Nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và đề xuất giải pháp xử lý kè Hàm Rồng, tỉnh Thanh Hóa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu nguyên nhân sạt lở và giải pháp xử lý kè hàm rồng tỉnh thanh hóa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: GS. TS Nguyễn Chiến
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Đề tài: Nguyên Nhân Sạt Lở Và Giải Pháp Xử Lý Kè Hàm Rồng Thanh Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG
• 1.1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông
• 1.2. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam
• 1.3. Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông
• 1.4. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông
• 1.5. Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong việc xây dựng kè bảo vệ bờ sông
• 1.6. Giới thiệu về Kè Hàm Rồng
• 1.6.1. Vị trí, nhiệm vụ, quy mô. Quá trình xây dựng. Hiện trạng sạt lở kè Hàm Rồng
• 1.6.2. Quá trình sạt lở
• 1.6.3. Hiện trạng công trình đoạn từ K39+350 ~ K39+425
• 1.6.4. Những nghiên cứu đã tiến hành
• 1.6.5. Những vấn đề tồn tại. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG
• 2.1. Các điều kiện xây dựng
• 2.2. Điều kiện địa hình
• 2.3. Điều kiện địa chất
• 2.4. Điều kiện khí tượng thuỷ văn
• 2.5. Phân tích các nguyên nhân gây mất ổn định kết cấu kè
• 2.5.1. Ảnh hưởng của dòng chảy trong sông
• 2.5.2. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất
• 2.5.3. Ảnh hưởng của việc gia tải sau khi làm kè
• 2.6. Tính toán kiểm tra ổn định của kè thiết kế năm 2009
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐỂ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH KÈ HÀM RỒNG
• 3.1. Các nguyên tắc chung khi xử lý kết cấu kè Hàm Rồng
• 3.2. Đề xuất giải pháp xử lý
• 3.2.1. Xử lý nền mái kè đảm bảo ổn định
• 3.2.2. Xử lý kết cấu kè
• 3.2.2.1. Xử lý phần dưới chân kè (ngập nước)
• 3.2.3. Phương án tổng thể xử lý kè Hàm Rồng
• 3.3. Tính toán kích thước các bộ phận kè
• 3.3.1. Kết cấu thân kè
• 3.3.2. Kết cấu phần dưới chân kè
• 3.4. Tính toán ổn định tổng thể kết cấu kè
• 3.4.1. Chỉ tiêu thiết kế
• 3.4.2. Các trường hợp tính toán
• 3.4.3. Các số liệu tính toán
• 3.4.4. Phương pháp tính toán
• 3.4.5. Trình tự tính toán
• 3.4.6. Kết quả tính toán
• 3.4.7. Phân tích kết quả
• 3.4.7.1. Về kết cấu thân kè
• 3.4.7.2. Về ổn định tổng thể của kè
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ THIẾT KẾ 2009
• PHỤ LỤC 2 - KIỂM TRA ỔN ĐỊNH KÈ

Tóm tắt

I. Tổng quan về kè bảo vệ bờ sông và vấn đề sạt lở kè Hàm Rồng

Kè bảo vệ bờ sông là một trong những công trình quan trọng nhằm ngăn chặn sạt lở đất và bảo vệ các khu vực ven sông. Tại Việt Nam, các công trình này được xây dựng với nhiều hình thức khác nhau, từ công trình thô sơ đến công trình kiên cố. Kè Hàm Rồng là một ví dụ điển hình cho sự cần thiết của các công trình này, đặc biệt trong bối cảnh nguyên nhân sạt lở ngày càng gia tăng do tác động của thiên nhiên và con người. Việc nghiên cứu và phân tích các nguyên nhân gây ra tình trạng sạt lở tại kè Hàm Rồng không chỉ giúp bảo vệ tài sản mà còn đảm bảo an toàn cho cuộc sống của người dân địa phương.

1.1. Các loại công trình bảo vệ bờ sông

Các công trình bảo vệ bờ sông có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau, bao gồm công trình thô sơ, bán kiên cố và kiên cố. Công trình thô sơ thường sử dụng các vật liệu tự nhiên như cây cối, trong khi công trình kiên cố sử dụng bê tông cốt thép và các vật liệu hiện đại khác. Việc lựa chọn loại hình công trình phù hợp với điều kiện địa chất và khí tượng thủy văn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong việc ngăn chặn sạt lở đất.

1.2. Tình trạng sạt lở kè Hàm Rồng

Kè Hàm Rồng hiện đang đối mặt với nhiều vấn đề nghiêm trọng liên quan đến sạt lở đất. Các nghiên cứu cho thấy rằng tình trạng sạt lở tại đây không chỉ do yếu tố tự nhiên mà còn bị ảnh hưởng bởi các hoạt động xây dựng và khai thác tài nguyên. Việc phân tích các nguyên nhân này là cần thiết để đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả, nhằm bảo vệ kè và đảm bảo an toàn cho khu vực xung quanh.

II. Phân tích nguyên nhân sạt lở kè Hàm Rồng

Nguyên nhân gây ra tình trạng sạt lở tại kè Hàm Rồng có thể được chia thành nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm điều kiện địa hình, địa chất và khí tượng thủy văn. Các yếu tố này tương tác với nhau, tạo ra áp lực lớn lên kết cấu của kè. Đặc biệt, dòng chảy trong sông có thể gây ra xói mòn chân kè, làm giảm độ ổn định của công trình. Việc phân tích các nguyên nhân này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế sạt lở mà còn là cơ sở để đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp.

2.1. Điều kiện địa hình và địa chất

Điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực kè Hàm Rồng có ảnh hưởng lớn đến tình trạng sạt lở đất. Địa hình dốc và nền đất yếu tạo ra áp lực lớn lên kết cấu kè, làm tăng nguy cơ sạt lở. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc đánh giá chính xác các yếu tố này là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả.

2.2. Ảnh hưởng của dòng chảy

Dòng chảy trong sông có thể gây ra xói mòn chân kè, làm giảm độ ổn định của công trình. Việc phân tích ảnh hưởng của dòng chảy là cần thiết để hiểu rõ hơn về cơ chế sạt lở và từ đó đề xuất các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Các giải pháp như xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông có thể giúp giảm thiểu tác động của dòng chảy đến kè Hàm Rồng.

III. Nghiên cứu giải pháp xử lý để đảm bảo ổn định kè Hàm Rồng

Để đảm bảo ổn định cho kè Hàm Rồng, cần phải nghiên cứu và đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp. Các giải pháp này có thể bao gồm việc cải thiện kết cấu của kè, xử lý nền mái kè và áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng. Việc áp dụng các giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ kè mà còn đảm bảo an toàn cho người dân sống xung quanh.

3.1. Các nguyên tắc chung khi xử lý kết cấu kè

Các nguyên tắc chung khi xử lý kết cấu kè bao gồm việc đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực của kè. Việc lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp và thiết kế kết cấu hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong việc ngăn chặn sạt lở đất. Các giải pháp như gia cố chân kè và sử dụng các vật liệu chống xói có thể được áp dụng để tăng cường độ bền cho kè.

3.2. Đề xuất giải pháp xử lý

Đề xuất giải pháp xử lý cho kè Hàm Rồng cần dựa trên các nghiên cứu về nguyên nhân sạt lở và điều kiện địa chất tại khu vực. Các giải pháp có thể bao gồm việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ, cải thiện kết cấu kè và áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng. Việc thực hiện các giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ kè mà còn đảm bảo an toàn cho khu vực xung quanh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sạt lở bờ sông là một hiện tượng tự nhiên phổ biến nhưng gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và xã hội, đặc biệt tại các vùng ven sông. Ở Việt Nam, tình trạng này diễn ra rộng khắp, ảnh hưởng trực tiếp đến đất nông nghiệp, nhà cửa, hạ tầng giao thông và an toàn tính mạng người dân. Đặc biệt, đoạn kè Hàm Rồng thuộc đê hữu sông Mã, tỉnh Thanh Hóa, dài 1392m, là công trình trọng yếu bảo vệ thành phố Thanh Hóa, quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc Nam, đang đối mặt với hiện tượng sạt lở nghiêm trọng tại đoạn từ K39+350 đến K39+425. Sau trận lũ tháng 9/2012, các vết nứt rộng 15-20cm xuất hiện, kèm theo sụt lún sâu tới 2,5m vào cuối năm 2013, đe dọa ổn định công trình và mỹ quan đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá nguyên nhân gây sạt lở, phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm đảm bảo ổn định kè Hàm Rồng, đồng thời đáp ứng yêu cầu về cảnh quan đô thị. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn kè bị ảnh hưởng nghiêm trọng, với dữ liệu khảo sát địa hình, địa chất và thủy văn thu thập từ năm 2009 đến 2013. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho khu vực trung tâm thành phố Thanh Hóa, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và phát triển bền vững vùng ven sông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong lĩnh vực thủy lợi và kỹ thuật xây dựng công trình bảo vệ bờ sông, bao gồm:

• Lý thuyết cơ học đất: Phân tích áp lực đất chủ động, áp lực nước ngầm và các lực tác động lên kết cấu kè, sử dụng công thức tính áp lực chủ động dựa trên góc ma sát trong (ϕ), trọng lượng riêng đất (γ) và chiều sâu (h).

• Mô hình thủy lực dòng chảy trong sông: Đánh giá ảnh hưởng của dòng chảy, thủy triều và lưu lượng lũ đến hiện tượng xói lở chân kè, đặc biệt tại các vị trí bờ lõm và khu vực lòng sông bị thu hẹp.

• Khái niệm công trình bảo vệ bờ sông: Phân loại công trình thành dân gian, bán kiên cố và kiên cố; các loại vật liệu và kết cấu phổ biến như thảm đá, rọ đá, bê tông cốt thép, vải địa kỹ thuật và công nghệ mềm như sử dụng thực vật bảo vệ bờ.

• Khái niệm ổn định kết cấu kè: Bao gồm ổn định theo phương ngang, phương đứng, ổn định cục bộ và tổng thể, liên quan đến tải trọng, xói chân kè và biến dạng nền đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá dựa trên các nguồn dữ liệu sau:

• Dữ liệu khảo sát địa hình và địa chất: Thu thập từ các đợt khảo sát năm 2009 và 2013, bao gồm mặt cắt địa chất ngang kè, đặc tính cơ lý đất, độ sâu lòng sông, và các chỉ tiêu như góc ma sát trong (ϕ), độ kết dính (C), trọng lượng riêng (γ).

• Dữ liệu thủy văn và khí tượng: Lưu lượng nước trung bình và cực đại tại trạm Cẩm Thủy, mực nước thiết kế, ảnh hưởng thủy triều và biến động khí hậu vùng Thanh Hóa.

• Phân tích nguyên nhân sạt lở: Sử dụng mô hình tính toán áp lực đất, áp lực nước, và ổn định kết cấu kè theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

• Phương pháp chọn mẫu và cỡ mẫu: Khảo sát địa chất tại các vị trí trọng điểm, đặc biệt đoạn K39+350 – K39+425, với các lỗ khoan sâu đến 30m để xác định cấu trúc địa tầng và đặc tính đất nền.

• Phân tích so sánh và đánh giá: So sánh hiện trạng kè trước và sau thi công, đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý đã áp dụng, đồng thời tham khảo các nghiên cứu và công trình tương tự trong nước và quốc tế.

• Timeline nghiên cứu: Từ năm 2009 đến 2014, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập dữ liệu, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp và tính toán kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Nguyên nhân sạt lở chủ yếu do dòng chảy và thủy triều: Đoạn kè nằm tại vị trí lòng sông bị thu hẹp, đáy sông sâu tới -32m, với lưu vực gần 29.000 km² và lưu lượng lũ hơn 600.000 m³/s. Dòng chảy mùa lũ và thủy triều tạo ra lực xói mạnh, đặc biệt khi triều rút, làm xói rỗng chân kè, dẫn đến sụt lún và đứt gãy thân kè. Ví dụ, sau trận lũ tháng 9/2012, vết nứt rộng 15-20cm xuất hiện, sụt lún đến 2,5m vào cuối năm 2013.

2. Điều kiện địa chất phức tạp và yếu kém tại đoạn sạt lở: Khảo sát năm 2013 cho thấy lớp đất sét màu xám xanh, xám ghi có độ dẻo mềm, kết cấu yếu với góc ma sát trong ϕ khoảng 7° và độ kết dính C chỉ 0,10 kg/cm², dày khoảng 10m. Lớp đất này không được khảo sát kỹ trong thiết kế năm 2009, dẫn đến tính toán ổn định không chính xác và không phát hiện nguy cơ sạt lở.

3. Tải trọng gia tăng do xây dựng kè và các công trình phụ trợ: Việc gia tải trên thân kè và đỉnh mái làm tăng áp lực đất, gây trượt mái và mất ổn định kết cấu. Thi công không đúng trình tự, như thi công phần trên mái kè trước khi bảo vệ chân kè, cũng góp phần làm mất ổn định.

4. Hiệu quả hạn chế của các giải pháp xử lý hiện tại: Đoạn kè từ K39+425 – K39+455 được xử lý bằng đá hộc với khối lượng 4172 m³ đã ổn định, nhưng đoạn K39+350 – K39+425 vẫn tiếp tục sạt lở, cho thấy cần giải pháp kỹ thuật phù hợp hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sạt lở tại kè Hàm Rồng là sự kết hợp phức tạp giữa yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Dòng chảy mạnh và thủy triều tạo ra áp lực lớn lên chân kè, trong khi địa chất yếu làm giảm khả năng chịu lực của nền móng. So với các nghiên cứu về kè bảo vệ bờ sông tại Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng đồng bằng khác, hiện tượng xói chân kè và sụt lún nền đất yếu là phổ biến, nhưng mức độ nghiêm trọng tại Hàm Rồng cao hơn do đặc điểm địa hình lòng sông sâu và thu hẹp.

Dữ liệu khảo sát địa chất năm 2013 cung cấp thông tin quan trọng để điều chỉnh thiết kế và lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp, khắc phục hạn chế của thiết kế năm 2009. Việc áp dụng các công nghệ mới như vải địa kỹ thuật, thảm đá, công nghệ gia cố nền đất yếu (NeowebTM, cọc xi măng đất) và kết hợp công trình cứng – mềm được đánh giá là hướng đi hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian tại các vị trí khảo sát, bảng phân tích đặc tính cơ lý đất nền và sơ đồ mô phỏng dòng chảy, áp lực tác động lên kè để minh họa rõ ràng nguyên nhân và mức độ ảnh hưởng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Gia cố nền móng bằng công nghệ NeowebTM và cọc xi măng đất

   • Mục tiêu: Tăng cường khả năng chịu lực của nền đất yếu, giảm nguy cơ trượt mái và sụt lún.
   • Thời gian: Triển khai trong vòng 12 tháng.
   • Chủ thể: Ban quản lý dự án phối hợp với các nhà thầu chuyên ngành địa kỹ thuật.

2. Sử dụng thảm đá và vải địa kỹ thuật bảo vệ chân kè

   • Mục tiêu: Ngăn chặn xói lở chân kè, giảm thiểu hiện tượng đá bị cuốn trôi.
   • Thời gian: Thi công đồng bộ với gia cố nền móng, hoàn thành trong 6 tháng.
   • Chủ thể: Nhà thầu xây dựng công trình thủy lợi.

3. Thiết kế lại kết cấu thân kè với bê tông cốt thép và cấu kiện đúc sẵn

   • Mục tiêu: Đảm bảo ổn định tổng thể, tăng tính thẩm mỹ và phù hợp cảnh quan đô thị.
   • Thời gian: 18 tháng, bao gồm khảo sát, thiết kế và thi công.
   • Chủ thể: Viện nghiên cứu xây dựng và đơn vị tư vấn thiết kế.

4. Áp dụng công nghệ thi công tiên tiến, đảm bảo trình tự thi công đúng kỹ thuật

   • Mục tiêu: Tránh thi công phần trên mái kè trước khi bảo vệ chân kè, giảm thiểu rủi ro mất ổn định trong quá trình thi công.
   • Thời gian: Giám sát liên tục trong suốt quá trình thi công.
   • Chủ thể: Chủ đầu tư, tư vấn giám sát và nhà thầu thi công.

5. Kết hợp công trình cứng và công nghệ mềm (trồng cỏ Vetiver, sử dụng vải địa kỹ thuật sinh học)

   • Mục tiêu: Tăng cường ổn định bờ kè, cải thiện môi trường sinh thái và cảnh quan.
   • Thời gian: Triển khai sau khi hoàn thành gia cố cơ bản, trong vòng 6 tháng.
   • Chủ thể: Ban quản lý dự án và các tổ chức môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai

   • Lợi ích: Có cơ sở khoa học để lập kế hoạch, quy hoạch và đầu tư các công trình bảo vệ bờ sông hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do sạt lở.

2. Các đơn vị tư vấn thiết kế và thi công công trình thủy lợi, giao thông

   • Lợi ích: Áp dụng các phương pháp phân tích, tính toán ổn định và giải pháp kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế và thi công kè bảo vệ bờ sông.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng thủy lợi, kỹ thuật môi trường

   • Lợi ích: Tham khảo mô hình nghiên cứu, phương pháp khảo sát và phân tích nguyên nhân sạt lở, đồng thời cập nhật các công nghệ mới trong lĩnh vực bảo vệ bờ sông.

4. Các tổ chức bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

   • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của công trình bảo vệ bờ sông đến môi trường tự nhiên, từ đó đề xuất các giải pháp hài hòa giữa phát triển kỹ thuật và bảo vệ sinh thái.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân chính gây sạt lở kè Hàm Rồng là gì?
   Nguyên nhân chính là sự kết hợp của dòng chảy mạnh, thủy triều và địa chất yếu kém tại đoạn kè. Dòng chảy mùa lũ và thủy triều tạo áp lực lớn lên chân kè, trong khi lớp đất sét mềm yếu làm giảm khả năng chịu lực của nền móng.

2. Tại sao đoạn kè từ K39+350 đến K39+425 bị sạt lở nghiêm trọng hơn các đoạn khác?
   Đoạn này nằm tại vị trí lòng sông bị thu hẹp, đáy sông sâu tới -32m, có lớp đất yếu dày khoảng 10m chưa được khảo sát kỹ trong thiết kế ban đầu, dẫn đến tính toán ổn định không chính xác và thiếu giải pháp gia cố phù hợp.

3. Các giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất để xử lý sạt lở?
   Giải pháp bao gồm gia cố nền móng bằng công nghệ NeowebTM và cọc xi măng đất, sử dụng thảm đá và vải địa kỹ thuật bảo vệ chân kè, thiết kế lại kết cấu thân kè bằng bê tông cốt thép, áp dụng công nghệ thi công đúng trình tự và kết hợp công trình cứng – mềm.

4. Việc sử dụng thực vật như cỏ Vetiver có hiệu quả như thế nào trong bảo vệ bờ sông?
   Cỏ Vetiver có bộ rễ sâu 1-4m, khả năng chịu nước tốt, giúp gia cố đất bờ sông, giảm xói lở và cải thiện môi trường sinh thái. Đây là giải pháp thân thiện môi trường, chi phí thấp và được áp dụng hiệu quả tại nhiều vùng ven sông.

5. Làm thế nào để đảm bảo thi công kè không gây mất ổn định trong quá trình xây dựng?
   Cần tuân thủ trình tự thi công, không thi công phần trên mái kè trước khi bảo vệ chân kè, sử dụng công nghệ thi công tiên tiến như bê tông đổ dưới nước và giám sát chặt chẽ tiến độ, chất lượng thi công.

Kết luận

• Đoạn kè Hàm Rồng từ K39+350 đến K39+425 bị sạt lở nghiêm trọng do tác động kết hợp của dòng chảy mạnh, thủy triều và địa chất yếu kém.
• Thiết kế ban đầu thiếu khảo sát địa chất chi tiết tại vị trí sạt lở, dẫn đến tính toán ổn định không chính xác và thiếu giải pháp gia cố phù hợp.
• Các giải pháp kỹ thuật hiện đại như gia cố nền móng bằng NeowebTM, cọc xi măng đất, sử dụng thảm đá và vải địa kỹ thuật được đề xuất nhằm đảm bảo ổn định và bền vững cho kè.
• Việc kết hợp công trình cứng và công nghệ mềm (thực vật) không chỉ tăng cường ổn định mà còn cải thiện cảnh quan và môi trường sinh thái.
• Tiếp tục theo dõi, khảo sát và giám sát thi công chặt chẽ là cần thiết để đảm bảo hiệu quả lâu dài của công trình.

Triển khai các giải pháp gia cố nền móng và bảo vệ chân kè trong vòng 12-18 tháng, đồng thời áp dụng công nghệ thi công tiên tiến và kết hợp công trình mềm để nâng cao hiệu quả. Các cơ quan quản lý và đơn vị thi công cần phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.

Kêu gọi hành động: Các nhà quản lý, chuyên gia kỹ thuật và cộng đồng địa phương cần quan tâm, hỗ trợ và tham gia vào quá trình xử lý sạt lở kè Hàm Rồng nhằm bảo vệ an toàn cho thành phố Thanh Hóa và phát triển bền vững vùng ven sông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÈ BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ VẤN ĐỀ SẠT LỞ KÈ HÀM RỒNG 1. Tổng quan về các loại công trình bảo vệ bờ sông. Công trình bảo vệ bờ sông là dạng công trình áp dụng tại những nơi cần chống sạt lở, không làm ảnh hưởng đến lòng dẫn. Công trình này làm tăng khả năng chống xói lở của lòng dẫn, không phá hoại kết cấu dòng chảy.

Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông, đặc biệt là về mùa lũ. Công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng để bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến dạng do dòng chảy mặt và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát đi theo những hướng xác định theo mục đích chỉnh trị sông. Công trình bảo vệ bờ sông nằm trong thành phần của tổ hợp công trình chỉnh trị, nhằm bảo vệ các điều kiện làm việc có lợi của một con sông, bảo vệ bờ chống xói lở, bảo vệ dân cư và các khu vực kinh tế văn hóa hai bên bờ sông. Các hình thức công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam 1.

Các loại công trình dân gian, thô sơ Có thể phân chia các loại công trình thô sơ làm 3 dạng: * Trồng cây chống sóng, chống xói, gây bồi bảo vệ bờ Loại cây trồng để bảo vệ bờ gồm có bèo tây (lục bình), dừa nước, mắm (trắng), bần, nga. Riêng ở tỉnh An Giang trên một số kênh hay đê bao chống lũ được bảo vệ mái bằng cỏ Vetiver. * Bảo vệ bờ bằng phên liếp, cọc cừ gỗ Các loại vật liệu để bảo vệ bờ gồm phên tre, phên cừ tràm, cừ tràm hoặc cọc tre, gỗ đóng ken sát nhau. Đôi khi ở phía trong bờ còn có lục bình hoặc trồng cây cỏ.

* Bảo vệ bờ bằng bao tải cát, xà bần đá đổ kết hợp cọc cừ gỗ Các loại vật liệu bảo vệ bờ gồm bao tải cát, xà bần (gạch vỡ), đá đổ, bao đất đắp trên mái bờ tạm thời bảo vệ bờ. Các loại công trình bán kiên cố Công trình bán kiên cố có hai dạng chủ yếu. Một là dạng sử dụng vật liệu đá 4 xây, thảm đá, rọ đá. Hai là dạng sử dụng cọc, cừ bê tông cốt thép (BTCT) kết hợp gạch xây, cừ tràm.

* Dạng sử dụng vật liệu là đá xây, thảm đá, rọ đá Đá là một loại vật liệu chống xói, bảo vệ bờ khá hiệu quả, nhờ có tính chống xói cao (do đường kính hạt lớn), dễ biến dạng trên mặt nền công trình. Tuy vậy, trong môi trường đất nền yếu đá dễ bị chìm vào trong lớp bùn sét nếu không có lớp lọc ngược, hoặc lớp lọc bị hư hỏng. Để khắc phục tình trạng chìm của đá hộc trên nền mềm yếu, ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thường dùng đá xây, rọ đá (gabion) hoặc thảm đá (loại gabion có chiều dày nhỏ - khoảng 30 cm). Đá xây liên kết các viên đá lại thành mảng, nhưng khó biến dạng, thường được dùng ở những khu vực nền ít lún, vững chắc.

Rọ đá hay thảm đá liên kết nhiều viên đá hộc lại với nhau bằng lưới thép (ở ĐBSCL thường dùng lưới thép bọc PVC để tránh ăn mòn trong môi trường phèn, mặn). Thông thường, cả đá hộc, rọ đá hay thảm đá đều được đặt trên tầng lọc ngược để tránh đất cát bị trôi ra ngoài do tác động của dòng thấm. Mái kè được xây dựng cả theo dạng tường đứng, hơi nghiêng hoặc lát trên mái nghiêng. * Dạng sử dụng cọc, cừ BTCT (kết hợp gạch xây, cừ tràm, cọc tre) Những dạng công trình này, thông thường lấy hệ cọc BTCT là kết cấu chịu lực chính.

Hệ cọc bê tông thường được liên kết với nhau bằng đà giằng ở đỉnh cọc (dầm mũ). Có một số công trình, các cọc được đóng thành hai hàng, hàng ngoài nối với hàng trong bằng đà giằng. Khi đó hệ cọc liên kết với nhau theo dạng khung. Bản chắn đất giữa các cọc BTCT, có khu vực dùng bản (cừ) BTCT, có nơi dùng gạch xây và có khi dùng cả cọc tre, tràm đóng ken sát nhau để chắn đất.

Các loại công trình kiên cố * Kè rọ đá, đá xây kết hợp bê tông Vật liệu liệu chính là đá hộc, được liên kết với nhau để chịu lực (xây vữa) hoặc để chống chìm trong đất yếu bằng cách xếp trong rọ đá hay thảm đá. Vật liệu chế tạo rọ và thảm thường là loại lưới thép bọc PVC, phù hợp với môi trường phèn, mặn. * Kè bê tông cốt thép mái nghiêng hoặc nửa đứng nửa nghiêng 5 Kết cấu chính của kè dạng này là tường bê tông cốt thép có dạng nửa đứng nửa nghiêng. Kết cấu phần đứng đảm bảo tiết kiệm quỹ đất do công trình xây dựng hầu hết ở các khu đô thị hay khu tập trung dân cư, nơi đất đai được coi là “tấc đất tấc vàng”.

Ngoài ra, phần tường đứng thuận lợi cho việc neo đậu thuyền bè ở “mặt tiền sông”, phù hợp với tập quán khai thác thế mạnh của sông nước. Mái kè còn lại là mái nghiêng bảo đảm sát với mái bờ sông tự nhiên, giảm khối lượng đào đắp và giảm được tác động của lực ngang. Phần chân của mái nghiêng ra phía lòng sông thường được bảo vệ bằng thảm đá, rọ đá, hoặc thảm bê tông để chống xói, bảo đảm cho chân kè ổn định. * Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo Kè bê tông cốt thép tường đứng không neo được xây dựng ở những khu vực khó di dời, giải tỏa, không còn quỹ đất.

Kết cấu của kè là loại cừ bản bê tông cốt thép hoặc cừ BTCT dự ứng lực, loại vật liệu chịu được lực ngang lớn. * Kè bê tông cốt thép, cừ thép tường đứng có neo Kè bê tông cốt thép hoặc kè bằng thép có neo được xây dựng ở những khu vực có mặt bằng rộng rãi, có thể giải tỏa để bố trí hệ thanh neo, dây neo. Kết cấu kè hợp lý hơn do lực ngang được giữ bởi neo trong bờ, giảm được chuyển vị ngang ở đỉnh kè. * Kè kết hợp tác động vào lòng dẫn và dòng chảy Kè kết hợp nhiều biện pháp chỉnh trị thực chất là kè tác động không chỉ vào lòng dẫn (biện pháp bị động) mà còn tác động vào cả dòng chảy (biện pháp chủ động) làm giảm vận tốc dòng chảy để bảo vệ bờ.

Các điều kiện làm việc của kè bảo vệ bờ sông - Kè chịu áp lực đất nằm ngang, áp lực nước ngầm trong đất, chân kè bị xói lở dẫn đến kè mất ổn định theo phương ngang. - Chịu áp lực theo phương đứng. Phần bảo vệ chân kè chưa đủ sâu dưới tác động của dòng chảy trong sông rạch, khi đó, chân kè bị xói rỗng, mái bờ kè bị lún, sụt kéo theo đất, cát theo phương đứng ra ngoài làm sụp mái kè, mất ổn định do xói chân kè, nhưng phương ngang của kè vẫn ổn định. 6 - Kè mất ổn định do kết cấu.

Do nền đất yếu, các khung bê tông cốt thép bị chuyển vị lớn, bị nứt sau đó cốt thép bị phá hoại và bị ăn mòn. Hoặc do lớp bảo vệ cốt thép nhỏ, kết cấu bị hư hại ngay trong quá trình lắp đặt, vận chuyển hoặc sẽ mau chóng bị xâm thực. - Kè chịu đồng thời nhiều áp lực. Không được tính toán khả năng xói chân kè dưới tác dụng của dòng chảy, sau một thời gian nhất định, chân kè bị xói và kè bị mất ổn định do tác động của lực ngang và lực đứng hoặc tải trọng trên bờ quá lớn so với khả năng chịu lực của kè.

Quá trình thi công không đúng trình tự, làm kè không chịu được tải trọng trong quá trình thi công, do công trình thi công phần trên mái kè trước, trong khi chân kè chưa được bảo vệ, làm cho tường kè mất ổn định. Các dạng hư hỏng phổ biến của kè bảo vệ bờ sông 1. Chưa có quy hoạch tổng thể Hầu hết các công trình đã thi công chưa có quy hoạch chỉnh trị tổng thể của sông cũng như đoạn sông nơi có công trình, chưa lường trước những diễn biến phức tạp do công trình gây ra đối với bản thân nó cũng như các khu vực lân cận. Ví dụ về hậu quả của vấn đề này trình bày trên Hình 1.1 - Hệ tường cừ thép có neo bảo vệ bờ sông tại phà Cần Thơ - Bình Minh, Vĩnh Long, sông Hậu, xây dựng chưa theo tuyến chỉnh trị, làm dòng chảy phân bố không đều, dễ gây xói cục bộ ở chân điểm nhô ra của kè.

Công trình kè bờ khu vực bến phà Cần Thơ, tuyến chỉnh trị chưa đạt Ngay cả các công trình kè khác đã xây dựng trên các dòng sông chính đã thiết kế và xây dựng, nhưng quy hoạch chỉnh trị tổng thể của các đoạn sông thì hoặc chưa có hoặc chưa được phê duyệt để bảo đảm quản lý, kiểm soát các công trình có liên quan sẽ xây dựng. Cũng liên quan đến tuyến chỉnh trị là việc xác định phạm vi công trình. Chiều dài công trình thường chưa được xác định một cách thỏa đáng. Một nguyên nhân cơ bản là do kinh phí có hạn, cho nên chiều dài công trình chưa đủ đến vị trí sông ổn định.

Xác định chiều dài của công trình rất khó tính toán trên lý thuyết, nhất là đối với hệ thống sông chịu tác động của dòng chảy hai chiều (thủy triều). Mất ổn định cục bộ do xói chân kè a. Mất ổn định cục bộ theo phương ngang Do xói chân kè làm lực ngang tăng lên vượt quá giới hạn cho phép của tường cừ. Lực ngang gây ra bởi hai nguyên nhân: một là áp lực đất chủ động, hai là áp lực nước thấm.

Áp lực đất chủ động tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu từ đỉnh đến chân kè. Nếu gọi áp suất chủ động là p và áp lực chủ động là P ta nhận được các công thức sau từ cơ học đất: 8 ϕ p = γ .h 2 tan 2 (45o − ) 2 2 Trong đó: + γ là trọng lượng riêng của đất; + h là cột đất tính từ mặt đất đến điểm tính áp lực chủ động + ϕ là góc ma sát trong của đất. Trong trường hợp không có tầng lọc hoặc tầng lọc không bảo đảm thoát nước thấm, áp lực nước trong đất cũng gia tăng theo luỹ thừa bậc hai của chiều sâu tính từ mực nước ngầm trong đất đến mực nước ngoài sông. Khi chân kè bị xói, lực ngang tăng vượt quá giới hạn chịu lực ngang của tường kè, làm kè bị xô ngang, hoặc nếu kè có thanh neo, thì thanh neo không đủ sức giữ kè và kè bị đổ nghiêng ra sông.