TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẠT LỞ BỜ SÔNG HỒNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SẠT LỞ
Tổng quan về hệ thống sông Hồng
Hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình nằm trong phạm vi tọa độ địa lý từ
Vùng lãnh thổ Việt Nam nằm giữa 20°00' đến 25°30' độ vĩ bắc và 100°00' đến 107°10' độ kinh đông, với các ranh giới tự nhiên rõ rệt: phía Bắc giáp hệ thống sông Trường Giang, phía Tây giáp sông Mê Kông, phía Đông Bắc giáp sông Tả Giang, phía Nam giáp sông Mã và phía Đông là vịnh Bắc Bộ Hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình nằm trong tọa độ 102°10' đến 107°10' độ kinh đông và 20°00' đến 23°26' độ vĩ bắc, với diện tích lưu vực lên tới 87.880 km², chiếm 51,60% tổng diện tích lưu vực toàn hệ thống Các sông suối trong hệ thống này chảy qua 23 tỉnh, thành phố ở Bắc Bộ.
1.1.2 Địa hình Địa thế lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình nói chung dốc nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam và từ Bắc xuống Nam Địa hình của lưu vực có thể chia làm bốn miền lớn: Miền Tây Bắc (65.000 km 2 ), miền cao nguyên phía Bắc (24.230 km2), miền núi thấp ở phần dưới lưu vực sông Hồng và phần trên của lưu vực sông Thái Bình (39.000km 2 ), miền đồng bằng tam giác châu lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình (21.000km 2 ) Địa thế chung của hệ thống sông Hồng rất hiểm trở, có đến 47% có độ cao trên 1000m, phần lớn nằm ở phía Tây của lưu vực thuộc hai nhánh lớn sông Đà và sông Thao, còn một phần nằm trên cao nguyên phía Bắc thuộc sông Lô Phần đất bằng chỉ phân bố nhỏ lẻ dọc thung lũng của các sông lớn, song phần chủ yếu tập trung ở tam giác châu sông Hồng - sông Thái Bình Do phần lớn diện tích là miền núi địa hình dốc nên dễ gây sạt lở, tập trung lũ nhanh trong mùa mưa bão.
Sông Hồng, với lượng phù sa lên tới 100 triệu tấn mỗi năm, đã hình thành nên tam giác châu qua hàng ngàn năm Mỗi năm, khi mùa lũ đến, nước sông lại tràn vào bãi, tiếp tục bồi đắp đất đai màu mỡ cho vùng này.
Hồng mang phù sa vào các vùng trũng hai bên, nhưng tốc độ giảm nhanh chóng sau khi tràn, dẫn đến sự lắng đọng lớn gần bờ sông Xa bờ, hiện tượng này giảm dần, hình thành địa dốc từ hai bờ đến rìa phía Bắc và phía Nam của đồng bằng Bắc Bộ.
4 thế tiêu nước từ sông Hồng sang các sông Cầu, Thái Bình ở phía Bắc và sông Đáy ở phía Nam
Bảng 1-1: Diện tích theo cao độ của vùng ĐB sông Hồng – sông Thái Bình
Cao độ (m) Diện tích (ha) Cộng dồn (ha) Tỷ lệ %
Vùng núi cao trong hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình được hình thành từ nhiều loại đá như granit, đá phiến và sa thạch Đồng bằng sông Hồng là một trũng địa hào, chứa đựng các trầm tích Kainozoi, với đất đá có tuổi từ Proterozoi đến hiện đại Các thành tạo biến chất thuộc hệ sông Hồng, có tuổi Proterozoi, phân bố ở một số khu vực như đông nam thị xã Sơn Tây và huyện Bình Lục (Hà Nam), cũng như ở huyện Chí Linh (Hải Dương) với diện tích nhỏ thuộc hệ tầng Tấn Mài có tuổi Ocdovie – silua.
Các thành tạo trầm tích lục nguyên – các bon nát phân bố với một diện tích nhỏ thuộc hệ tầng Xuân Sơn có tuổi Silua – Devon (S 2 – D 1 xs)
Đất đá cát kết dạng quatzit thuộc hệ tầng Dưỡng Động, có tuổi Devon sớm – giữa (D1-2 dđ), chủ yếu phân bố ở Tràng Kênh, Niệm Sơn và Dưỡng Động, Hải Phòng Hệ tầng Đồ Sơn, tuổi Devon sớm (D1m đs), được tìm thấy ở Đồ Sơn, Chòi Mông, Ba Dì và Bến Tàu cũng thuộc Hải Phòng Đặc điểm chính của đất đá trong khu vực này là cát kết màu xám vàng Ngoài ra, đá vôi dạng trứng cá kết tinh xuất hiện ở bắc Thủy Nguyên (Hải Phòng), thuộc hệ tầng Lỗ Sơn, có tuổi Devon giữa (D2 ls).
Hệ tầng Cát Bà có tuổi cacbon sớm với thành phần trầm tích đồng nhất, chủ yếu là đá vôi màu đen phân lớp mỏng đến dày, phân bố tại đảo Cát Bà, bắc Thủy Nguyên và tây núi Voi Ngoài ra, đá vôi màu xám sáng cũng được tìm thấy ở bắc và tây bắc Gia Luận, Phù Long, bắc núi Bụt và gềnh Vẩn, thuộc hệ tầng lưỡng kỳ hoặc hệ tầng Quang Hanh có tuổi cacbon-Pecmi Tại tây nam huyện Ba, đá Porphyrit bajan đôi nơi gặp dãn kết, cuội và kết vôi.
Vùng Ba Vì (Hà Tây) thuộc hệ tầng Cẩm Thủy, tuổi Pacmi muộn, với đá phiến sét và bột kết tinh có thấu kính đá vôi Kim Bảng (Hà Nam) và Nho Quan (Ninh Bình) nằm trong hệ tầng Cò Nòi Khu di tích Chùa Hương (Hà Tây) và các địa điểm khác như Gia Viễn, Hoa Lư, Yên Mô (Ninh Bình) có đá vôi xám thuộc hệ tầng Đồng Giao, tuổi Trias giữa Đất đá tuổi Trias giữa cũng phân bố ở Chí Linh, Kinh Môn (Hải Dương) và Sóc Sơn (Hà Nội) thuộc hệ tầng Nà Khuất Chí Linh còn có ryolit, cát kết tuf xen đá phiến sét thuộc hệ tầng Sông Hiến Hệ tầng Hòn Gai tại Chí Linh có đá sạn kết, cát kết và hàng chục vỉ than, tuổi Triat muộn Đá cát kết dạng quanzit và bột kết màu đỏ cũng phân bố ở Chí Linh, thuộc hệ tầng Mẫu Sơn Cuối cùng, đá sét vôi và bột kết có thấu kính đá vôi tại Ba Vì thuộc hệ tầng Nậm Thẳm, tuổi Trias giữa - muộn, trong khi đá cát kết tủa và phun trào phân bố ven rìa tây, tây nam của vùng đồng bằng thuộc hệ tầng Mường Trại, tuổi Trias giữa – muộn.
Đá cát kết, bột kết và cuội kết phân bố theo dải hướng tây bắc - đông nam tại khu vực Trung Hà – Suối Hai (Hà Tây), thuộc hệ tầng Nà Dương có niên đại Neogen (Nnd).
Các thành tạo mắc ma phân bố chủ yếu ở dãy núi Ba Vì (Hà Tây) thuộc phía hệ tầng Ba Vì có tuổi Paleozoi muộn (d 1 bv)
Đất đá có tuổi trước Đệ Tứ chủ yếu phân bố ven rìa Đồng bằng sông Hồng, trong khi các thành tạo trầm tích bở rời của Đệ Tứ phủ khắp đồng bằng này Vùng ven rìa có các thành tạo hạt thô như cuội, sạn thuộc hệ tầng Hà Nội, có tuổi pleistocen giữa muộn (aQII – III) với nguồn gốc trầm tích sông Tại vùng Sóc Sơn, Đông Anh (Hà Nội), Chí Linh (Hải Dương), và Gia Viễn (Ninh Bình) xuất hiện các thành tạo cát, bột, sét có màu vàng loang lổ, có tuổi pleistocen muộn và nguồn gốc từ sông hoặc biển.
Các thành tạo Pleistocen chủ yếu phân bố ở vùng ven rìa, trong khi phần lớn diện tích Đồng bằng sông Hồng được phủ bởi các thành tạo trầm tích có tuổi Holocen sớm đến giữa hoặc Holocen giữa muộn (QIV 1-2 và QIV 2-3).
Vùng Đồng bằng sông Hồng chủ yếu chứa các loại khoáng sản năng lượng như than, than nâu và than bùn, cùng với kim loại đen như sắt và kim loại màu như đồng, vàng, bô xít, thủy ngân Ngoài ra, khu vực này cũng có vật liệu xây dựng như sét xi măng, cát xây dựng, đá vôi xi măng, và các khoáng sản phi kim loại như cao lanh, asbet, pyrite, photphorit, phophát Đặc biệt, Đồng bằng sông Hồng còn là một bồn trũng chứa dầu khí Tuy nhiên, trữ lượng khoáng sản ở đây không lớn, chủ yếu chỉ là các điểm quặng, ngoại trừ vật liệu xây dựng.
Vùng Đồng bằng sông Hồng có sự hiện diện của hệ thống đứt gãy sâu, tái hoạt động trong Kainozoi, dẫn đến sự hình thành các khe nứt hiện đại Ngoài ra, các quá trình ngoại sinh cũng gây ra nhiều tai biến như xói lở bờ sông, bờ biển và hiện tượng đất lún.
Đất Granit hình thành từ nhiều loại đá khác nhau như granit, sa thạch, cuội kết, và đá vôi, mang đến sự đa dạng về màu sắc như vàng nhạt, vàng, đỏ, đỏ vàng và nâu đỏ.
Vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng được hình thành từ phù sa của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình Đất trong khu vực này phát triển trên nhiều loại đá mẹ khác nhau, với các loại đất chính bao gồm
- Đất mùn trên núi cao;
- Đất phù sa sông, suối và đất cát ven biển;
Lát cắt địa chất theo hướng Tây Nam – Đông Bắc và cột địa tầng tổng hợp trầm tích đệ tứ.
Tình hình sạt lở bờ sông Hồng
1.2.1 Thực trạng sạt lở bờ sông miền Bắc nước ta
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với lượng mưa dồi dào, mạng lưới sông ngòi phong phú và bờ biển dài trên 3000 km, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội Các đô thị và khu dân cư chủ yếu tập trung ven sông, ven biển, thể hiện đặc trưng phát triển của đất nước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi thế này, Việt Nam cũng phải đối mặt với các hiểm họa thiên nhiên như lũ lụt, bão và sạt lở đất, đe dọa đến sự phát triển bền vững.
Sạt lở bờ sông (SLBS) đang gia tăng trên toàn quốc, với diễn biến ngày càng phức tạp Hiện tượng này không chỉ đe dọa tính mạng và tài sản của người dân mà còn ảnh hưởng đến các công trình phòng, chống lũ lụt và gây tác động tiêu cực đến sự phát triển kinh tế - xã hội.
SLBS xảy ra trên diện rộng tại hầu hết các hệ thống sông của các tỉnh, thành phố trên toàn quốc Hiện tượng sạt lở không chỉ xảy ra trong mùa lũ mà còn diễn ra cả trong mùa kiệt.
Theo báo cáo thống kê từ các tỉnh, thành phố trên cả nước, hiện có 737 điểm sạt lở với tổng chiều dài lên đến 1.257 km Cụ thể, miền Bắc ghi nhận 165 điểm sạt lở dài 252 km, miền Trung có 307 điểm với tổng chiều dài 555 km, và miền Nam có 265 điểm sạt lở với chiều dài trên 450 km.
Bắc Bộ nổi bật với các hệ thống sông chính như sông Hồng, sông Thái Bình, và sông Mã, sông Cả, cùng với nhiều nhánh sông quan trọng như Đà, Thao, Lô, Hồng, và Cầu Thương Ngoài ra, khu vực này còn có các sông nhỏ không thuộc lưu vực như sông Kỳ Cùng ở Lạng Sơn, sông Quây Sơn, sông Bắc Vọng ở Cao Bằng, sông Bắc Luân ở Quảng Ninh, và sông Hoàng Long ở Ninh Bình.
Vùng đồng bằng, nơi có thủ đô Hà Nội và nhiều thành phố quan trọng, chủ yếu nằm ven sông và ven biển, được bảo vệ an toàn trước lũ lụt và nước biển dâng nhờ hệ thống đê Tuy nhiên, dân số sống ngoài bãi sông và ven bờ biển cũng khá đông Sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế đã dẫn đến sự mở rộng của các khu dân cư và hoạt động kinh tế ven sông, ven biển, làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên và gia tăng nguy cơ sạt lở bờ sông, bờ biển, gây thiệt hại ngày càng lớn.
Trên hệ thống sông Mã và sông Cả, tình trạng sạt lở diễn ra phức tạp, đặc biệt tại các khu vực có đê cao như đê sông Chu và sông Mã, với chiều cao lên đến 12m Nguy cơ hư hỏng đê rất cao khi xảy ra sạt lở, nhất là tại các khu vực xung yếu như Lộc Bồi - Đức Giáo, Vĩnh Thành, Hàm Rồng trên sông Mã; Thọ Minh, Thiệu Toán trên sông Chu; và Hồng Long, Đức Quang trên sông Lam.
Sạt lở bờ sông không chỉ xảy ra trong mùa lũ mà còn trong mùa kiệt, như trường hợp tại xã Phong Vân, tỉnh Hà Tây vào đầu năm 2004, khi cần xử lý khẩn cấp để ngăn chặn vỡ đê Hiện nay, đê tả sông Mã ở xã Vĩnh Thành, huyện Vĩnh Lộc, tỉnh Thanh Hoá và đê hữu sông Lô tại xã Hải Lựu, huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc cũng đang đối mặt với tình trạng sạt mái đê Nếu không có biện pháp xử lý kịp thời, nguy cơ vỡ đê sẽ rất cao.
Tốc độ sạt lở trung bình khoảng 5 ÷ 10 mét/năm, nhưng có nơi tới hàng trăm mét/năm như ở khu vực Thuỵ Vân, Tân Đức, Minh Nông,
Theo số liệu thống kê của các địa phương, đến nay trên các sông Bắc Bộ có 165 điểm sạt lở lớn với chiều dài 252 km, trong đó:
- Trên hệ thống sông Hồng hiện có 80 điểm sạt lở với chiều dài 100 km.
- Trên hệ thống sông Thái Bình có 27 điểm sạt lở với chiều dài trên 45km.
- Hệ thống sông Mã - sông Cả có 20 điểm sạt lở với chiều dài 37km.
- Các sông suối miền núi có 23 điểm sạt lở lớn với chiều dài khoảng 30km.
- Dọc bờ biển Bắc Bộ hiện có 15 điểm sạt lở lớn với chiều dài trên 40km.
1.2.2 Thực trạng sạt lở bờ sông Hồng
Hệ thống sông Hồng – Thái Bình có 34 tuyến sông và 9 cửa sông, dài hơn 2000km, giúp thoát lũ ra Biển Đông Trong những năm gần đây, lòng dẫn thoát lũ đã biến động mạnh với hiện tượng xói sâu, lở bờ, bồi lắng cửa sông và thu hẹp dòng chảy Những biến đổi này xuất phát từ nhiều nguyên nhân, bao gồm hoạt động của thủy điện, khai thác cát, và sự phát triển kinh tế, đô thị ven sông.
Hiện trạng xói lở bờ sông Hồng và sông Thái Bình đang trở thành vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt tại những đoạn bờ cong lõm và khu vực hạ du của hợp lưu sông Thao, sông Đà, sông Lô Các yếu tố chính gây ra xói lở bao gồm việc phá hủy rừng đầu nguồn, làm thay đổi chế độ thủy văn và thủy lực của dòng chảy Quá trình điều tiết hồ Hoà Bình cũng dẫn đến sự thay đổi đột ngột mực nước vùng hạ du, ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ và bồi lấp ở cửa sông Thêm vào đó, tình trạng nắng hạn kéo dài đã làm cạn kiệt nguồn nước sông, dẫn đến hạ thấp mực nước ngầm và góp phần vào quá trình xói lở bờ sông.
Trên hệ thống sông Hồng, tình trạng sạt lở diễn ra nghiêm trọng do lũ có biên độ và vận tốc dòng chảy lớn, cùng với sự điều tiết của hồ Hoà Bình Chiều dài các khu vực sạt lở dao động từ vài chục mét đến hàng trăm mét, trong đó có những đoạn sạt lở kéo dài từ 3 đến 5 kilômét, như tại bờ tả sông Thao khu vực Thuỵ Vân - Tân Đức.
Sạt lở bờ sông đang diễn ra nghiêm trọng tại nhiều khu vực ở miền Bắc Việt Nam, bao gồm Minh Nông - Tiên Cát (Phú Thọ), hạ lưu đập thủy điện Hòa Bình, và bờ sông Hồng tại thị xã Lào Cai Ngoài ra, hiện tượng này cũng xảy ra tại thành phố Yên Bái, các xã Triểu Dương, Phú Cường, Phú Châu, Phương Độ, Cẩm Đình, Xuân Phú (Hà Tây), cùng với khu vực Yên Ninh, Chương Xá, Vũ Điện, Như Trác (Hà Nam) Tại Vĩnh Phúc, sạt lở bờ tả sông Hồng cũng đã xảy ra ở Trung Hà, Thanh Điềm, Văn Khê, và khu vực Phú Hùng Cường, Lam Sơn (Hưng Yên).
- Chương Xá - Như Trác (Hà Nam), Mặt Lăng, Bái Trạch (Nam Định); Nhâm Lang, Hồng Tiến (Thái Bình),
Tổng số mét bờ tả Hồng: 49.396m
Trong đó đoạn bờ sông khu vực Bát Tràng dài: 1.273m
Nguyên nhân gây sạt lở bờ sông
Xói, bồi, và sạt lở bờ sông, bờ biển là hiện tượng tự nhiên, nhưng tác động của con người đã làm tình trạng này trở nên phức tạp hơn Sạt lở bờ sông và bờ biển hiện nay đang trở thành một vấn đề cấp bách, liên quan đến cả nguyên nhân khách quan và chủ quan.
Sạt lở và bồi lắng là hiện tượng tự nhiên thường xuyên xảy ra, có tính chu kỳ, do tác động của các yếu tố như dòng chảy sông, sóng và dòng chảy ngầm lên bờ sông Các yếu tố tự nhiên này là nguyên nhân chính dẫn đến sạt lở bờ sông.
Sạt lở và bồi lắng thường xảy ra ở những đoạn sông cong, các cửa phân lưu và nơi giao thoa giữa dòng chảy trong sông và dòng triều, nơi dòng chảy không ổn định Bờ lõm chịu tác động của dòng chảy chủ lưu, và khi vận tốc dòng chảy vượt quá vận tốc khởi động của đất cấu tạo bờ, sẽ dẫn đến hiện tượng sạt lở, thường phát triển từ thượng lưu về hạ lưu Ngoài ra, sạt lở cũng có thể xảy ra dọc theo bờ sông trong trạng thái cân bằng động.
Sóng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng sạt lở bờ sông và tạo ra dòng ven bờ vận chuyển bùn cát, dẫn đến việc hạ thấp bãi biển.
Sự biến động của mực nước trong sông, đặc biệt là khi lũ lên và lũ xuống, ảnh hưởng mạnh mẽ đến tình trạng sạt lở ở các vùng cửa sông và biển Biên độ và tần suất dao động của mực nước càng lớn, thì hiện tượng sạt lở càng diễn ra mạnh mẽ hơn.
Do dòng thấm, hiện tượng xảy ra khi mực nước bên ngoài khối đất hạ thấp đột ngột, dẫn đến vận tốc dòng chảy ngầm lớn lôi kéo các hạt đất và cát ở chân bờ sông, bờ biển, gây ra hàm ếch và mất cân bằng, từ đó sinh ra sạt lở Trong bối cảnh thời tiết diễn biến bất thường và cực đoan, với thiên tai bão lũ xảy ra trái quy luật và mùa khô mực nước xuống thấp hơn mức bình thường, hiện tượng sạt lở bờ do xói ngầm ngày càng gia tăng.
- Do mất cân bằng bùn cát:Mất cân bằng bùn cát gây nên sự bồi, xói cho từng khu vực
Nạn chặt phá rừng và khai thác tài nguyên ở vùng đầu nguồn đang gây suy giảm tầng phủ thực vật, làm mất khả năng điều tiết của rừng Hệ quả là vào mùa mưa, nước lũ tập trung nhanh hơn, gia tăng lưu tốc dòng chảy, biên độ và cường suất lũ Ngược lại, vào mùa kiệt, lượng nước ngầm trữ lại trong lưu vực giảm, dẫn đến mực nước thường rất thấp.
Sự phát triển các hoạt động dân sinh - kinh tế tại vùng ven sông và ven biển đang gia tăng do áp lực dân số và nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội Tuy nhiên, việc quản lý chưa chặt chẽ dẫn đến vi phạm như xâm chiếm bãi sông, xây dựng công trình, và đổ chất thải vào lòng sông Những hành động này làm thay đổi chế độ dòng chảy và gia tăng hiện tượng sạt lở bờ sông, bờ biển Thêm vào đó, sự phát triển các khu dân cư ven sông cũng làm tăng nguy cơ tổn thương và thiệt hại do sạt lở.
Sạt lở bờ sông đang diễn ra nghiêm trọng tại nhiều khu vực trên cả nước, điển hình như khu vực trường Cao đẳng Sư phạm Hà Giang bên sông Lô, bờ sông Hồng tại thị xã Lào Cai và Trung Hà (Vĩnh Phúc), làng cổ Bát Tràng, bãi Chương Dương (Hà Nội), sông Sài Gòn ở bán đảo Thanh Đa (TP Hồ Chí Minh), sông Tiền tại thị trấn Tân Châu (tỉnh An Giang), thị xã Sa Đéc, thị trấn Hồng Ngự (tỉnh Đồng Tháp), sông Long Bình (tỉnh Trà Vinh), cũng như sạt lở bờ biển tại Hải Dương (TT Huế) và thị trấn Gành Hào (Bạc Liêu).
Khai thác cát, sỏi lòng sông là hoạt động cần thiết cho nhu cầu xây dựng ngày càng tăng, nhưng khi thực hiện không đúng quy hoạch sẽ gây ra nhiều hệ lụy Hiện nay, việc cấp phép và quản lý khai thác cát, sỏi gặp nhiều khó khăn, đặc biệt ở các khu vực giáp ranh giữa hai tỉnh, dẫn đến tình trạng khai thác trái phép Các lực lượng chức năng thường không đủ mạnh để ngăn chặn, và thiếu sự phối hợp giữa các địa phương khiến tình trạng này tiếp diễn, làm thay đổi chế độ dòng chảy và hàm lượng bùn cát Nghiêm trọng hơn, việc khai thác cát trái phép còn diễn ra ngay tại khu vực chân kè bảo vệ bờ sông, gây ra sạt lở nghiêm trọng, như tại bờ hữu sông Thương ở Liên Chung (Bắc Giang), sông Đá Bạch ở Hợp Thành (Hải Phòng), và trên sông Lô tại Hải Lựu.
(Vĩnh Phúc), trên sông Cầu khu vực Sóc Sơn (Hà Nội), trên sông Tiền giữa hai tỉnh
An Giang và Đồng Tháp tại khu vực thị trấn Tân Châu,
Các hoạt động giao thông thuỷ như sóng do tàu thuyền, việc đào bới lòng sông, và neo đậu tàu thuyền không đúng quy định đang gia tăng sạt lở, đặc biệt tại hệ thống sông đồng bằng Nam Bộ Sự phát triển nhanh chóng của giao thông thuỷ về số lượng và tải trọng tàu thuyền nếu không được quản lý hiệu quả sẽ làm tình hình sạt lở bờ sông, bờ biển trở nên nghiêm trọng và khó lường.
Việc xây dựng không hợp lý các công trình như giao thông, thủy lợi và an ninh quốc phòng ven sông đã dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng Mặc dù một số công trình được phép theo Pháp lệnh đê điều, nhưng nhiều thiết kế và xây dựng chưa hợp lý, như đắp đường dẫn dài trên bãi sông (cầu Phù Đổng, đường dẫn phía Hưng Yên của bến phà Yên Lệnh) và bố trí trụ cầu không phù hợp (cầu Trung Hà, cầu Thanh Trì), đã làm thay đổi hướng dòng chảy, từ đó gia tăng nguy cơ sạt lở bờ.
1.3.3 Những nguyên nhân đặc thù riêng của hệ thống sông Hồng
Mực nước hạ lưu sông Hồng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi quá trình điều tiết của hồ Hòa Bình, dẫn đến sự thay đổi đột ngột không theo quy luật tự nhiên Sự biến động này còn liên quan đến tỷ lệ lưu lượng của các nhánh sông tại khu vực nhập lưu, cũng như sự thay đổi hàm lượng phù sa và sức tải bùn cát của lòng dẫn, tất cả đều có tác động mạnh mẽ đến tình trạng sạt lở.
Sự phát triển của các đê bối trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng Các đê bối được xây dựng phía bờ lồi, làm thu hẹp diện tích thoát lũ và dềnh mực nước, từ đó đẩy dòng chảy sang bờ lõm đối diện, làm tăng nguy cơ sạt lở Hiện tại, có 157 tuyến đê bối trên hai con sông này, với khoảng cách giữa đê bối và đê chính chỉ chiếm khoảng 35% tổng khoảng cách Chẳng hạn, tại Sơn Tây, khoảng cách giữa hai đê chính là 3.750m, nhưng từ đê bối chỉ còn 935m; tương tự, ở Phú Gia, khoảng cách này là 2.600m và 1.200m.
Các giải pháp bảo vệ bờ sông Hồng hiện có
Công trình gia cố bờ được áp dụng tại những khu vực cần ngăn chặn sạt lở mà không làm thu hẹp lòng sông, nhằm duy trì thế sông hiện tại hoặc khi chưa xác định được quy luật dòng chảy Loại công trình này tăng cường khả năng chống đỡ của lòng dẫn, bảo vệ cấu trúc dòng chảy, đóng vai trò như một công trình phòng ngự hiệu quả.
`tính chất bị động Đây là loại công trình được sử dụng rộng rãi nhất, có lịch sử lâu đời nhất.
Công trình gia cố bờ được triển khai rộng rãi trên các triền sông vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, chủ yếu sử dụng kết cấu đá hộc lát khan và đá hộc xây Các bảng 1.3 đến 1.4 tổng hợp các công trình kè gia cố bờ đã được xây dựng dọc theo hai bờ sông Hồng, được minh họa bằng hình ảnh trong hình 1.1.
Kết cấu công trình gia cố bờ vùng ĐBBB chủ yếu là dạng mái nghiêng, sử dụng đá hộc lát khan trong khung bê tông hoặc đá xây, và có biện pháp chống xói đáy bằng thảm đá hoặc rồng đá trong lưới thép Loại kết cấu này phù hợp với điều kiện vùng ĐBBB, mặc dù có thể xảy ra một số sự cố cục bộ do lún bờ hoặc nền.
Hình 1.1: các loại kè gia cố bờ điển hình trên sông vùng ĐBBB
17 Bảng 1-3: Hiện trạng các công trình gia cố bờ dọc tuyến hữu hồng – ngành Thủy lợi
TT Tên kè Vị trí K Sông Thời gian xây dựng Đánh giá hiện trạng
Lát mái đầu Bắt Các năm củng cố ổn định Sửa chữa Làm mới
Bảng 1-4: Hiện trạng các công trình gia cố bờ dọc tuyến tả Hồng - ngành Thuỷ lợi
TT Tên kè Vị trí K Sông Thời gian xây dựng Đánh giá hiện trạng Ghi chú
Các năm củng cố ổn định
7 Lão Khê K133-K133+700 Hồng Hà 1 x x xd từ lâu
Hình 1.2: Các loại hư hỏng trong gia cố bờ ở ĐBBB
Kết luận chương 1
Hệ thống sông Hồng - Thái Bình là khu vực có địa hình thấp và đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc gia, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp, với mật độ dân cư đông đúc.
Sạt lở bờ sông trở nên nghiêm trọng trong mùa mưa bão, gây ảnh hưởng đáng kể đến đời sống dân sinh, kinh tế và xã hội, đồng thời cản trở sự phát triển bền vững của khu vực.
Hệ thống công trình bảo vệ bờ bị hư hại nhiều, và còn rất nhiều điểm sạt lở chưa được xử lý.
Nguyên nhân hư hỏng các công trình bảo vệ bờ chủ yếu là do xói chân và tụt mái Do đó, việc lựa chọn vật liệu cho hộ chân công trình là rất quan trọng trong thiết kế các công trình bảo vệ bờ.
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG SẠT LỞ BỜ SÔNG HỒNG ĐOẠN BỜ TẢ KHU VỰC BÁT TRÀNG THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Giới thiệu chung về đoạn bờ sông nghiên cứu
Theo bản đồ hiện trạng đê điều và phòng chống lụt bão Hà Nội năm 2000 với tỷ lệ 1/10.000, đoạn kè Bát Tràng nằm tại phần uốn cong lõm của sông Hồng, kéo dài từ K75+600 đến K77+400, thuộc xã Bát Tràng, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội, với tổng chiều dài 1.273m.
Hình 2.1: Vị trí khu vực kè Bát Tràng
Tại vị trí xây dựng công trình, dòng chảy có xu hướng đẩy thẳng vào bờ, đặc biệt tại khu vực đình Bát Tràng Qua khảo sát địa hình, lòng sông ở đây rất sâu, với độ cao trình đạt đến (-20,15) so với mực nước thực đo là (+4,50) Địa hình lòng sông và bờ sông đều dốc, nhiều đoạn có vách thẳng đứng với hệ số dốc m nằm trong khoảng (0,75÷1,00), tạo ra dòng chủ lưu mạnh.
Bão số 24 hiện đang di chuyển gần bờ và có xu hướng tiếp tục áp sát, gây nguy cơ đe dọa đến tính mạng và tài sản của người dân trong khu vực.
Phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn
2.2.1 Địa hình, địa chất Địa hình bãi sông đoạn này tương đối bằng phẳng, cao độ bãi sông từ (+10,00) đến (+11,50) và người dân sống sát ven sông có những nhà chỉ cách bờ lở 5÷10m
Dựa vào kết quả khảo sát, kết hợp với tàiliệu thử nghiệm trong phòng, địa tầng khảo sát trong khu vực được chia thành các lớp đất như sau:
- Lớp đất lấp: Xỉ than, sành xứ, bê tông, gạch vỡ vụn, không đồng nhất.
- Lớp 2a: Sét pha màu xám nâu, nâu hồng, trạng thái dẻo mềm Đôi chỗ xen kẹp các lớp mỏng cát pha.
- Lớp 2b: Sét pha màu xám nâu, xám tro, lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo chảy.
- Lớp 2c: Sét pha màu xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo cứng.
- Lớp 3a: Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm Đôi chỗ xen kẹp các lớp mỏng cát, cát pha.
- Lớp 3b: Sét pha, cát pha màu xám đen, xám tro, lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo chảy.
- Lớp 4 : Cát hạt nhỏ, hạt vừa màu xám đen, kết cấu chặt vừa.
2.2.1.1 Lớp đất lấp: ( ký hiệu 1 trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất này có bề dày trung bình từ 5.2 đến 9.4m, xuất hiện trong các mặt cắt 2, 3, 4, 5 và kết thúc ở độ sâu từ 5.2m đến 9.4m Đặc điểm của đất thuộc loại Đất Lấp bao gồm xỉ than, sành xứ, bê tông và gạch vỡ vụn, với tính chất không đồng nhất Trong lớp đất này, chúng tôi không thực hiện việc lấy mẫu đất để thí nghiệm trong phòng.
2.2.1.2 Lớp 2a: ( ký hiệu 2a trên hình trụ hố khoan)
Lớp này nằm ngay trên bề mặt và dưới lớp 1 có bề dày trung bình khoảng từ
Lớp đất xuất hiện trong các mặt cắt 1, 3, 4, 5 có độ sâu từ 0.0 m đến 9.4 m, với đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 3.6 m đến 14.1 m Đất thuộc loại Sét pha màu xám nâu và nâu hồng, có trạng thái dẻo mềm, xen kẹp một số lớp mỏng cát pha Đây là lớp đất có sức chịu tải trung bình và biến dạng trung bình Chúng tôi đã lấy 10 mẫu đất rời từ lớp đất này để thực hiện thí nghiệm trong phòng, như được trình bày trong bảng 2-1.
Bảng 2-1: Các chỉ tiêu cơ lý lớp 2a STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
3 Khối lượng thể tích TN γ g/cm3 1.80
4 Khối lượng thể tích khô γc g/cm3 1.33
13 Lực dính kết C KG/cm2 0.132
14 Góc ma sát trong ϕ độ 8 0 27
15 Hệ số nộn lỳn a1-2 cm2/kg 0.080
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 0.8 KG/cm2
- Môdun tổng biến dạng E0 = 60.0 KG/cm2
2.2.1.3 Lớp 2b: ( ký hiệu 2b trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất này nằm dưới lớp 1, 2a, có bề dày trung bình từ 1.8-3.2m và chỉ xuất hiện trong mặt cắt 1, 2 Mặt lớp bắt đầu từ độ sâu 3.2-5.6m, trong khi đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 5.4m đến 8.7m Đất thuộc loại Sét pha màu xám nâu, xám tro, có lẫn hữu cơ và trạng thái dẻo chảy Chúng tôi đã lấy 04 mẫu đất nguyên dạng từ lớp này để thực hiện thí nghiệm trong phòng.
Bảng 2-2: Các chỉ tiêu cơ lý lớp 2b STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
3 Khối lượng thể tích TN γ g/cm3 1.78
4 Khối lượng thể tích khô γc g/cm3 1.27
13 Lực dính kết C KG/cm2 0.106
14 Góc ma sát trong ϕ độ 5 0 31
15 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kg 0.136
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 0.5 KG/cm2
- Môdun tổng biến dạng E0 = 20.0 KG/cm2
2.2.1.4 Lớp 2c: ( ký hiệu 2c trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất nằm dưới lớp 2a chỉ xuất hiện trong mặt cắt 4, có bề dày từ 2.4 đến 2.6m, với mặt lớp ở độ sâu từ 8.2m đến 8.7m và đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 10.8m đến 11.1m Đất thuộc loại sét pha màu xám xanh và xám nâu, có trạng thái dẻo cứng, với sức chịu tải khá và biến dạng trung bình Chúng tôi đã lấy 02 mẫu đất nguyên dạng từ lớp này để thực hiện thí nghiệm trong phòng.
Bảng 2-3: Các chỉ tiêu cơ lý lơp 2c STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
3 Khối lượng thể tích TN γ g/cm3 1.84
4 Khối lượng thể tích khô γc g/cm3 1.42
13 Lực dính kết C KG/cm2 0.158
14 Góc ma sát trong ϕ độ 11 0 35
15 Hệ số nén lún a0.5-1 cm2/kg 0.032
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 1.3 KG/cm2
- Môdun tổng biến dạng E0 = 120.0 KG/cm2
2.2.1.5 Lớp 3a: ( ký hiệu 3a trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất này nằm dưới lớp 2b, xuất hiện trong các mặt cắt 1 và 2, với độ sâu từ 5.4m đến 8.7m và đáy lớp kết thúc ở độ sâu từ 11.3m đến 12.5m Đất có thành phần chủ yếu là sét pha màu xám nâu, ở trạng thái dẻo mềm, và có xen kẹp một số lớp cát mỏng Đây là lớp đất có sức chịu tải và biến dạng ở mức trung bình Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã lấy 04 mẫu đất nguyên dạng để thực hiện thí nghiệm trong phòng.
Bảng 2-4: Các chỉ tiêu cơ lý lớp 3a STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
3 Khối lượng thể tích TN γ g/cm3 1.80
4 Khối lượng thể tích khô γc g/cm3 1.34
13 Lực dính kết C KG/cm2 0.130
14 Góc ma sát trong ϕ độ 8 0 39
15 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kg 0.080
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 0.8 KG/cm2
- Môdun tổng biến dạng E0 = 60.0 KG/cm2
2.2.1.6 Lớp 3b: ( ký hiệu 3b trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất này nằm dưới lớp 2a và 2c, chỉ xuất hiện trong các mặt cắt 2, 4, 5, với độ sâu từ 10.8m đến 11.5m Đáy lớp đã được khoan đến độ sâu 20.0m nhưng chưa xác định được Đất thuộc loại sét pha, cát pha màu xám đen và xám tro, có lẫn hữu cơ, với trạng thái dẻo chảy Đây là lớp đất có sức chịu tải yếu và biến dạng mạnh Chúng tôi đã lấy 14 mẫu đất nguyên dạng từ lớp này để thí nghiệm trong phòng.
Bảng 2-5: Các chỉ tiêu cơ lý lớp 3b STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
3 Khối lượng thể tích TN γ g/cm3 1.77
4 Khối lượng thể tích khô γc g/cm3 1.27
13 Lực dính kết C KG/cm2 0.105
14 Góc ma sát trong ϕ độ 5 0 37
15 Hệ số nén lún a0.5-1 cm2/kg 0.137
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 0.5 KG/cm2
- Modun tổng biến dạng E0 = 20.0 KG/cm2
2.2.1.7 Lớp 4: ( ký hiệu 4 trên hình trụ hố khoan)
Lớp đất này nằm dưới lớp 2a và 3a, xuất hiện ở độ sâu từ 11.6m đến 14.1m, trong khi đáy lớp đã được khoan đến 20.0m nhưng chưa xác định rõ Đất thuộc loại cát hạt nhỏ và vừa, có màu xám đen với kết cấu chặt vừa, cho thấy sức chịu tải khá tốt và ít biến dạng Chúng tôi đã lấy 6 mẫu đất rời từ lớp này để tiến hành thí nghiệm trong phòng.
Bảng 2-6: Các chỉ tiêu cơ lý lớp 4
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
4 Khối lượng thể tích xốp γxốp g/cm3 1.535
5 Khối lượng thể tích chặt γchặt g/cm3 1.660
6 Góc nghỉ khi khô αk độ 30 0 56
7 Góc nghỉ khi ướt αư độ 26 0 48
8 Hệ số rỗng max εmax 0.737
9 Hệ số rỗng min εmin 0.605
Theo tiêu chuẩn kiến nghị:
- Cường độ chịu tải quy ước R0 = 1.5 KG/cm2
- Môdun tổng biến dạng E0 = 140.0 KG/cm2
2.2.2.1 Về lưới trạm thuỷ văn:
Trong khu vực nghiên cứu, trạm thủy văn Sơn Tây nằm ở thượng lưu và trạm thủy văn Hà Nội ở hạ lưu, cả hai đều đã hoạt động từ năm 1956 và cung cấp dữ liệu đầy đủ về các yếu tố như Q, H, độ đục Với chất lượng dữ liệu đảm bảo, tôi đã chọn hai trạm này để tính toán các đặc trưng của yếu tố thủy văn.
TT Tên trạm Loại trạm Yếu tố đo Thời gian đo Số năm
Khu vực nghiên cứu nằm tại nơi tiếp giáp của ba con sông: sông Đà, sông Thao và sông Lô, do đó, chế độ thuỷ văn và thuỷ lực của khu vực này chịu ảnh hưởng trực tiếp từ sự kết hợp của ba con sông Hiện tại, chỉ có sông Đà được điều tiết bởi nhà máy, điều này ảnh hưởng đến quản lý nguồn nước và tài nguyên trong khu vực.
Mỗi năm, sông Đà, sông Thao và sông Lô đóng góp lần lượt 48%, 23,5% và 28,5% vào tổng lượng dòng chảy của sông Hồng tại Sơn Tây Trong khi đó, thuỷ điện Hoà Bình đang hoạt động, sông Thao và sông Lô vẫn duy trì trạng thái chảy tự nhiên.
Tổng lượng nước sông Đà đóng vai trò quan trọng trong dòng chảy hàng năm, do đó, chế độ dòng chảy của khu vực nghiên cứu trong mùa kiệt và mùa lũ bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi quá trình điều tiết và cắt lũ từ hồ Hòa Bình.
Chế độ dòng chảy hàng năm của 3 sông Đà, Thao, Lô tại miền Bắc Việt Nam được chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa lũ từ tháng VI đến tháng IX và mùa nước cạn từ tháng X đến tháng V Mặc dù mùa lũ ngắn hơn, nhưng chiếm tới 70-80% tổng lượng dòng chảy hàng năm của cả 3 sông Đặc biệt, tháng VIII là thời điểm dòng chảy lũ cao nhất, với sông Đà chiếm 23,4%, sông Thao 19,5% và sông Lô 19,8% tổng lượng dòng chảy cả năm.
+ Lưu lượng và mực nước lũ lớn nhất:
Lưu lượng lũ lớn nhất tại Sơn Tây là 37.800 m 3 /s (năm 1971) ứng với tần suất p≈0,6%
+ Lưu lượng và mực nướctạo lòng:
Lưu lượng tạo lòng được tính toán trên cơ sở số liệu quan trắc được của trạm thuỷ văn Sơn Tây là: 11.250 m 3 /s (ứng với tần suất p≈5%)
Mực nước ứng với lưu lượng tạo lòng là (+13,2)
+ Mực nước kiệt bình quân nhiều năm:
Mực nước nước kiệt bình quân nhiều năm (+4,86)
Sự thay đổi lòng dẫn sông Hồng và đường quan hệ Q=f(H) tại Sơn Tây
Hình 2.2: Diễn biến mặt cắt ngang tại trạm thủy văn Sơn Tây
35 Qua số liệu đo đạc tại trạm thủy văn Sơn Tây cho thấy, địa hình lòng dẫn sông bị xói rất mạnh
Hình 2.3: Sự thay đổi đường quan hệ Q- H Sơn Tây qua các năm
Phân tích đường quan hệ Q = f(H) trung bình hàng năm tại trạm Sơn Tây trong những năm gần đây cho thấy sự suy giảm rõ rệt của các cấp mực nước.
Vớicấp Q = 8000 m3/s, thì năm 1996 cần mực nước lên tới 11,51m nhưng đến năm 2009 chỉ cần lên mực nước 9,98m và đến năm 2010 chỉ cần mực nước 9,11m.
Với cấp mực nước = 9,00m thì năm 1996 đạt lưu lượng 4140 m3/s, nhưng đến năm 2009 với cấp mực nước này thì lưulượng đạt 6560 m3/s và năm 2010 là 7730 m3/s
Sự thay đổi lòng dẫn sông Hồng và đường quan hệ Q=f(H) tại Hà Nội
Hình 2.4: Diễn biến mặt cắt ngang sông tại Hà Nội qua các năm
38 Qua số liệu đo đạc tại trạm thủy văn Hà Nội cho thấy,địa hình lòng dẫn sông bị xói rất mạnh
Hình 2.5: Sự thay đổi đường quan hệ Q- H tại trạmHà Nội qua các năm
Phân tích mối quan hệ Q = f(H) trung bình hàng năm tại trạm Hà Nội trong những năm gần đây cho thấy sự suy giảm đáng kể của các cấp mực nước.
Với cấp Q = 8.000 m3/s, thì năm 1996 cần mực nước lên tới 9,60m nhưng đến năm 2008 chỉ cần lên mực nước 8,76m và đến năm 2009 chỉ cần mực nước 8,62m.
Với cấp mực nước = 6,00m thì năm 1996 đạt lưu lượng 3.240 m3/s, nhưng đến năm 2009 với cấp mực nước này thì lưu lượng đạt 4.690 m3/s và năm 2010 là 4.910 m3/s
Đánh giá nguyên nhân sạt lở
Dựa trên các đặc điểm về điều kiện địa chất công trình và hiện trạng hiện tại, có thể sơ bộ xác định khả năng xảy ra trượt, sạt lở do nhiều yếu tố tác động.
- Mái kè chưa được gia cố bảo vệ chắc chắn.
- Điều kiện địa chất nền móng công trình có nhiều yếu tố không thuận lợi, các lớp đất có liên kết yếu ( lớp 1,3,6 ).
- Đoạn sông bị uốn cong lòng bị đào sâu ( có đoạn tới cao trình –20,15m ) tạo vectơ thuỷ lực hướng vào phá hoại bờ kè.
- Hướng của dòng chảy nước dưới đất khi nước sông vào mùa cạn kiệt cũng góp phần làm trượt lở mái kè.
Hình 2.6: Hiện trạng sạt lứt sân và nền nhà
GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI CHỒNG SẠT LỞ BỜ SÔNG SÁT CHÂN ĐÊ ĐOẠN BỜ TẢ SÔNG HỒNG
Phân tích lựa chọn giải pháp
Theo tiêu chuẩn 14TCN84-91 về thiết kế công trình bảo vệ bờ sông chống lũ do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành, các giải pháp công trình nhằm ngăn chặn sạt lở bờ sông bao gồm nhiều phương pháp hiệu quả.
Giải pháp kè mỏ hàn chình trị, điều chỉnh dòng chảy
Giải pháp kè hộ chân lát mái trực tiếp bảo vệ bờ
Giải pháp thả cụm cây gây bồi.
3.1.1.1 Giải pháp kè mỏ hàn:
Kè mỏ hàn là công trình được xây dựng từ bờ ra sông, với mục đích điều chỉnh dòng chảy ra xa và tạo ra bồi lắng, từ đó cải tạo bờ sông theo hướng chỉnh trị.
Hình 3.1: Hệ thống mỏ hàn Chỉ được sử dụng giải pháp kè mỏ hàn trong những trường hợp sau:
- Ở những đoạn sông có chiều rộng mặt nước ứng với mực nước tạo lòng lớn hơn 200m.
- Ở những đoạn sông đã xác định tuyến chỉnh trị
- Mỗi hệ thống mỏ hàn phải có từ 02 mỏ trở lên
- Không gây ảnh hưởng xấu tới lợi ích của giao thông thủy và các ngành kinh tế khác
Có loại mỏ hàn ngắn (L< 0,3B), mỏ hàn dài (L>0,3B) Kết cấu mỏ thường có dạng hình thang, bằng đá hộc hoặc bằng đất phía ngoài bọc đá hộc.
Hình 3.2: Cấu tạo mỏ hàn Ưu điểm: Là công trình chủ động đẩy lái dòng theo tuyến chỉnh trị
Nhược điểm của việc thay đổi chế độ thủy lực của dòng chảy có thể dẫn đến xói lở vùng hạ lưu Nếu tình trạng này xảy ra ở mỏ hàn dài, nó có thể gây xói lở cả bờ đối diện.
Xây dựng hệ thống mỏ hàn yêu cầu đầu tư lớn và tập trung, đòi hỏi thiết kế phải được tính toán kỹ lưỡng và cần thực hiện thí nghiệm mô hình để đảm bảo hiệu quả Nếu không có những yếu tố này, quá trình thi công sẽ trở nên phức tạp và khó khăn.
Cụm MH Nghi xuyên, S Hồng
Cụm MH Tầm Xá, S Hồng
MH ở Đại Định - Sông Hồng MH ở Yên Ninh – sông Hồng
MH Phú Châu, S Hồng MH Tầm Xá - S.Hồng
Hình 3.3: Một số hình ảnh kè mỏ hàn trên sông Hồng
3.1.1.2 Giải pháp kè lát mái:
Gia cố trực tiếp lên mái bờ sông nhằm ngăn chặn xói lở do tác động của dòng chảy và sóng Kết cấu của kè bao gồm ba phần chính: chân kè, đỉnh kè và thân kè.
Hình 3.4: Cấu tạo kè lát mái
Kết cấu công trình phổ biến hiện nay thường là mái nghiêng, sử dụng đá hộc lát khan trong khung bê tông hoặc đá xây, cùng với tấm bê tông định hình và hệ thống chống xói đáy bằng thảm đá hoặc rồng đá trong lưới thép Loại kết cấu này rất phù hợp với điều kiện ĐBBB, mặc dù có thể xảy ra một số sự cố cục bộ do lún bờ hoặc nền Ưu điểm lớn nhất của nó là không gây xáo trộn về kết cấu thủy lực, đồng thời ngăn ngừa xói lở vùng hạ lưu và bờ đối diện.
Việc xây dựng kè lát mái đơn giản hơn hệ thống mỏ hàn, kinh phí thấp hơn, ít ảnh hưởng tới thoát lũ, giao thông thủy.
Nhược điểm của công trình thụ động như chân kè là khó ổn định lâu dài do nằm dưới nước và thường có bùn phía dưới, dễ dẫn đến xói mòn, sạt lở và tụt mái kè Biện pháp bảo vệ thông thường như thả rồng đá, rọ đá hay thảm đá mái (thường yêu cầu độ dày m >= 3) không chỉ ít hiệu quả trong việc cải thiện đường bờ mà còn chiếm diện tích đất lớn.
Kè không kín nước, hay còn gọi là kè xuyên thông, được thiết kế để giảm tốc độ dòng chảy và tạo điều kiện cho quá trình bồi lắng Hai loại kè phổ biến thường được sử dụng là bãi cây chìm và mỏ hàn cọc.
Hình 3.5: Cụm cây gây bồi
- Bãi cây chìm: Thường sử dụng cụm cây tre nguyên cành lá, thả theo hình hoa mai
Mỏ hàn cọc là giải pháp thường được áp dụng khi chiều dài mỏ hàn vượt quá 50m, đặc biệt trong các tình huống đất bờ có khả năng chống xói thấp Để thực hiện, cần thiết bị đóng cọc phù hợp.
Giải pháp truyền thống thường được áp dụng cho các vị trí có đất lưu không bên bờ sông để đáp ứng yêu cầu thiết kế công trình, như việc làm kè cần phải bạt mái Đối với các đoạn sông cong, rộng, bờ lõm và lạch sâu, việc xây dựng mỏ hàn trở nên phức tạp hơn, thường yêu cầu hệ thống mỏ hàn với hai mỏ trở lên, dẫn đến khối lượng công việc lớn và tốn kém về kinh tế.
3.1.2 Giải pháp ứng dụng công nghệ mới
3.1.2.1 Vải địa kỹ thuật (ĐKT)
* Vải ĐKT có các đặc tính chính
- Cường độ chịu kéo cao
- Biến dạng nhỏ khoảng 15% ở trọng tải tối đa;
* Sử dụng vải ĐKT trong công trình bảo vệ bờ có nhiều lợi thế thi công:
- Ổn định nền tốt do đó thuận tiện cho việc đắp cao hơn và dốc hơn
- Nhanh chóng tạo được bề mặt làm việc trên nền đất yếu, chống lún
- Rút ngắn thời gian thi công
- Giảm chi phí thi công và vận chuyển
Hầu hết các công trình bảo vệ bờ đều sử dụng vải ĐKT thay cho tầng lọc truyền thống
3.1.2.2 Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực Ưu điểm:
Cọc ván BTCT dự ứng lực được sản xuất bằng công nghệ tiên tiến, giúp kiểm soát chất lượng vật liệu và giảm thiểu khuyết tật Sản phẩm này có độ bền cao với moment chống uốn lớn và cường độ bê tông đạt Rb= 725 kGf/cm², gấp 2-3 lần so với bê tông thông thường, đồng thời có khả năng chống xâm thực tốt trong môi trường nước mặn và chua phèn Ngoài ra, cọc ván còn tiết kiệm vật liệu bê tông nhờ kích thước mặt cắt nhỏ, góp phần tăng tính mỹ quan cho công trình xây dựng.
Trong thi công rút ngắn thờigian thi công từ 40÷60% so với công nghệ thi công tường chắn đúc tại chỗ, đặc biệt có thể thi công trong nước.
Hình 3.7: Sản xuất và thi công cọc ván BTCT- DƯL
Nhược điểm của cọc ván BTCT dự ứng lực trong công trình bảo vệ bờ là chỉ có tác dụng như tường chắn đất, do đó cần kết hợp với các biện pháp bảo vệ mái công trình Thiết bị thi công cọc ván BTCT dự ứng lực là chuyên dụng, và khi áp dụng ở khu vực có địa chất nền mềm yếu, cần thiết phải có hệ thống neo giữ bổ sung.
3.1.2.3 Cấu kiện Tsc-178 cho mái đê kè liên kết mảng
Mảng lắp ghép các cấu kiện bê tông đúc sẵn Tsc-178 liên kết tự chèn theo dạng hình nêm 3 cạnh
Hình 3.8: Sản xuất và lắp ghép cấu kiện TSC-178 Ưu điểm:
Các cấu kiện được liên kết khớp theo dạng mảng giúp tăng khả năng chống sóng và cuốn trôi của dòng chảy, đồng thời giảm chiều dày lớp bảo vệ Chúng tự điều chỉnh và dãn ra theo biến dạng của nền, che kín nền và ngăn chặn sự bóc ra của sóng từ mọi hướng Các mố nhám cấu kiện Tsc-178 hiệu quả trong việc giảm năng lượng sóng ngay trên bề mặt Nhờ vào việc sử dụng các cấu kiện rời lắp ghép, tác động của áp lực thấm, gradient áp lực nước vào nền đất và áp lực đẩy nổi được giảm thiểu.
Các cấu kiện độc lập có trọnglượng nhỏ từ 80÷100kg nên có thể áp dụng biện pháp thi công bằng thủ công.
Kết cấu tạo ra lớp bảo vệ đẹp về mặt mỹ thuật.
Cấu kiện độc lập Tsc-178 có đặc điểm liên kết mảng và trọng lượng nhẹ, dẫn đến khả năng phá hoại nhanh chóng và dễ bị cuốn trôi khi gặp sóng Trong quá trình sản xuất, yêu cầu về khuân đúc cần đảm bảo độ chính xác cao để các cấu kiện đạt tính đồng đều và chính xác khi thi công Đồng thời, mái kè phải được thiết kế phẳng, không có độ lồi lõm hay gồ ghề.
Để hạn chế biến dạng và phá hoại kết cấu Tsc-178 dưới tác động của sóng, có thể áp dụng phương pháp phân ô trên mái Tại đường biên, nên sử dụng cấu kiện Tsc-178 có chiều dày D lớn hơn như một chân khay Đồng thời, khi phân ô, cần chú ý tạo ra các ô có kích thước hẹp hơn vùng tập trung áp lực sóng lớn.
3.1.2.4 Thảm bê tông tự chèn PĐ.TAC-M
Bố trí công trình theo giải pháp lựa chọn
3.2.1 Tóm tắt phương án lựa chọn
3.2.1.1 Vị trí xây dựng công trình
- Khu vực xã Bát Tràng, huyện Gia Lâm, tương ứng từ K75+600 đến K77+400 bờ tả sông Hồng;
3.2.1.2 Cấp công trình Đê tả Hồng, thuộc tuyến đê cấp I được quy định tại Quyết định số 173/QĐ- PCLB ngày 07/02/2003 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Do vậy cấp của công trình bảo vệ bờ là cấp III.
Hệ số ổn định trượt cho phép ứng với cấp công trình: [K] =1,2
3.2.1.3 Các chỉ tiêu thiết kế:
- Cao trình mực nước thi công: (+2,50)
- Cao trình đỉnh chân kè: Căn cứ Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 84-91 của
Bộ Thủy lợi cũ và số liệu mực nước thi công đã được tính toán cụ thể, xác định cao trình đỉnh chân kè:
Cao trình đỉnh chân kè = MNTC + 0,50m ≅+2,5+0,5=(+3,0)
3.2.1.4 Giải pháp kỹ thuật và kết cấu công trình
Đỉnh kè có cao trình phù hợp với cao độ tự nhiên của bãi, biến đổi từ (+10,00) đến (+11,50), thấp hơn mặt đất tự nhiên khoảng 20-30cm để đảm bảo tiêu nước mặt Mái kè tiếp giáp với dầm bê tông cốt thép M200 kích thước (40x45 cm) và được trang bị lan can thép mạ kẽm cùng hệ thống đèn chùm nhằm đảm bảo an toàn và tạo cảnh quan Đường đỉnh kè rộng 2m được cấu tạo từ bê tông M200 dày 20 cm, bên dưới có lớp nilong lót tái sinh và lớp dăm dày 10cm Hệ thống rãnh tiêu nước bê tông M200 (KT 1x1.2m) được bố trí phía trong đường đỉnh kè, với nắp đậy bê tông cốt thép M200 (KT 0.12x1x1m) Mỗi 100m có một vị trí thoát nước từ rãnh tiêu nước ra rãnh thoát nước ngang kè bằng ống cống đúc sẵn D`cm đi ngầm qua đường đỉnh kè.
+ Phần trên mực nước kiệt:
Mái kè được thiết kế với chân mái là dầm bê tông cốt thép M200, sử dụng bạt đất bờ sông với hệ số mái m = 2.0 Mái được bảo vệ bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn M250 có kích thước 40x40x15 cm, nằm trong khung bê tông cốt thép M200 dài 10m Dưới lớp cấu kiện bê tông đúc sẵn là lớp đá dăm lót kích thước 1x2 cm dày 10 cm, kết hợp với vải lọc tiếp giáp với đất mái kè.
+ Phần chân kè (dưới mực nước kiệt): Kết cấu bằng 2 hàng cừ bê tông dự ứng lực loại SW400 được sản xuất theo tiêu chuẩn JISA5354:1993, kích thước cọc
Cọc cừ có kích thước 996mm x 400mm, với chiều dài L1 = 24m và L2 = 11m, cao trình đỉnh cừ (+3) cao hơn mực nước trung bình mùa kiệt 95% là 0,5m, trong khi cao trình chân cọc cừ là (-21), là cao trình thấp nhất của đoạn sông nghiên cứu Trên đỉnh hàng cọc cừ, dầm BTCT M300 được sử dụng để liên kết các đỉnh cọc cừ, với kích thước bxh = (0,9x0,8)m và cọc cừ được cắm sâu vào dầm đỉnh 0,4m Phần tiếp giáp giữa đất đắp lưng tường cừ và cừ được gia cố bằng lớp vải địa kỹ thuật nhằm ngăn chặn sự trôi tụt đất ra phía lòng sông, kết hợp với khóa mái bằng BTCT M200 Để nâng cao sự ổn định và thuận tiện cho công tác quản lý, cơ chân kè rộng 5,0m (bao gồm cả chiều rộng dầm mũ cừ 0,9m) được bố trí tại cao trình ngang bằng dầm đỉnh cọc cừ, với kết cấu bê tông M200 dày 18cm và rộng 3,2m, bên dưới là lớp bê tông lót M100 dày 10cm.
Bảng 3-1: Các thông số cọc ván BTCT DƯL như sau:
Cáp DƯL Mômen gây nứt (T.m)
+ Các công trình phụ trợ:
- Cứ 100m bố trí một bậc thang lên xuốngrộng 2m bằng bê tông M200.
- Cứ 100 m bố trí 1 hệ thống thoát nước mặt dọc mái kè nối tiếp với hệ thống Rãnh thoát nước đỉnh kè
3.2.2 Tính toán mực nước thi công Đoạn K75+600- K77+400 đê tả Hồng, khu vực kè Bát Tràng:
Để tính toán mực nước thi công cho công trình, cần dựa vào mực nước trung bình kiệt nhiều năm, sử dụng tài liệu mực nước trung bình ngày từ tháng 01 đến tháng 5 trong giai đoạn 1983-2002 tại trạm Hà Nội Đồng thời, cần xem xét mực nước thực đo tại công trình vào thời điểm khảo sát tháng 5/2009 để có kết quả chính xác.
Mực nước kiệt bình quân tại trạm mùa kiệt với tần suất P% là +2,67 Từ độ dốc i = 6x10^-4 và khoảng cách 11km đến vị trí công trình, mực nước kiệt ứng với tần suất P% tại vị trí công trình được tính là +2,54.
- Mực nước thực đo tại thời điểm khảo sát tháng 5/2009: (+4,50);
Vậy ta chọn cao trìnhđặt đỉnh cọc là: +3,0.
Tính toán ổn định cho đoạn sông nghiên cứu
Tính toán ổn định trượt tổng thể (trượt sâu) theo phương pháp cung trượt tròn
The minimum safety factor is automatically calculated using Geostudio 2004 Version 6.02 software from GEO-SLOPE International, Ltd - Canada The shear strength of weak soil is determined using the total stress method, employing undrained strength analysis.
Tính toán ổn định tổng thể công trình theo sơ đồ trượt sâu với giả thiết mặt trượt cung tròn: α αi α α
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý phương pháp tính hệ số ổn định theo cung trượt tròn
Hệ số ổn định trượt sâu bảo đảm : k tr g
Các mômen M g , M tr xác định theo các công thức sau:
R là bán kính cung trượt, và chương trình GEO-SLOPE được sử dụng để tính toán ổn định trượt sâu với giả thiết mặt trượt hình tròn, nhằm xác định tâm trượt nguy hiểm nhất.
Mặt cắt C18 và C21 trên bờ tả của đoạn sông được chọn làm đại diện cho toàn bộ chiều dài đoạn kè từ cọc C0 đến C65 để đưa vào mô hình tính toán Việc lựa chọn này là cần thiết do tại vị trí mặt cắt đang xảy ra hiện tượng sạt trượt, gây mất ổn định cho công trình.
3.3.2 Kết quả tính ổn định trượt tổng thể mái kè tại mặt cắt C18 và C21
Dựa trên tài liệu địa chất, việc tính toán ổn định mái kè được thực hiện qua chương trình SLOPE/W Phương pháp Bishop được áp dụng, giả định tâm cung trượt và hình dạng cung trượt là trụ tròn Quá trình này chia lăng thể trượt thành các dải nhỏ để xác định các thành phần lực gây trượt và chống trượt, từ đó tính toán cân bằng lực Chương trình SLOPE/W đã được sử dụng để tính toán ổn định cho mặt cắt C18 và C21.
- Công trình thi công xong, mực nước dâng cao và rút nhanh xuống cao trình +2,50
Dùng chỉ tiêu cơ lý địa chất đã khảo sát khu vực công trình kè xây dựng để đưa vào tính toán ổnđịnh
Hình 3.17: Tính toán ổn định cho mặt cắt đại diện C18
Hình 3.18: Tính toán ổn định cho mặt cắt đại diện C21
Tên mặt cắt Kết quả
Kết quả tính toán có: Kminmin> |K|=1,2 với công trình cấp III là đảm bảo ổn định chống trượt khi đã có công trình bảo vệ
Kết luận : Kết cấu chọn như thiết kế là phù hợp.
Biện pháp thi công
3.4.1 Thiết bị thi công đóng cừ BTCT dự ứng lực
Khi chọn búa đóng cừ, cần xem xét các yếu tố quan trọng như độ tương thích giữa búa và trọng lượng cừ, sức chịu tải của cừ so với trọng lượng búa, và độ chối của cừ.
Búa rung là thiết bị phổ biến trong kỹ thuật xây dựng, hoạt động dựa trên nguyên lý các khối lệch tâm quay đồng bộ theo hai hướng khác nhau Khi hoạt động, các khối lệch tâm tạo ra lực ly tâm theo phương bán kính đi qua tâm quay, chia thành hai thành phần: thành phần nằm ngang tự triệt tiêu do các bánh xe quay ngược chiều, và thành phần thẳng đứng gây ra lực kích thích dọc tim cọc theo quy luật hình sin.
Lực thẳng đứng được tính theo công thức sau: ω 2 ω 2 g
Trong đó : - P o : Lực kích thích, (kN)
Máy chấn động được gắn vào đầu cọc, giúp truyền lực chấn động vào cọc để giảm ma sát giữa cọc và đất, cho phép cọc lún sâu hơn Để nâng cao tuổi thọ của búa và tăng tốc độ lún của cọc, có thể lắp thêm các lò xo giảm chấn và tấm gia trọng dưới đế của motor điện.
