CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MẠCH ĐÙN, MẠCH SỦI 1.1 Khái quát chung Đê sông thường nằm trên lớp đất thịt phủ trên mặt dày 3 đến 4m, dưới đó là tầng cát dày thông với sông. Mùa lũ, dòng thấm có áp trong tầng cát gây áp lực lên tầng phủ. Tầng phủ thường bị phá hoại tại những điểm yếu, vị trí tầng phủ mỏng, yếu, vùng hồ ao, chỗ có khuyết tật. Từ đó nước trào lên mang theo hạt đất, cát, vật chất hữu cơ.
Vì vậy, biến dạng thấm nền đê phát triển theo 3 giai đoạn. Đầu tiên là phá vỡ tầng phủ theo các khuyết tật mang theo các hạt bụi, tiếp theo là sự mở rộng lỗ thoát gây ra đất, cát chảy trong nền, rồi đến giai đoạn phát triển biến dạng thấm phát triển mạnh mẽ gây mạch đùn, mạch sủi.2 Đặc điểm địa chất nền đê khu vực có khả năng xảy ra hiện tượng mạch đùn, mạch sủi. Mạch đùn thường xuất hiện ở nơi mà tầng chứa nước (cát) có chiều dày lớn, nhưng tầng phủ phía trên (đất thịt) có độ bền (cơ học, thấm) tương đối cao. Khi nước sông cao, những nơi có chiều dày lớp phủ nhỏ (thùng trũng, ao hồ…) dễ bị bục tầng phủ, nước thoát ra với tốc độ lớn qua các khe nứt, hang hốc…rất nguy hiểm đối với ổn định của đê.
Mạch sủi thường xuất hiện ở những nơi mà tầng chứa nước nằm nông, phân bố ở gần chân đê hạ lưu, cách chân đê từ 0÷20m các biệt có nơi từ 100÷200m. Kích thước mạch sủi quan sát được từ vài cm tới hàng chục cm, trung bình từ 10÷20cm. Nước thoát ra từ mạch sủi có tốc độ và lưu lượng tùy thuộc vào kích thước miệng thoát và gradient áp lực thấm. Vật liệu mang theo là các hạt nhỏ, mịn lẫn nhiều bụi.
Mực nước sông dâng càng cao thì các mạch sủi xuất hiện càng nhiều và thường tập trung ở các vị trí trọng điểm thành tập đoàn mạch sủi hay bãi sủi. Khi biến dạng thấm phát triển mạnh, nước từ dưới đùn lên với tốc độ và lưu lượng lớn mang theo nhiều hạt cát làm rỗng nền đê, dẫn đến mặt đất bị sụt xuống và nền đê có thể bị phá vỡ một cách nhanh chóng gây nên vỡ đê. Mức độ và quy mô phát triển các 6 biến dạng thấm rất khác nhau, lưu lượng nước chảy ra có thể lôi cuốn tới hàng chục, hàng trăm mét khối cát. Như vậy sự xuất hiện và mức độ nghiêm trọng của biến dạng thấm ở nền đê không chỉ phụ thuộc vào mực nước lũ mà còn có quan hệ chặt chẽ với đặc điểm cấu trúc nền đê.
Trong đó, sự có mặt của các lớp trầm tích hạt rời, chiều sâu, chiều dày và phạm vi phân bố của tầng chứa và tầng phủ phía trên là những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển biến dạng thấm ở nền đê. Vì vậy, đánh giá mức độ trọng điểm của một đoạn đê phải gắn với việc phân loại nền đê theo quan điểm về biến dạng thấm. Các hiện tượng mạch đùn, mạch sủi như miêu tả ở trên là đặc điểm chung của hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng nói chung và Hải Dương nói riêng. Trong lịch sử, mạch đùn, mạch sủi đã xảy ra tại Km123÷200 và Km146÷150 đê Hữu Hồng vào mùa lũ 2008, tại Km103÷100 đê Tả Đáy năm 2009.
Tại Hải Dương các tuyến đê được đắp qua nhiều địa hình phức tạp như thùng trũng, ao sâu, làng mạc dân cư do đó cấu tạo địa chất nền đê rất phức tạp, nhiều đoạn nền đê có lớp đất yếu, xen kẹp với tầng thông nước. Đặc biệt ở một số vị trí lớp cát nâng lên cách mặt đất tự nhiên phía đồng từ 2 đến 4m. Ngoài ra còn có những túi bùn có bề dầy không ổn định, chiều dầy lớn nhất có thể hơn 6m. Dưới nền đê lớp bùn thuộc loại rất đặc biệt, các chỉ tiêu cơ lý rất thấp.
Với độ dầy của lớp đất yếu là lớp bùn và lớp sét pha dẻo chảy có thể gây lún không đều cho đê. Dưới tác dụng của tải trọng lớn đặc biệt là tải trọng động có thể gây ra rạn, nứt đê. Tầng thông nước dầy nằm sát gần trên mặt nền đê và lớp bùn bị biến dạng dưới tác động thủy lực của nước có áp vào mùa lũ là nguyên nhân gây ra các sự cố mạch đùn, mạch sủi ở các tuyến đê trên địa bàn tỉnh.3 Hiện trạng đê điều, các sự cố và tác hại do hiện tượng mạch đùn, mạch sủi.1 Hiện trạng đê điều nước ta hiện nay Việt Nam là một nước có hệ thống sông ngòi dày đặc. Các khu dân cư, thành phố và vùng nông nghiệp thường phát triển dọc theo các hệ thống sông lớn, nên thườngbbị đe dọa bởi yếu tố lũ và nguy cơ ngập lụt.
Hệ thống đê dọc theo các nhánh sông là giải pháp phòng chống lũ đã được ông cha ta sử dụng từ lâu đời, để bảo vệ các vùng dân cư ven sông và toàn bộ vùng châu thổ trước nguy cơ ngập lụt. Trải qua quá trình phát 7 triển, hệ thống đê hiện nay trên cả nước là một hệ thống công trình quy mô lớn với khoảng 13.200 km đê, trong đó có khoảng 10.600 km đê sông và gần 2. Các hệ thống đê sông chính với trên 2.500km đê từ cấp III đến cấp đặc biệt còn lại đê dưới cấp III và đê chưa được phân cấp. Trong đó: - Hệ thống đê Bắc bộ và bắc Trung bộ: Dài 5.620km, có nhiệm vụ bảo vệ chống lũ triệt để, bảo đảm an toàn cho vùng Đồng bằng Bắc bộ và Bắc Trung bộ.
- Hệ thống đê sông, cửa sông khu vực Trung Trung bộ và Nam Trung bộ: Có tổng chiều dài 904km. - Hệ thống đê sông, bờ bao khu vực Đồng bằng sông Cửu Long: Có chiều dài 4. Hầu hết các hệ thống đê điều và phòng chống lụt bão tồn tại hiện nay ở nước ta được thiết kế xây dựng dựa theo kinh nghiệm tích góp từ nhiều thế hệ và áp dụng các tiêu chuẩn an toàn phù hợp với tình hình thực tế của một vài thập kỷ trước. Trong điều kiện các hình thái thời tiết và thiên tai ngày càng gia tăng do hiệu ứng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu (BĐKH), các quy luật khí tượng thủy văn lưu vực có những diễn biến bất thường so với thời điểm thiết kế, cần phải đánh giá an toàn của các hệ thống đê hiện tại ở Việt Nam.
Hàng năm hệ thống đê điều ở nước ta được Trung ương và địa phương quan tâm đầu tư tu bổ, nâng cấp tăng cường ổn định và loại trừ dần các trọng điểm đê điều xung yếu. Tuy vậy, do tác động của thiên nhiên như sóng, gió, thủy triều, dòng chảy và các tác động trực tiếp của con người, quy mô và chất lượng công trình đê điều luôn bị biến động theo thời gian. Đối với các tuyến đê sông, các đoạn đê tu bổ thường xuyên đã được thiết kế theo chỉ tiêu hoàn thiện mặt cắt với cao độ đảm bảo yêu cầu chống lũ thiết kế, bề rộng mặt đê phổ thông 5m, độ dốc mái m=2 và mặt đê được gia cố đá dăm hoặc bê tông để kết hợp giao thông nên khả năng phòng chống lũ bão thiết kế. Song do chiều dài đê lớn, tốc độ bào mòn xuống cấp nhanh trong khi khả năng đầu tư còn hạn chế nên vẫn còn nhiều đoạn đê còn thấp, nhỏ so với tiêu chuẩn đê thiết kế.
8 Phân tích chất lượng hiện trạng đê của Việt Nam cho kết quả: - 66,4% km đê ổn định đảm bảo an toàn; - 28,0% km đê kém ổn định chưa đảm bảo an toàn; - 5,6% km xung yếu. Do được bồi trúc qua nhiều năm nên nhìn chung chất lượng thân các tuyến đê không đồng đều, trong thân đê tiềm ẩn nhiều khiếm khuyết như xói ngầm, tổ mối, hang động vật… Vì vậy khi có bão, lũ mực nước sông dâng cao, độ chênh lệch với mức nước trong đồng lớn, do đó nhiều đoạn đê xuất hiện các sự cố mạch đùn, sủi, thẩm lậu, sạt trượt mái đê phía sông và phía đồng. Nếu không phát hiện và xử lý kịp thời ngay từ giờ đầu sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng tới an toàn của đê. Sự phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng Việt Nam trong những năm gần đây đã gián tiếp làm cho tình trạng sử dụng đất trong phạm vi bảo vệ đê, bãi sông và lòng sông ngày càng nghiêm trọng, gây ảnh hưởng không nhỏ đến an toàn đê điều và khả năng thoát lũ của các sông trên địa bàn từ trung ương đến địa phương.2 Các sự cố và tác hại do hiện tượng mạch đùn, mạch sủi Hàng năm, mỗi khi đến mùa bão lũ, các hiện tượng mạch đùn, mạch sủi.
ở nền các tuyến đê vùng Đồng bằng sông Hồng xảy ra rất phổ biến. Trước những biến đổi phức tạp của khí hậu toàn cầu và nước biển dâng, các hiện tượng mạch đùn, mạch sủi phát sinh với quy mô lớn và trên diện rộng sẽ gây nguy cơ vỡ đê và gây hậu quả khôn lường, lâu dài về môi trường sinh thái. Nguyên nhân chính gây nên các hiện tượng này là do khi có lũ, mực nước sông lên cao, áp lực nước trong tầng chứa nước ở nền đê gia tăng vượt quá cột nước giới hạn, làm phá vỡ tầng bảo vệ. Cụ thể: khi biến dạng thấm phát triển mạnh, nước từ dưới đùn lên với tốc độ và lưu lượng lớn mang theo nhiều hạt cát làm rỗng nền đê, dẫn đến mặt đất bị sụt xuống và nền đê có thể bị phá vỡ một cách nhanh chóng gây nên vỡ đê.
Mức độ và quy mô phát triển các biến dạng thấm rất khác nhau, lưu lượng nước chảy ra có thể lôi cuốn 9 tới hàng chục, hàng trăm mét khối cát. Trong thời gian qua các sự cố liên quan tới hiện tượng mạch đùn, mạch sủi suất hiện ngày càng nhiều trên toàn Miền Bắc và gây rất nhiều thiệt hại, lấy ví dụ như: Tại Thái Bình, xuất hiện mạch sủi nước trong với đường kính 15 cm tại Km6+950 và Km7 đê tả Trà Lý (xã Bạch Đằng). Sự cố này đã được xử lý bằng tầng lọc ngược. Ba mạch sủi tại Km10+500, Km10+975, Km10+990 của đê hữu Trà Lý đi qua xã Song Lãng cũng đang được theo dõi.
Trên tuyến đê Hồng Hà 2, xã Hòa Bình, có một lỗ rò nước đường kính 50 mm tại Km158+600 và đã được bắc máng để tiêu nước. Tại Bắc Ninh, đã phát hiện một mạch sủi nước trong tại Km0+10 ở đê hữu Thái Bình, cách chân đê 35 m, đường kính lỗ sủi 8 cm.