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

Nghiên cứu chi tiết nguyên nhân sạt lở kè Hàm Rồng, Thanh Hóa. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật xử lý hiệu quả nhằm đảm bảo ổn định lâu dài cho công trình.

Trường đại học

Đại học Thủy lợi

Chuyên ngành

Kỹ thuật xây dựng

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận văn

2014

108
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Tóm tắt

I. Hiện trạng sạt lở kè Hàm Rồng và mức độ ảnh hưởng

Sự cố sạt lở kè Hàm Rồng là một vấn đề cấp thiết, đe dọa trực tiếp đến an toàn của các công trình hạ tầng trọng yếu và đời sống người dân. Kè Hàm Rồng tọa lạc tại tỉnh Thanh Hóa, trên tuyến đê hữu kè sông Mã, đoạn từ K39+350 – K40+742. Đây là công trình đê cấp I, có nhiệm vụ chiến lược trong việc bảo vệ an toàn chống lũ cho toàn bộ thành phố Thanh Hóa, Quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc - Nam. Công trình không chỉ có vai trò thủy lợi mà còn là một phần quan trọng của cảnh quan cửa ngõ phía Bắc thành phố. Tuy nhiên, sau khi hoàn thành và đưa vào sử dụng vào tháng 4/2011, đoạn kè dài 75m từ K39+350 đến K39+425 đã nhanh chóng xuất hiện các dấu hiệu mất ổn định nghiêm trọng. Trận lũ tháng 9/2012 đã khởi đầu cho quá trình sạt trượt đất. Ban đầu là các vết rạn nứt nhỏ trên hành lang và mái kè. Các vết nứt này phát triển nhanh chóng, lan rộng đến 15-20cm, gây đứt gãy cả phần mặt bãi, tường chắn đất và cơ kè. Tình trạng sụt lún ngày càng trở nên trầm trọng. Theo ghi nhận tại hiện trường sạt lở, vào tháng 12/2012, chân kè đã tụt sâu khoảng 0,8m. Chỉ một năm sau, vào tháng 12/2013, có những vị trí tụt sâu tới 2,5m so với cao độ ban đầu. Thiệt hại do sạt lở không chỉ phá hủy kết cấu công trình mà còn gây tâm lý bất an, ảnh hưởng đến an toàn giao thông và làm mất mỹ quan đô thị. Sự cố này đòi hỏi các cơ quan chức năng, bao gồm Sở Giao thông Vận tảiban quản lý dự án, phải khẩn trương tìm kiếm một phương án xử lý khẩn cấp để đảm bảo an toàn đê điều và ổn định lâu dài cho khu vực.

1.1. Vị trí chiến lược và nhiệm vụ bảo vệ của kè sông Mã

Kè Hàm Rồng là một phần của tuyến đê hữu sông Mã, được xếp hạng là công trình đê cấp I. Vị trí của kè có tầm quan trọng đặc biệt, nằm ngay cửa ngõ phía Bắc của thành phố Thanh Hóa, một trung tâm kinh tế, chính trị và văn hóa của tỉnh Thanh Hóa. Nhiệm vụ chính của kè là đảm bảo an toàn đê điều, phòng chống lũ lụt cho toàn bộ thành phố, nơi tập trung đông dân cư và nhiều cơ quan ban ngành. Bên cạnh đó, kè còn bảo vệ các tuyến giao thông huyết mạch quốc gia gồm Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc - Nam. Do đó, bất kỳ sự cố nào xảy ra tại đây đều có thể gây ra những thiệt hại do sạt lở vô cùng lớn, ảnh hưởng không chỉ đến kinh tế địa phương mà còn đến an ninh và an toàn giao thông của cả khu vực. Tầm quan trọng này đòi hỏi công tác thiết kế, thi công và quản lý kè phải được thực hiện với tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhất.

1.2. Diễn biến quá trình sạt trượt đất tại hiện trường sạt lở

Quá trình sạt trượt đất tại kè Hàm Rồng diễn ra nhanh chóng và phức tạp. Sau trận lũ tháng 9/2012, đoạn kè từ K39+350 đến K39+425 bắt đầu xuất hiện các vết rạn nứt trên mặt bãi và hành lang. Các vết nứt này không có dấu hiệu dừng lại mà ngày càng phát triển về quy mô. Chúng lan rộng, gây đứt gãy các cấu kiện bê tông của mái kè và tường chắn. Hiện trường sạt lở cho thấy sự sụt lún nghiêm trọng theo phương thẳng đứng. Các cuộc khảo sát quan trắc sạt lở được tiến hành liên tục. Kết quả cho thấy mức độ sụt lún tăng dần theo thời gian, từ 0,8m vào cuối năm 2012 lên đến 2,5m vào cuối năm 2013 tại một số điểm. Sự biến dạng của công trình không chỉ là sụt lún mà còn bao gồm cả sự dịch chuyển ngang, đẩy kết cấu kè về phía lòng sông, cho thấy nguy cơ mất ổn định tổng thể là rất cao.

II. Phân tích nguyên nhân gây sạt lở kè Hàm Rồng chi tiết

Việc xác định chính xác nguyên nhân gây ra sự cố sạt lở kè Hàm Rồng là bước đi tiên quyết để đề ra giải pháp xử lý phù hợp. Quá trình phân tích chuyên sâu đã chỉ ra sự kết hợp của nhiều yếu tố bất lợi, từ điều kiện tự nhiên đến các vấn đề trong quá trình thiết kế và thi công. Nguyên nhân hàng đầu là ảnh hưởng của dòng chảy tại khu vực. Đoạn sông Mã qua cầu Hàm Rồng bị thu hẹp đột ngột bởi hai bên là núi đá, kết hợp với các mố trụ cầu, tạo ra một nút thắt cổ chai. Điều này khiến dòng chảy tập trung, vận tốc tăng cao và gây xói mòn bờ sông cực kỳ mạnh mẽ. Đáy sông bị xói sâu bất thường, có nơi lên đến -32m, tạo ra một mái dốc lớn và không ổn định từ bờ ra lòng sông. Yếu tố thứ hai, và cũng là yếu tố mang tính quyết định, là điều kiện địa chất thủy văn phức tạp. Tài liệu khảo sát địa chất năm 2013 tại chính vị trí sạt lở đã phát hiện một lớp sét yếu (ký hiệu 4a) ở độ sâu từ mặt bãi xuống, có chỉ tiêu cơ lý rất kém (ϕ = 7°20’; C = 0,10 KG/cm2). Lớp đất yếu này không được phát hiện trong thiết kế ban đầu do hồ sơ thiết kế đã sử dụng số liệu khảo sát từ một vị trí khác, cách đó khoảng 200m. Nguyên nhân thứ ba là việc gia tăng tải trọng đột ngột lên nền đất yếu. Việc xây dựng kết cấu công trình kè mới với khối lượng lớn đã tạo ra một áp lực đáng kể lên mái bờ, trong khi nền đất bên dưới không đủ khả năng chịu tải. Sự kết hợp giữa nền địa chất yếu, áp lực từ công trình và sự xói mòn bờ sông liên tục ở chân kè đã phá vỡ trạng thái cân bằng, dẫn đến cung trượt sâu và gây ra hiện tượng sạt trượt đất trên diện rộng.

2.1. Tác động từ điều kiện địa chất thủy văn phức tạp

Một trong những nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sạt lở kè Hàm Rồng là sự phức tạp của địa chất thủy văn. Kết quả khoan khảo sát bổ sung vào tháng 7/2013 đã hé lộ một sự thật quan trọng: bên dưới đoạn kè sạt lở tồn tại một lớp đất sét màu xám xanh, trạng thái dẻo mềm, kết cấu yếu, xen kẹp các thấu kính á cát mịn. Lớp đất này có chiều dày khoảng 10m và là nguyên nhân chính làm giảm sức kháng trượt của toàn bộ mái bờ. Điều đáng nói là trong hồ sơ thiết kế năm 2009, các tính toán ổn định lại dựa trên số liệu địa chất tại vị trí K39+610, nơi có các chỉ tiêu cơ lý tốt và ổn định. Sự thiếu sót trong công tác khảo sát địa chất tại đúng vị trí xây dựng đã dẫn đến việc đánh giá sai về khả năng chịu tải của nền đất, gây ra hậu quả nghiêm trọng.

2.2. Ảnh hưởng của dòng chảy và xói mòn bờ sông Mã

Vị trí kè Hàm Rồng nằm ở một đoạn sông cong và bị co hẹp, tạo ra chế độ thủy lực vô cùng bất lợi. Ảnh hưởng của dòng chảy mùa lũ kết hợp với tác động của thủy triều làm cho dòng chủ lưu luôn ép sát vào bờ hữu, gây ra hiện tượng xói mòn bờ sông liên tục. Đáy sông tại khu vực này bị khoét sâu một cách bất thường, hình thành một mái dốc ngầm dưới nước có độ dốc lớn. Quá trình xói lở này làm mất vật liệu ở chân kè, giảm lực chống đỡ và tăng nguy cơ mất ổn định. Khi chân kè bị xói rỗng, toàn bộ khối đất và kết cấu kè phía trên có xu hướng trượt xuống theo cung trượt sâu, đặc biệt khi có thêm tải trọng từ công trình mới xây dựng. Đây là một cơ chế phá hoại điển hình của các công trình bảo vệ bờ trên các đoạn sông có diễn biến lòng dẫn phức tạp.

2.3. Vấn đề gia tải và chất lượng thi công công trình

Việc xây dựng một kết cấu công trình kè kiên cố đã làm gia tăng đáng kể tải trọng lên mái bờ. Trước khi xây dựng, mái bờ sông tồn tại ở trạng thái ổn định tương đối. Tuy nhiên, việc đắp đất, xây tường chắn và lát mái bê tông đã tạo ra một áp lực thẳng đứng lớn lên một nền đất vốn đã yếu. Tải trọng này làm tăng ứng suất trượt dọc theo mặt trượt tiềm năng trong lớp đất yếu. Mặc dù tài liệu không đề cập trực tiếp đến chất lượng thi công, việc thi công trên một nền tảng địa chất không được đánh giá đúng cũng là một rủi ro. Quá trình thi công có thể đã không tuân thủ đúng trình tự, ví dụ như thi công phần trên mái trước khi gia cố chân kè, càng làm trầm trọng thêm tình trạng mất ổn định. Sự kết hợp giữa tải trọng công trình và nền đất yếu đã trở thành giọt nước làm tràn ly, kích hoạt cơ chế sạt trượt đất.

III. Các giải pháp kỹ thuật xử lý và gia cố nền đất kè

Để khắc phục sự cố sạt lở tại kè Hàm Rồng, một hệ thống các giải pháp kỹ thuật toàn diện đã được nghiên cứu và đề xuất, tập trung vào việc xử lý gốc rễ của vấn đề là nền đất yếu và áp lực mái dốc. Nguyên tắc chung khi xử lý là phải đảm bảo tính ổn định tổng thể, đồng thời phù hợp với điều kiện thi công phức tạp và hài hòa với cảnh quan. Giải pháp trọng tâm đầu tiên là xử lý nền và mái kè để giảm tải và tăng sức kháng trượt. Cụ thể, phương án đề xuất bao gồm việc bạt mái, giảm tải trọng tác động lên cung trượt. Bằng cách hạ thấp cao độ và giảm độ dốc của phần mái kè phía trên, áp lực gây trượt sẽ được giảm thiểu một cách đáng kể. Đồng thời, một cơ kè mới được tạo ra ở cao độ thấp hơn. Cơ kè này có tác dụng như một khối phản áp, tăng trọng lượng ở chân cung trượt, từ đó làm tăng mô men chống trượt và cải thiện hệ số ổn định. Đây là một biện pháp gia cố nền đất hiệu quả, giúp tái lập lại trạng thái cân bằng cho mái dốc. Các giải pháp này không chỉ giải quyết vấn đề trước mắt mà còn hướng đến sự ổn định lâu dài. Việc gia cố nền đất bằng các phương pháp cơ học, kết hợp với việc thiết kế lại hình dạng hình học của mái kè, là cách tiếp cận khoa học và bền vững. Toàn bộ quá trình này đòi hỏi phải tính toán kỹ lưỡng dựa trên số liệu địa chất thủy văn mới nhất để đảm bảo phương án xử lý khẩn cấp mang lại hiệu quả cao nhất, tái lập an toàn đê điều cho khu vực trọng yếu này.

3.1. Nguyên tắc chung trong việc khắc phục sự cố sạt lở

Việc khắc phục sự cố sạt lở kè Hàm Rồng phải tuân thủ các nguyên tắc kỹ thuật nghiêm ngặt. Thứ nhất, mọi giải pháp phải dựa trên kết quả khảo sát, đánh giá chi tiết về hiện trường sạt lở, đặc biệt là các thông số địa chất thủy văn và thủy lực. Thứ hai, ưu tiên các giải pháp xử lý tận gốc nguyên nhân gây mất ổn định, thay vì chỉ sửa chữa bề mặt. Điều này bao gồm việc gia cố nền đất, giảm tải và bảo vệ chân kè khỏi xói mòn bờ sông. Thứ ba, kết cấu công trình mới phải đảm bảo độ bền, ổn định lâu dài dưới các tác động bất lợi của dòng chảy và biến đổi khí hậu. Cuối cùng, giải pháp phải khả thi về mặt thi công trong điều kiện vừa phải đảm bảo an toàn giao thông vừa chịu ảnh hưởng của thủy triều.

3.2. Phương án giảm tải và tạo cơ kè để ổn định mái dốc

Một trong những giải pháp kỹ thuật chính được đề xuất là thay đổi hình dạng mặt cắt kè để cải thiện sự ổn định. Phương án này bao gồm hai hạng mục chính: giảm tải phần trên và tạo cơ phản áp ở phần dưới. Giảm tải được thực hiện bằng cách bạt mái, tức là hạ thấp cao độ đỉnh kè và giảm độ dốc của mái kè. Hành động này trực tiếp làm giảm thành phần lực gây trượt của khối đất. Song song đó, một cơ kè rộng được xây dựng ở chân mái dốc. Cơ kè này hoạt động như một đối trọng, tạo ra một lực phản áp lên chân của cung trượt tiềm năng. Sự kết hợp của việc giảm lực gây trượt và tăng lực chống trượt giúp hệ số an toàn của mái dốc tăng lên đáng kể, đảm bảo ổn định tổng thể cho công trình.

IV. Phương pháp xử lý kết cấu và chân kè Hàm Rồng tối ưu

Bên cạnh việc xử lý nền móng, việc thiết kế lại kết cấu công trình kè và chân kè là yếu tố sống còn để đảm bảo sự ổn định bền vững cho kè Hàm Rồng. Một phương án tổng thể đã được xây dựng, tập trung vào việc chống lại tác nhân gây hại chính là xói mòn bờ sông và tăng cường sức chịu tải của bản thân công trình. Giải pháp xử lý phần chân kè, khu vực thường xuyên ngập nước và chịu tác động mạnh nhất của dòng chảy, được đặc biệt chú trọng. Phương án đề xuất sử dụng các cấu kiện bê tông đúc sẵn có kích thước lớn (40x40x22cm) kết hợp với đá hộc thả chân. Các cấu kiện bê tông này được lắp đặt thành một thảm dày ở chân kè, có tác dụng như một lớp áo giáp bảo vệ, ngăn không cho dòng chảy cuốn trôi vật liệu nền bên dưới. Lớp đá hộc thả bổ sung có vai trò tiêu năng và lấp đầy các hố xói cục bộ, tạo ra một chân kè vững chắc và ổn định. Đối với phần thân kè, giải pháp kỹ thuật là thay thế kết cấu cũ bằng một hệ thống lát mái mới, thống nhất và kiên cố hơn. Các tấm lát mái được thiết kế để liên kết chặt chẽ với nhau và với lớp đệm bên dưới, ngăn ngừa hiện tượng nước thấm phá hoại ngầm. Toàn bộ phương án xử lý khẩn cấp này được tính toán cẩn thận để đảm bảo sự đồng bộ giữa các bộ phận, từ chân kè, mái kè đến đỉnh kè. Việc lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công cũng được cân nhắc để đẩy nhanh tiến độ và khắc phục sự cố một cách hiệu quả, sớm trả lại sự an toàn cho tuyến đê huyết mạch của tỉnh Thanh Hóa.

4.1. Giải pháp xử lý phần chân kè ngập nước chống xói lở

Chân kè là vị trí xung yếu nhất, chịu trực tiếp ảnh hưởng của dòng chảy. Để chống xói mòn bờ sông hiệu quả, giải pháp kỹ thuật đề xuất tập trung vào việc gia cố kiên cố phần chân kè ngập nước. Phương án sử dụng một thảm bảo vệ bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn, liên kết với nhau để tạo thành một mảng lớn, ổn định. Bên dưới lớp bê tông này là các lớp lọc ngược bằng vải địa kỹ thuật và đá dăm, có tác dụng ngăn không cho các hạt đất mịn của nền bị dòng thấm cuốn đi. Ngoài ra, một khối lượng lớn đá hộc được thả ở mép ngoài của thảm bê tông để phá vỡ năng lượng dòng chảy và chống xói sâu. Biện pháp này tạo ra một chân đế vững chắc, ngăn chặn hiệu quả quá trình xói ngầm – nguyên nhân chính gây sụt lún và mất ổn định kè.

4.2. Thiết kế kết cấu thân kè mới bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn

Kết cấu công trình thân kè được thiết kế lại hoàn toàn. Thay vì các kết cấu chắp vá, một hệ thống mái kè đồng bộ được áp dụng. Mái kè được lát bằng các tấm bê tông, bên dưới là lớp đệm và tầng lọc ngược. Việc sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn cho phép kiểm soát chất lượng thi công tốt hơn và đẩy nhanh tiến độ. Thiết kế này không chỉ tăng cường khả năng chống xói của bề mặt mái mà còn cải thiện khả năng thoát nước ngầm, giảm áp lực nước lỗ rỗng bên trong thân kè, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ổn định, đặc biệt là khi mực nước sông rút nhanh sau lũ.

4.3. Đề xuất phương án xử lý khẩn cấp và tổng thể cho toàn đoạn

Một phương án xử lý khẩn cấp và tổng thể được đề xuất cho toàn bộ đoạn kè 75m bị sạt lở. Phương án này là sự tích hợp của các giải pháp thành phần: giảm tải bạt mái, tạo cơ kè phản áp, gia cố chân kè bằng thảm bê tông và đá hộc, và xây dựng lại thân kè. Sơ đồ tổng thể đảm bảo sự liên kết chặt chẽ và chuyển tiếp hợp lý giữa các bộ phận của công trình, tạo thành một hệ thống phòng thủ vững chắc. Phương án này được xem là tối ưu vì nó giải quyết đồng thời cả nguyên nhân (nền đất yếu, xói lở chân) và hậu quả (kết cấu bị phá hủy), hướng tới mục tiêu cao nhất là đảm bảo an toàn đê điều một cách bền vững.

V. Phân tích kết quả tính toán ổn định kè Hàm Rồng mới

Để kiểm chứng hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất, công tác tính toán, kiểm tra ổn định tổng thể cho kết cấu công trình kè mới đã được thực hiện một cách chi tiết. Việc phân tích này sử dụng các phần mềm chuyên dụng, dựa trên các số liệu đầu vào từ kết quả khảo sát địa chất thủy văn năm 2013 và các thông số thiết kế của phương án xử lý. Nhiều trường hợp tính toán khác nhau đã được xem xét để đánh giá sự ổn định của kè trong những điều kiện làm việc bất lợi nhất. Các trường hợp này bao gồm: trạng thái cuối thi công, trạng thái mực nước lũ thiết kế và trạng thái mực nước sông rút nhanh đột ngột. Đây là những kịch bản có thể gây ra ứng suất lớn nhất cho công trình và nền đất. Phương pháp tính toán ổn định tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành, phân tích cung trượt tiềm năng để xác định hệ số an toàn nhỏ nhất. Kết quả tính toán cho thấy, với phương án xử lý mới (bao gồm giảm tải, tạo cơ kè và gia cố chân), hệ số an toàn trong tất cả các trường hợp kiểm tra đều đạt và vượt yêu cầu của quy phạm. Điều này khẳng định rằng giải pháp được đề xuất là hoàn toàn hiệu quả trong việc khắc phục sự cố và đảm bảo ổn định lâu dài cho kè. Các phân tích cũng chỉ ra rằng việc gia cố chân kè và tạo cơ phản áp có vai trò quyết định trong việc nâng cao hệ số an toàn. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học vững chắc để ban quản lý dự án và các cơ quan chức năng phê duyệt và triển khai phương án xử lý khẩn cấp, góp phần đảm bảo an toàn đê điềuan toàn giao thông cho khu vực.

5.1. Các trường hợp và phương pháp tính toán ổn định tổng thể

Quá trình tính toán ổn định được thực hiện cho nhiều trường hợp tải trọng khác nhau nhằm mô phỏng các điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất của kè. Cụ thể, ba trường hợp chính được phân tích: Trường hợp 1, ổn định ở mực nước lũ thiết kế (+6.80m), tương ứng với trạng thái chịu áp lực nước lớn nhất. Trường hợp 2, ổn định ở cuối thời kỳ xây dựng, khi công trình chịu toàn bộ tải trọng tĩnh. Trường hợp 3, trường hợp nguy hiểm nhất là khi mực nước sông rút nhanh từ cao trình lũ về mực nước kiệt, gây ra áp lực nước lỗ rỗng lớn trong thân kè và nền đất. Phương pháp phân tích ổn định sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật hiện đại, cho phép xác định cung trượt nguy hiểm nhất và hệ số an toàn tương ứng.

5.2. Đánh giá hiệu quả của giải pháp qua phân tích kết quả

Kết quả tính toán là bằng chứng xác thực nhất về hiệu quả của các giải pháp đề xuất. Trong mọi trường hợp phân tích, hệ số ổn định của kết cấu kè sau khi xử lý đều lớn hơn hệ số an toàn yêu cầu theo tiêu chuẩn. Điều này cho thấy các biện pháp như giảm tải mái dốc, tạo cơ phản áp và đặc biệt là gia cố nền đất và chân kè đã có tác dụng rõ rệt trong việc tăng sức kháng trượt của khối đất. So sánh với kết quả tính toán cho thiết kế cũ trên nền địa chất thực tế (cho thấy hệ số an toàn rất thấp), sự khác biệt này càng khẳng định tính đúng đắn của phương án xử lý khẩn cấp đã lựa chọn. Các phân tích đã chứng minh rằng công trình sau khi sửa chữa có đủ khả năng chống chịu các tác động bất lợi từ dòng chảy và thủy triều.

VI. Bài học từ sạt lở kè Hàm Rồng và các kiến nghị

Sự cố sạt lở kè Hàm Rồng để lại nhiều bài học kinh nghiệm quý báu cho công tác quản lý, thiết kế và thi công các công trình bảo vệ bờ sông, đặc biệt tại những khu vực có điều kiện tự nhiên phức tạp. Bài học lớn nhất là tầm quan trọng của công tác khảo sát, đặc biệt là khảo sát địa chất thủy văn. Việc bỏ qua hoặc thực hiện sơ sài công tác khảo sát địa chất tại chính vị trí xây dựng đã dẫn đến một sai lầm nghiêm trọng trong thiết kế, không lường trước được sự tồn tại của lớp đất yếu và dẫn đến thiệt hại do sạt lở. Điều này nhấn mạnh rằng, chi phí cho khảo sát kỹ lưỡng luôn nhỏ hơn rất nhiều so với chi phí để khắc phục sự cố. Bài học thứ hai liên quan đến việc đánh giá toàn diện ảnh hưởng của dòng chảy và các yếu tố thủy lực. Vị trí co hẹp lòng sông, xói sâu cục bộ là những yếu tố cần được mô hình hóa và phân tích cẩn thận để có giải pháp bảo vệ chân kè phù hợp. Từ những phân tích này, một số kiến nghị quan trọng được đưa ra. Trước hết, cần phải luật hóa và tăng cường giám sát yêu cầu khảo sát địa chất chi tiết cho mọi công trình đê kè cấp I. Thứ hai, cần xây dựng một hệ thống quan trắc sạt lở thường xuyên cho các vị trí trọng yếu như kè Hàm Rồng. Việc quan trắc dịch chuyển, sụt lún và biến dạng lòng sông sẽ giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường và có biện pháp can thiệp kịp thời. Cuối cùng, cần có một quy hoạch chỉnh trị tổng thể cho các đoạn sông phức tạp để các công trình xây dựng sau này không gây ra những tác động tiêu cực, đảm bảo sự phát triển bền vững và an toàn đê điều lâu dài.

6.1. Hạn chế trong công tác khảo sát địa chất và thiết kế ban đầu

Hạn chế lớn nhất và là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự cố chính là sự thiếu sót trong công tác khảo sát địa chất. Hồ sơ thiết kế năm 2009 đã sử dụng dữ liệu địa chất từ một mặt cắt cách xa vị trí sạt lở, nơi có điều kiện đất nền tốt. Việc này đã bỏ qua sự tồn tại của lớp đất sét dẻo mềm, kết cấu yếu ngay tại vị trí xây dựng. Sai lầm trong khâu đầu vào đã dẫn đến các tính toán ổn định không còn chính xác, làm cho kết cấu công trình được thiết kế không đủ khả năng chịu tải trên nền đất thực tế. Đây là một bài học đắt giá về tầm quan trọng của việc đầu tư đúng mức cho công tác khảo sát, nền tảng của mọi dự án xây dựng.

6.2. Kiến nghị về công tác quan trắc sạt lở và bảo trì công trình

Để ngăn ngừa các sự cố tương tự trong tương lai, việc thiết lập một hệ thống quan trắc sạt lở là vô cùng cần thiết. Hệ thống này nên bao gồm việc lắp đặt các mốc quan trắc lún, nghiêng trên thân kè và khảo sát định kỳ mặt cắt lòng sông tại các vị trí xung yếu. Dữ liệu quan trắc sẽ giúp các nhà quản lý theo dõi sát sao diễn biến của công trình và lòng sông, từ đó đưa ra cảnh báo sớm. Bên cạnh đó, công tác bảo trì, duy tu công trình cần được thực hiện thường xuyên, không chỉ sau khi có sự cố. Việc kiểm tra và sửa chữa kịp thời các hư hỏng nhỏ sẽ giúp kéo dài tuổi thọ công trình và đảm bảo an toàn đê điều một cách chủ động.

04/10/2025

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.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ