LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Khoa Công trình
Tên tác giả: Phạm Văn Long
Học viên cao học: CH19C21
Người hướng dẫn: PGS – TS Nguyễn Quang Hùng
Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý bảo vệ mái đê
sông có độ dốc lớn ở Quảng Ninh”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông
tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu
trong luận v
ăn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào trước đây.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Phạm Văn Long LỜI CẢM ƠN
Tác giải xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Thủy lợi; đặc
biệt là các cán bộ, giảng viên khoa Công trình, phòng Đào tạo đại học và sau
đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Đặc biệt tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Nguyễn
Quang Hùng đã hết lòng ủng hộ và hướng d

1.2.4 Kè mỏ hàn chống xói lở bờ sông bằng ốngbuy đổ đá hộc 15
1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái 16
1.2.6 Sự hư hỏng của tường đá xây 18
1.2.7Cừ thép bảo vệ mái. 18
1.3Tình hình hư hỏng đê hàng năm 19
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU BẢO V
Ệ MÁI
SÔNG 22
2.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm ổn định trong đê và mái sông 22
2.2 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu thấm qua đê trong trường hợp lũ rút 24
2.3 Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn 29
2.3.1 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH. 29
2.3.2 Giải bài toán thấm bằng phương pháp PTHH: 31
2.3.3 Đường bão hòa của đê đất đồ
ng chất khi mực nước hạ thấp 32
2.4 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp ngâm lũ . 35
2.4.1 Phương pháp tính toán trượt cung tròn 35
2.4.2 Phương pháp tổng ứng lực 36
2.4.3 Phương pháp ứng lực hữu hiệu 36
2.5 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ổn định đê trong trường hợp lũ rút 37

2.6 Phân tích ổn định khi có xét đến mực nước dao động ( mực nước rút
nhanh) 38
2.6.1 Nguyên lý chung 38
2.6.2 Những giả thiết chung của phương pháp 39
2.7 Kết luận chương: 45
CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÁC KẾT CẤU BẢO VỆ KÈ PHÙ HỢP CHO
KÈ SÔNG KA LONG 46
3.1 Giới thiệu công trình. 46
3.1.1 Tên, vị trí và phạm vi xây dựng công trình 46

ổn định 24
Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực kẽ rỗng 28
Hình 2.4: Rời rạc hóa miền xác định 30
Hình 2.5: Tính toán đường bão hòa khi mực nước hạ xuống 35
Hình 2.6: Tính toán theo phương pháp trượt cung tròn 35
Hình 2.7: Sơ đồ chia lát tính toán ổn định 40
Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu phương án 1 47
Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu phương án 2 48
Hình 3.3: Sơ đồ và kết qu
ả tính toán ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA1 50
Hình 3.4 : Sơ đồ và kết quả tính toán ổn định tổng thể, tổ hợp lực cơ bản PA2 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Các giả thiết của một số phương pháp đại biểu 42
Bảng 3.1: Kết quả nghiên cứu hệ số ổn định K với các tổ hợp lực 50
Bảng 3.2: Kết quả K theo thời gian 52
Bảng 3.2 Kết quả K theo thời gian. 54
Bảng 3.3 Kết quả K theo thời gian 56
Bảng 3.4 Kết quả K theo th
ời gian 57
Bảng 3.5Kết quả K theo thời gian 59
Bảng 3.6Kết quả K theo thời gian 61
Bảng 3.7 : Kết quả K theo thời gian 62
Bảng 3.8 Kết quả K theo thời gian 63
Bảng 3.9Kết quả K theo thời gian 65
Biểu đồ 3.1: Quan hệ K ~ t mái trên, phương án 1 53
Biểu đồ 3.2 Quan hệ K ~ t mái dưới, phương án 1 54

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI DỐC
THƯỢNG LƯU ĐÊ SÔNG
1.1 Tổng quan về đê sông ở Việt Nam và ở vùng Quảng Ninh
Ở miền Bắc có hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, miền Trung có hệ
thống sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia Thu Bồn, sông Vệ, sông Trà Khúc,
sông Côn, sông Ba, sông Cái Nha Trang; miền Nam có sông Đồng Nai, sông
Bé, sông Cửu Long Các hệ thống sông này hàng năm đã cung cấp cho
chúng ta nguồn nước quí giá để phục vụ đờ
i sống con người và phát triển nền
kinh tế quốc dân. Lợi ích mà các hệ thống sông này đem lại là vô cùng to lớn,
nhưng tác hại do lũ lụt từ các hệ thống sông này gây ra cho cho con người và
nền kinh tế quốc dân cũng không phải là nhỏ.
Từ thủa xa xưa cha ông ta đã biết đắp đê ngăn lũ dọc theo các dòng
sông để hạn chế lũ lụt do chúng gây ra đối với các cư dân sinh sống ở dọc 2
bên sông. Một trong những công trình ngăn lũ tiêu biểu đã được xây dựng từ
xa xưa còn tồn tại đến ngày nay đó là hệ thống đê sông Hồng. Ngày nay trong
công cuộc xây dựng đất nước, Nhà nước tiếp tục đầu tư xây dựng các công
trình phòng chống lũ, trong đó chú trọng đến kiên cố hệ thống đê sông, đê
biển nhằm giảm nhẹ thiên tai do lũ lụt gây ra.
Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế
quan trọng của cả nước. Trong vùng
có hệ thống đê sông Hồng và sông Thái Bình là 2 hệ thống đê sông chống
lũ quan trọng với tổng chiều dài gần 2.400km, chiều cao đê đến nay đã
được tu bổ nâng cấp, với chiều cao trung bình từ 6m đến 11m, đê chủ yếu
đắp bằng đất.
2

Lũ sông Hồng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ lũ sông Đà, lũ sông Thao và lũ
sông Lô. Trên sông Đà hiện nay có thuỷ điện Hoà Bình, đây là công trình
ngoài tác dụng cấp điện cho miền Bắc nó còn là công trình cắt lũ có ý nghĩa

Hình 1.1: Bản đồ hệ thống đê điều lưu vực sông Hồng
Ở bắc miền Trung có hệ thống đê sông Mã với chiều dài hàng trăm km,
chiều cao đê đến trung bình từ 5m đến 10m, đê đắp bằng đất. Hệ thống đê
sông này cũng góp phần chống lũ quan trọng cho vùng đồng bằng của tỉnh
Thanh Hoá với hàng triệu dân sinh sống.
Hệ thống sông Cả, sông La là những sông lớn trong khu vực Nghệ An, Hà
Tĩnh. Các sông này hiện tại ở thượng nguồn chưa có hồ
chứa cắt lũ, dòng
sông ngắn, lòng sông dốc cho nên hàng năm lũ tập trung về hạ lưu rất nhanh
gây ra thiệt hại lớn cho hạ du. Hiện tại trên hệ thống sông Cả, sông La đã có
các tuyến đê bao để chống lũ. Hệ thống đê của các sông này được đắp bằng
đất chất lượng đắp nhiều đoạn chưa đảm bảo, điều kiện địa hình, đị
a chất của
4

tuyến đê, tuyến sông phức tạp chế độ chảy của dòng sông luôn biến động
đây là nhưng nguy cơ tiềm ẩn đến sự an toàn của các tuyến đê.
Các hệ thống sông của miền Nam trung bộ và miền Nam hiện nay hầu hết
chưa có đê bao bảo vệ. Vì vậy hàng năm về mùa lũ lụt, lũ ở thượng nguồn đổ
về với lưu lượ
ng lớn, các hệ thống sông này không tải hết lưu lượng lũ cho
nên nước lũ đã chảy tràn ra hai bên gây ngập toàn bộ vùng hạ lưu sâu từ 1m
đến 3m, cục bộ có nơi sâu đến 4m. Lũ lụt miền trung do các hệ thống sông
lớn gây ra hàng năm làm thiệt hại tính mạng và tài sản của nhân dân và nhà
nước hàng ngàn tỷ đồng mỗi năm. Đây là vấn đề lớn về công tác phòng chống
lũ lụt cho khu vực mi
ền trung mà các nhà khoa thuỷ lợi nói tiêng và các nhà

Mạo Khê, Sông Chanh . Ngoài ra còn có các con sông khác như sông Hà Cối,
sông Đầm Hà, sông Trới, sông Míp, sông Uông, sông Đạm, sông Cầm. Đặc
điểm chung của các sông trên đều nhỏ và ngắn, độ dốc lớn. Do đặc điểm đồi
núi dốc nên khả năng tập trung nước về mùa lũ rất nhanh. Lưu lượng và lưu
tốc dòng chảy rất khác biệ
t giữa mùa lũ và mùa khô. Mùa khô, các sông cạn
nước, có sông cạn trơ ghềnh đá nhưng mùa hạ lại ào ào thác lũ, nước dâng
cao rất nhanh. Lưu lượng mùa khô 1,45 m3/s, mùa mưa lên tới 1500 m3/s,
chênh nhau 1.000 lần. Do đó các tuyến đê, kè thường xuyên hư hỏng, nhất là
về mùa lũ.

6 Hình 1.2: Tỉnh Quảng Ninh
1.2 Cơ chế gây sụt trượt mái bờ sông
Cơ chế sạt trượt mái tự nhiên bờ sông
Nguyên nhân gây sạt trượt mái tự nhiên của bờ sông rất nhiều . Tuy
nhiên có thể tổng hợp theo hai nguyên nhân chính.
Nguyên nhân thứ nhất là do chế độ dòng chảy thủy lực thay đổi dẫn
đến bùn cát lòng sông bị vận chuyển đi nơi khác dẫn đến sự tạo thành các
hố xói cục bộ. Chính những hố xói cục bộ
này đã có tác động trực tiếp
đến sự mất ổn định của mái bờ sông (sự sạt lở được phát triển từ dưới
chân mái đê, mái sông phát triển lên) . Điều này được thể hiện rõ ràng
7
nhất trong hiện tượng dòng chảy vòng hướng ngang phát triển mạnh mẽ

- Quá trình lũ rút nhanh.
- Tác dụng của áp lực sóng .
- Chất tải lên mép bờ sông.
8

Tác dụng của dòng thấm ảnh hưởng đến an toàn mái đê, mái sông

Hình 2.3. mặt trượt của mái đê,
mái sông

Rõ ràng nhận thấy trằng :
trong trường hợp hình 2.3.a mái đê,
mái sông mất ổn định do mái quá
dốc và vượt quá mái cân bằng tự
nhiên của vật liệu địa phương. Trong
trường hợp hình 2.3.b là sự mất ổn
định do các thành phần lực gây trượt
lớn lơn khả năng chống trượt của
mái đê, mái sông. Luận văn tập
trung đi sâu nghiên cứu vào c
ơ chế
mất ổn định mái dưới tác dụng của
nguyên nhân này.

Khi kiểm tra khả năng an toàn chống trượt trụ tròn của mái bờ sông , có
nhiều phương pháp để nghiên cứu. Tuy nhiên các phương pháp này đều là dẫn
suất của công thức kiểm tra ổn định mái chung như sau:
c
t
M

T.J .J
RR
Σϕ+Σ
=
Σ+γΩ +γΩ
(2.2)
Trong đó:
N
n
, T
n
là các thành phần phân tích lực của trọng lượng dải đất G
n

theo các phương pháp và tiếp tuyến với cung trượt.
φ
n
,C
n
là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của vật liệu tại đáy dải.
Ω
1
, Ω
2
là diện tích các vùng thấm.
Tác động của dòng thấm dâng cao dưới tác động của quá trình mưa kéo
dài đã làm đất bão hòa và gia tăng trọng lượng. và gây bất lợi đối với khả
năng chống trượt của mái. Điều này được thể hiện rõ trong
Như vậy thấy rõ ràng rằng với nguyên nhân gây mất ổn định mái như
đã nêu ở trên: dưới tác dụng của quá trình mưa kéo dài làm đất bão hòa nước,

không kịp, do đó hình thành dòng thấm chảy về phía sông. Trong trường hợp
này lực thấm sẽ có tác hại, làm mất ổn định mái.

Hình 2.5. Ảnh hưởng của dòng thấm rút nhanh đến ổn định mái đê, mái
sông

Tuy nhiên với đặc điểm lũ của sông Mêkông đoạn chảy qua vương
quốc CamPuchia có đặc điểm lên xuống từ từ nên ở đây tác động do mực
nước rút nhanh là không được đặt ra để nghiên cứu.
11
Tác dụng của sóng

Tác dụng của sóng leo Tác động của sóng vỗ
Hình 2.5.a. Ảnh hưởng của sóng tới mái đê, mái sông

Trên hình 2.5.a thể hiện rõ tác động của sóng vỗ vào mái đê, mái sông.
Chính sự tiêu tán năng lượng sóng trên mái sẽ phá hoại cục bộ mái, tải trọng
sóng đã làm mái đê, mái sông xảy ra chuyển vị lớn và mái đê, mái sông dần bị
xói lở.

12 Hình 2.5.b Mái đê, mái sông xảy ra chuyển vị lớn dưới tác dụng của sóng

vệ mái. Với loại kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt,
chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tông cốt thép. Hình thức này đã
được sử
dụng ở hầu hết các địa phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích
thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m - 0,30m.
Ưu điểm của hình thức này: Khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá
hộc được các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát
lớn sẽ thoát nước mái đê, mái sôngnhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết
mềm dễ biến vị theo độ lún của n
ền. Về mặt kỹ thuật thì thi công và sửa chữa
dễ dàng.
14 Hình 1.4. Lát mái bằng đá khan

Nhược điểm: Khi nền bị lún cục bộ các liên kết do chèn bị phá vỡ, các
hòn đá tách rời nhau ra. Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, dưới tác dụng lâu
dài của dòng chảy sẽ thúc đẩy hiện tượng trôi đất nền tạo nhiều hang hốc lớn,
sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê.
1.2.3 Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch
Hình thức này đã được sử dụng rộng rãi ở nhi
ều địa phương. Kè lát mái
bằng đá xây, đá chít mạch khắc phục được một số nhược điểm của biện pháp
bảo vệ mái bằng kè lát mái bằng đá lát khan. Hình thức này liên kết các viên
đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định, đồng thời các khe hở
giữa các hòn đá được bịt kín, chống được dòng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống
nền.
Nhược điểm: Khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm
lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gẫy theo mạch vữa, dưới tác

cơ chế từ ngoài vào trong. Điều này đã được thể hiện rõ trong nhiều nghiên
16

cứu gần đây của các nhà khoa học việt nam trong các công trình bảo vệ bờ
sông, biển trong nước. Tuy nhiên khi thay thế các ống buy tròn bằng các ống
buy lục lăng cũng như tăng kích thước của ống buy lục lăng theo chiều thẳng
đứng lên 2-3m thì mức độ ổn định đã tăng lên đáng kể. Những kết quả nghiên
cứu này đã được thực tế chứng minh tại các vùng cửa sông Nhậ
t Lệ, cửa sông
tại bãi biển Thiên Cầm….

1.2.5 Kè lát mái bê tông bảo vệ mái
Sự hư hỏng của kè lát mái bê tông chủ yếu tập trung ở 2 dạng chính:
mất ổn định cục bộ và mất ổn định tổng thể.
Ở dạng thứ nhất : Thân kè không đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ,
các cấu kiện kè bị xê dịch với nhau và có chuyển dịch so v
ới lớp lọc mái kè
hoặc là sự mất ổn định của lớp lọc dẫn đến mất ổn định của mái kè.
Ở dạng thứ hai : kè mất ổn định tổng thể . Ở dạng này có hai hình thức
chủ yếu là : mất ổn định cùng với mái đê, mái sông thể hiện ở hình thức trượt
cùng với mái theo dạng cung trượt trụ tròn. Hình thức trượt thứ hai là hình
thức thân kè trượ
t tịnh tiến trên mái đê, mái sông do thân kè không đủ ổn định
trên mái do chân kè bị mất ổn định ( khi đó giảm nhỏ lực chống trượt tại chân
kè) như trên hình 2.8.

17