Phan Trường Phiệt*
Trường Đại học Thủy lợi
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
Tel: 04-4.8537264
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
Tel: 04-4.8537264
River
bank reparation and protection using reinforced earth technique
Abstract: During
the lifetime of a river, the river bank and river bed failures occur commonly
by horizontal and vertical erossion caused by waves and current attack.
Reparation and protection the river bank and river bed have the primary
function of preserving the profile of a watercourses.
This is archieved by
retaining the top layer of bank and bed materials. In priciple, using
reinforced earth technique is the most efective and economical alternative.
Constructing a reiforced earth mass below water is not easy, but using the
geotextile system that consist of a wrapping geotextile- long tailed geobag and
fill granular-insitu material, in form of tadpole, is sustainable.
Mở đầu
Theo quan điểm địa kỹ
thuật, lòng sông gồm hai bộ phận: đáy sông và bờ sông có liên quan về mặt ổn
định với dòng nước sông. Động năng của dòng chảy tạo khả năng xâm thực đứng và
xâm thực ngang đối vơi lòng sông. Ơ từng thời điểm nhất định trong cuộc đời một
con sông, có sự cân bằng động của lòng sông với dòng nước sông. Do có sự thay
đổi của yếu tố dòng chảy, hoặc lưu lượng tăng lên, hoặc do thay đổi mực nước
ngầm ở lũng sông, hoặc do khai thác cát ở lòng sông, hoặc do làm kè, mỏ hàn ở
một nơi nào đó , hoặc do v v , sự cân bằng động ở nơi nào đó bị phá vỡ với hậu
quả là đáy sông bị bào xói, bờ sông bị trượt lở để tạo nên sự cân bằng mới của
lòng sông.
Trượt đất là hiện
tượng tự nhiên để tạo nên sự cân bằng mới cho mái đất, vách đất Nếu sự cân bằng mới được duy trì thì hiện
tượng trượt đất sẽ dừng lại và ngược lại,
nếu không có biện pháp đảm bảo sự cân bằng thì sự trượt lại tiếp diễn để
tạo nên sự cân bằng mới tiếp theo. Do vậy, sự trượt đất bờ sông ‘’không duy
trì” là hiện tượng tự nhiên của mọi con sông và thường xẩy ra theo chu kỳ rất
rõ ràng
Vấn đề đặt ra là tìm giải pháp kỹ thuật để duy
trì sự cân bằng của lòng sông (tức ngăn
chặn sự trượt ở một nơi nào đó tiếp diễn) sau đã bị trượt hoặc có dấu hiệu báo
trước sự trượt đất
1. Đất
có cốt và công trình đất có cốt
Sự
ra đời của đất có cốt được đanh giá cao trong Địa Kỹ thuật công trình như sự ra
đời của bêtông cốt thép trong Xây dựng. Công trình đất có cốt như tường chắn
đất có cốt, mái đất có cốt, đập đất có cốt đã được sử dụng nhiều từ những thập
niên cuối thế kỷ 20. Cốt chịu kéo đưa vào đất đắp hoặc theo những quy cách nhất
định (như đặt cốt thép trong bêtông cốt thép thông thường) hoặc được trộn lẫn
với đất (như bêtông trộn các đoạn sợi thép).
Từ ngày sợi tổng hợp,
vải địa kỹ thuât ra đời, các công trình đất có cốt vải địa kỹ thuật được xây
dựng nhiều hơn vì các lý do sau:
- Nhẹ nhất trong các
loại công trình vì công trình làm bằng đất tai chổ
- Mềm nhất vì là công
trình đất
- Có thể dùng vải địa
kỹ thuật, sợi tổng hợp để làm cốt thay thế cốt thép không gỉ đắt tiền. Đã có
nhiều công trình nghiên cứu về đất có cốt và lý thuyết của nó đã được đưa vào
các giáo trình giảng dạy. Công nghệ thi công trên cạn công trình đất có cốt đã
được tiêu chuẩn hoá, tuy nhiên, thi công
công trình đất có cốt dưới nước rất phức tạp nên công nghệ thi công chỉ
mới ở giai đoạn thử nghiệm theo định
hướng trộn cốt với đất
Ơ nước ta hiện nay,
do đã bước đầu chế tạo được vài loại vải địa kỹ thuật (Công ty dệt vải công
nghiệp Hà Nội), có thể hy vọng đến sự thành công của một giải pháp mới để vá bờ
sông theo định hướng của kỹ thuật đất có cốt vải địa kỹ thuật với công nghệ
trộn cốt vào đất.
2. Cơ chế của sự trượt lở bờ sông.
Sự
trượt lở bờ sông có liên quan đến tác dụng xâm thực lòng sông của dòng nước.
Khi tốc độ dòng nước áp sát đất lòng sông lớn đến trị số vận tốc giới hạn xói
đất, dòng nước có khả năng dứt từng hạt đất khỏi khối đất tự nhiên (đất đáy
sông, đất bờ sông) và cuốn chúng theo dòng chảy ở dạng phù sa. Do nhiều yếu tố,
đất ỏ đáy sông và bờ sông bị bào xói thường không đều và hậu quả là hình thành
các hố xói ở đáy sông, các hàm ếch ở chân mái bờ sông ở nơi này hoặc
nơi kia của lòng sông. Cuối cùng sự trượt đất ở bờ sông xẩy ra và một đoạn sông
nào đó có bên lở bên bồi để tạo nên một sự cân bằng mới của lòng sông với dòng
nước.
Nếu không có biện pháp duy trì sự cân bằng
mới này (tức biện pháp ngăn chặn ngay quá trình xâm thực đứng và xâm thực
ngang) thì đáy sông, bờ sông lâm vào tình trạng kém ổn định dần dà và kết thúc
bằng sự trượt mới. Quá trình diễn biến nêu trên giải thích vì sao sự trượt lở
bờ sồng thường xẩy ra có chu kỳ với thời gian đủ để hình thành hàm ếch ở bờ
sông
1.
Ưu nhược điểm của
những giải pháp chống trượt lở bờ sông hiện nay
Đến nay có nhiều giải
pháp gia cố lòng sông dựa vào lý thuyết Địa kỹ thuật về sự bào xói đất do dòng nước
5. Giải pháp vá lòng sông bằng kỹ thuật đất có cốt
a/ Giải
pháp vá lòng sông
Giải pháp kỹ thuật
chống trượt lở bờ sông phải đạt hai yêu cầu: 1/ Duy trì sự cân bằng ổn định của
bờ sông sau khi trượt; 2/ Không phá vỡ sự cân bằng động ở nơi khác của đoạn
sông đang xét.
Giải pháp thoã mãn
hai yêu nêu trên và sử dụng đất làm vật liệu để vá được quy ước gọi là giải
pháp vá bờ sông để phân biệt với các giải pháp công trình bảo vệ bờ (công trình
kè, mỏ hàn)
b/ Nội
dung của giải pháp vá lòng sông
Đáy sông, bờ sông trước
đây bị xói sâu thành hố xói và xói ngang thành hàm ếch vì đất tại đây không đủ
độ bền chống lại tác dụng xói mòn của dòng nước. Dùng đất có cốt, có sức bền
chống xói rửa cao, vá lại (lấp hố xói, lấp hàm ếch) để lòng sông có hình dạng
trước đây thì nguy cơ trượt lở bờ sông không còn nữa vì sự hình thành hàm ếch và hố xói chân mái bờ
sông đã được ngăn chặn.
Lòng sông sau khi
được vá sẽ có hình dạng cân bằng ban đầu nên nguy cơ nước sông phá hoại nơi
khác được giảm thiểu tối đa.
c/ Giới
thiệu kỹ thuật, công nghệ tạo khối đất có cốt dưới nước
Đến này, theo quy
trình, quy phạm của đất có cốt với cốt dặt thành lớp, có thể thi công trên cạn
khối đất có cốt có mái thẳng đứng. Giải pháp thi công đất có cốt trong nước
được định hướng theo lý thuyết đất có cốt với cốt trộn với đất và Jean Pierre
Giroud (Cộng hoà Pháp, 1982) đã đề xuất một phương pháp thi công trong nước
công trình đất có cốt đất vải đại kỹ thuật (đã được xác minh bằng thực nghiệm).
Dùng túi vải địa ký
thuật có chắp thêm cái đuôi, đựng đất tạo thành túi đất có đuôi bằng vải địa kỹ
thuật mà chúng tôi thường gọi là con nòng nọc đất Đổ đống bầy nòng nọc đất
trong nươc, thân và đuôi nòng nọc đè lên nhau tao nên một khối đất có cốt chịu
kéo rất tốt. Túi và đuôi bằng vải địa kỹ thuật đóng vải trò cốt chịu kéo trộn
lẫn trong khối đất.
Đống
nòng nọc đất, không những có các ưu điểm của đống túi đất đã nêu trên đây mà
còn có thể tao nên nhừng mái đất rất dốc. Đặc tính Địa kỹ thuật của đống nòng
nọc cho phép chúng ta ứng dụng để vá lấp hố xói và hàm ếch ở bở sông. Vải túi
làm thân những con nòng nọc ở biên khối đất có cốt có tác dụng như lớp vải địa
kỹ thuật bảo vệ bờ sông.ở dưới mực nước sông.
* Giải pháp dùng túi vải địa kỹ thuật và hạt đất lớn
Túi vải địa kỹ thuật
(geobag) là vật phẩm thương mại thế giới hiện nay. Túi vải địa kỹ đựng đất gọi tắt là túi đất và theo quan điểm
Địa kỹ thuật túi đất được coi như một
đơn nguyên của khối đất, tức.hạt đất lớn. Nước chảy xiết chỉ có thể kéo lê hạt
đất lớn nhưng không thể dứt hạt đất ra khỏi hạt đất lớn. Hạt đất lớn khác với
hòn đá về đặc tính địa kỹ thuật, hạt đất lớn nhẹ hơn hòn đá cùng thể tích nhưng
lại mềm và dễ biến dạng hơn.
Đống túi đất đổ trong
nước, về bản chất vẫn là vật thể hạt rời với hạt là túi đất, nên có mái dốc thoải và kém ổn định trong dòng
nước xiết vì túi đất trên mái dốc ở trạng thái cân bằng thấp. Thực nghiệm cũng
chứng tỏ rằng, chỉ nên dùng túi đất đổ đống để lấp vá hố xói ở đáy sông vì các
lý do sau:
- Túi đất là vật liệu
nhẹ như đất đáy sông vì thường dùng đất tại chỗ;
- Túi đất là vật thể
mềm đễ biến dang nên khi đổ đống túi đất trong nước, các kẽ hổ giữa các túi đất
bị triệt tiêu nên hạt đất mịn ở đáy sông không thể xâm nhập ngược vào đống túi
đất, do đó tác dụng xâm thực sâu của dòng nước bị khống chế;
-
Vải
địa kỹ thuật ngăn được tác dụng dứt tách hạt đất của túi đất để cuốn theo dong
chảy nên lớp túi đất trên cùng có tác dụng của màn chống xói mòn lòng sông.
* Giải
pháp dùng đá hộc
Rõ ràng là dòng nước khó cuốn trôi hòn đá hộc
hơn hạt đất. Nếu tốc độ dòng nước lớn có thể cuốn trôi hòn đá hộc thì dùng rọ
đá (nếu thi công dưới nước) dùng gabion xếp đá (tường chắn đất trượt trên cạn).
Đống đá hộc đổ trên đáy sông hoặc trên mái bờ sông có độ
rổng lớn và kích thước lỗ rổng lớn nên giải pháp đá hộc không ngăn chặn được
tác dụng xâm thực của dòng nước đối với lòng sông.
Quá tình xâm thực đất dưới đống đá hộc diễn ra
với cơ chế như sau: đất đáy sông và đất bờ sông dưới đống đá hộc chịu ứng suất tập trung lớn (đá nặng và có
góc cạnh sắc nhọn) nên bị phá hoại kết cấu, các hạt đất xâm nhập vào lỗ rổng
của khối đá hộc,tại đây các hạt đất lại bị dòng nước trong kẽ rỗng cuốn đi.
Đống đá bị lún dần
theo quá trình xói ngầm tiễp xúc lớp đất dưới đống đá hộc. Công trình cứng xây
dựng trên đống đá hộc như vậy sẽ bị phá hỏng từ những kẽ nứt do lún không đều
của công trình. Điều này giải thích vì sao các kè bị hỏng do lớp đá hộc xây
cứng bị phá hỏng
Theo quy trình xây
dựng của nước ngoài, nếu dùng đá hộc đổ đống, rọ đấ, gabion xếp đá trên nền đất
thì phải có lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách giữa đất với đá hộc
Rải vải địa kỹ thuật
trên bờ sông đã hình thành hàm ếch và hố xói ven bờ trước khi đổ đá hộc không
dễ. Dùng lớp vải địa kỹ thuật thứ hai để làm lớp bảo vệ chống rách, chống thủng
cho lớp ngăn cách không rẻ và không an toàn. Do đó hiện nay, để chống trượt lở
bờ sông, giải pháp đá hộc không được coi là giải pháp hiệu quả, nhất là trường
hợp không có lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách đá hộc với đất nền
6. Kết luận và kiến nghị
1/
Theo J P Giroud, phượng pháp này đã được chứng thực bằng thực nghiệm ở Cọng hoà
Pháp, nhưng đến nay người viết báo cáo này chưa có thông tin thêm về phương
pháp này. Tuy nhiên, có thể coi “giải pháp con nòng nọc đất” là giải pháp có cơ
sở lý thuyết đáng tin cậy hơn cả để lấp vá lòng sông. Phòng thí nghiệm thuỷ lực
tổng hợp của Trường Đại học thuỷ lợi có thể nghiên cứu xác minh thêm giá trị
của phương pháp Giroud và dùng mô hình thực nghiệm để xác định kích thước tối
ưu của thân và đuôi cong nòng nọc trong dòng chảy
2/Về gía thành, cần xét
đến sự thay thế vật liệu: thay đá hộc bằng con nòng nọc đất mà chênh lêch giá
thành chủ yếu phụ thuộc giá Vải địa kỹ thuật, tiền khai thác đá và vân chuyển
đá hộc từ xa.
3/ Cần xét giá trị
của giải pháp con nòng nọc đất, trong bối cảnh còn sông còn cần vá áo cho sông,
cần kể đến yếu tố xã hội và kinh tế lâu dài của nước ta như thúc đẩy sản xuất
vải địa kỹ thuật trong nước từ chất thải
công nghệ hoá dầu tiết kiêm đá vôi cho ngành sản xuất ximăng và tạo công lao đông
để xản xuất nòng nọc đất ở dạng công
xưởng tại chỗ
4/ Đẻ có thể ứng dụng
có hiệu quả giải pháp con nòng nọc đất để chống tai hoạ trượt lở bờ sông hiện
nay, đề nghị thành lập đề tài nghiên cúu ứng dung do một cơ sở khoa học thuỷ
lợi chủ trì cùng sự đóng góp trí tuệ của
nhiều nhà khoa học Việt Nam.
Tài
liệu tham khảo
1. R. Veldhuijzen Van
Zanten Geotextiles and Geomembranes in
Civil Engineering John Willey &
Son New york/Toronto 1986.
2. J. Pierre Giroud.
Introduction aux Ge otextiles Dunod
Paris 1981.
3.
N.N.Maslov Basic Engineering Geology and Soil Machanics Mir Publisher Moscow 1987.
4. I.V. Popov Địa chất công trình (tiếng Nga) NXB Đại học, Matxcơva 1959.
Viết và chia sẻ bình luận:
Like để cập nhật các bài viết qua facebook. Cảm ơn bạn đã ghé thăm, ủng hộ!