LỜI TÁC GIẢ
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài:
“
Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ sông trong điều kiện
nước lũ dâng cao, đề xuất giải pháp và thiết kế cho đê hữu Hoàng Long – Tỉnh
Ninh Bình
” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả của phòng
Đào tạo ĐH & SĐH, khoa công trình cùng các thầy, cô giáo, các bộ môn của
trường Đại học Thuỷ lợi, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS.
Đồng Kim Hạnh
đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học
cần thiết cho luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn: Phòng Đào tạo ĐH & SĐH, khoa công
trình, các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy trực tiếp lớp Cao học
19C1.2 Xây dựng công trình thuỷ - Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội đã tận tình
giúp đỡ và truyền đạt kiến thức.
Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ
về mọi mặt cũng như động viên khích lệ tinh thần và vật chất để tác giả đạt
được kết quả như ngày hôm nay.
Do còn nhiều hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian có
hạn, nên trong quá trình làm luận văn tác giả không tránh khỏi sai sót, tác giả
mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của
các bạn bè đồng nghiệp, để tác giả hoàn thiện hơn nữa kiến thức của mình.
Hà Nội, tháng 8 năm 2013

Tác giả Bùi Xuân Thư


1.1. Mở đầu 5
1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông trên thế giới 5
1.2.1. Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông 5
1.2.1.1. Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn 5
1.2.1.2. Gia cố mái đê bằng nhựa đường 9
1.2.1.3. Thảm bê tông 10
1.2.1.4. Thảm đá 10
1.2.1.5. Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát 11
1.2.1.6. Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát 12
1.2.1.7. Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp 12
1.2.2. Giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng 13
iv

1.2.2.1. Trồng cỏ 13
1.2.2.2. Thảm ba chiều bằng sợi tổng hợp 13
1.2.2.3. Giải pháp kết cấu thuỷ công giảm vận tốc xói do sóng tràn 14
1.3. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông ở Việt Nam 15
1.3.1. Một số hình thức kết cấu kè mái đê phía sông 15
1.3.1.1. Kè lát mái bằng đá lát khan 15
1.3.1.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch 16
1.3.1.3. Kè mái bằng bê tông 17
1.3.2. Bảo vệ mái đê phía trong đồng 20
1.4. Một số vấn đề gây mất ổn định lớp bảo vệ mái đê sông thường gặp 20
1.4.1. Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn 20
1.4.1.1. Tải trọng tác động lên mái kè phía sông 21
1.4.1.2. Tính toán gia cố mái đê 21
1.4.2. Một số tồn tại kỹ thuật của kè bảo vệ mái đê phía sông và mất ổn định do
xói mái đê trong đồng
23
1.4.3. Sự phá huỷ đê sông do sóng tràn 26

giếng phụt 80

2.3.3.1. Giếng quây lọc ngược, giảm cột nước chênh lệch: 82
2.3.3.2. Xử lý giếng đùn, giếng phụt: 83
2.3.3.3. Xử lý bãi sủi: 84
2.3.3.4. Nước lũ tràn đỉnh đê: 85
2.4. Kết luận chương 2 85
CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ
CHO ĐÊ HỮU HOÀNG LONG – TỈNH NINH BÌNH 86

3.1. Giới thiệu về hệ thống sông và đê sông tỉnh Ninh Bình 86
3.1.1. Vị trí địa lý 86
3.1.2. Mạng lưới sông ngòi 87
3.1.2.1. Đặc trưng một số sông trục chính 87
vi

3.1.2.2. Các sông trục nội đồng 89
3.2. Đặc điểm của sông và đê sông Hoàng Long 90
3.2.1. Quá trình phát triển và nghiên cứu 90
3.2.2. Hệ thống đê điều 91
3.2.2.1. Tuyến đê tả Hoàng Long 91
3.2.2.2. Tuyến đê hữu Hoàng Long 93
3.2.2.3. Tuyến đê Trường Yên 94
3.2.2.4. Tuyến đê Năm Căn 95
3.2.2.5. Tuyến đê Gia Tường - Đức Long - Lạc Vân 95
3.2.2.6. Tuyến đê Đầm Cút 96
3.2.3. Thực trạng hoạt động của hệ thống công trình đê điều trên sông Hoàng
Long 96

3.2.3.1. Chất lượng thân đê: 96

Bảng 2.2 : Một số thông số kích thước để tham khảo nhằm sơ bộ xác định 36
kích thước kè mỏ hàn 36
Bảng 2.3: Bảng xác định hệ số động lực (ξ) 37
Bảng 2.4 : Bảng tham khảo chọn rồng đá chống xói mũi kè 39
Bảng 2.5 : Một số kiểu rọ đá và phạm vi ứng dụng 55
Bảng 2.6 : Chiều dày của thảm rọ đá t(m) 60
Bảng 3.1: Tổng hợp các tuyến đê chính sông Hoàng Long 98
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu tính toán của các lớp đất 102
Bảng 3.3. Các chỉ tiêu cơ lý đất nền dùng trong tính toán 104
Bảng 3.4: Kết quả tính toán ổn định mái một số đoạn xung yếu khi chưa xây dựng kè 105
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Gia cường mái đê ở Hà Lan 6
Hình 1.2: Cấu kiện bê tông lắp ghép 7
Hình 1.3: Một dạng cấu kiện gia cố đê sôngNhật Bản 7
Hình 1.4: Thiết bị thi công cấu kiện gia cố mái đê biển Hà Lan 7
Hình 1.5: Cấu kiện bê tông gia cố dạng cột 8
Hình 1.6: Kè đê bằng đá xếp phủ nhựa đường 9
Hình 1.7: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp 10
ix

Hình 1.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê sông Hà Lan 10

Hình 1.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật 11
Hình 1.10: Mở rộng ứng dụng của túi địa kỹ thuật 11
Hình 1.11: Ống địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè 12
Hình 1.12: Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp 12
Hình 1.13: Thảm cỏ chống xói mái đê 13
Hình 1.14: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói 14
Hình 1.15: Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước 14
Hình 1.16: Bể bê tông có tính năng tiêu năng 14


Hình 2.7: Kè mỏ hàn chữ G ngắt quãng 41
Hình 2.8: Cấu tạo kè lát mái 42
Hình 2.9 là mặt cắt ngang của một số dạng kết cấu kè gia cố mái đê, mái sông. 44
Hình 2.10: Kết cấu chân kè khi không có lạch sâu 47
xi

Hình 2.11 : Kết cấu chân kè khi có lạch sâu 47

Hình 2.12: Chân kè bằng đá đổ 48
Hình 2.13 : Chân kè bằng rồng 48
Hình 2.14: Chống xói chân kè bằng rồng hoặc bè chìm 48
Hình 2.15 : Kết cấu thân kè bằng đá lát khan 50
Hình 2.16 : Kè bảo vệ bờ bằng đá lá khan của đê ngăn mặn Bình Sơn - Quảng Ngãi
lúc đang thi công 53

Hình 2.17 : Kè bảo vệ bờ bằng đá lá khan của đê ngăn mặn Bình Sơn - Quảng Ngãi
lúc đã thi công xong 53

Hình 2.18 : Hình ảnh thả thảm đá gia cố chân kè sông Hoàng Long tỉnh Ninh Bình53
Hình 2.19 : Hình ảnh thi công tấm lát bê tông thân kè sông Hoàng Long 54
tỉnh Ninh Bình 54
Hình 2.20 : Hình ảnh kè bằng tấm lát bê tông đúc sẵn đang thi công của kè sông
Hoàng Long tỉnh Ninh Bình 54

Hình 2.21: Rọ đá gia cố bảo vệ bờ 57
Hình 2.22 : Lát mái bờ bằng thảm rọ đá 58
Hình 2.23. Cải tiến kết cấu lõi rồng vỏ lưới thép 61
Hình 2.24. Các rồng đá túi lưới đơn 61
Hình 2.25. Thảm rồng đá túi lưới 61


Hình 2.45 : Gia cố bờ bằng tường đá trường hợp đáy sông không xói, bờ không bị
trượt khi chịu ảnh hưởng của mực nước dao động 77

Hình 2.46. Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa 78
Hình 2.47: Hệ thống ô ngăn cách trong công nghệ NeowebTM 78
Hình 2.48: Giếng quây lọc ngược giảm cột nước chênh lệch. 83
Hình 2.49: Xử lý giếng đùn, giếng phụt, bãi sủi 84
Hình 3.1: Vị trí địa lý tỉnh Ninh Bình 86
Hình 3.2: Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Bình 87
Hình 3.3: Kết quả tính ổn định ứng với trường hợp mực nước sông min 105
Hình 3.4: Kết quả tính ổn định ứng với trường hợp mực nước lũ rút nhanh 107
Hình 3.5. Lưu tốc cực đại dọc sông trong miền tính toán của trường hợp tính
toán (lũ 5% ) 112

Hình 3.6. Biến trình tốc độ dòng chảy và độ sâu tại mặt cắt ngang sông trong trận lũ
tháng 9 năm 1996 1121

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ninh Bình là tỉnh ở phía Nam của vùng đồng bằng Bắc Bộ, nơi chuyển tiếp địa
lý miền Bắc với miền Trung bởi dãy núi Tam Điệp hùng vĩ. Phía Bắc giáp tỉnh Hà
Nam phía
Tây giáp tỉnh Hoà Bình, phía Đông giáp tỉnh Nam Định và biển Đông, phía
Tây giáp tỉnh Thanh Hoá
- Diện
tích tự nhiên: 1.341 km

nước mùa kiệt phụ thuộc vào nước dềnh lên do ảnh hưởng thủy triều từ
sông Đáy và lượng nước bổ xung từ sông Hồng vào sông Đáy (qua sông Đào Nam
Định).
- Về mùa lũ sông Hoàng Long có lưu vực rộng lớn vừa có độ dốc lớn mang đặc
trưng của
sông miền núi nên nước lũ tập trung rất nhanh, cường suất lũ lớn từ 5-7
cm/giờ (có trận lũ cường suất tới 9-10 cm/giờ), nước lũ dâng cao.
- Tỉnh Ninh Bình nằm phía Nam đồng bằng Bắc Bộ lại tiếp giáp với Bắc Khu
Bốn cũ nên chịu ảnh hưởng khí hậu thời tiết của cả hai vùng do vậy lũ sông Hoàng
Long thường kéo dài trong năm và thương xẩy ra lũ kép.
Chế
độ dòng chảy đặc biệt là lũ của sông Hoàng long diễn biến rất phức tạp;
Một số vị trí xung yếu mùa mưa lũ lại thường xẩy ra sạt trượt, địa phương phải xử lý
trong điều kiện mưa to, lũ lớn rất phức tạp vất vả nhưng hiệu quả không cao.
Đê hữu Hoàng Long toàn tuyến dài 20,85 km từ đồi 94 - Nho Quan đến Gia
Sinh - Gia Viễn có 16 cống và 1 âu. Trên tuyến có tràn Lạc Khoái dài 730 m có nhiệm
vụ phân lũ bảo vệ an toàn đê khi mực nước lũ sông Hoàng Long lên trên +4,3 m.
Thực trạng hoạt động của hệ thống công trình chống lũ sông Hoàng Long sau
trận lũ tháng
10/2007:
- Các tuyến đê hiện có về cơ bản là ổn định, một vài đoạn có hiện tượng thẩm
lậu, mạch
đùn, mạch sủi xuất hiện dưới chân đê và sạt lở nhỏ mái đê tại các vị trí mới
đắp.
- Tuyến đê hữu Hoàng Long là đê cấp IV, đoạn từ K10 đến K20+850, có cao
trình đỉnh
là +5,55 m đến +5,30 m là đoạn chịu tác động lớn nhất của lũ sông Hoàng
Long. Theo kết quả tính toán, phân tích mực nước lũ thực tế giai đoạn (1960 - 2007)
hiện tại cao trình đỉnh đê hữu Hoàng Long chỉ ngăn được lũ với tần suất mực nước
10%.

tỉnh Ninh Bình.
+ Phạm vi nghiên cứu:
Phân tích tình hình lũ sông Hoàng Long và đề xuất giải pháp và thiết kế công
trình hợp lý cho tuyến đê hữu Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình.
III. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp đúc rút kinh nghiệm thực tế và tính toán giải
quyết các bài
toán thiết kế thực tế giải pháp bảo vệ bờ sông.
- Tổng
hợp tài liệu nghiên cứu đã có về gia cố chống sạt lở bờ sông, các quy
trình, quy phạm tính toán thiết kế và chỉ dẫn thi công.
- Phân tích lựa
chọn giải pháp và thiết kế công trình hợp lý cho tuyến đê hữu
Hoàng Long, sông Hoàng Long, tỉnh Ninh Bình.
4

IV. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan các phương pháp gia cố chống sạt lở bờ sông.
- Phân loại, rút ra ưu nhược điểm và đề xuất phương pháp xử lý, phạm vi áp
dụng thích hợp cho từng loại sạt lở.
- Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết kế cho đê hữu Hoàng Long thuộc Tỉnh
Ninh Bình trên cơ sở các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, xã hội và điều kiện tự nhiên của
vùng nghiên cứu.
V. Kết quả dự kiến đạt được:
- Đưa ra được một số phương pháp xử lý chống sạt lở bờ sông. Biện pháp xử lý
cho từng loại sạt lở.
- Đề xuất giải pháp và thiết kế cho đê hữu Hoàng Long thuộc Tỉnh Ninh Bình.


Cấu kiện bê tông tự
chèn là dùng các cấu kiện
bê tông có kích thướ
c và
trọng lượng đủ lớn đặt liên
kết tạo thành mảng bảo vệ
chố
ng xói cho mái phía
sôngdo tác động của sóng
và dòng chảy.Hình 1.1: Gia cường mái đê ở Hà Lan
Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện người ta không
ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và kiên kết giữa các cấu kiện
theo hình thức tự chèn. Kết cấu loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với
đê nên có độ ổn định của kết cấu tương đối cao.
Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn có xu hướng chuyển từ dạng “bản”
như đang được sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột” để tăng ổn định và
dễ sửa chữa khi có sự cố. Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên
các cấu kiện gia cường trước kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay
thế bằng các cấu kiện dày hơn, nặng hơn. Hình 1.2 thể hiện so sánh giữa cấu
kiện bảo vệ mái đê trước kia và cấu kiện đang thay mới ở một đoạn đê của Hà
Lan.

a) Bóc bỏ cấu kiện gia cường cũ

b) Thay thế bằng cấu kiện mới
7

Tính đến thời điểm hiện tại, gia cố mái đê sông bằng các cấu kiện bê tông
đúc sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điểm nổi trội về sự ổn định của mảng gia
cố dưới tác động của sóng và dễ thi công, thuận tiện cả dùng thi công cơ giới.
Tiêu chuẩn ổn định của cấu kiện gia cố mái đê thường dùng công thức ứng
dụng của Pilarczyk (1990) đề xuất dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình tỷ lệ lớn:
b
p
u
m
s
D
H
ξ
α
cos
Φ
Ψ≤
∆

Với
b
p
ξ
là chỉ số sóng vỡ trên mái đê
b
p
ξ
= tan
α
(H

: Chiều cao sóng (m);
9

T
p
Chu kỳ sóng (s);
L
o
: Chiều dài sóng (m);
D : Chiều dầy cấu kiện gia cố (m);
α
: Góc mái dốc (độ);
∆
m
: Tỷ trọng vật liệu cấu kiện;
b : Hệ số tương tác của sóng lên kè có các độ nhám khác nhau
Các đại lượng D , ∆
m
xác định theo dạng kè bảo vệ mái
1.2.1.2.Gia cố mái đê bằng nhựa đường
Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng
Trung Âu vào việc làm kín nước. Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ
mái đập đá đổ. Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền
Fuliana. Sau cơn bão 1953, Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây
dựng đê. Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cường,
chẳng hạn nhựa đường-đá xếp, nhựa đường-bê tông khối, bê tông Asphalt ứng
dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê sông của nhiều nước tiên tiến như
Nauy, Hà lan, Mĩ và một số nước khác.
Hình 1.6 là một
dạng kè đê bằng đá xếp

Hình 1.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê sông Hà Lan
1.2.1.4.Thảm đá
Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy đá gọi là
“thảm đá”. Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ sông do tác động
11

của sóng và dòng chảy. Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ lại thành
khối lớn để sóng và dòng chảy không phá hỏng được.
1.2.1.5.Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát
Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kĩ thuật, liên kết
với nhau thành một hệ thống gọi là thảm túi cát để bảo vệ mái dốc của đê, bờ
sông, bờ biển.
Hình 1.9 là
ảnh chụp một
đoạn kè chống
xói bằng hệ thống
các túi địa kỹ
thuật trên đảo
Sylt-Kliffende-Đ
ức.

Hình 1.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật
Hình 1.10 là một số ứng dụng khác của túi địa kỹ thuật, có thể xây dựng
kè chắn sóng, sửa chữa trụ cầu, gia tăng trọng lượng cho đường ống, neo giữ…
Ghi chú:
a) Xây dựng kè chắn sóng, chống xói.

b) Bảo vệ bờ, chống tác động của
sóng lớn.
c) Sửa chữa trụ cầu xây dựng trong

nhóm đường kính hạt khác nhau, gia cường làm nền khi đắp đê trên nền đất
yếu. Như vậy tăng cường đuợc ổn định tổng thể cho đê (hình 1.12).
Hình 1.12: Công nghệ sử dụng vật liệu
địa kỹ thuật tổng hợp