ở các nƣớc phát triển nhƣ Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ, đã nghiên cứu và ứng dụng phổ biến công nghệ cừ bê tông cốt thép dự ứng lực (Prestressed Concrete Sheet Piles) thay thế công nghệ truyền thống trên.
Dạng tƣờng đứng cừ BTCTDUL tính ƣu việt đã đƣợc khẳng định và dần trở thành sự lựa chọn để gia cố bờ tại các khu vực dân cƣ đông đúc và hạn chế giải tỏa đền bù. Việc lựa chọn có neo hay không neo phụ thuộc vào tính chất đất nền, khả năng đáp ứng cho việc bố trí thiết bị đóng cọc dài và yêu cầu khai thác tuyến kè. Kè tường đứng 2. Dạng mái nghiêng + Ưu điểm: - Tiêu hao năng lƣợng sóng triệt để nên phản xạ sóng nhỏ không gây nhiễu động cho vùng phụ cận.
7 - Tận dụng đƣợc nguồn vật liệu địa phƣơng. Cao trình đỉnh có thể giảm thấp do hạn chế đƣợc chiều cao sóng leo. - Thiết bị thi công đơn giản có thể kết hợp đƣợc cả thiết bị hiện đại, thô sơ và thủ công trong cùng một công trƣờng. - Công tác tính toán ổn định mái bờ đơn giản không cần đòi hỏi thăm dò địa chất quá sâu.
+ Nhược điểm: - Lƣợng vật liệu và sức lao động tổn hao nhiều trong trƣờng hợp độ sâu lớn. - Hạn chế tận dụng đƣợc các mép kè trong và ngoài để neo đậu tàu thuyền. Kè mái nghiêng Tốc độ thi công chậm, thƣờng phải kết hợp đê quây và thi công vào lúc triều rút.