Công nghệ: Kết cấu đảo chiều hoàn lưu chống sạt lở bờ sông (The  structure  of reverse water against river bank erosion)

Xuất xứ

 - Năm 1993, dòng chảy lũ áp sát bờ tả sông Dinh, đoạn đê qua thành phố Phan Rang-Tháp Chàm, sự an nguy của tuyến đê làm cho chính quyền và nhân dân địa phương lo sợ nếu chẳng may tuyến đê bị vỡ. Để có thể bảo vệ tuyến đê này được an toàn, GS.TS Lương Phương Hậu cùng các cộng sự Viện Khoa học thủy lợi miền Nam đã đưa ra một ý tưởng về công trình bảo vệ bờ mới, lợi dụng vào dòng hoàn lưu ở khúc sông cong để gây bồi sau công trình (Sau này gọi là kết cấu đảo chiều hoàn lưu- ĐCHL). Được sự chấp thuận của UBND tỉnh Ninh Thuận, thiết kế của công trình đã được thi công thử nghiệm, đợt đầu thử nghiệm với 2 công trình là H₂ - H₃, sau thành công của 2 công trình này tiếp tục thi công 02 công trình tiếp theo là H₄ - H₅ từ năm 1994 -1997. Sau một thời gian ngắn các công trình đã phát huy hiệu quả rất tốt, đã tạo thành một khối bồi lắng rất lớn phía trong và sau công trình. Tuyến đê sông Dinh đã được bảo vệ an toàn tuyệt đối cho đến ngày nay. Sự thành công của dự án đã được Báo Nhân dân nhận xét trong số báo ra ngày thứ năm 20-3-1997. 

Quá trình nghiên cứu

+ Giai đoạn 1993-2010: Thử nghiệm thành công công trình hoàn lưu sông Dinh  

+ Giai đoạn 2007-2010: Thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp KHCN cho hệ thống công trình chỉnh trị sông trên các đoạn trọng điểm vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ”, mã số KC.08.14/06-10 thuộc Chương trình KHCN trọng điểm Nhà nước KC.08/06-10. Đề tài nghiệm thu đạt loại xuất sắc. Đồng thời được Cục sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế.

+ Giai đoạn: 2008-2011: Thử nghiệm thành công công trình hoàn lưu sông Vu Gia

+ Giai đoạn 2011- 2012: Xác lập được cơ sở khoa học và hoàn thiện các thông số thiết kế, bố trí không gian hệ thống công trình hoàn lưu trong kết quả nghiên cứu luận án tiến sĩ kỹ thuật của NCS. Nguyễn Đăng Giáp.  

Quy trình 

Kết cấu ĐCHL chống sạt lở, bảo vệ bờ sông được tạo thành bởi: (1) giá đỡ tấm hướng dòng; (2) tấm hướng dòng mặt bằng bản phẳng kín nước; (3) khe hở đáy; (4) kè gia cố đáy; (5) kè gia cố bờ và (6) mỏ hàn ở gốc công trình. 

-    Giá đỡ tấm hướng dòng: Giá đỡ tấm hướng dòng (1) được hình thành bởi hệ thống khung bằng cọc đóng theo tuyến công trình thành một hàng đơn, một hàng có cọc chống hoặc hai hàng, tùy theo tình hình dòng chảy và địa chất lòng sông vùng công trình. Cao trình đỉnh cọc cao hơn mực nước thiết kế chỉnh trị (0,5 ¸1,0)m. Kích thước các cọc này được xác định theo kết quả tính toán kết cấu với sơ đồ tải trọng thích hợp; các cọc được liên kết dọc, ngang bằng các xà kẹp (7), dầm ngang (8). 

- Tấm hướng dòng mặt: Tấm hướng dòng mặt bằng bản phẳng kín nước được lắp đặt hoặc gắn  lên phần trên của giá đỡ, phạm vi che chắn của tấm hướng dòng từ đỉnh cọc xuống chiếm (0,6¸0,7)h với h là chiều sâu dòng chảy dưới mực nước thiết kế chỉnh trị. Tấm hướng dòng mặt được chế tạo, lắp đặt và thay thế linh hoạt bằng các thanh hoặc các bản dựng vào khe giữa 2 xà kẹp (7), hai xà kẹp được liên kết bằng gông (10). 

-    Khe hở đáy: Khe hở đáy là khoảng trống nằm dọc theo chân cọc, giữa tấm hướng dòng mặt (2) và kè gia cố đáy (4), có chiều cao (0,3¸0,4)h với h là chiều sâu dòng chảy dưới mực nước thiết kế chỉnh trị  

-    Kè gia cố đáy: Kè gia cố đáy được bố trí dọc theo chân cọc, là lăng thể đá hộc, rồng đá, thảm đá hoặc bè chìm. 

Chiều dày gia cố đáy lấy (0,5¸1,0)m, chiều rộng gia cố đáy về mỗi bên hàng cọc lấy bằng 0,15 lần chiều sâu nước lớn nhất tính từ mực nước thiết kế chỉnh trị. 

-    Kè gia cố bờ gốc công trình: Kè gia cố bờ gốc công trình được bố trí trong phạm vi 20m về phía thượng lưu và 10m về phía hạ lưu; mỏ hàn nối bờ được sử dụng khi lạch sâu ép sát bờ, kết cấu gia cố bờ và mỏ hàn sử dụng giống như trường hợp thông thường .

Quá trình hoàn thiện

- Sau khi thử nghiệm thành công thì cũng chính là lúc tình hình sạt lở bờ sông, bờ biển trên toàn quốc diễn ra ngày càng mạnh mẽ và quyết liệt. Sạt lở bờ sông đã gây vỡ đê, uy hiếp các tuyến đê, khu dân cư, công trình quốc phòng, an ninh, cơ sở kinh tế quan trọng. Vấn đề cấp bách là nghiên cứu tìm ra nguyên nhân, qui luật của sạt lở bờ sông bờ biển, từ đó đề xuất các giải pháp công trình hữu hiệu để phòng, chống sạt lở trên các lưu vực sông trên toàn quốc. Từ nhu cầu cấp bách đó, Bộ Khoa học và công nghệ cho triển khai thực hiện đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp KHCN cho hệ thống công trình chỉnh trị sông trên các đoạn trọng điểm vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ”, mã số KC.08.14/06-10 thuộc Chương trình KHCN trọng điểm Nhà nước KC.08/06-10, do GS.TS Lương Phương Hậu làm chủ nhiệm NCS. Nguyễn Đăng Giáp làm thư ký khoa học, với mục đích đưa ra các giải pháp bố trí không gian cho các loại hình công trình chỉnh trị sông khác nhau. Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu đã đề xuất được giải pháp bố trí không gian của hệ thống công trình hoàn lưu cho các sông đồng bằng.  

- Rút kinh nghiệm từ kết quả thử nghiệm của hệ thống hoàn lưu sông Dinh, cùng với kết quả bước đầu của đề tài KC.08.14/06-10. Đến khi thiết kế hệ thống công trình chống cắt dòng trong tiểu dự án chỉnh trị sông Quảng Huế. Nhóm chuyên gia của đề tài đã kiến nghị thử nghiệm một hệ thống công trình đảo chiều hoàn lưu gồm 3 công trình là V₃ – V₄ – V₅. Các thông số thiết kế của V₃ – V₄ – V₅ đã được sửa đổi theo kết quả nghiên cứu của đề tài, có nhiều sự khác biệt so với hệ thống hoàn lưu sông Dinh. Sau khi công trình được thi công xong, chỉ sau một mùa lũ năm 2010, các công trình hoàn lưu đã được bồi lấp đầy, bảo vệ an toàn cho hệ thống đập khóa phía trong. Công trình đã được Bộ NN&PTNT, Tổng cục Thủy lợi nghiệm thu bàn giao giai đoạn 1 cho tỉnh Quảng Nam, kết quả được đánh giá rất cao. 

- Qua thành công từ 02 công trình thử nghiệm cho thấy:

i) Với công trình hoàn lưu sông Dinh: Tuy đã phát huy hiệu quả tốt, nhưng cũng còn nhiều điểm chưa tốt là khu vực bồi lắng không liên tục giữa các công trình H₂ - H₃ – H₄ - H₅. Điều đó cho thấy khoảng cách giữa các công trình chưa hợp lý.

ii) Với công trình hoàn lưu sông Vu Gia thì khối bồi lắng là liên tục, nhưng khoảng cách giữa các công trình V₃ – V₄  và V₄– V₅ là quá gần nhau.

iii) Mặt khác, việc thiết kế các hệ thống hoàn lưu này vẫn chủ yếu là kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế chúng.

Để giải quyết những vấn đề còn chưa hoàn thiện, cùng với kết quả bước đầu trong nghiên cứu của đề tài KC.08.14/06-10. NCS. Nguyễn Đăng Giáp thực hiện luận án tiến sĩ “Nghiên cứu tính toán diễn biến lòng sông dưới tác dụng của công trình chỉnh trị”, với mục đích nghiên cứu và xác lập cơ sở khoa học cho việc bố trí không gian hệ thống công trình hoàn lưu cho các con sông ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu của luận án đã xác lập được cơ sở khoa học và hoàn thiện được công nghệ thiết hệ thống công trình hoàn lưu chống sạt lở bờ sông ở Việt Nam.

Các lĩnh vực có thể áp dụng

- Chống sạt lở bờ sông, bãi sông 

- Bảo vệ an toàn cho các khu công nghiệp, kinh tế, đê điều, các công trình giao thông, thủy lợi, thủy điện và cơ sở hạ tầng khác. 

- Sông đồng bằng, không ảnh hưởng triều, độ sâu dòng chảy ≤10m, dòng chảy mang nhiều bùn cát.

Ưu điểm

- Hiệu quả nhanh trong tạo khối bồi lắng, ổn định khu vực sạt lở.

- Kết cấu đảo chiều hoàn lưu là kết cấu mới, thi công nhanh, dễ dàng trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau.  

Quy mô và địa chỉ đã ứng dụng

- Cụm công trình bảo chống sạt lở bờ sông Dinh, tỉnh Ninh Thuận.

- Cụm công trình bảo vệ bờ sông Vu Gia, tỉnh Quảng Nam.

Hình 1. Mặt bằng công trình đảo chiều hoàn lưu

Hình 2. Mặt bằng công trình đảo chiều hoàn lưu

Hình 3. Cắt ngang công trình đảo chiều hoàn lưu tại vị trí hàng cọc

Hình 4. Cấu tạo tấm hướng dòng mặt

Hình 5. Phạm vi tấm hướng dòng mặt

Theo vawr.org.vn