CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN KÈ BỜ SÔNG THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO 1.1 Tổng quan về kè bảo vệ bờ sông ở Nam Bộ 1.1 Khái quát về kè bảo vệ bờ sông Công trình kè bờ sông ngày càng được đầu tư xây dựng với quy mô lớn và trở lên phổ biến ở các tỉnh Nam Bộ nhằm chống sạt lở bờ sông kênh rạch, bảo vệ cơ sở hạ tầng của các khu trung tâm hành chính, khu đô thị tập trung đông dân cư, ổn định điều kiện sản xuất, sinh hoạt và hạn chế những thiệt hại tiềm ẩn nhiều rủi ro của thiên tai lũ lụt, sạt lở và nước biển dâng do biến đổi khí hậu với xu thế ngày càng gia tăng. Kết cấu công trình kè (CTK) thường gồm 3 phần: chân kè, thân kè và đỉnh kè. Trên một mặt cắt ngang kè, tại những cao trình khác nhau, mức độ ảnh hưởng của tải trọng lên công trình cũng khác nhau. Hình 1-1: Kết cấu kè bảo vệ bờ sông loại tường đứng trên hệ cọc neo Chân kè là điểm tựa cho kết cấu mái và đỉnh kè.
Kết cấu chân kè hiện nay thường được sử dụng là loại chân khay sâu bằng cừ tràm đóng thành cụm, cọc BTCT hoặc ống buy BTCT trong bỏ đá hộc, qua quá trình vận hành khai thác nhiều CTK bị sự cố mà nguyên nhân được xác định là do mất ổn định kết cấu chân kè. 6 Thân kè chính là giới hạn phạm vi bảo vệ của kè đối với bờ tính từ cao trình đỉnh kè và chân kè, chịu tác động của dòng chảy, sóng, áp lực nước và áp lực dòng thấm. Cấu tạo lớp phủ mái kè gồm những cấu kiện rời ghép với nhau hoặc đá hộc lát khan. Giữa chúng có khe hở để cho nước bên trong thoát ra ngoài, tránh tác động của áp suất nước trong đất.
Cấu tạo lớp đệm nằm ngay dưới các cấu kiện của lớp phủ, đóng vai trò như một tầng lọc ngược với kích thước hạt cỡ hạt dăm, sạn, hoặc có thể dùng vải địa kỹ thuật. Đỉnh kè là phần nằm ngang phía trên cùng của kè, có tác dụng bảo vệ thân kè đối với tác động của dòng chảy mặt và các tác động khác; đồng thời có thể kết hợp đường quản lý, công viên, hành lang đi bộ và đường giao thông ven kè. Vật liệu làm đỉnh kè thường cùng loại với vật liệu làm nền đường phía trong. Theo hình dạng mặt cắt ngang CTK thường phân là 03 loại: kè mái nghiêng, kè tường đứng và kè hỗn hợp (mái nghiêng + tường đứng) Hình 1-2: Kết cấu kè bảo vệ bờ sông loại mái nghiêng Hình 1-3: Kết cấu kè bảo vệ bờ sông loại tường đứng không neo 7 Hình 1-4: Kết cấu kè bảo vệ bờ sông loại hỗn hợp mái nghiêng - tường đứng 1.2 Tổng quan về xói lở bờ sông và sự cố các công trình kè ở Nam Bộ 1.
Đặc điểm địa hình vùng Nam Bộ Địa hình trên toàn vùng Nam Bộ khá bằng phẳng, phía tây giáp Vịnh Thái Lan, phía đông và Đông Nam giáp biển Đông, phía bắc và Tây Bắc giáp Campuchia và một phần phía tây Bắc giáp Nam Trung Bộ. Đông Nam Bộ có độ cao từ 100 m đến 200 m, có cấu tạo địa chất chủ yếu là đất đỏ bazan và đất phù sa cổ. Khu vực đồng bằng sông nước ở đây chiếm diện tích khoảng 6.000 ha cùng trên 4.000 kênh rạch với tổng chiều dài lên đến 5. Tây Nam Bộ có độ cao trung bình gần 2 m, chủ yếu là miền đất của phù sa mới.
Có một số núi thấp ở khu vực tiếp giáp với vùng Tây Nguyên, miền Tây tỉnh Kiên Giang và Campuchia. Đặc điểm địa chất Nham thạch cổ nhất lộ ra trong phạm vi đồng bằng Nam bộ và vùng ven rìa phía Đông là các khối xâm nhập thuộc Xêri - Hecxin (granit, granodiorit) có tuổi xếp vào cổ sinh đại (Pz) cao nhất là núi Bà Đen có đỉnh 980 m. Vào đầu đại trung sinh (Mz) biển bắt đầu xâm nhập đồng thời với việc tích tụ các trầm tích lục địa nguyên khá dày. Sự xen kẹp giữa trầm tích biển và lục nguyên được gọi là thành tạo Indoxinit để ra đá vôi quan sát thấy ở sát biên giới Campuchia về phía Bắc Tống Lê Chân.
Loại trầm tích lục nguyên gồm sạn kết, cát kết, bột kết lộ ra trên một diện tích khá lớn (cao nhất là núi Ong có đỉnh 8 280 m) ở vùng trung lưu sông Sài Gòn. Đồng bằng Nam Bộ được cấu tạo bởi tầng trầm tích đệ tứ mà có nơi đạt tới độ dày 460 m (Bải Xâu - Gò Công). Theo các kết quả thăm dò địa chất thủy văn trên một mặt cắt từ Biển Hồ ra tới Vũng Tàu, cũng như mặt cắt ngang đồng bằng Nam Bộ từ Biên Hòa tới Cà Mau thì trầm tích đệ tứ này có thể phân thành làm 2 tầng từ dưới lên trên: (i) tầng bồi tích cổ gồm các loại trầm tích hạt thô và (ii) tầng bồi tích trẻ gồm các loại trầm tích hạt mịn. Dấu hiệu phân biệt của tầng bồi tích cổ là sự có mặt của các lớp cuội sỏi và lớp sét laterit.
Bề mặt của tầng bồi tích cổ trong phạm vi đồng bằng Nam Bộ thường gặp ở độ sâu trên 50 m đến 75 m. Hình 1-5: Lược đồ tự nhiên đồng bằng Nam Bộ Đặc điểm chung địa chất đất yếu ven sông đồng bằng Nam Bộ [22]: Lòng sông Tiền, sông Hậu đều có mặt cắt khoét sâu vào tầng bồi tích vài ba chục mét, hầu như đáy sông đều chạm tới hoặc ăn sâu vào tầng cát mịn. Mặt cắt lòng sông Tiền ở Tân Châu có đáy đạt đến -42 m, còn ở Hồng Ngự đến -38 m, đáy sông khoét sâu vào tầng cát hàng chục mét. Mặt cắt lòng sông Hậu ở Ngàn Rô (cửa Trần Đề) cũng khoét 9 sâu vào tầng cát, tầng cát này gặp ở độ cao -24 m.
Trong phạm vi ven biển, các sông mang tính chất nội đồng như sông Mỹ Thanh, Gành Hào, v.v… có đáy sông sâu trên dưới 10 m, về mặt cắt, trong phạm vi ảnh hưởng của công trình hầu như không có mặt tầng cát. Lòng các kênh rạch trong phạm vi ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều hầu như phủ một lớp bùn cát khá dày, ít thấm nước. Dựa vào tính chất thấm nước của nền dưới đáy sông có thể phân làm 2 loại: loại nền thấm nước và loại nền không thấm nước. Đối với loại nền thấm nước thì biện pháp xử lý thích hợp và hiệu quả vẫn là kéo dài đường viền chống thấm.
Còn đối với loại nền không thấm nước có độ lún lớn, thì biện pháp chống trượt cần phải đặt lên hàng đầu. Hiện nay hầu hết các công trình xây dựng ven sông đều thuộc loại vừa và nhỏ. Do đó, tải trọng của các công trình truyền xuống đất nền đều tựa trên tầng trầm tích trẻ Holoxen chứa chủ yếu là các dạng đất yếu như: đất sét dẻo, đất sét dẻo chảy, bùn đất hữu cơ, đất bùn á sét, đất bùn á cát, và đất than bùn. Những khảo sát địa chất dọc theo bờ sông ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) cũng cho thấy đất bờ sông được cấu tạo bởi các lớp đất yếu thuộc trầm tích phù sa trẻ bao gồm lớp bùn sét ở trên và lớp cát hạt mịn ở dưới trạng thái chặt đến chặt vừa.
Chiều dày lớp đất bùn sét ở trên có độ dày khá lớn, từ 10 m đến 30 m (ở Tân Châu từ 15 m đến 25 m; ở Sa Đéc từ 10 đến 30 m; ở bến phà Mỹ Thuận từ 15 m đến 30 m; ở bờ sông Cổ Chiên thành phố Vĩnh Long từ 12 m đến 30 m; ở thị trấn Cái Nhum huyện Măng Thít từ 15m đến 26 m). Đất bùn sét và đất dẻo chảy đều là sản phẩm trầm tích trẻ hầu như chưa qua quá trình cố kết nén chặt tự nhiên, chúng có độ ẩm tự nhiên vượt quá độ ẩm giới hạn chảy của bản thân. Giá trị dung trọng tự nhiên của đất bùn sét thường rất thấp, 1,50 g/cm3, dung trọng khô < 1 g/cm3. Nếu chúng chứa vật hữu cơ, thì dung trọng tự nhiên và dung trọng khô lại càng thấp.
Ở những đất bùn sét có chứa cát mịn thì giá trị dung trọng tự nhiên và dung trọng khô có cao hơn nhưng không vượt quá 1,80 g/cm3 và 1,39 g/cm3. Ở những đất này có lực dính nhỏ, không vượt quá 1 N/cm2 (0,1 kg/cm2). Góc ma sát trong cũng chỉ đạt lớn nhất 7° đến 8°. Đất bùn sét và sét dẻo chảy trước đây được hình thành trong môi trường nước biển, chứa ion Na+, sau giai đoạn trầm tích, môi trường tồn tại những loại đất này thay đổi: các ion Na+ dần dần bị rửa trôi, hàm lượng của chúng bị giảm dần 10 và thay vào đó là các ion muối như Ca++.
Sự thay đổi môi trường hoá lý này dẫn đến kết quả là bề dầy lớp nước liên kết xung quanh hạt sét sẽ giảm và lực dính giữa các hạt cũng giảm theo. Những yếu tố bên trên cho thấy đất bùn sét và sét dẻo chảy cấu tạo ven sông ở ĐBSCL có tính ổn định cơ học thấp, dễ gây trượt khi có các tác động của các yếu tố khác. Ngoài tính ổn định cơ học thấp đất bùn sét ở ĐBSCL còn có tính tan rã cao. Nghĩa là, trong môi trường nước thì lực dính giữa các hạt giảm mạnh.
Trong điều kiện ven sông, với sự hiện diện của nước ngầm thì quá trình tan rã xảy ra kéo dài và liên tục, từ đó dẫn đến mất ổn định của đất ven sông. Hơn nữa, với sự dao động của mực nước ngầm ven sông thì quá trình tan rã của đất càng mạnh mẽ. Đất bùn sét ở ĐBSCL có độ ẩm giới hạn chảy thấp, hàm lượng hạt sét cao. Do đó, chúng thường có tính xúc biến, chúng rất nhạy với những tác động của nguyên nhân ngoại sinh, theo hướng cường độ cơ học của chúng sẽ giảm mạnh.
Đặc trưng sức chống cắt của các lớp bùn theo kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước như sau: Bảng 1-1: Đặc trưng sức chống cắt của các lớp bùn ở ĐBSCL [22] Chỉ tiêu cơ lý Bùn á cát Bùn á sét Bùn sét Độ sệt > 1,0 1,1 - 1,5 > 1,5 Tỷ số rỗng 0 1,2 - 1,5 1,4 - 4,0 1,4 - 4,0 Trị trung bình của (độ) 8°30’ 7° 5° Trị trung bình của C (kG/cm2) 0,10 0,06 0,05 1. Đặc điểm khí tượng, thủy văn Nam Bộ nằm trong vùng đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa và cận xích đạo, nền nhiệt phong phú, ánh nắng dồi dào, thời gian bức xạ dài, nhiệt độ và tổng tích ôn cao.