Thạc Sĩ Nghiên cứu đánh giá nguyên nhân mất ổn định và giải pháp sửa chữa đê Hữu Cẩu - Bắc Ninh

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC
Danh mục Trang
Mở đầu 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích của đề tài và phạm vi nghiên cứu 3
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3
4. Kết quả dự kiến đạt được 4
5. Bố cục của luận văn 4
Chương 1: Tổng quan hệ thống đê điều trong và ngoài nước 5
1.1. Tổng quan về công trình đê điều trên thế giới. 5
1.1.1. Lịch sử phát triển đê điều ngoài nước 5
1.1.2. Hệ thống đê điều Hà Lan 6
1.1.3. Hệ thống đê điều Mỹ 8
1.1.4. Hệ thống đê điều Nhật Bản 9
1.2. Tổng quan về công trình đê điều ở Việt Nam 10
1.2.1. Tình hình lũ và giải pháp phòng chống 10
1.2.1.1. Đặc điểm tự nhiên Việt Nam và đồng bằng Bắc Bộ 10
1.2.1.2. Tình hình lũ lụt 11
1.2.1.3. Biện pháp phòng chống 12
1.2.2. Hệ thống đê sông Việt Nam 13
1.2.2.1. Lịch sử hình thành 13
1.2.2.2. Đặc điểm hệ thống đê sông Việt Nam 16
1.2.2.3. Cấu trúc địa chất và tính chất địa chất công trình của các lớp đất ở nền đê
1.2.2.4. Đặc điểm địa chất thủy văn 18
1.2.2.5. Về cấu tạo thân đê 18
1.2.2.6. Về sự làm việc của đê sông 18
1.2.2.7. Những tác động của con người vào hệ thống đê 18
1.2.3. Mặt cắt ngang đặc trưng của đê sông 19
1.3. Kết luận chương 1 20
Chương 2: Xác định các nguyên nhân gây mất ổn định và dạng mất ổn định của
đê Hữu Cầu 21
2.1. Giới thiệu về đê Hữu Cầu 21
2.1.1. Khái quát quá trình hình thành 21
2.1.2. Hiện trạng tuyến đê hữu cầu 21
2.1.3. Điều kiện khí tượng thủy văn 25
2.1.3.1. Khí tượng 25
2.1.3.2. Thủy văn 26
2.1.4. Tài liệu địa hình địa mạo 27
2.1.4.1. Địa hình, địa mạo 27
2.1.4.2. Địa chất thổ nhưỡng 28
2.1.5. Điều kiện dân sinh kinh tế 29
2.1.5.1. Dân số 29
2.1.5.2. Kinh tế 29
2.1.5.3. Văn hoá xã hội 30
2.1.5.4. Về môi trường 31
2.2. Nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng đến sạt trượt, lún mái đê và vỡ đê31
2.2.1. Nguyên nhân chủ quan 31
2.2.2. Nguyên nhân khách quan 32
2.3. Các dạng mất ổn định của đê sông 35
2.3.1. Hư hỏng mái đê 36
2.3.2. Hư hỏng mặt đê 36
2.3.3. Phân tích sự làm việc của đê, các khả năng phá hoại sự làm việc
an toàn của đê 37
2.3.3.1. Loại khả năng phá hoại bình thường 37
2.3.3.2. Dạng khả năng phá hoại đặc biệt 40
2.4. Đánh giá tác động của dòng chảy đối với mái đê và đê 42
2.5. Đánh giá tác động của dòng thấm đối với đê 45
2.5.1. Hiện tượng mạch đùn mạch sủi sảy ra trên tuyến đê Hữu cầu 45
2.5.2. Hiện tượng thẩm lậu sảy ra trên tuyến đê Hữu cầu 46
2.6. Đánh giá tác động của địa chất nền đê 48
2.7. Kết luận chương 2 48
Chương 3: Đề xuất giải pháp xử lý mất ổn định của đê hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh 49
3.1. Đắp bù và xử lý nền. 49
3.1.1. Đắp bù hoàn chỉnh mặt cắt đê. 49
3.1.1.1. Cấp công trình. 49
3.1.1.2. Xác định các tiêu chuẩn chỉ tiêu thiết kế. 50
3.1.1.3. Biện pháp thi công đắp bù hoàn chỉnh mặt cắt đê. 51
3.1.2. Xử lý nền đê. 52
3.2. Xử lý kè mái thượng lưu đê. 59
3.2.1. Các thông số kỹ thuật chính. 60
3.2.2. Các giải pháp kết cấu công trình. 60
3.3. Công nghệ xử lý bề mặt đê bằng bê tông tự lèn. 65
3.3.1. Khái quát về bê tông tự lèn ( BTTL). 66
3.3.2. Tổng quan về bê tông tự lèn trên thế giới. 67
3.3.3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng BTTL tại Việt nam. 68
3.3.4. Vật liệu chế tạo. 69
3.3.4.1. Hàm lượng nước. 69
3.3.4.2. Phụ gia mịn. 69
3.3.4.3. Cốt liệu nhỏ. 70
3.3.4.4. Cốt liệu lớn 71
3.3.4.5. Xi măng 71
3.3.5. Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn. 71
3.3.6. Các phương pháp thí nghiệm hỗn hợp bê tông tự lèn. 73
3.3.6.1. Phương pháp xác định độ linh động ( độ chẩy xoè ) của hỗn hợp BTTL
bằng phương pháp rút côn. 73
3.3.6.2. Phương pháp xác định khả năng chảy qua cốt thép của hỗn hợp BTTL
bằng L box 74
3.3.6.3. Phương pháp xác định khả năng chảy qua cốt thép của hỗn hợp BTTL
bằng U box. 75
3.4. Tính toán ổn định cho các phương án 77
3.4.1. Tính toán ổn định mái đê 77
3.4.1.1. Phương pháp tính toán 77
3.4.1.2. Số liệu tính toán 79
3.4.1.3. Kết quả tính toán 80
3.4.2. Tính toán phương án kè mái thượng lưu đê 83
3.4.2.1. Phương pháp tính toán 84
3.4.2.2. Các chỉ tiêu tính toán 84
3.4.2.3. Kết quả tính toán bằng phần mềm GEOSLOPE 85
3.5. So sánh và lựa chọn phương án thích hợp 87
3.5.1. Phương án đắp bù hoàn thiện mặt cắt đê 87
3.5.1.1. Kết quả tính toán 87
3.5.1.2. Phân tích phương án đắp áp trúc, tôn cao mở rộng mặt cắt đê 88
3.5.2. Xử lý kè mái thượng lưu đê 90
3.5.2.1. Kết quả tính toán ổn định 90
3.5.2.2. Tính toán kinh phí đầu tư 90
3.5.2.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu 91
3.5.3. Xử lý bề mặt đê 92
3.5.3.1. Cường độ chịu nén 92
3.5.3.2. Cường độ chịu kéo 92
3.5.3.3. Giá thành 92
3.5.3.4. Mô đun đàn hồi 93
3.5.3.5. Khả năng chống cắt tại các mặt phẳng đổ. 93
3.5.3.6. Độ bền 93
3.6. Kết luận chương 3 94
Kết luận và kiến nghị 95
Tài liệu tham khảo 98
DANH MỤC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH
Chương 1
Hình 1.1 Cồn cát - đê biển tự nhiên 6
Hình 1.2 Bản đồ phân vùng tần suất thiết kế đê biển Hà Lan 6
Hình 1.3 Cắt ngang đê biển Afsluitifk - Hà Lan 7
Hình 1.4 Đê biển Afsluitifk - Hà Lan 8
Hình 1.5 Một số cấu kiện bảo vệ bờ 8
Hình 1.6 Một vài mặt cắt kè biển ở Mỹ 9
Hình 1.7 Hình ảnh công trình bảo vệ bờ trên thế giới 10
Hình 1.8 Một cảnh đắp đê thời Trần 14
Hình 1.9 Các đê sông trong vùng đồng bằng sông Hồng 15
Hình 1.10 Đê sông Hồng ngày nay 16
Hình 1.11 Mặt cắt ngang đặc trưng của đê 19
Chương 2 21
Hình 2.1 Mặt cắt ngang địa chất điển hình đê hữu cầu 29
Hình 2.2 Một số hình ảnh mở rộng mặt đê đã được ứng dụng tại tỉnh Vĩnh Phúc 33
Hình 2.3 Tập kết vật liệu trái phép 33
Hình 2.4 Mặt cắt đê đại diện 34
Hình 2.5 Xe có tải trọnglớn đi lại trên đê 34
Hình 2.6 Một số dạng sạt lở mái đê 36
Hình 2.7 Một số hình ảnh sạt lở mái đê thực tế 36
Hình 2.8 Một số hình ảnh lún, sụt, bong vỡ mặt đê thực tế 37
Hình 2.9 Các dạng trượt mái đê 38
Hình 2.10 Dòng thấm qua đê và nền trong mùa lũ 38
Hình 2.11 Trượt mái đê cùng với nền 39
Hình 2.12 Dòng thấm trong thân đê khi lũ rút nhanh 40
Hình 2.13 Sự hình thành mạch đùn, mạch sủi 40
Hình 2.14 thấm trong thân đê không đồng nhất 41
Hình 2.15 Sơ đồ các đường thấm tập trung trong đê 41
Hình 2.16 Các dạng hang thấm tập trung 42
Chương 3 49
Hình 3.1 Mặt cắt đắp áp trúc hoàn chỉnh mặt cắt đê Hữu Cầu 51
Hình 3.2 Sơ đồ tính toán khoan phụt vữa. 54
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí hố khoan phụt vữa 57
Hình 3.4 Kết cấu kè lát mái hộ chân rồng đá lưới thép 61
Hình 3.5 Kết cấu kè lát mái hộ chân rồng đá lưới thép kết hợp lăng thể đá hộc 62
Hình 3.6 Kết cấu kè lát mái hộ chân lăng thể đá hộc 64
Hình 3.7 Thi công bê tông tự lèn và bê mặt bê tông tự lèn 67
Hình 3.8 Sử dụng BT tự lèn cho Mố neo của cầu Akashi-Kaikyo 68
Hình 3.9 Sử dụng BT tự lèn cho toà nhà T34 Trung Hoà 69
Hình 3.10 Phương pháp thiết kế thành phần của hỗn hợp bê tông tự lèn 72
Hình 3.11 Thí nghiệm xác định độ chẩy xoè của hỗn hợp BTTL 74
Hình 3.12 L-box thí nghiệm khả năng chảy qua cốt thép của hỗn hợp BTTL. 75
Hình 3.13 U-box thí nghiệm khả năng chảy qua cốt thép của hỗn hợp BTTL. 76
Hình 3.14 Sơ đồ tính ổn định mái đê theo phương pháp cân bằng giới hạn 78
Hình 3.15 Sơ đồ tính toán trường hợp mực nước sông +8.4 80
Hình 3.16 Đường bão hòa và đường đẳng cột nước trong thân đê trường hợp
mực nước sông +8.4 80
Hình 3.17 Gradien thấm trong thân đê (J max =0.74) trường hợp mực nước sông
+8.4 81
Hình 3.18 Ổn định mái đê (K = 1,564) trường hợp mực nước sông +8.4 81
Hình 3.19 Sơ đồ tính toán trường hợp đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4 82
Hình 3.20 Đường bão hòa và đường đẳng cột nước trong thân đê trường hợp
đắp mở rộng mặt đê với mực nước +8.4 82
Hình 3.21 Gradient thấm trong thân đê (J max = 0.56) trường hợp đắp mở
rộngmặt đê với mực nước +8.4 83
Hình 3.22 Ổn định mái đê (Kmin = 2.218) trường hợp đắp mở rộng mặt đê với
mực nước +8.4 83
Hình 3.23 Tính toán với mặt cắt kè hiện trạng 85
Hình 3.24 Tính toán với mặt cắt kè lát mái hộ chân bằng rồng đá lưới thép 86
Hình 3.25 Tính toán với mặt cắt kè lát mái hộ chân bằng rồng đá lưới thép kết
hợp lăng thể đá hộc 86
Hình 3.26 Tính toán với mặt cắt kè lát mái hộ chân lăng thể đá hộc 87
Hình 3.27 Đắp mở rộng mặt cắt về phía sông 88
Hình 3.28 Đắp mở rộng mặt cắt về phía đồng 89






















DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 3
Bảng 3.1 Cao trình mực nước thiết kế tại trạm thủy văn. 50
Bảng 3.2 Cao trình mực nước kiệt tại trạm thủy văn. 60
Bảng 3.3
Thành phần cấp phối BTTL sử dụng tro bay nhiệt điện phả lại,
bột đá vôi và Silicafume.
73
Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền đê 79
Bảng 3.5 Bảng trị số các đặc trưng cơ lý của lớp đất kè 84
Bảng 3.6 Bảng trị số các đặc trưng cơ lý đá thả rời 85
Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán ổn định kè 90
Bảng 3.8 Bảng so sánh kinh phí của từng phương án kết cấu (10m dài) 90
Bảng 3.9 Cấp phối BTTL 25MPa 92
Bảng 3.10 Cấp phối bê tông thường 25MPa 92
Bảng 3.11 Kết quả cường độ chịu nén của 2 cấp phối 25MPa so sánh 92
Bảng 3.12 So sánh giá thành 1m3 bê tông (đơn vị tính: ngàn đồng) 93
1

MỞ ĐẦU
) Tính cấp thiết của Đề tài:
Bắc Ninh là một tỉnh nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, trong vùng kinh tế
trọng điểm, phía Bắc giáp thủ đô Hà Nội. Hầu hết dân cư và diện tích đất của tỉnh



Bắc Ninh đều nằm trong vùng bảo vệ của các tuyến đê sông Cầu, sông Đuống, sông
Thái Bình và một phần hạ lưu sông Cà Lồ.
Do đó hệ thống đê điều ở Bắc Ninh có ý nghĩa chiến lược quan trọng, thực sự
là một công trình chủ yếu để phòng chống thiên tai, lũ lụt, bảo vệ cho 48.216 ha đất
của Tỉnh, 21.784 ha của thủ đô Hà Nội ( Gia Lâm, Đông Anh), 17.568 ha Hưng
Yên, Hải Dương, đời sống hàng nghìn gia đình, hàng trăm nhà máy, xí nghiệp, kho
tàng, nhiều khu công nghiệp lớn: Tiên Sơn, Quế Võ, Bắc Thăng Long – Nội Bài.
Nhiều công trình Văn hoá, Di tích lịch sử cách mạng được xếp hạng, nhiều tuyến
đường giao thông quan trọng: Quốc Lộ 1A, 1B, 18, 38 tuyến đường sắt Hà Nội –
Lạng Sơn và các công trình quân sự chiến lược Quốc Gia.

Hình 1: Bản đồ đê điều và PCLB tỉnh Bắc Ninh 2

Hệ thống đê điều của tỉnh Bắc Ninh với tổng chiều dài 241,39 km, trong đó đê
cấp I đến cấp III là 139,12 km, đê cấp IV là 47,749 km còn lại là đê bối. dọc theo
các tuyến đê có 33 kè hộ bờ và chống sóng mái đê, dưới đê có 123 cống lớn nhỏ
làm nhiệm vụ tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp và dân sinh kinh tế.
Tình hình chung điều tra cho thấy hệ thống đê điều tỉnh Bắc Ninh được hình
thành từ lâu đời, qua nhiều giai đoạn tu bổ, hiện còn nhiều tồn tại, tiềm ẩn nhiều
nguy cơ không thể lường trước đựơc. Nhiều đoạn đê chưa đảm bảo cao trình và mặt
cắt theo yêu cầu chống lũ, địa chất nền mềm yếu chưa được sử lý thường xuất hiện
đùn, sủi uy hiếp đến an toàn của đê, vật liệu đắp đê có hàm lượng pha cát nhiều,
nhất là thời kỳ trước kia đất đắp đê lẫn nhiều tạp chất, thiếu tính đồng nhất vì vậy
thường xuất hiện sự cố thẩm lậu mái đê phía đồng, sạt lở mái đê phía sông. Đặc biệt
là đối với sông Cầu, lòng sông hẹp, dòng chảy tiến sát chân đê, luôn có diễn biến
xói lở phức tạp, khó lường khi gặp tổ hợp bất lợi lũ cao có gió bão mạnh sẽ gây
nguy hiểm thường xuyên đe doạ đến an toàn của đê, khiến cho công tác hộ đê ở Bắc
Ninh rất căng thẳng, vất vả và tốn kém.
Đoạn đê Hữu Cầu (từ Km28+860 ư Km82+341) là trọng điểm chống lụt bão
của tỉnh Bắc Ninh, hàng năm thường xuất hiện các sự cố: thẩm lậu, mạch đùn, mạch
sủi, sạt trượt . uy hiếp đến an toàn của đê. Nếu đoạn đê này xảy ra sự cố vỡ đê sẽ
đe doạ tính mạng, tài sản hàng nghìn người dân, gây thiệt hại cho nhà nước hàng
nghìn tỷ đồng, huyết mạch giao thông Bắc - Nam bị cắt đứt, các công trình Quân sự
bảo vệ thủ đô Hà Nội bị cô lập, thành phố Bắc Ninh - Trung tâm chính trị, kinh tế,
văn hoá của Tỉnh bị tê liệt hoàn toàn, hậu quả là không lường hết được.
Chính vì vậy, để phòng chống thiên tai, đảm bảo an toàn đời sống nhân dân
trong tỉnh và các vùng lân cận nhất là một phần Thủ Đô Hà Nội, việc nghiên cứu
đánh giá các nguyên nhân gây mất ổn định của đê Hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh và đề
xuất giải pháp khắc phục cho hệ thống đê tỉnh Bắc Ninh, nhất là với hệ thống đê
Hữu Cầu là rất cấp thiết. Vì vậy nên đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu đánh giá
nguyên nhân mất ổn định và giải pháp sửa chữa đê Hữu Cầu - Bắc Ninh " có ý
nghĩa thực tiễn cao. 3

)Mục đích của Đề tài và phạm vi nghiên cứu:
Mục đích đề tài
- Nghiên cứu đánh giá được các nguyên nhân gây mất ổn định đê Hữu Cầu
tỉnh Bắc Ninh.
- Đề xuất giải pháp khắc phục sự cố sạt lở mái đê, đảm bảo an toàn cho đê.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: ổn định đê Hữu Cầu và tác dụng kỹ thuật của các
giải pháp.
- Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài
tập trung nghiên cứu ổn định của các giải pháp khắc phục sự cố cho tuyến
đê Hữu Cầu Đuống tỉnh Bắc Ninh.
) Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về biện pháp xử lý nền đê yếu
kém để chọn hướng nghiên cứu.
# Phương pháp nghiên cứu.
Để đạt được mục đích đặt ra, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp điều tra khảo sát: Thu thập điều tra các tài liệu liên quan
đến hiện tượng sạt mái bờ sông, lún và sạt trượt. Điều tra thực trạng xói
lở, tình hình diễn biến lòng dẫn, dân sinh, kinh tế, địa chất, khí tượng
thuỷ văn . trong khu vực nghiên cứu. Phân tích tổng hợp các tài liệu đo
đạc khảo sát.
- Phương pháp hình thái: Trên cơ sở phân tích tài liệu thực đo kết hợp với
phân tích ảnh viễn thám bằng các công cụ kỹ thuật tin học: Mapinfo để
nghiên cứu diễn biến lòng dẫn trong từng giai đoạn.
- Phương pháp mô hình toán, ứng dụng mô hình toán SLOPE/W, vào để
tính toán ổn định công trình.
- Tổng hợp đánh giá kiến nghị các giải pháp công trình so sánh ưu nhược
điểm của các giải pháp trên cơ sở đó kiến nghị giải pháp khắc phục nền
đê hiệu quả, an toàn và kinh tế.
) Kết quả dự kiến đạt được
- Tìm ra được nguyên nhân gây sạt mất ổn định đê, và phá hoại công trình
đê Hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh.
- Từ đó nêu ra các phương án công trình bảo vệ đê Hữu Cầu để làm cơ sở
cho công tác quản lý, cũng như thiết kế trên địa bàn tỉnh.
- Đưa ra giải pháp bảo vệ đê cho hệ thống đê Hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh.
) Bố cục của luận văn:
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các hình vẽ
Danh mục các bảng biểu
Phần mở đầu
Sau một thời gian tập trung nghiên cứu, đến nay luận văn đã được hoàn thành
và được cấu trúc như sau.
Chương 1: Tổng quan về công trình đê điều trên thế giới và ở Việt Nam.
Chương 2: Xác định các nguyên nhân gây mất ổn định và dạng mất ổn định đê Hữu
Cầu tỉnh Bắc Ninh.
Chương 3: Đề xuất giải pháp xử lý mất ổn định đê Hữu Cầu tỉnh Bắc Ninh.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo