Tài liệu 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

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 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Bùi Xuân Thư iii MỤC LỤC LỜI TÁC GIẢ .............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................ii MỤC LỤC ........................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ................................................................... viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 I. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1 II. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................. 3 III. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 3 IV. Nội dung nghiên cứu: ................................................................................ 4 V. Kết quả dự kiến đạt được: ......................................................................... 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ SÔNG ..................... 5 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 1.4.4. Hướng tiếp cận lựa chọn giải pháp công nghệ mới .............................. 26 1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG SẠT LỞ BẢO VỆ BỜ SÔNG ........................................................................................................... 29 2.1. Một số nguyên nhân sạt lở ...................................................................... 29 2.1.1. Tác dụng xâm thực của sông................................................................. 29 2.1.2. Quá trình tẩm ướt đất đá ....................................................................... 29 2.1.3. 2.1.3. Tác động của áp lực thủy tĩnh ..................................................... 30 2.1.4. Tác động của áp lực thủy động ............................................................. 30 2.1.5. Hoạt động nhân sinh ............................................................................. 31 2.2. Giải pháp xử lý chống sạt lở bảo vệ bờ phía sông .................................. 32 v 2.2.1. Giải pháp giảm lực gây trượt bảo vệ bờ phía sông .............................. 32 2.2.1.1. Xử lý chống sạt lở bờ sông bằng kè mỏ hàn ................................... 33 2.2.1.2. Xử lý chống sạt lở bờ sông bằng kè lát mái .................................... 42 2.2.1.3. Xử lý chống sạt lở bờ bằng rọ đá .................................................... 55 2.2.1.4. Xử lý chống sạt lở bờ bằng các loại cây, cỏ bó cành cây ............... 62 2.2.2. Giải pháp tăng lực kháng trượt bảo vệ bờ phía sông ............................ 70 2.2.2.1. Gia cố sử dụng vải địa kỹ thuật chống sạt lở bảo vệ bờ.................. 71 2.2.2.2. Gia cố làm cứng đất bảo vệ bờ sông chống sạt lở ........................... 74 2.2.2.3. Sử dụng tường chắn bảo vệ bờ chống xói lở .................................. 75 2.2.2.4. Gia cố nền mái bờ sông bằng công nghệ NeowebTM .................... 78 2.3. Giải pháp xử lý chống sạt lở bảo vệ bờ phía đồng ................................. 78 2.3.1. Giải pháp chống sạt trượt do mái đê phía đồng đắp quá dốc................ 78 2.3.2. Giải pháp chống thấm, thẩm lậu, rò rỉ qua thân đê phía đồng trong điều kiện nước lũ dâng cao ........................................................................... 79 2.3.3. Giải pháp chống rò rỉ, sập tổ mối, lỗ sủi, mạch sủi, mạch đùn bục đất, 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 3.2.3.2. Cao trình các tuyến đê ..................................................................... 97 3.3. Các tài liệu dùng trong thiết kế ............................................................... 98 3.4. Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ cho một số đoạn xung yếu ...................... 104 3.4.1. Kiểm tra ổn định mái cho một số đoạn xung yếu ............................... 104 3.4.1.1. Mực nước tính toán: ...................................................................... 104 3.4.1.2. Tài liệu sử dụng trong tính toán .................................................... 104 3.4.1.3. Kết quả tính toán ........................................................................... 105 3.4.1.4. Đánh giá nguyên nhân mất ổn định:.............................................. 108 3.4.2. Kết luận: .............................................................................................. 110 3.4.2.1. Nguyên nhân một số đoạn xung yếu bị mất ổn định:.................... 110 3.4.2.2. Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ .......................................................... 111 3.5. Phân tích ứng dụng giải pháp bảo vệ và đánh giá hiệu quả kỹ thuật.... 113 3.5.1. Tuyến đê:............................................................................................. 113 3.5.2. Kè bảo vệ đê:....................................................................................... 113 vii 3.5.2.1. Phương án kè mái nghiêng (PA1): ................................................ 113 3.5.2.2. Phương án kè đứng (PA2): ............................................................ 115 3.5.3. Phân tích lựa chọn phương án:............................................................ 116 3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................. 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 117 1. Kết luận: ................................................................................................ 117 2. Kiến nghị: .............................................................................................. 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 119 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 : Bảng phân loại mỏ hàn ............................................................................ 34 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 1.17: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định .......................... 15 Hình 1.18: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình ............................................................. 16 Hình 1.19: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ ......................................................... 17 Hình 1.20: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ ; ....................................................... 17 Hình 1.21:Kè bằng cấu kiện bê tông khối lớn .......................................................... 18 Hình 1.22: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC-178 ......................................................... 19 Hình 1.23: Kè bằng cấu kiện BT liên kết 2 chiều ..................................................... 19 Hình 1.24: Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn (K.W.Pilarczyk-2006) ........................ 20 Hình 1.25: Lực tác dụng của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông .............................. 21 Hình 1.26: Tấm lát mái đê sông bị lún sụt; ............................................................... 23 x Hình 1.27: Tấm lát mái đê sông bị bong tróc............................................................ 24 Hình 1.28: Phá huỷ mái phía sông dẫn đến xói hỏng nền đê .................................... 24 Hình 1.29: Các viên gia cố không đủ trọng lượng .................................................... 24 Hình 1.30: Mái đê sông phía đồng bị sóng tràn qua ................................................. 25 Hình 1.31: Đê sông đắp bằng đất có hàm lượng cát cao bị xói hỏng ....................... 25 Hình 1.32: Viên gia cố bị đẩy ngược ........................................................................ 25 Hình 1.33: Đê sông Hải Phòng được cứng hoá bề mặt-chống sóng tràn .................. 26 Hình 1.34: Bão số 2-2005 mái hạ lưu bị phá huỷ toàn bộ do sóng tràn.................... 26 Hình 2.1: Sơ đồ lực tác động lên sườn dốc khi có áp lực thủy động ........................ 31 Hình 2.2: Hệ thống các giải pháp giảm lực gây trượt ............................................... 32 Hình 2.3 : Mặt cắt ngang mỏ hàn .............................................................................. 36 Hình 2.4 : Bố trí đệm chống xói bằng bè chìm ......................................................... 39 Hình 2.5: Kè mỏ hàn bằng hai hàng cọc ống BTCT trên sông Brahmaputra – Jamuna – Băngladet ........................................................................................................... 40 Hình 2.6: Công trình bảo vệ bờ sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận) bằng hệ thống công trình hoàn lưu ................................................................................................... 41 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 2.26. Thảm đá bảo vệ bờ sông ......................................................................... 62 xii Hình 2.27. Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ sông ............................................................ 62 Hình 2.28. Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật ............................ 63 Hình 2.29 : Tuyến kè bảo vệ bờ sông bằng cỏ Vetiver ............................................. 67 Hình 2.30: Bó rong .................................................................................................... 68 Hình 2.31: Rồng ........................................................................................................ 68 Hình 2.32: Khung giá ................................................................................................ 69 Hình 2.32: Khung giá tứ diện bằng bê tông cốt thép (cm)........................................ 69 Hình 2.33: Khung hình hộp bằng thanh ray cũ ......................................................... 69 Hình 2.34: Bè chìm cành cây .................................................................................... 70 Hình 2.35 thể hiện sơ đồ các giải pháp tăng lực kháng trượt bảo vệ bờ phía sông .. 70 Hình 2.36. Trải vải địa kỹ thụât là tầng lọc mái kè .................................................. 71 Hình 2.37. Một số loại thảm bêtông túi khuôn ......................................................... 72 Hình 2.38: Kết cấu thảm FS ...................................................................................... 72 Hình 2.39: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn ...................... 73 Hình 2.40: Kè bằng GeoTube ................................................................................... 73 Hình 2.41: Một loại túi địa kỹ thuật ......................................................................... 74 Hình 2.42 : Tường đá đặt trên nền đất yếu bảo vệ bờ khi chịu ảnh hưởng của mực nước dao động ........................................................................................................... 76 Hình 2.43 : Tường đá đặt trên nền đất tốt bảo vệ bờ khi chịu ảnh hưởng của mực nước dao động ........................................................................................................... 76 xiii Hình 2.44: Gia cố bờ bằng đá trường hợp đáy sông không xói, bờ bị xói mạnh khi chịu ảnh hưởng của mực nước dao động .................................................................. 77 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 .................................................................................................... 112 1 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 km2 - Dân số:943.899 người (năm 2008) - Tỉnh lỵ:Thành phố Ninh Bình - Các huyện, thị, thành phố: Thành phố Ninh Bình, Thị xã Tam Điệp; Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Mô, Yên Khánh, Kim Sơn. Tỉnh Ninh Bình nằm ở hạ lưu các dòng sông và có địa hình khá phức tạp, Ninh Bình nên thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ trên các sông như sông Hoàng Long, sông Đáy, lũ sông Hồng phân sang sông Đáy qua sông Đào Nam Định, ngoài ra còn bị ảnh hưởng lũ do mưa nội đồng và bão biển. Trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2010, hàng năm Ninh Bình bị thiệt hại do thiên tai bão, lũ. Sông Hoàng Long thuộc Ninh Bình có lưu vực rộng lớn bắt nguồn từ vùng rừng núi thuộc tỉnh Hòa Bình và một phần rừng núi tỉnh Ninh Bình. Sông Hoàng Long dài 125 km đoạn chẩy giữa khu Bắc Ninh Bình có chiều dài là 31 km chảy qua địa phận các huyện: Gia Viễn, Nho quan, huyện Hoa Lư. Bao gồm các tuyến đê: + Tuyến đê tả, hữu Hoàng Long (Nho Quan, Gia Viễn), đê Trường Yên, đê Gia Tường - Đức Long (Nho Quan); đê Năm Căn (Nho Quan); + Các tuyến đê ngăn lũ núi và hồ chứa lớn như: đê Đầm Cút (Gia Viễn); hồ Yên Quang (Nho Quan). Chế độ dòng chảy của sông Hoàng Long rất phức tạp : 2 - Mực 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%. - Tuyến đê Tả Hoàng Long đã có một số vị trí xuất hiện mạch sủi, cột điện ngay trên thân đê và nhất là có một số lối lên xuống từ trên đê vào các khu dân cư trên toàn tuyến làm biến dạng mái đê. Một số đoạn đê còn chưa có cơ đê như đoạn đê từ K3+500 đến K3+045. 3 - Tuyến đê Trường Yên do đi qua một số điểm có địa chất yếu đẽ bị thẩm lậu, sạt trượt khi mực nước sông Hoàng Long lên trên báo động II. Các giải pháp công trình chống lũ cơ bản phòng chống lũ sông Hoàng Long gồm có: - Nâng cấp các tuyến đê ngăn lũ theo các yêu cầu chống lũ. - Phân chậm lũ vào các khu để hạ thấp mực nước lũ trên sông Hoàng Long. - Xây dựng hồ chứa Hưng Thi ở thượng nguồn để cắt, giảm lũ cho hạ du Do đó việc lựa chọn 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” là rất cấp thiết cho giai đoạn hiện nay, cũng như sự phát triển lâu dài trong tương lai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh nâng cao khả năng phòng chống lũ cho tuyến đê sông Hoàng Long. II. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài + Mục đích: - Chọn được giải pháp hợp lý bảo vệ bờ sông Hoàng Long trong điều kiện nước lũ dâng cao; - Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết kế công trình bảo vệ bờ cho đê hữu Hoàng Long, 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. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ SÔNG 1.1. Mở đầu Đê sông là công trình thủy lợi ngăn nước trải dài theo các dòng sông làm nhiệm vụ bảo vệ các khu dân cư, các vùng đất canh tác để tránh các tác động của nước sôngkhi có bão, triều cường. Nước sông tràn vào trong đồng gây thiệt hại về tính mạng, tài sản của nhân dân, nhiễm mặn hệ thống đất canh tác, phá huỷ làng mạc hoa màu. Vì vậy trong mọi trường hợp, vấn đề đảm bảo an toàn đê sông nói riêng và hệ thống đê nói chung là đảm bảo an toàn về dân sinh, kinh tế, an ninh quốc phòng. Các nước phát triển đã có nhiều đầu tư về nghiên cứu khoa học, công nghệ đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho đê sông. Các giải pháp gia cường, bảo vệ đê sông trước kia có thể được bóc bỏ, thay mới bằng giải pháp công nghệ an toàn vững chắc hơn. Việt Nam cũng có những chuyển biến tích cực, nhưng chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của đê sông hiện tại. Các phần tổng quan về gia cường đê sông trên thế giới và của Việt Nam được trình bày sau đây cho toàn cảnh về cải tiến công nghệ cũng như những tồn tại về kỹ thuật. Từ đó sẽ phân tích, đánh giá rút ra được đề xuất khoa học công nghệ sao cho có tính sáng tạo, tăng thêm an toàn, kinh tế và Việt Nam. 1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê sông trên thế giới 1.2.1.Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông 1.2.1.1.Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn Phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép với các dạng liên kết khác nhau. Hình 1.1 thể hiện một đoạn đê ở Hà Lan, mái đê được gia cường bằng các biện pháp là một đoạn đê dùng đá lát khan, một đoạn đê sử dụng kết cấu bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ. 6 Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía sôngdo tác động của sóng Hình 1.1: Gia cường mái đê ở Hà Lan và dòng chảy. 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 Hình 1.2: Cấu kiện bê tông lắp ghép Có rất nhiều dạng kết cấu bê tông gia cố, hình dạng của các kết cấu gia cố dựa trên tiêu chí liên kết mảng. Hình 1.3 thể hiện một dạng kết cấu gia cố đê sông của Nhật Bản. Hình 1.3: Một dạng cấu kiện gia cố đê sôngNhật Bản Hình 1.4 là ảnh thiết bị thi công lắp ghép các cấu kiện bê tông khối lớn gia cố mái đê phía sông. Hình 1.4: Thiết bị thi công cấu kiện gia cố mái đê biển Hà Lan