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

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 bộ Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô là một trong những công trình rất quan trọng bởi nó liên quan trực tiếp đến tuổi thọ áo đường, nền đường và các công trình khác trên đường. Về mặt khai thác, sự bền vững của các công trình thoát nước nhỏ bảo đảm tốc độ xe chạy và sự thông xe liên tục. Các công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô của nước Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào rất hay bị phá hoại. Nguyên nhân phá hoại ngoài các yếu tố tự nhiên, khí hậu, địa chất còn có các nguyên nhân về tính toán thiết kế mà các luận án của chúng tôi đặc biệt quan tâm. Hai yếu tố quan trọng chúng tôi sẽ đề cập ở các bài báo sau là sự hợp lý của phương pháp tính toán thủy văn, thủy lực và bố trí cấu tạo các công trình thoát nước nhỏ sao cho hạn chế sự phá hoại của chúng đến mức thấp nhất. 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 đang trên đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Dưới sự lãnh đạo của Đảng và Nhà nước Lào, việc quản lý, duy tu, bảo dưỡng, nâng cấp và xây dựng mới mạng lưới giao thông trong nước đã được chú trọng để có thể đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế và xã hội của nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào. Công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô đảm bảo thoát nước ra khỏi mặt đường và nền đường sao cho sự phá hoại của nước đối với công trình đường ôtô được giảm thiểu. Các công trình loại này có thể kể đến như sau: - Để thoát nước mặt đường có các hệ thống rãnh: rãnh dọc, rãnh đỉnh và cống cấu tạo. - Để thoát nước ngang đường có các giải pháp: cầu nhỏ, cống các loại, đường ngầm, đường tràn, đường tràn liên hợp. - Thoát nước ngầm là các hạng mục đôi khi sử dụng tại những nơi điều kiện địa chất - thuỷ văn đặc biệt nhưng nằm ngoài khuôn khổ luận án của chúng tôi. II. NỘI DUNG 2.1. Đặc điểm về điều kiện địa chất của nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào 2.2.1. Đặc điểm tự nhiên và địa lý Nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào là một nước có diện tích 236.800km2. Địa hình của Lào chủ yếu là đồi núi, xen kẽ với các dải đồng bằng nhỏ hẹp. Miền núi có vách đá cao, gây ra những khó khăn và tốn nhiều ngân sách, lực lượng lao động trong quá trình xây dựng mạng lưới giao thông đường bộ. Miền đồng bằng có thuận lợi hơn trong xây dựng mạng lưới giao thông, có điều kiện tự nhiên tốt và kinh tế xã hội phát triển hơn, dân cư đông đúc hơn. 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 các công trình xây dựng như lượng mưa, gió, nhiệt độ và độ ẩm. Những yếu tố đó đều có ảnh hưởng rất lớn tới các kết cấu công trình xây dựng, đặc biệt đối với các công trình cầu cống và đường. Theo độ cao có thể chia vùng nhiệt độ ở Lào thành 3 vùng: - Vùng có độ cao thấp hơn 500m, có nhiệt độ trung bình trong năm 25÷270C; tháng lạnh nhất nhiệt độ trung bình cũng chỉ khoảng 200C. - Vùng có độ cao từ 500÷1500m, có nhiệt độ trung bình trong năm 20÷250C; tháng lạnh nhất nhiệt độ trung bình thấp hơn 200C. - Vùng có độ cao hơn 1500m có nhiệt độ trung bình các tháng trong năm từ 17÷200C, riêng có hai tháng là tháng tư và tháng năm nhiệt độ hạ thấp hơn 170C. Một vài năm nhiệt độ ở các tỉnh miền Bắc hạ xuống đến -20C như một số tỉnh: tỉnh Xăm Nưa, Luang Pha Bang và Phông Xa Ly. 2.2.3. Lượng mưa Do ảnh hưởng của vị trí địa lý và địa hình, Lào nằm trên bán đảo Đông Dương trong khu vực hoạt động của gió mùa Đông Nam. Lượng mưa trung bình hàng năm 3500mm, vùng có lượng mưa cao nhất như ở cao nguyên Bo Li Vên từ 3800mm đến 5000mm, vùng có lượng mưa thấp nhất là đồng bằng Viêng Chăn và tỉnh Xa Văn Nạ Khết chỉ từ 1100mm đến 1500mm. Lượng mưa như vậy là rất lớn, rất khác biệt với các nước trong vùng. Theo trạm đo mưa Viêng Chăn cho biết trung bình từ nhiều năm, từ năm 1900-1988 có khoảng 224mm/ngày - đêm và lớn nhất trong chu trình gió mùa là 400-800mm. Đặc biệt trong năm 1971 số lượng nước mưa nhiều nhất trong tháng là tháng tám có tới 625mm/ngày - đêm, trong tháng 9 là 421mm/ngày - đêm. Lượng mưa lớn như vậy, cộng với địa hình dốc, làm cho lưu lượng dòng chảy tăng lên đột ngột, phá hoại trầm trọng các công trình thoát nước, đặc biệt là các công trình thoát nước nhỏ. Các công trình này do quy mô nhỏ của nó ít được quan tâm trong khi tính toán thiết kế. 2.3. Giới thiệu về hệ thống đường ôtô ở nước Cộng hoà Dân chủ nhân dân Lào Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô của nước Lào, mạng lưới đường bộ gồm 6 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 ở nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào giai đoạn năm 1985 - 2000 Trong giai đoạn này, ngành giao thông vận tải của Lào đã phát triển một số tuyến đường nối nông thôn, vùng sâu vùng xa, các tuyến đường đi ra các nước láng giềng (Việt Nam, Thái Lan, Campuchia, Trung Quốc), các tuyến đường đi tới biển phía Đông (Việt Nam) và phía Nam (Campuchia) và một số tuyến dọc theo biên giới phía Tây (Thái Lan). Cải tạo và phục hồi các tuyến đường từ trung ương đến các tỉnh và các tỉnh đi tới một số huyện lỵ (chưa có đường). Đặc biệt đã thành công xây dựng đường mới trong thủ đô và xây dựng được hai chiếc cầu lớn vượt qua sông MêKông (Tha Đưa - Nông Khai; Pak Sê - Mường Phôn Thong). Đến năm 1999 Lào đã có tổng chiều dài đường là 23.200km, mật độ trung bình của đường là 9,8km/100km2. Những con đường đã được xây dựng đúng kỹ thuật tốt nhất hiện nay chỉ đạt cấp III, IV, V. Một số đường chiến lược phần lớn cũng chỉ đạt được cấp IV, V, chỉ có đường số 9 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 ở nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào giai đoạn năm 2000 đến nay Những năm gần đây, thực hiện chính sách đổi mới, Chính phủ Lào đã tập trung đầu tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông vận tải đường bộ. Nhiều tuyến đường đã xây dựng mới hoặc nâng cấp theo hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá, với tiêu chuẩn kỹ thuật cao, với công nghệ tiên tiến. Cơ sở hạ tầng giao thông vận tải được coi là khâu trọng tâm nên cần phải đi trước một bước, tạo điều kiện thúc đẩy phát triển kinh tế. Được sự đầu tư của Chính phủ bằng nguồn vốn trong nước, vốn vay của nước ngoài và các tổ chức quốc tế, hệ thống cơ sở hạ tầng đường bộ của nước Lào đã có những bước phát triển đáng kể: xây dựng mới 24.000km đường trong đó có chiều dài đường dải nhựa 3.800km. Dự kiến trong 5 năm 2006 - 2010 sẽ hoàn thành các dự án xây dựng đường có tổng chiều dài khoảng 2.300 - 2.400km, trong đó đường rải nhựa khoảng 1.500 - 1.600km, đường cấp phối 750 - 800km. Xây dựng 4000m dài cầu, trong đó có 3 cầu qua sông Mê Kông. Chú trọng cả các tuyến đường nối Thủ đô Viêng Chăn với các tỉnh lỵ. Ngoài ra, cần nghiên cứu xây dựng một số tuyến đường chiến lược dọc biên giới để kết hợp phát triển kinh tế với đảm bảo an ninh quốc phòng như đường 11 qua Sa Na Kham nối với Xay Nha, đường 14A từ cầu Khuổi Nạm Păk Xế đi dọc biên giới đến Campuchia, đường 14B từ Ăng Phôn Đông đến tam giác biên giới phía Nam, đường 5 từ Khuổi Mô đi Xay Sổm Bun và từ Xay Sổm Bun đến Tha Viêng… 2.4. Sự hư hỏng các công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô tại nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào 2.4.1. Hư hỏng rãnh thoát nước Do mưa nhiều và địa hình dốc như nói trên, rãnh dọc và rãnh đỉnh là hai bộ phận luôn gắn liền với đường ôtô ở Lào. Khi hệ thống rãnh này bị hư hỏng (mất hoặc giảm khả năng thoát nước, rãnh bị xói, …) kéo theo các hư hỏng trầm trọng của đường. Các con đường giảm hoặc mất hẳn khả năng thông xe, đặc biệt trong mùa mưa. Dưới đây là một số hình ảnh minh hoạ sự phá hoại của đường do khiếm khuyết của rãnh thoát nước. a. Tác hại của sự thiếu rãnh thoát nước Hình 4-1a và hình 4-1b là hình ảnh một đoạn đường trên 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 do đường không có rãnh thoát nước ở hai bên đường. (a) (b) Hình 4-1. Hư hỏng tuyến đường không có rãnh thoát nước b. Rãnh tiêu nước bị nước phá hỏng Đây là một hiện tượng cần được các nhà xây dựng đường quan tâm. Hiện tượng xói mòn này có nguyên nhân từ rãnh quá dài hoặc tiết diện rãnh không đủ, độ dốc rãnh lớn. Để khắc phục, cần rút ngắn cự ly giữa các cống tiêu nước hoặc gia cố chống xói cho rãnh. Hình 4-2A. Hư hỏng tuyến đường và rãnh thoát nước tại đường số 8 km 43+500 Hình 4-2B. Hư hỏng rãnh thoát nước xói lùi tại đường số 8 km 43+800 2.4.2. Hư hỏng cống thoát nước Cống là công trình thoát nước chính trên đường. Cống có nhiều loại: cống tròn, cống bản nắp, cống hộp, cống vòm… Khẩu độ cống có thể từ 0,5÷0,6m. Số ống cống (lỗ cống) có thể rất nhiều. Số lượng ống cống thường bị chiều cao cho phép của nền đường và địa hình lòng suối khống chế và nói chung phải qua luận chứng kinh tế kỹ thuật. Những hư hỏng thường gặp của cống thoát nước ở Lào chúng tôi đã thu thập minh hoạ bằng một số hình ảnh dưới đây: a. Lắng đọng cát trong cống thoát nước Hình 4-3A và 4-3B là hình ảnh lắng đọng thượng lưu cống trên đoạn đường số 7 từ 13+500km đến 15+100km. Hiện tượng bùn cát lắng đọng lấp dần cống thoát nước có các nguyên nhân như: độ dốc dọc không thuận lợi cho nước chạy qua cống, thiếu quan tâm duy tu bảo dưỡng. b. Cống bị phá hoại ở thượng lưu và hạ lưu của cống thoát nước Hình 4-3B. Lắng đọng đất cát trong cống bản Hình 4-3A. Lắng đọng đất cát trong cống thoát nước Độ dốc dọc của khe suối trước cống lớn, tốc độ của dòng chảy rất lớn nó sẽ gây xói dưới nền cống và phá hoại thượng lưu và hạ lưu của cống. Các hình dưới đây cho thấy rõ các sự phá hoại dạng này. Hình 4-4A. Sơ đồ lý thuyết xói sân cống hạ lưu Hình 4-4B. Hư hỏng phía thượng lưu trên đường số 8 km 48+800 Hình 4-4C. Hư hỏng phía hạ lưu trên đường số 8 km 48+800 c. Phá hoại tại mối nối cống thoát nước Hư hỏng này có thể do các nguyên nhân sau: - Móng cống bị lún. - Khe nối cống được chèn không tốt. - Đắp đất không đúng quy cách làm xô lệch ống cống. - Lưu lượng nước quá lớn, cống không thoát kịp gây sạt lở nền đường tại vị trí cống làm cống bị hư hỏng… d. Kết quả của cống bị phá hoại do nền đường tại vị trí đặt cống không ổn định Hình 4-5C. Sự đứt gãy của cống do đất nền đường bị xói trên đường số 4 km 57+700 Hình 4-5B. Mối nối cống xử lý không tốt trên đường số 4 km 57+700 Hình 4-5A. Sơ đồ lý thuyết móng cống bị lún Kết cấu của cống bị phá hoại có nguyên nhân là nền đường bị sạt lở, nước xói mòn ở hạ lưu và thượng lưu công trình, ta luy đường đắp trượt. Hiện tượng này là hậu quả của việc nước mưa từ trên nền đường chảy trút xuống mặt ta luy, đặc biệt là hay xuất hiện ở các chỗ tiếp giáp với các tường cánh hoặc tường đầu cống, phía sau các mố cầu. Hình 4-6A. Ta luy đường đắp bị sụt lở tại vị trí cống thoát nước, tại đường số 4A km 35+500 Hình 4-6B. Ta luy đường đắp bị sụt lở tại vị trí cống thoát nước, tại đường số 4A km 55+200 Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do tiêu nước không tốt (không có những rãnh tiêu nước từ trên ta luy xuống). Hình 4-7B. Ta luy đường đắp bị xói mòn tại Km 15+100, đường số 2E (Udomxay) Hình 4-7A. Sơ đồ lý thuyết ta luy đường đắp bị xói mòn e. Ta luy đường nền bị sụt lở Sụt lở làm lấp cửa vào của cống thoát nước, nguyên nhân có thể gây ra bởi: - Dốc dọc ta luy đường đào hoặc đường đắp quá lớn, đất lại kém dính kết. - Tiêu nước không tốt ở các triền đất bên trên. - Có những lớp nước treo hoặc xen trong các lớp đất. Hình 4-8C. Ta luy nền đường bị sụt lở tại đường số 7 km 71 + 300 Hình 4-8A. Sơ đồ lý thuyết ta luy nền đường bị sụt lở Hình 4-8B. Ta luy nền đường bị sụt lở tại đường số 7 km 72 + 400 2.4.3. Hư hỏng cầu nhỏ Cầu nhỏ thường bị phá hoại do các nguyên nhân: Lưu lượng nước tăng lên, tốc độ nước chảy nhanh và xói nền đường đầu cầu, trụ cầu bị xói và cuốn trôi… Những hình ảnh dưới đây mô tả các hư hỏng thường gặp ở cầu nhỏ trên đường ôtô của Lào. Hình 4-9B. Hư hỏng đầu cầu Hình 4-9A. Lưu lượng mức nước cao Hình 4-9D. Hư hỏng tại đầu cầu gỗ bị xói mòn ố Hình 4-9C. Hư hỏng trụ cầu bị lún tại đường sô 1J km 17+850 III. KẾT LUẬN Một số kết luận rút ra từ nghiên cứu các hư hỏng công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô của Lào a) Thiết kế và xây dựng công trình thoát nước nhỏ trên đường ôtô là đối tượng rất cần được quan tâm phát triển về lý thuyết và thực nghiệm. Đây là một lĩnh vực rất rộng, liên quan đến nhiều bộ môn khoa học cơ bản và cơ sở khác nhau. Trong từng lĩnh vực đều tồn tại các vấn đề cần nghiên cứu làm sáng tỏ. b) Thông qua điều tra, phân tích các trường hợp công trình bị hư hỏng phải sửa chữa trong thời gian qua, có thể tổng kết và xác định các vấn đề tồn tại như sau: - Việc chọn tần suất lũ thiết kế sao cho thích hợp với điều kiện kinh tế, đường sá của Lào. - Việc tính toán chế độ thủy lực và thủy văn khi thiết kế công trình thoát nước nhỏ cần lưu ý đặc biệt đến các điều kiện khí hậu, địa hình, địa mạo, địa chất… của Lào. - Việc chọn phương án bố trí chung và giải pháp cấu tạo công trình hợp lý là nhân tố quyết định sự bền vững của các công trình thoát nước nhỏ trong quá trình khai thác sau này. + Việc chọn tần suất lũ thiết kế. Việc chọn tần suất lũ thiết kế để thiết kế công trình của Lào hiện chưa hợp lý, chưa quan tâm đầy đủ đến trạng thái nguy hiểm khi xuất hiện các trận lũ lớn hơn lũ thiết kế. Về điểm này, có thể nêu một ví dụ rõ nhất về sự bất hợp lý do đồng nhất hoá tần suất lũ thiết kế để đảm bảo thông xe với tần suất lũ để kiểm toán ổn định của các hạng mục công trình là xác suất xảy ra các trận lũ lớn hơn lũ thiết kế khá cao. Trong khi đó, khả năng thoát nước của cống rất nhanh nhưng khả năng thoát nước của cống hầu như không tăng và rất dễ xảy ra tình trạng nước tràn nền, là một trạng thái thuỷ lực rất nguy hiểm. Đó là chưa kể đến việc còn có rất nhiều nguyên nhân khác rất dễ gây bất lợi cho cống như: mức độ chính xác của phương pháp tính lưu lượng, khả năng bồi lấp tắc thân cống do bùn sét cát cuội tảng. + Việc tính toán chế độ thủy lực và thủy văn. Về mặt tính toán thủy lực khi thiết kế công trình thoát nước nhỏ ở Lào có các tồn tại chính sau đây: - Tách rời việc tính toán thủy văn với tính toán thủy lực. - Không xét được quá trình diễn biến thủy văn và thuỷ lực theo thời gian - Chưa quan tâm đến ảnh hưởng của thời gian mưa và cường độ mưa. - Chưa quan tâm đầy đủ đến quá trình bồi tích ở thượng lưu công trình thoát nước. + Việc chọn phương án bố trí chung và giải pháp cấu tạo công trình chưa hợp lý dẫn đến công trình hư hỏng. Hiện tượng này xuất phát từ chỗ chưa quan tâm đúng mức đến tầm quan trọng của công tác thiết kế công trình thoát nước nói chung cũng như việc chọn giải pháp cấu tạo công trình nói riêng. Mặt khác, do chưa giải quyết tốt các vấn đề về lý thuyết tính toán thủy văn và thủy lực (như đã nêu trên) nên cũng không có cơ sở để phân tích và lựa chọn giải pháp cấu tạo công trình cho phù hợp. Các công trình thoát nước nhỏ, kinh phí xây dựng từng công trình không lớn nên càng ít được quan tâm đúng mức trong việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp cấu tạo hợp lý. Nên đánh giá lại theo hướng mặc dù kinh phí của từng công trình không lớn, nhưng do số lượng công trình nhiều (bình quân 4-5 công trình/km) nên tổng khối lượng và kinh phí xây dựng vẫn là những con số rất lớn, có ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả đầu tư. Trong các tồn tại về vấn đề lựa chọn cấu tạo, thì tồn tại trong việc phân tích và lựa chọn phương án bố trí chung là khuyết điểm lớn nhất và thực sự đã gây tổn thất lớn và làm giảm hiệu quả đầu tư. Khuyết điểm này chủ yếu thể hiện ở 2 nội dung sau: - Do chưa quan tâm đầy đủ đến trạng thái nguy hiểm khi xuất hiện các trận lũ lớn hơn lũ thiết kế, tuy xác xuất xảy ra có thể thấp nhưng hậu quả lại rất nghiêm trọng nên các phương án bố trí chung công trình thường chỉ được đầu tư nghiên cứu và lựa chọn tương đối phù hợp với đặc điểm làm việc của công trình trong từng trường hợp xuất hiện các trận lũ bằng và nhỏ hơn lũ thiết kế. Khi xuất hiện lũ lớn hơn lũ thiết kế (nước tràn nền) công trình bộc lộ hàng loạt nhược điểm mà đáng lẽ ra hoàn toàn có thể dự đoán và chủ động khắc phục ngay từ khi chọn phương án xây dựng với yêu cầu kinh phí hoàn toàn nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được. - Do không khảo sát và phát hiện được tất cả các trạng thái nguy hiểm, thường chỉ chú trọng đến trạng thái nguy hiểm về thủy văn mà bỏ sót những trạng thái nguy hiểm về mặt thủy lực, nên quyết định những biện pháp gia cố chưa thật sự phù hợp, và thường để xảy ra tình trạng xuất hiện đồng thời trạng thái nguy hiểm về thuỷ văn, trùng hợp với trạng thái nguy hiểm về mặt thủy lực, tổng hợp dẫn đến nguy cơ phá huỷ công trình. Tài liệu tham khảo [1]. GS.TS. Dương Học Hải; GS.TSKH. Nguyễn Xuân Trực. Thiết kế đường ôtô - Tập 2. Nền mặt và 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 và nghiệm thu cầu, cống. TCVN22TCN♦