BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Vũ Mạnh Tiến NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY MẤT ỔN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG TỈNH CAO BẰNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
31T5.31T 31TKết quả dự kiến đạt được31T 4
31T6.31T 31TBố cục của luận văn31T 4
31TCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG
CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 5
31T1.1.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới31T 5
31T1.1.1.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông trên thế giới31T 5
31T1.1.2.31T 31TPhân loại công trình bảo vệ bờ sông31T 8
31T1.2.31T 31TTình hình ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông ở Việt Nam31T 16
31T1.2.1.31T 31TCác loại công trình bảo vệ bờ truyền thống31T 16
31T1.2.2.31T 31TNhững tiến bộ khoa học mới đạt được trong nghiên cứu bảo vệ bờ sông31T 18
31TCHƯƠNG II31T:31T ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG XÓI LỞ BỜ SÔNG
BẰNG GIANG 22
31T2.1.31T 31TĐặc điểm tự nhiên31T 22
31T2.1.1.31T 31TVị trí địa lý31T 22
31T2.1.2.31T 31TĐặc điểm lưu vực31T 23
31T2.1.3.31T 31TĐặc điểm địa hình địa mạo31T 23
31T2.1.4.31T 31TĐiều kiện khí tượng thủy văn31T 23
31T2.1.5.31T 31TĐiều kiện địa chất công trình31T 23
31T2.1.6.31T 31TĐặc điểm địa chất thủy văn31T 26
31T2.2.31T 31THiện trạng xói lở bờ sông Bằng Giang31T 27
31T2.3.31T 31THiện trạng về lòng dẫn và xói lở bờ trong khu vực nghiên cứu31T 32
31T2.4.31T 31THiện trạng tuyến kè nghiên cứu31T 33
31T2.5.31T 31TDiễn biến lòng dẫn của sông Bằng Giang trong những năm gần đây31T34
31T2.6.31T 31TĐánh giá thực trạng về xói lở bờ sông Bằng Giang31T 35
31TCHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN GÂY XÓI LỞ VÀ CÁC GIẢI
PHÁP BẢO VỆ BỜ SÔNG BẰNG GIANG 36
31T3.1.31T 31TNguyên nhân gây xói lở bờ sông Bằng Giang31T 36
31T3.1.1.31T 31TKhái quát chung nguyên nhân xói lở bờ sông31T 36
31T3.1.2.31T 31TNguyên nhân gây xói lở bờ sông Bằng Giang31T 37
31T3.2.31T 31TCác dạng mất ổn định của đê sông:31T 47
31TQua 06 tháng tiến hành làm luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô Khoa sau Đại học, các thày cô Khoa Công trình Trường Đại học
Thủy lợi và của các bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực của bản thân cũng
như sự tạo điều kiện của cơ quan nơi công tác, luận văn thạc sỹ ‘’
31TNghiên cứu
nguyên nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng
Giang tỉnh Cao Bằng’’ đã được hoàn thành.
31TTác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của GS.
TS. Ngô Trí Viềng để tác giả hoàn thành được luận văn.
Xin chân thành cảm ơn:
- Các thầy cô
31TKhoa sau Đại học, Khoa Công trình Trường Đại học
Thủy lợi đã giảng dạy, giúp đỡ rất nhiệt tình trong suốt quá trình học tập và
thực hiện luận văn này.
31T- Phòng đào tạo, Thư viện trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, đã tạo điều
kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành khóa học cũng như hoàn thành luận văn.
31T- Ban quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng – Sở Nông nghiệp và PTNT
Cao Bằng, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện
luận văn.
31T- Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam,
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn.
31T- Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian cũng như
về chuyên môn để tác giả có thể hoàn thành luận văn.
31T Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2013
Vũ Mạnh Tiến
MỞ ĐẦU
3
P/năm sông Bằng đã và đang mang lại nguồn lợi rất lớn đối với
tỉnh Cao Bằng, cụ thể:
- Là nguồn cung cấp nước sinh hoạt, công, nông nghiệp;
- Là tuyến tiêu thoát lũ chủ yếu;
- Là tuyến giao thông vận tải thủy quan trọng;
- Là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng như cát, sỏi, đá;
Trang 1
- Là nguồn cung cấp nguồn thủy sản phong phú;
- Góp phần cải thiện, điều hòa môi trường, sinh thái;
- Dọc theo chiều dài sông còn có các công trình kiến trúc, giao thông,
cầu phà, bến cảng và các công trình thủy lợi quan trọng khác.
Những nguồn lợi trên cho thấy vai trò quan trọng của sông Bằng Giang
đối với quá trình phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh Cao Bằng nói riêng cũng
như của các tỉnh thành có sông chảy qua nói chung. Tuy nhiên, bên cạnh
những nguồn lợi mang lại thì những năm gần đây, do diễn biến thời tiết biến
đổi thất thường, diễn biến dòng chảy trên sông Bằng có sự biến đổi rất khó
lường. Bên cạnh đó việc xuất hiện ngày càng nhiều các công trình trên sông
để phục vụ cơ sở hạ tầng và giao thông cũng ảnh hưởng rất lớn tới việc thoát
lũ và chế độ thủy lực của lòng dẫn.
Sông Bằng Giang đoạn chảy qua Thành phố Cao Bằng với chiều dài
khoảng 6,0km, có độ dốc tự nhiên lớn, lưu tốc dòng chảy lớn, lưu lượng và
mực nước thay đổi tương đối nhanh, dưới lòng sông có nhiều cát, cuội sỏi,
lòng dẫn kém ổn định, chỗ bị bồi, chỗ bị xói và đặc biệt là vấn đề xói lở bờ.
Ngoài ra nhân dân hai bên bờ sông cũng tự ý xây dựng nhiều các công trình
lấn chiếm hoặc có chỗ bị san gạt làm ruộng canh tác, các tác động của con
người ảnh hưởng xấu tới việc tiêu thoát lũ và chế độ thủy lực dòng chảy của
sông.
Thực tại, ở ven hai bên bờ sông Bằng Giang đã và đang bị xói lở mạnh,
hiện tại bờ sông bị sạt lở và lõm sâu vào trong bờ (nhiều chỗ bị lõm sâu
2447,15m). Trang 3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng hợp, thu thập tài liệu thực tế, đánh giá và phân tích
cụ thể hiện trạng.
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô hình toán để tìm
lời giải chính xác.
+ Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp tính toán ổn định, thấm,
thuỷ lực trong và ngoài nước. Lựa chọn một phương pháp tính toán phù hợp
với điều kiện Việt Nam.
+ Mô hình toán để giải bài toán ổn định kè, tìm ra nguyên nhân và đưa
ra giải pháp bảo vệ bờ.
5. Kết quả dự kiến đạt được:
- Tìm ra được nguyên nhân gây sạt lở bờ, và nguyên nhân phá hoại các
công trình bảo vệ trên hệ thống sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng.
- Tổng hợp, đánh giá kiến nghị các giải pháp công trình, so sánh ưu
nhược điểm của các giải pháp từ đó kiến nghị giải pháp bảo vệ bờ sông Bằng
khu vực Thành phố Cao Bằng tỉnh Cao Bằng hiệu quả, an toàn và kinh tế.
6. Bố cục của luận văn:
Phần mở đầu
Chương I: Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công trình bảo vệ bờ sông
trên thế giới và ở Việt Nam.
Chương II: Xác định các nguyên nhân gây mất ổn định các công trình
bảo vệ bờ trên hệ thống sông Bằng Giang tỉnh Cao Bằng.
Chương III: Đề xuất biện pháp bảo vệ bờ Tả sông Bằng Giang tỉnh
Cao Bằng đoạn chảy qua Thành phố Cao Bằng từ Ko đến T100 dài
2447,15m.
Kết luận và kiến nghị.
lắng lòng dẫn đều thuộc các lĩnh vực khoa học động lực lòng sông, chuyển
động bùn cát và chỉnh trị sông.
Trên thế giới khoa học về động lực dòng sông, bắt đầu được phát triển
mạnh trong nửa thế kỷ XIX ở các nước Âu Mỹ. Những nghiên cứu của các
nhà khoa học Pháp như Du Boys về chuyển động bùn cát, Barré de Saint-
Venant về dòng không ổn định, L.Fargue về hình thái sông uốn khúc vẫn giữ
nguyên giá trị sử dụng đến nay.
Từ những năm đầu của thế kỷ XX đến nay, ở các nước phát triển như
Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Hà Lan, Nhật, Canađa, Nga, Trung Quốc việc nghiên
cứu thuỷ lực sông ngòi, diễn biến lòng dẫn, chất lượng nước, vận chuyển bùn
cát, hình thái sông cũng như về công trình bảo vệ bờ đã thu được những
thành tựu khoa học được ghi nhận kể cả về lý thuyết và thực nghiệm. Với
đóng góp của các nhà khoa học Liên Xô như: Lotchin V.M về tính ổn định
của lòng sông, của Bernadski N.M về chuyển động hai chiều, của Makkavêep
V.M về dòng thứ cấp, của Velikanop M.A về quá trình diễn biến lòng sông,
của Gôntrarốp V.N và Lêvi I.I về chuyển động bùn cát của Altunin S.T, của
Grisanin K.B, của Kariukin S.N về chỉnh trị sông, ở Tây Âu có E.Meyer
Peter và Muller về những công trình về chuyển động bùn cát, của Anh
Kennedy R.G về hình thái lòng sông ổn định, Lindley E.S và Laccy với " lý
thuyết chế độ", Einstein H.A, Ven-ten-Chow, Ning-chien là các nhà khoa học
Mỹ có rất nhiều công trình nghiên cứu về dòng chảy và chuyển động bùn cát.
Các nhà khoa học Trung Quốc có Sa Ngọc Thanh, Tạ Giám Hoành, Trương
Thuỵ Cẩn, Đậu Quốc Nhân, Tiền Ninh đã có rất nhiều nghiên cứu về năng
lượng dòng chảy có và không mang bùn cát, chỉ tiêu khởi động và ổn định
lòng dẫn.
Từ những năm 60 thế kỷ XX đến nay việc nghiên cứu xói lở bờ, lòng
dẫn từ đó đưa ra các giải pháp, hướng quy hoạch lòng dẫn, cũng như phục vụ
Trang 6
công tác chỉnh trị đã được tối ưu hoá bởi các tiến bộ khoa học. Đặc biệt trong
kỹ thuật tính toán có những bước phát triển vượt bậc trong việc mô hình hoá
- Hệ thống mỏ hàn;
- Kè hoàn lưu;
- Các hệ thống lái dòng…
b, Theo kết cấu công trình gồm:
- Kè có kết cấu tơi rời linh hoạt tự điều chỉnh: Các cấu kiện riêng
biệt có hình dạng hợp lý tự liên kết có khả năng tự điều chỉnh (loại này có
nhiều hình dạng đặc biệt). Các cấu kiện này được nghiên cứu trong các bể
sóng ở các phòng thí nghiệm của các nước tiên tiến trên thế giới. Các loại cấu
kiện có kết cấu tiêu biểu, đang được áp dụng rộng rãi bao gồm:
+ Loại cấu kiện Tetrapod: Tetrapod bằng bê tông đúc sẵn có bốn tay
vươn ra từ trục trung tâm có hệ số rỗng η =50%, loại này thường dùng ở Hà
Lan, Pháp, ấn độ, Việt nam và nhiều nước trên thế giới. Cấu kiện này đã được
Danel, Chapus, Paage, Wather (1960), Jackson (1968), Hudson ( 1974) thí
nghiệm trong các bể sóng.
H×nh 1.1: CÊu kiÖn Tetrapod
Trang 8
+ Loại cấu kiện Dolos: Là loại dạng neo có hệ số rỗng η =63%, loại
này được dùng phổ biến ở Mỹ, Tây Âu và Nam Phi. Cấu kiện này đã được thí
nghiệm trong các bể sóng, khả năng móc nối tốt. Đây là loại có hệ số ổn định
cao.
H×nh 1.2: CÊu kiÖn Dolos
+ Loại cấu kiện X-bloc: Là khối bê tông dạng chữ X có hệ số rỗng η
=47%, loại này phát triển ở Mỹ. Cấu kiện này đã được Jackson (1968),
Robert Hudson thí nghiệm trong các bể sóng. Cũng như loại Tetrapod các
tác giả tiến hành thí nghiệm và lập biểu đồ quan hệ giữa số lượng X-bloc trên
100m2 và trọng lượng của nó trong 1m3. Cấu kiện này thường được áp dụng
cho bảo vệ bờ biển.
không phải vật liệu nào cũng đảm bảo kích thước như trên, vì vậy để giảm
trọng lượng của cấu kiện mà vẫn chống được sóng và tác động của dòng chảy
cần liên kết các cấu kiện có trọng lượng và kích thước nhỏ lại với nhau thành
từng băng dài ghép liền kề nhau thành từng mảng lớn, tiêu biểu là các loại
sau:
+ Loại cấu kiện liên kết hai chiều: Các cấu kiện bê tông đúc sẵn hình
vuông, hoặc hình chữ nhật có hèm vuông ở góc hai cạnh đối diện. Lắp ghép
trên mái theo hình thức lợp ngói. Loại này được sử dụng rất rộng rãi. Tuy
Trang 11
nhiên, loại này rất dễ bị phá hoại dưới áp lực đẩy nổi áp lực sóng xô, hoặc
sóng rút gây mô men lật.
+ Loại cấu kiện liên kết mộng (liên kết thành hàng dài): Các cấu kiện
bê tông đúc sẵn có hình vuông, hoặc hình chữ nhật ở hai cạnh đối diện được
tạo thành một đầu liên kết mộng và một đầu hèm liên kết với nhau thành
băng dài. Các băng này được lắp ghép liền kề để tạo thành băng lắp ghép bảo
vệ mái.
+ Loại cấu kiện liên kết mấu thành mảng Terrafix: Liên kết khối bê
tông đúc sẵn có mấu thành mảng rất linh hoạt, khi biến dạng cấu kiện xoay
quanh trục của mấu. Nhưng khuyết điểm của loại cấu kiện này là cũng dễ bị
phía hoại do tác dụng của sóng, cấu kiện loại này được sử dụng nhiều ở Mỹ,
Pháp, Anh.
+ Loại cấu kiện liên kết móc hai chiều thành mảng lớn (Flex-slab
system): Loại này là những khối bê tông đúc sẵn móc cài với nhau ở hai đầu,
có thể chống trượt, chống nâng khi chịu tác dụng của sóng cũng như tác dụng
của dòng chảy. Qua thí nghiệm cho kết quả với khối liên kết móc dạng mộng
ở hai phía Flex- slab có kích thước (50x50x16) cm có tác dụng bảo vệ tương
đương với khối Gabion dày 30 cm.
Việc sử dụng các loại cấu kiện liên kết linh hoạt thành mảng là một
trong bước tiến lớn trong công nghệ hoá, cơ giới hoá trong xây dựng công
trình bảo vệ bờ và mái đê biển. Loại kết cấu này có ưu điểm là thích hợp với
cấu dạng này là có trọng lượng lớn, không bị dòng chảy cuốn trôi, đặc biệt
nếu sử dụng để đè lên đá thả giữ cho mái ổn định. Nhược điểm là: Trọng
lượng của khối nặng sẽ dẫn đến hiện tượng nền lún cục bộ tạo ra mặt thảm
không phẳng mà gồ ghề gấp khúc; Bảo vệ nền mái đất qua lớp vải lọc sẽ
không đảm bảo ổn định lâu dài vì khe hở quá lớn; Dễ bị dồn đống gấp khúc
do kết cấu móc nối mềm, lỏng khó thi công và các liên kết móc thép dễ bị ăn
mòn, rỉ, đứt nên tuổi thọ không cao từ đó làm mất tác dụng liên kết của các
tấm bê tông, thảm sẽ bị tách rời thành các cấu kiện độc lập gây phá hoại công
trình.
+ Thảm bê tông xâu bằng dây cáp: Thảm được cấu tạo dùng dây cáp
xâu các viên bê tông đúc sẵn liên kết lại với nhau sau đó dùng cẩu nâng đặt
phủ vào vị trí bề mặt cần bảo vệ. Ưu điểm của dạng kết cấu này là có khả
năng chống đỡ được sóng và dòng chảy cuốn trôi vật liệu, việc phân bố khe
hở lắp ghép đều trên bề mặt. Nhược điểm là: Đường kính dây cáp phải đủ lớn
và chịu được lực căng của trọng lượng và đảm bảo mô men uốn khi thảm bị
Trang 14
uốn cong và nén vào nhau; Thi công phức tạp; Chiều dài thảm chỉ có giới hạn
nên khi mái công trình dài phải chắp nhiều đoạn thảm với nhau.
- Dạng kết cấu thảm túi xi măng cát: Thảm được may bằng sợi tổng
hợp Koni pocmer, được trải trên mái sau đó dùng bơm có áp lực đẩy vữa xi
măng cát vào các túi nhỏ trên thảm. Thảm có chiều dày 10-25cm. Sau khi xi
măng cát cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàn toàn cứng, giữa các túi nhỏ sẽ
biến thành những tấm bê tông bao túi dính vào nhau.
+ Ưu điểm:
• Thích hợp với nền mềm yếu do phân bố lực đều, có khả năng tự điều
chỉnh mái dần tới phẳng.
• Che kín nền, có khả năng tự dàn trải, trong quá trình bơm xi măng -
cát có áp suất lớn vào túi.
• Trải liên tục từ dưới lên trên.
+ Nhược điểm:
với những tiến bộ của khoa học công nghệ mới, sự quan tâm tập trung nghiên
cứu của đông đảo các nhà khoa học nước ta đã áp dụng thành công nhiều giải
pháp bảo vệ bờ đạt chất lượng, kỹ mỹ thuật cao hơn.
1.2.1. Các loại công trình bảo vệ bờ truyền thống
Trước đây, do hạn chế về kinh tế cũng như trình độ khoa hoạc kỹ thuật
mà các công trình bảo vệ bờ ở nước ta chủ yếu mang tính chất tự phát, đa số
các công trình được xây dựng với vật liệu truyền thống rẻ tiền như : đất, đá,
tre, cụm cây nên hiệu quả cũng như tính bền vững của công trình bảo vệ bờ
không cao.
Việc phân loại công trình bảo vệ bờ truyền thống theo những cách sau:
Trang 16
a, Theo công dụng phân thành:
- Kè lát mái: là lớp gia cố mái đê, bờ sông bằng vật liệu chống xói phủ
lên mặt bờ, mái và lòng sông, có tác dụng gia cố bờ và đáy sông để chống sự
tác động của sóng và dòng chảy gây lở bờ và mái sông.
- Đập mỏ hàn: là loại công trình có hướng vuông góc với dòng chảy,
một đầu gối vào bờ, một đầu nhô ra phía sông nhưng không chắn hết chiều
rộng dòng sông. Nhiệm vụ của mỏ hàn là hướng dòng chủ lưu của dòng chảy
ra xa bờ, xói sâu phần lòng sông phía ngoài gây bồi lắng giữa các mỏ hàn tạo
thành bãi bồi mới.
- Hệ thống lái dòng: là loại công trình dùng để hướng dòng chảy mặt
vào cửa lấy nước, xói trôi bãi bồi, bảo vệ các đoạn bờ xung yếu
b, Theo kết cấu công trình gồm:
- Bó rồng: là bó cành tre hoặc cành cây xếp nối với nhau dài tuỳ ý
nhưng không quá 10 đến 12 m, đường kính mỗi bó khoảng 10-15m buộc
bằng lạt tre hoặc dây thép hoặc dây ni lon cách nhau 25 đến 30 cm.
- Rồng: là loại cấu kiện hình trụ, lớp bó rong, phên tre nứa, xếp kín
mặt ngoài làm áo, cật bằng đá hoặc bằng đất sét luyện. Đường kính rồng
thường từ 0,6 đến 1m, dài từ 8 đến 10m. Dùng dây thép, lạt tre tốt hoặc thừng
ni lon buộc cách nhau 0,5m, hai đầu rồng nhét kín buộc chặt chụm lại. Hiện
liệu phát triển từ đất, đá tự nhiên, lên bê tông và các loại vật liệu mới khác,
kết cấu công trình phát triển từ kết cấu công trình tơi rời, kết cấu liền khối,
lên kết cấu mảng. Đây chính là xu thế phát triển của khoa học xây dựng nói
chung.
Việc nghiên cứu về công trình bảo vệ bờ sông ở nước ta đã có một số
tiến bộ, bổ sung về kỹ thuật, vật liệu và biện pháp thi công cho phù hợp với
Trang 18
điều kiện từng khu vực để tăng ổn định, kết hợp đa mục tiêu, đảm bảo vệ sinh
môi trường, điều kiện kinh tế. Bước đầu đã đạt được một số thành tựu đáng
kể:
- Mái kè: Sử dụng các loại cấu kiện đúc sẵn, liên kết tự chèn để bảo vệ
mái kè như thảm bê tông tự chèn lưới thép; Thảm bê tông FS; Ứng dụng kết
cấu kè sinh thái (kè mềm): dưới mực nước tạo lòng lát đá, thả rồng, phần trên
mái trồng cỏ Vetiver
Hình 1.7: Thảm bê tông tự chèn lưới thép lát mái kè
- Thay thế lớp lọc và lớp đệm truyền thống (cát) bằng vải địa kỹ thuật
và lớp đệm bằng dăm sỏi.
Hình 1.8: Trải vải địa kỹ thuât làm tầng lọc mái kè
Trang 19
Copyright: Tài liệu đại học ©