SỰ PHÁ HOẠI CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ CỦA NƯỚC CỘNG HOÀ DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ThS SOUVANHNA VONGKHAMCHANH NCS Bộ môn Đường Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Công trình thoát nước nhỏ đường ôtô công trình quan trọng liên quan trực tiếp đến tuổi thọ áo đường, đường công trình khác đường Về mặt khai thác, bền vững công trình thoát nước nhỏ bảo đảm tốc độ xe chạy thông xe liên tục Các công trình thoát nước nhỏ đường ôtô nước Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào hay bị phá hoại Nguyên nhân phá hoại yếu tố tự nhiên, khí hậu, địa chất có nguyên nhân tính toán thiết kế mà luận án đặc biệt quan tâm Hai yếu tố quan trọng đề cập báo sau hợp lý phương pháp tính toán thủy văn, thủy lực bố trí cấu tạo công trình thoát nước nhỏ cho hạn chế phá hoại chúng đến mức thấp Summary: Small drainage works on the roads is one of the constructoin important becouse it’s it directly to structural lifetime of sub-structural and any construction on the roads Of exploitation and sustainability of the small drainage ensure speed and run traffic continuously The small drainage works on the road’s Lao People’s Democratic Republic very be destructive Cause damage is outside the natural factors, climate, geology there are other causes of calculated design dissertation that our special concern Two important and well we mentioned in the article of Ma Su's method of calculation hydrographic, hydraulic and layout designed for small drainage to limit damage to our lowest level I ĐẶT VẤN ĐỀ Nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào đường công nghiệp hoá, đại hoá Dưới lãnh đạo Đảng Nhà nước Lào, việc quản lý, tu, bảo dưỡng, nâng cấp xây dựng mạng lưới giao thông nước trọng để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào Công trình thoát nước nhỏ đường ôtô đảm bảo thoát nước khỏi mặt đường đường cho phá hoại nước công trình đường ôtô giảm thiểu Các công trình loại kể đến sau: - Để thoát nước mặt đường có hệ thống rãnh: rãnh dọc, rãnh đỉnh cống cấu tạo - Để thoát nước ngang đường có giải pháp: cầu nhỏ, cống loại, đường ngầm, đường tràn, đường tràn liên hợp - Thoát nước ngầm hạng mục sử dụng nơi điều kiện địa chất - thuỷ văn đặc biệt nằm khuôn khổ luận án II NỘI DUNG 2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào 2.2.1 Đặc điểm tự nhiên địa lý Nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào nước có diện tích 236.800km2 Địa hình Lào chủ yếu đồi núi, xen kẽ với dải đồng nhỏ hẹp Miền núi có vách đá cao, gây khó khăn tốn nhiều ngân sách, lực lượng lao động trình xây dựng mạng lưới giao thông đường Miền đồng có thuận lợi xây dựng mạng lưới giao thông, có điều kiện tự nhiên tốt kinh tế xã hội phát triển hơn, dân cư đông đúc 2.2.2 Các đặc điểm khí hậu 2.2.1.1 Đặc điểm nhiệt độ Những điều kiện khí hậu có liên quan trực tiếp với công trình xây dựng lượng mưa, gió, nhiệt độ độ ẩm Những yếu tố có ảnh hưởng lớn tới kết cấu công trình xây dựng, đặc biệt công trình cầu cống đường Theo độ cao chia vùng nhiệt độ Lào thành vùng: - Vùng có độ cao thấp 500m, có nhiệt độ trung bình năm 25÷270C; tháng lạnh nhiệt độ trung bình khoảng 200C - Vùng có độ cao từ 500÷1500m, có nhiệt độ trung bình năm 20÷250C; tháng lạnh nhiệt độ trung bình thấp 200C - Vùng có độ cao 1500m có nhiệt độ trung bình tháng năm từ 17÷200C, riêng có hai tháng tháng tư tháng năm nhiệt độ hạ thấp 170C Một vài năm nhiệt độ tỉnh miền Bắc hạ xuống đến -20C số tỉnh: tỉnh Xăm Nưa, Luang Pha Bang Phông Xa Ly 2.2.3 Lượng mưa Do ảnh hưởng vị trí địa lý địa hình, Lào nằm bán đảo Đông Dương khu vực hoạt động gió mùa Đông Nam Lượng mưa trung bình hàng năm 3500mm, vùng có lượng mưa cao cao nguyên Bo Li Vên từ 3800mm đến 5000mm, vùng có lượng mưa thấp đồng Viêng Chăn tỉnh Xa Văn Nạ Khết từ 1100mm đến 1500mm Lượng mưa lớn, khác biệt với nước vùng Theo trạm đo mưa Viêng Chăn cho biết trung bình từ nhiều năm, từ năm 1900-1988 có khoảng 224mm/ngày - đêm lớn chu trình gió mùa 400-800mm Đặc biệt năm 1971 số lượng nước mưa nhiều tháng tháng tám có tới 625mm/ngày - đêm, tháng 421mm/ngày - đêm Lượng mưa lớn vậy, cộng với địa hình dốc, làm cho lưu lượng dòng chảy tăng lên đột ngột, phá hoại trầm trọng công trình thoát nước, đặc biệt công trình thoát nước nhỏ Các công trình quy mô nhỏ quan tâm tính toán thiết kế 2.3 Giới thiệu hệ thống đường ôtô nước Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô nước Lào, mạng lưới đường gồm hệ thống: - Hệ thống đường quốc lộ - Hệ thống đường tỉnh - Hệ thống đường huyện - Hệ thống đường xã - Hệ thống đường đô thị - Hệ thống đường chuyên dùng 2.3.1 Sự phát triển công trình giao thông vận tải nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào giai đoạn năm 1985 - 2000 Trong giai đoạn này, ngành giao thông vận tải Lào phát triển số tuyến đường nối nông thôn, vùng sâu vùng xa, tuyến đường nước láng giềng (Việt Nam, Thái Lan, Campuchia, Trung Quốc), tuyến đường tới biển phía Đông (Việt Nam) phía Nam (Campuchia) số tuyến dọc theo biên giới phía Tây (Thái Lan) Cải tạo phục hồi tuyến đường từ trung ương đến tỉnh tỉnh tới số huyện lỵ (chưa có đường) Đặc biệt thành công xây dựng đường thủ đô xây dựng hai cầu lớn vượt qua sông MêKông (Tha Đưa - Nông Khai; Pak Sê - Mường Phôn Thong) Đến năm 1999 Lào có tổng chiều dài đường 23.200km, mật độ trung bình đường 9,8km/100km2 Những đường xây dựng kỹ thuật tốt đạt cấp III, IV, V Một số đường chiến lược phần lớn đạt cấp IV, V, có đường số đạt đường cấp III (tương tự phân cấp hạng kỹ thuật đường ôtô Việt Nam) 2.3.2 Sự phát triển công trình giao thông vận tải nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào giai đoạn năm 2000 đến Những năm gần đây, thực sách đổi mới, Chính phủ Lào tập trung đầu tư mạnh mẽ cho sở hạ tầng giao thông vận tải đường Nhiều tuyến đường xây dựng nâng cấp theo hướng công nghiệp hoá - đại hoá, với tiêu chuẩn kỹ thuật cao, với công nghệ tiên tiến Cơ sở hạ tầng giao thông vận tải coi khâu trọng tâm nên cần phải trước bước, tạo điều kiện thúc đẩy phát triển kinh tế Được đầu tư Chính phủ nguồn vốn nước, vốn vay nước tổ chức quốc tế, hệ thống sở hạ tầng đường nước Lào có bước phát triển đáng kể: xây dựng 24.000km đường có chiều dài đường dải nhựa 3.800km Dự kiến năm 2006 - 2010 hoàn thành dự án xây dựng đường có tổng chiều dài khoảng 2.300 - 2.400km, đường rải nhựa khoảng 1.500 - 1.600km, đường cấp phối 750 - 800km Xây dựng 4000m dài cầu, có cầu qua sông Mê Kông Chú trọng tuyến đường nối Thủ đô Viêng Chăn với tỉnh lỵ Ngoài ra, cần nghiên cứu xây dựng số tuyến đường chiến lược dọc biên giới để kết hợp phát triển kinh tế với đảm bảo an ninh quốc phòng đường 11 qua Sa Na Kham nối với Xay Nha, đường 14A từ cầu Khuổi Nạm Păk Xế dọc biên giới đến Campuchia, đường 14B từ Ăng Phôn Đông đến tam giác biên giới phía Nam, đường từ Khuổi Mô Xay Sổm Bun từ Xay Sổm Bun đến Tha Viêng… 2.4 Sự hư hỏng công trình thoát nước nhỏ đường ôtô nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào 2.4.1 Hư hỏng rãnh thoát nước Do mưa nhiều địa hình dốc nói trên, rãnh dọc rãnh đỉnh hai phận gắn liền với đường ôtô Lào Khi hệ thống rãnh bị hư hỏng (mất giảm khả thoát nước, rãnh bị xói, …) kéo theo hư hỏng trầm trọng đường Các đường giảm hẳn khả thông xe, đặc biệt mùa mưa Dưới số hình ảnh minh hoạ phá hoại đường khiếm khuyết rãnh thoát nước a Tác hại thiếu rãnh thoát nước Hình 4-1a hình 4-1b hình ảnh đoạn đường tuyến đường số 13 Nam từ 562+800km đến 593+050km Mặt đường bị phá hoại, lầy lội, xe chạy trở nên nguy hiểm vào mùa mưa đường rãnh thoát nước hai bên đường (a) Hình 4-1 Hư hỏng tuyến đường rãnh thoát nước (b) b Rãnh tiêu nước bị nước phá hỏng Đây tượng cần nhà xây dựng đường quan tâm Hiện tượng xói mòn có nguyên nhân từ rãnh dài tiết diện rãnh không đủ, độ dốc rãnh lớn Để khắc phục, cần rút ngắn cự ly cống tiêu nước gia cố chống xói cho rãnh Hình 4-2A Hư hỏng tuyến đường rãnh thoát nước đường số km 43+500 Hình 4-2B Hư hỏng rãnh thoát nước xói lùi đường số km 43+800 2.4.2 Hư hỏng cống thoát nước Cống công trình thoát nước đường Cống có nhiều loại: cống tròn, cống nắp, cống hộp, cống vòm… Khẩu độ cống từ 0,5÷0,6m Số ống cống (lỗ cống) nhiều Số lượng ống cống thường bị chiều cao cho phép đường địa hình lòng suối khống chế nói chung phải qua luận chứng kinh tế kỹ thuật Những hư hỏng thường gặp cống thoát nước Lào thu thập minh hoạ số hình ảnh đây: a Lắng đọng cát cống thoát nước Hình 4-3A 4-3B hình ảnh lắng đọng thượng lưu cống đoạn đường số từ 13+500km đến 15+100km Hiện tượng bùn cát lắng đọng lấp dần cống thoát nước có nguyên nhân như: độ dốc dọc không thuận lợi cho nước chạy qua cống, thiếu quan tâm tu bảo dưỡng Hình 4-3A Lắng đọng đất cát cống thoát nước Hình 4-3B Lắng đọng đất cát cống b Cống bị phá hoại thượng lưu hạ lưu cống thoát nước Độ dốc dọc khe suối trước cống lớn, tốc độ dòng chảy lớn gây xói cống phá hoại thượng lưu hạ lưu cống Các hình cho thấy rõ phá hoại dạng Hình 4-4A Sơ đồ lý thuyết xói Hình 4-4B Hư hỏng phía thượng lưu Hình 4-4C Hư hỏng phía hạ lưu sân cống hạ lưu đường số km 48+800 đường số km 48+800 c Phá hoại mối nối cống thoát nước Hư hỏng nguyên nhân sau: - Móng cống bị lún - Khe nối cống chèn không tốt - Đắp đất không quy cách làm xô lệch ống cống - Lưu lượng nước lớn, cống không thoát kịp gây sạt lở đường vị trí cống làm cống bị hư hỏng… Hình 4-5A Sơ đồ lý thuyết móng cống bị lún Hình 4-5B Mối nối cống xử lý không tốt đường số km 57+700 Hình 4-5C Sự đứt gãy cống đất đường bị xói đường số km 57+700 d Kết cống bị phá hoại đường vị trí đặt cống không ổn định Kết cấu cống bị phá hoại có nguyên nhân đường bị sạt lở, nước xói mòn hạ lưu thượng lưu công trình, ta luy đường đắp trượt Hình 4-6A Ta luy đường đắp bị sụt lở vị trí cống thoát nước, đường số 4A km 35+500 Hình 4-6B Ta luy đường đắp bị sụt lở vị trí cống thoát nước, đường số 4A km 55+200 Hiện tượng hậu việc nước mưa từ đường chảy trút xuống mặt ta luy, đặc biệt hay xuất chỗ tiếp giáp với tường cánh tường đầu cống, phía sau mố cầu Nguyên nhân tượng tiêu nước không tốt (không có rãnh tiêu nước từ ta luy xuống) Hình 4-7A Sơ đồ lý thuyết ta luy đường đắp bị xói mòn Hình 4-7B Ta luy đường đắp bị xói mòn Km 15+100, đường số 2E (Udomxay) e Ta luy đường bị sụt lở Sụt lở làm lấp cửa vào cống thoát nước, nguyên nhân gây bởi: - Dốc dọc ta luy đường đào đường đắp lớn, đất lại dính kết - Tiêu nước không tốt triền đất bên - Có lớp nước treo xen lớp đất Hình 4-8B Ta luy đường Hình 4-8C Ta luy đường Hình 4-8A Sơ đồ lý thuyết ta luy đường bị sụt lở bị sụt lở đường số km 72 + 400 bị sụt lở đường số km 71 + 300 2.4.3 Hư hỏng cầu nhỏ Cầu nhỏ thường bị phá hoại nguyên nhân: Lưu lượng nước tăng lên, tốc độ nước chảy nhanh xói đường đầu cầu, trụ cầu bị xói trôi… Những hình ảnh mô tả hư hỏng thường gặp cầu nhỏ đường ôtô Lào Hình 4-9A Lưu lượng mức nước cao Hình 4-9B Hư hỏng đầu cầu Hình 4-9C Hư hỏng trụ cầu bị lún đường sô 1J km 17+850 Hình 4-9D Hư hỏng đầu cầu gỗ bị xói mòn ố III KẾT LUẬN Một số kết luận rút từ nghiên cứu hư hỏng công trình thoát nước nhỏ đường ôtô Lào a) Thiết kế xây dựng công trình thoát nước nhỏ đường ôtô đối tượng cần quan tâm phát triển lý thuyết thực nghiệm Đây lĩnh vực rộng, liên quan đến nhiều môn khoa học sở khác Trong lĩnh vực tồn vấn đề cần nghiên cứu làm sáng tỏ b) Thông qua điều tra, phân tích trường hợp công trình bị hư hỏng phải sửa chữa thời gian qua, tổng kết xác định vấn đề tồn sau: - Việc chọn tần suất lũ thiết kế cho thích hợp với điều kiện kinh tế, đường sá Lào - Việc tính toán chế độ thủy lực thủy văn thiết kế công trình thoát nước nhỏ cần lưu ý đặc biệt đến điều kiện khí hậu, địa hình, địa mạo, địa chất… Lào - Việc chọn phương án bố trí chung giải pháp cấu tạo công trình hợp lý nhân tố định bền vững công trình thoát nước nhỏ trình khai thác sau + Việc chọn tần suất lũ thiết kế Việc chọn tần suất lũ thiết kế để thiết kế công trình Lào chưa hợp lý, chưa quan tâm đầy đủ đến trạng thái nguy hiểm xuất trận lũ lớn lũ thiết kế Về điểm này, nêu ví dụ rõ bất hợp lý đồng hoá tần suất lũ thiết kế để đảm bảo thông xe với tần suất lũ để kiểm toán ổn định hạng mục công trình xác suất xảy trận lũ lớn lũ thiết kế cao Trong đó, khả thoát nước cống nhanh khả thoát nước cống không tăng dễ xảy tình trạng nước tràn nền, trạng thái thuỷ lực nguy hiểm Đó chưa kể đến việc có nhiều nguyên nhân khác dễ gây bất lợi cho cống như: mức độ xác phương pháp tính lưu lượng, khả bồi lấp tắc thân cống bùn sét cát cuội tảng + Việc tính toán chế độ thủy lực thủy văn Về mặt tính toán thủy lực thiết kế công trình thoát nước nhỏ Lào có tồn sau đây: - Tách rời việc tính toán thủy văn với tính toán thủy lực - Không xét trình diễn biến thủy văn thuỷ lực theo thời gian - Chưa quan tâm đến ảnh hưởng thời gian mưa cường độ mưa - Chưa quan tâm đầy đủ đến trình bồi tích thượng lưu công trình thoát nước + Việc chọn phương án bố trí chung giải pháp cấu tạo công trình chưa hợp lý dẫn đến công trình hư hỏng Hiện tượng xuất phát từ chỗ chưa quan tâm mức đến tầm quan trọng công tác thiết kế công trình thoát nước nói chung việc chọn giải pháp cấu tạo công trình nói riêng Mặt khác, chưa giải tốt vấn đề lý thuyết tính toán thủy văn thủy lực (như nêu trên) nên sở để phân tích lựa chọn giải pháp cấu tạo công trình cho phù hợp Các công trình thoát nước nhỏ, kinh phí xây dựng công trình không lớn nên quan tâm mức việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp cấu tạo hợp lý Nên đánh giá lại theo hướng kinh phí công trình không lớn, số lượng công trình nhiều (bình quân 4-5 công trình/km) nên tổng khối lượng kinh phí xây dựng số lớn, có ảnh hưởng định đến hiệu đầu tư Trong tồn vấn đề lựa chọn cấu tạo, tồn việc phân tích lựa chọn phương án bố trí chung khuyết điểm lớn thực gây tổn thất lớn làm giảm hiệu đầu tư Khuyết điểm chủ yếu thể nội dung sau: - Do chưa quan tâm đầy đủ đến trạng thái nguy hiểm xuất trận lũ lớn lũ thiết kế, xác xuất xảy thấp hậu lại nghiêm trọng nên phương án bố trí chung công trình thường đầu tư nghiên cứu lựa chọn tương đối phù hợp với đặc điểm làm việc công trình trường hợp xuất trận lũ nhỏ lũ thiết kế Khi xuất lũ lớn lũ thiết kế (nước tràn nền) công trình bộc lộ hàng loạt nhược điểm mà hoàn toàn dự đoán chủ động khắc phục từ chọn phương án xây dựng với yêu cầu kinh phí hoàn toàn nằm giới hạn chấp nhận - Do không khảo sát phát tất trạng thái nguy hiểm, thường trọng đến trạng thái nguy hiểm thủy văn mà bỏ sót trạng thái nguy hiểm mặt thủy lực, nên định biện pháp gia cố chưa thật phù hợp, thường để xảy tình trạng xuất đồng thời trạng thái nguy hiểm thuỷ văn, trùng hợp với trạng thái nguy hiểm mặt thủy lực, tổng hợp dẫn đến nguy phá huỷ công trình Tài liệu tham khảo [1] GS.TS Dương Học Hải; GS.TSKH Nguyễn Xuân Trực Thiết kế đường ôtô - Tập Nền mặt công trình thoát nước NXB giáo dục - 1999 [2] GS.TS Nguyễn Xuân Trực Thiết kế đường ôtô - Tập 3: Công trình vượt sông NXB Giáo dục 1998 [3] GS.TS Dương Học Hải Thiết kế đường ôtô - Tập 4: Công trình vượt sông NXB Giáo dục 2001 [4] GS.TS Nguyễn Tài Giáo trình thủy lực Tập 1-2 NXB Xây dựng 1997 [5] ThS Vũ Đình Hiền Bảo dưỡng sửa chữa đường ôtô NXB GTVT 2005 [6] Sổ tay tính toán thủy văn, thủy lực cầu đường, NXB GTVT [7] Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công nghiệm thu cầu, cống TCVN22TCN♦ ... hỏng công trình thoát nước nhỏ đường ôtô nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào 2.4.1 Hư hỏng rãnh thoát nước Do mưa nhiều địa hình dốc nói trên, rãnh dọc rãnh đỉnh hai phận gắn liền với đường ôtô Lào. .. thống đường ôtô nước Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô nước Lào, mạng lưới đường gồm hệ thống: - Hệ thống đường quốc lộ - Hệ thống đường tỉnh - Hệ thống đường. .. mưa lớn vậy, cộng với địa hình dốc, làm cho lưu lượng dòng chảy tăng lên đột ngột, phá hoại trầm trọng công trình thoát nước, đặc biệt công trình thoát nước nhỏ Các công trình quy mô nhỏ quan tâm