Xử lý trượt lở bờ sông bằng kỹ thuật đất có cốt

Like và chia sẻ bài viết
Phan Trường Phiệt*
Trường Đại học Thủy lợi
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!

About Tứ Đoàn Ngọc

Đoàn Ngọc Tứ chào mừng bạn tới với website và cảm ơn bạn đã ủng hộ trang này.