Nghiên cứu công nghệ vật liệu mới để sửa chữa các cấu kiện bê tông bảo vệ mái áp dụng cho đê biển tỉnh nam định

Tác gi Hoàng Tùng... Thí nghi m trong phòng .... Quy trình công ngh và k thu t thi công ...

lu n v n th c s k thu t: “Nghiên c u công ngh v t li u m i đ s a ch a các c u ki n bê tông b o v mái áp d ng cho đê bi n t nh Nam nh” đã

hoàn thành đúng th i h n theo đ c ng đ c phê duy t

Tr c h t tác gi bày t lòng bi t n chân thành t i tr ng i h c

Th y l i Hà N i đã đào t o và quan tâm giúp đ t o m i đi u ki n cho tác

gi trong quá trình h c t p và th c hi n lu n v n này

Tác gi xin g i l i c m n sâu s c đ n Phó giáo s - Ti n s V Qu c

V ng Th y đã tr c ti p t n tình h ng d n c th , c ng nh cung c p tài

li u, thông tin khoa h c c n thi t cho tác gi hoàn thành lu n v n

Xin chân thành c m n s giúp đ nhi t tình, s h tr v m t chuyên môn và kinh nghi m c a các th y cô giáo trong b môn V t li u và phòng thí nghi m v t li u tr ng đ i h c Th y L i

Xin chân thành c m n ông ng Ng c Th ng – Chi c c tr ng chi c c

Qu n lý đê đi u và Phòng ch ng l t bão Nam nh, cùng các b n bè đ ng nghi p đã h t s c giúp đ đ ng viên v m i m t đ tác gi đ t đ c k t qu ngày hôm nay

Trong quá trình nghiên c u đ hoàn thành lu n v n, tác gi khó tránh

Tôi xin cam đoan r ng s li u và k t qu nghiên c u trong lu n v n này

là trung th c và không trùng l p v i các đ tài khác Tôi c ng xin cam đoan

r ng m i s giúp đ cho vi c th c hi n lu n v n này đã đ c c m n và thông tin trích d n trong lu n v n đã đ c ch rõ ngu n g c

Tác gi

Hoàng Tùng

CH NG 1 HI N TR NG C A Ê BI N NAM NH 4

1.1 c đi m đ a lí và đi u ki n t nhiên t nh Nam nh 4

1.1.1 V trí đ a lý 4

1.1.2 c đi m đ a hình 4

1.1.3 c đi m khí t ng - khí h u 5

1.1.4 Ch đ th y v n 7

1.2 Hi n tr ng các tuy n đê bi n t nh Nam nh 10

1.2.1 Tình hình xây d ng đê bi n Nam nh 10

1.2.2 ánh giá hi n tr ng đê 11

1.2.3 Di n bi n h h ng đê bi n Nam nh 13

CH NG 2 NGHIÊN C U NGUYÊN NHÂN H H NG C A CÁC C U KI N B O V MÁI Ê BI N VÀ BI N PHÁP S A CH A 14

2.1 Nguyên nhân h h ng 14

2.1 1 n mòn xi m ng ( n mòn hóa h c) 14

2.1.2 n mòn V t lý 21

2.1.3 Do thi t k 25

2.1.4 Do thi công 30

2.2 Gi i pháp s a ch a theo truy n th ng 31

2.2.1 Gi i pháp thay th c u ki n m i 31

2.2.2 Ch ng n mòn b ng s n ph 32

2.2.3 Ch ng n mòn b ng anot hy sinh 33

2.3 Công ngh v t li u m i 33

2.3.1 Gi i pháp thay đ i thành ph n khoáng c a xi m ng 33

2.3.2 Gi i pháp nâng cao đ đ c c a bê tông 34

2.3.3 Gi i pháp bi n đ i các s n ph m th y hóa 36

CH NG 3 NGHIÊN C U NG D NG CÔNG NGH V T LI U

M I S A CH A CÁC C U KI N BÊ TÔNG B O V MÁI Ê

BI N HUY N H I H U T NH NAM NH 43

3.1 Gi i thi u v đê bi n huy n H i H u, t nh Nam nh 43

3.1.1 V trí đ a lý 43

3.1.2 M c tiêu c a kè bi n H i H u 43

3.2 Nghiên c u s n xu t v a s a ch a 43

3.2.1 Các yêu c u v v a s a ch a 43

3.2.2 V t li u thí nghi m 44

3.2.3 Tính toán thành ph n c p ph i 47

3.2.4 Thí nghi m trong phòng 49

3.2.5 K t qu thí nghi m 57

3.3 ng d ng v a s a ch a cho c u ki n bê tông b o v mái đê bi n huy n H i H u t nh Nam nh 60

3.3.1 M c đích 60

3.3.2 i u ki n áp d ng 60

3.3.3 Quy trình công ngh và k thu t thi công 60

3.5 K t lu n ch ng IV 62

K T LU N VÀ KI N NGH 63

TÀI LI U THAM KH O 65

Hình 2.1: Hình thành c u trúc c a đá xi m ng 14

Hình 2.2: C u trúc c a đá xi m ng 16

Hình 2.3: Hi n tr ng n mòn r a trôi và n mòn c h c do sóng 21

Hình 2.4: C u ki n b phá h y b chìm xu ng bãi 22

Hình 2.5: S đ quá trình xói mòn v t li u trong môi tr ng n c 22

Hình 2.6: Bão đ b vào khu v c V nh B c B t n m 1950 - 2000 25

Hình 2.7: M t c t thi t k đi n hình kè bi n Nam nh 27

Hình 2.8: Gia c mái b ng kh i Tsc-178 28

Hình 2.9: Gia c mái b ng kh i âm d ng 28

Hình 2.10: Các tr ng h p h h ng c a kè s d ng kh i Tsc-178 29

Hình 2.11: Kh i âm d ng đúc t i ch , ch t l ng kém 31

Hình 2.12: Các ph ng pháp x lý b m t bê tông 39

Hình 2.13: T ng tác c a n c v i bê tông khi có k n c 40

Hình 3.1: Bi u đ quan h gi a t l N/X và c ng đ v a 48

Hình 3.2: S đ thí nghi m xác đ nh đ ch y xòe c a h n h p v a 51

Hình 3.3: Vòng tròn nón c t (Kích th c tính b ng milimét) 52

Hình 3.4: S đ máy mài mòn 55

Hình 3.5: Máy thí nghi m xác đ nh n ng đ ion clo 57

B ng 1.2: Th ng kê l ng b c h i trung bình tháng 6

B ng 1.3: Th ng kê h ng và t c đ gió l n nh t tr m V n L 7

B ng 1.4: M c n c bi n trung bình - tr m V n Lý (cm) 7

B ng 1.5: M c n c bi n cao nh t - tr m V n Lý 8

B ng 1.6: T ng h p kinh phí s a ch a mái đê bi n t nh Nam inh t n m 2009 đ n n m 2013 13

B ng 2.1: Các c n bão nh h ng t i Nam nh t 1972 đ n 2005 23

B ng 3.1: Các ch tiêu tính ch t c lý c a xi m ng PC40 Vicem Bút S n 44

B ng 3.2: Các ch tiêu v t lý c a cát 45

B ng 3.3: Thành ph n h t c a cát 45

B ng 3.4: L ng dùng ph gia Tascon Tpye-J 46

B ng 3.5: Thành ph n hóa h c và tính ch t v t lý c a SC-1 47

B ng 3.6: Thành ph n c p ph i v a c ng đ cao 48

B ng 3.7: Thành ph n c p ph i v a s a ch a 49

B ng 3.8: Thành ph n c p ph i v a s a ch a có dùng ph gia 49

B ng 3.9: K t qu thí nghi m đ ch y xòe 57

B ng 3.10: K t qu thí nghi m c ng đ nén 58

B ng 3.11: bám dính c a v a 58

B ng 3.12: B ng thí nghi m đ mài mòn 59

B ng 3.13: th m ion clo (%) sau 3 tháng t i các đi m đo khác nhau 59

M U

Trong môi tr ng không có tính xâm th c k t c u bê tông có th làm

vi c b n v ng trên 100 n m Trong môi tr ng xâm th c vùng bi n hi n

t ng n mòn các k t c u bê tông d n đ n làm n t v và phá h y k t c u bê tông có th xu t hi n sau 10, 30 n m s d ng, đ ng th i v i tác đ ng c h c

c a dòng ch y và sóng bào mòn làm cho công trình có đ b n (tu i th ) th c

t th p h n nhi u so v i các công trình t ng t làm vi c trong môi tr ng là sông

48,6 km kè nh ng n i xung y u nh t t i c 3 huy n Vi c kiên c hóa hi n nay đang đ c tri n khai áp d ng là xây d ng h th ng đê v ng ch c mà v t

li u s d ng chính là các c u ki n bê tông và bê tông c t thép đ c đúc thành

kh i và lát phía th ng l u đ đ m b o n đ nh cho thân đê Các c u ki n bê tông này đ u dùng bê tông xi m ng thông th ng trong xây d ng hi n nay

nh : XM PC30, B m S n, Bút S n, Nghi S n , mà không dùng lo i xi m ng

b n sunphat (lo i xi m ng thích ng t t v i môi tr ng n c m n)

Hình nh ch p t i hi n tr ng d i cho th y, nh ng c u ki n ch u tác

đ ng tr c ti p c a dòng ch y và sóng đánh đã b bào mòn b m t m c đ nghiêm tr ng Nh ng c u ki n này hi n đang đ c s n xu t theo ki u bê tông truy n th ng t c là v i 4 thành ph n xi m ng, n c, cát và đá đ c tính toán

t l ph i h p sao cho ch c n th a mãn yêu c u mác thi t k đ ra S n ph m

bê tông nh v y th c t khi đ c đ t lát các mái đê bi n ph i ch u tác đ ng

c a n c bi n v i l ng mu i đáng k cùng v i tác đ ng c h c bào mòn c a dòng ch y và sóng b phá ho i v i t c đ r t nhanh

Hình nh các c u ki n bê tông b n mòn đê bi n H i H u

x lý các c u ki n đã b n mòn và mài mòn nh v y s có 2 cách:

- Cách th nh t: G b và thay th b ng các c u ki n đúc m i đ ti p t c

gi vai trò b o v thân đê

- Cách th hai: Nghiên c u s d ng v t li u s a ch a ph lên trên b

N u theo h ng th hai thì kh i l ng công vi c s ít h n và kh i l ng

v t li u c n chu n b c ng ít h n V n đ k thu t c n đ c gi i quy t đây

là ph i tìm ra m t v t li u m i có kh n ng b n v i các tác đ ng hóa h c, c

h c và có kh n ng dính k t t t v i các kh i đ c đã b phá ho i n mòn và bào mòn Ngoài ra sau khi thi công v t li u liên k t m i đ bù ph n v t li u

đã b phá ho i có th dùng thêm m t lo i vât li u ph b m t sao cho có kh

n ng ng n c n n c thâm nh p sâu vào bên trong kh i đ thì k t c u s có

kh n ng duy trì đ b n và kéo dài tu i th công trình đáng k

Nh v y trên c s các nghiên c u khoa h c và kh o sát hi n tr ng thì

vi c “Nghiên c u công ngh v t li u m i đ s a ch a các c u ki n bê tông

b o v mái áp d ng cho đê bi n t nh Nam nh” có tính kh thi và c n thi t

M c tiêu, nhi m v , đ i t ng, ph m vi nghiên c u, n i dung nghiên c u và ph ng pháp nghiên c u c a đ tài:

a) M c tiêu và nhi m v c a đ tài:

M c tiêu: b o v và s a ch a các c u ki n bê tông b o v mái đê bi n

Nhi m v : L a ch n các v t li u và ph gia s n có đ thi t k thành

ph n c p ph i c a v a s a ch a đ ph lên các c u ki n đã b h h ng b ng công ngh m i sao cho đ t hi u qu nh t

CH NG 1 HI N TR NG C A Ê BI N NAM NH

1.1 c đi m đ a lí và đi u ki n t nhiên t nh Nam nh [3]:

1.1.1 V trí đ a lý:

÷ 20,50 đ v B c 105,90 ÷ 106,50 đ kinh đông, ti p giáp 3 t nh: Hà Nam, Thái Bình và Ninh Bình Phía ông Nam t nh Nam nh ti p giáp v i bi n ông v i d i b bi n dài 72 km thu c đ a gi i hành chính c a 3 huy n: H i

ha), trong đó có 105950ha là đ t nông nghi p a hình nhìn chung b ng

ph ng tho i d n t B c xu ng Nam và d n ra bi n tuy có xen k m t s vùng

tr ng th p song có th phân làm 3 vùng đ a hình t nhiên:

- Vùng đ ng b ng và đ ng b ng ven bi n n m phía Nam sông ào g m

Ngh a H ng

- Vùng bãi b i ven bi n t p trung c a sông H ng (bãi C n Ng n, C n Lu) thu c huy n Giao Th y c a sông Ninh C ; c a sông áy ( ông Tây Nam i n C n Xanh) thu c huy n Ngh a H ng

Cao trình đ t t nhiên ph bi n t (+0.75)÷(+0.90), nh ng khu v c cao

có cao trình t (+2.0)÷(+2.50) và nh ng khu v c th p có cao trình t (+0.30)÷(+0.40) khu v c H i H u th m l c đ a t ng đ i d c h n bãi bi n

có đ d c bình quân t 1 ÷ 2% trong ph m vi 200m t chân đê sau đó tho i

áy là m t d i b bi n ph ng, đ a hình th m l c đ a t ng đ i đ n gi n v i các d ng tích t li n châu th tho i d n t b ra kh i Nhìn chung bãi bi n

t nh Nam nh h p và th p không có v t c n che ch n (tr 2 bãi b i C n Lu,

H ng) Chi u r ng bãi trung bình t (100 ÷ 150 mét), có n i không có bãi

bi n, bi n ti n sát chân đê (H i Lý, H i Tri u ) Cao đ trung bình (0.00 ÷ -0.50) cá bi t có n i cao trình bãi d i (-1.00)

Tuy n cây ch n sóng ngoài bãi : Tr 2 khu v c C n Ng n, C n Xanh

d c tuy n đê bi n đã đ c tr ng các lo i cây ch n sóng, c n gió nh : cây Sú,

V t và Phi lao hi n t i, t l s ng, m t đ cây và đ che ph ng n c n gió cát còn r t th p ch a có tác d ng ch ng xói l gi đ t cát d i chân đê

1.1.3 c đi m khí t ng - khí h u

1.1.3.1 Nhi t đ :

Do đi u ki n đ a hình s phân b nhi t đ trên toàn vùng h u nh không khác nhau rõ r t Nhi t đ trung bình nhi u n m trong khu v c bi n đ i t 25

÷ 260C, th ng th p h n so v i khu v c đ ng b ng sâu trong đ t li n do nh

h ng c a bi n

B ng 1.1: Th ng kê nhi t đ trung bình tháng tr m V n Lý

L ng b c h i ph thu c vào nhi u y u t nh : n ng, gió, nhi t đ ,

l ng m a và đ m Theo tài li u th ng kê cho th y, l ng b c h i bình quân n m trong khu v c bi n đ i trong kho ng 900 – 1000mm

B ng 1.2: Th ng kê l ng b c h i trung bình tháng

V n Lý 59,2 38,9 35,8 47,2 93,0 111 125 99,7 92,6 101,9 92,0 76,7

1.1.3.4 Gió:

Nam nh n m trong khu v c khí h u nhi t đ i gió mùa V mùa đông

ch u nh h ng c a h th ng gió mùa ông B c v i các h ng gió th nh

th nh hành

Th i k gió mùa ông B c t tháng 9 đ n tháng 12, h ng gió B c

th nh hành h n c và t n su t dao đ ng t 198 ÷ 297% t tháng 1 đ n tháng

4, h ng gió ông B c th nh hành h n c và t n su t dao đ ng t

18- VIII 9-IX 1-X NN

13- XII

12-N m 1966 1981 1973 1974 1971 1968 1963 1963 1972

1.1.3.5 M a:

Mùa m a b t đ u t tháng 5 đ n tháng 10 v i l ng m a trung bình

n m bi n đ i trong kho ng 1700 đ n 1800mm Phân b m a các tháng không

đ u nhau 85% l ng m a x y ra vào mùa m a L ng m a trung bình tháng

Thu tri u vùng bi n Nam nh mang đ c tính chung c a vùng bi n

V nh B c B là ch đ nh t tri u, trong 1 ngày có 1 l n n c lên và 1 l n

n c xu ng; di n ra h u h t các ngày trong tháng Biên đ thu tri u dao

đ ng t 1,5 ÷ 2 mét M c n c tri u t i V n Lý t ng t m c n c tri u t i Hòn D u v i h s t ng quan đ t 95%

B ng 1.4: M c n฀c bi n trung bình - tr m V n Lý (cm)

V n Lý 156 155 150 154 159 158 160 162 173 192 184 167

25- III

17- IV

15- V

13- VI

24- VII

17- VIII

10- IX

20- X

7- XI

2- XII

- Dòng ch y do gió: Theo k t qu nghiên c u c a Vi n C h c, trong

v i h ng gió mùa đông b c v n t c đ t t (0,3 ÷ 0,4)m/s, v n t c gi m nhanh theo chi u sâu khu v c ven b h ng dòng ch y g n nh song song

v i b Trong mùa hè ch đ òng ch y ph c t p h n, khu v c H i H u –

kim đ ng h , v n t c òng ch y có giá tr kho ng 0,2m/s; phía ngoài kh i

v n t c nh h n kho ng 0,1m/s

là k t qu t ng h p các y u t thu đ ng l c ven b , trong đó sóng và òng tri u đóng vai t ò ch đ o òng ven b xu t hi n ngay khu v c sát đê và kè Trong mùa n c r i òng ch y ven b có tr s khá l n đ t t (0,6÷1,2)m/s,

đ c coi là nguyên nhân chính gây b i, xói b i và đê kè Khi có òng ch y

l n và g p t h p tri u c ng, k t h p v i gió b o đ b vào phía Nam vùng ven bi n H i H u, ho c có gió mùa ông B c thì m c đ phá ho i đê bi n r t

m nh li t, tuy nhiên trên th c t ít khi x y ra Theo s li u kh o sát đi m c c

đ i c a v n t c òng ch y ven th ng g p lúc tri u lên ho c tri u rút có khi

có tri u c ng trùng v i giá tr c c ti u c a dòng ven

1.1.4.3 Ch đ sóng:

B c - Tây Nam, không có đ o che ch n bên ngoài, b bi n tho i và th p do

đó sóng v i đà gió dài truy n tr c ti p vào b mà không g p v t c n đ , gây tác đ ng m nh t i b bi n c ng nh các công trình b o v b

Ch đ sóng Nam nh có các đ c đi m nh sau:

- Vào mùa đông t tháng 9 n m tr c đ n tháng 3 n m sau sóng bi n d

d i h n, mùa hè v i nh ng con sóng có chi u cao t 0,8÷1m, chu k sóng t 7÷10s H ng sóng th nh hành là ông B c t o v i đ ng b m t góc bi n

đ i t 300 ÷ 450

Vào tháng 10 tháng 11 sóng k t h p v i tri u c ng t o ra

m c n c uy hi p b bi n và các công trình b o v b

- Vào mùa Hè t tháng 4 đ n tháng 8, có r t ít ngày sóng bi n d d i,

nh ng trong mùa này các c n bão l n th ng x y ra, n u bão đ b tr c ti p

ho c lân c n thì sóng vùng b r t l n gây ra thi t h i đáng k cho b bi n

và các công trình b o v b Chi u cao sóng trung bình bi n đ i t 0,65 ÷ 1m

v i chu k 5 ÷ 7s H ng th nh hành c a sóng trong mùa này là h ng Nam

và ông Nam

1.1.4.4 N c dâng:

N c dâng trong khu v c x y ra khi có nh h ng c a gió trong bão và

nh, khu v c phía b c c n bão ch u nh h ng c a n c dâng, khu v c phía nam c n bão ch u nh h ng c a n c rút Các c n bão đ b vào các t nh

nh Báo cáo chuyên đ "Kh o sát nghiên c u các y u t t nhiên vùng bi n

Nam nh" c a Vi n Khoa h c Thu L i cho th y: trong m t s c n bão đ

b vào các tnh này trong các n m t 1975 đ n 1989 gây ra n c dâng t 0,5

đ n 1m t i b bi n Nam nh

đê bi n.Th i gian duy trì n c dâng trung bình t 5÷10 ti ng và đ t đ nh trong kho ng 1 - 4 ti ng Th i gian n c xu ng trung bình t 15÷20 ti ng

N c dâng nguy hi m nh t khi t h p v i th i đi m tri u c ng

1.2 Hi n tr ng các tuy n đê bi n t nh Nam nh [3]

1.2.1 Tình hình xây d ng đê bi n Nam nh:

Ph n l n b bi n Nam nh thu c vùng bi n l n bãi thoái nghiêm tr ng,

đ b o v dân c và phát tri n kinh t t nhi u đ i nay ng i dân đã xây

d ng h th ng đê bi n

Tuy n đê bi n có nhi m v b o v các huy n: Giao Th y, H i H u, Ngh a H ng, Xuân Tr ng và 6 xã phía t sông Ninh C c a huy n Tr c Ninh v i s dân là 923.500 ng i; di n tích t nhiên 87.128 ha, trong đó di n tích canh tác 52.198 ha chi m 59,8% Vùng b o v tr c ti p c a tuy n đê

bi n Nam nh là 38.300 ha đ t t nhiên (trong đó có 23.850 ha đ t canh tác)

và tính m ng tài s n c a 536.200 ng i dân s ng trong khu v c ven bi n thu c 3 huy n: Giao Thu , H i H u và Ngh a H ng

Sau cách m ng thành công, Nhà n c đã đ u t kinh phí đ nghiên c u, xây d ng và c ng c h th ng đê bi n S đ u t l n c a nhà n c, s n l c

có th đ m b o ch ng đ c bão theo t n su t thi t k ( bão c p 10 tri u t n

su t 5%) đ ng th i, tuy n đê bi n c ng tr thành tuy n giao thông liên xã, liên huy n, ph c v đ i s ng và s n xu t cho c dân vùng ven bi n D i đây, chúng tôi xin nêu ra đây m t s đ c đi m c a tuy n đê bi n Nam nh tính đ n th i đi m hi n nay:

T ng chi u dài toàn tuy n đê bi n Nam nh là 91,981 km, trong đó:

+ Tuy n đê thu c huy n Giao Th y dài 31,161 km

+ Tuy n đê H i H u dài 33,323 km

đ u t , t ng m c đ u t là 3.078,116 t đ ng, trong đó có 10 d án đã hoàn thành đ a vào khai thác s d ng; 06 d án đang th c hi n chuy n ti p; 04 d

án đ xu t l p m i

Kh i l ng c ng c , nâng c p đã hoàn thành:

+ Chi u dài đê: 62,1 km;

+ Chi u dài kè: 48,6 km, mái lát b ng c u ki n bê tông đúc s n d y

24 ÷ 28cm, chi u dài mái TB 25 m

+ S m kè gi m sóng gi bãi: 64 chi c

1.2.2 ánh giá hi n tr ng đê:

H th ng đê bi n khu v c xung y u h u h t là kè đá lát khan c b h

h ng, đá c b chìm xu ng bãi Khi bãi b xói, l ng đá này ch i lên m t bãi

đo n kè N m 2005 kè b s p trong bão s 7 và đã tu s a t cao trình (+3.0)

tr lên đ nh kè Ph n mái kè và chân kè t (+3.0) tr xu ng ch a đ c tu s a,

hi n t i mái kè b võng, lún c c b , tr chân khay ng buy Do nh h ng

c a tri u c ng, sóng l n đã làm h h ng, lún s p m t s v trí mái kè Bãi phía tr c kè ch a làm kè m b thoái nghiêm tr ng nhi u đo n bãi b xói sâu

so v i m t ng buy 1 m M t s đo n kè ph i tu b s a ch a kh n c p và lát

l i mái kè t cao trình (+3.0) tr xu ng Trong các khu v c trên m t s đo n

đã ph i b sung th m c và Tetrapod gi m sóng ng n c n đá trôi d t lên mái

nh : Kè ông Tây Thanh Niên, Kè Kiên Chính, Táo Khoai, H i Th nh 3, Ngh a Phúc sau khi b sung th m c gi m sóng và h th ng kè m hàn các khu v c kè trên t ng đ i n đ nh bãi phía tr c đ c b i

M t đê sau khi thi công song tr thành đ ng v n chuy n nguyên v t

li u đ thi công các công trình ti p theo; nhi u đo n b gãy v đã ph i tu s a

l i

H th ng m kè, chân kè lát mái s d ng c u ki n Tetrapod khu v c

ng - Tây c ng Thanh Niên (Giao Th y) Kè Ngh a Phúc, Kiên chính Th i gian hoàn thành công trình t i nay công trình ch a đ c th thách v i

tr ng h p b t l i nh ch a ch u nh h ng c a bão ho c ATN Tr c khi xây d ng h th ng m kè và gia c chân kè lát mái s d ng c u kiên tetrapod, đá và c u ki n c t n d th ng b sóng xô đ y làm mòn, v c u

ki n lát mái; nh h ng c a sóng và dòng ven làm m t d n đ t mái đê, gây lún, s p mái kè Hàng n m kinh phí tu s a x lý đ t xu t hàng t đ ng Sau khi xây d ng công trình đ n nay, bãi đ c b i cao bình quân t (0.5-1.6) m; chi u r ng t chân đê tr ra kho ng (50-60)m

H th ng m kè, chân kè lát mái s d ng Tetrapod đã có tác d ng làm

gi m sóng và b o v bãi Cao trình bãi đ c b i cao bình quân kho ng (0,4 -:- 1,5)m c bi t đã h n ch đ c c b n hi n t ng đá, c u ki n c t n d ,

th ng xuyên b sóng xô đ y va đ p làm mòn, v c u ki n mái kè, đ m b o

an toàn đê

V i h th ng đê kè bi n Gi i pháp kè lát mái không đ ng b v i các

gi i pháp công trình khác nh làm th m c gi m sóng, kè m , tr ng cây ch n sóng… vi c n nh mái kè lâu dài là r t khó kh n vì t i các khu v c này t c

đ thoái c a bãi t ng nhanh d n đ n đ sâu m c n c tr c công trình t ng

bão nh thi t k ban đ u Th c t đã di n ra t i khu v c kè ông tây Thanh Niên, Kè Ngh a Phúc, Kiên chính khi ch a làm h th ng kè M gi bãi m c

dù m i có gió c p 6, c p 7 sóng đã chùm qua m t đê đ n c vào mái đê phía sau gây xói mái h l u

M t s đo n kè n m trong khu v c bãi cao t ng đ i n đ nh, các đo n

đê đ c gia c m t b ng bê tông t o tuy n giao thông thu n l i trong qúa trình ki m tra đê và phòng ch ng l t bão

Các công trình đã thi công xong mang l i hi u qu thi t th c gi m thi u

t i đa các tr ng đi m ch ng l t bão trên tuy n đê bi n

1.2.3 Di n bi n h h ng đê bi n Nam nh:

T n m 2006 đên nay tuy n đê bi n đã đ c đ u t nâng c p theo quy t

đ nh s 58/2006/Q -TTg ngày 14/3/2006 c a Th t ng v phê duy t

CH NG 2 NGHIÊN C U NGUYÊN NHÂN H H NG C A CÁC

C U KI N B O V MÁI Ê BI N VÀ BI N PHÁP S A CH A 2.1 Nguyên nhân h h ng:

tr ng thái này h xi m ng mang tính ch t xúc bi n, có ngh a khi lo i b tác

d ng c h c đ nh t k t c u l i đ c khôi ph c l i

Tính ch t c h c c u trúc t ng theo m c đ th y hóa c a xi m ng S hình thành c u trúc c a h xi m ng và c ng đ c a nó x y ra nh sau: Các phân t c u trúc ban đ u hình thành sau khi tr n xi m ng v i n c là ettringit

đ c hình thành sau vài phút, hydro canxit xu t hi n trong kho ng vài gi , và CSH đ u tiên là tinh th d ng s i, sau đó d ng nhánh, r i d ng không gian

“bó” Hình 2.1 gi i thi u s đ phát tri n c u trúc c a h xi m ng theo th i gian Ban đ u là khung không gian kém b n, t o ra t liên k t c a các h t phân tán cùa các s n ph m th y hóa liên k t v i nhau b ng l c vandecvan và màng

n c h p ph Cu i giai đo n đông k t c u trúc c b n c a h xi m ng đ c hình thành làm nó bi n thành đá xi m ng

Hình 2.1: Hình thành c u trúc c a đá xi m ng

V m t c u trúc, đá xi m ng bao g m các h t clanhke ch a ph n ng, thành ph n d ng gel, các tinh th , l r ng mao qu n và l r ng l n Các h t

ch a ph n ng gi m d n theo th i gian ph thu c vào lo i clanhke xi m ng,

đ nghi n m n và th i gian đông k t Các gel g m các ch t m i t o thành có kích th c 50-200 A0

và l r ng gel đ ng kính t 10-1000 A0

Ngoài ra trong đá xi m ng còn có các ch t m i t o thành có kích th c l n và không

có tính ch t keo Hàm l ng các thành ph n d ng gel và tinh th ph thu c vào lo i clanhke xi m ng, đi u ki n đóng r n L r ng mao qu n trong đá xi

m ng có kích th c t 0,1-10µm, còn các l r ng ch a khí có kích th c t 50µm đ n 2mm L r ng ch a khí th ng chi m t 2-5% th tích đá xi

m ng

tr n th ng l n h n r t nhi u so v i l ng n c c n thi t đ hydrat hóa hoàn toàn các khoáng xi m ng, do đó trong đá xi m ng còn có m t l ng n c d

đ c phân b trong l r ng gel hay n m gi a các h t ch a ph n ng t o thành l r ng mao qu n Khi t ng th i gian đóng r n c a s n ph m thì đ

kho ng r ng và có th đ t t i 40% Khi gi m l ng n c nhào tr n, đ r ng

c a s n ph m gi m, tính ch ng th m t ng lên Th c t cho th y khi t l N/X

là 0,4-0,45 thì tính ch ng th m c a đá xi m ng t ng đ ng v i đá t nhiên

có đ r ng 2-3%, nh ng n u t l N/X=0,6 thì tính ch ng th m gi m m nh Khi nhào tr n xi m ng v i n c còn t o thành các l r ng hình c u hay l

r ng thông nhau ch a khí, chúng có nh h ng l n đ n c u trúc và tính ch t

c a đá xi m ng

r ng c a đá xi m ng (rđ) bao g m đ r ng gen (rg) đ r ng mao

qu n (rm) và đ r ng do không khí cu n vào (rk)

Quá trình r n ch c cu xi m ng [5]: Có nhi u công trình ,nghiên c u

v quá trình r c ch c c a xi m ng và đã đ a ra nhi u lý thuy t khác nhau

nh : nh ng lý thuy t c a A.A.BaiC p và v sau đ c vi n s P.A Rebinđer

b sung là t ng đ i hoàn thi n Theo thuy t này, quá trình r c ch c c a xi

m ng đ c chia ra làm 3 giai đo n:

+ Giai đo n hoà tan: khi tr n xi mãng v i n c, ph n ng hoá h c gi a

xi m ng và n c s đ c ti n hành trên b n m t h t xi m ng Nh ng ch t

m i sinh ra hoà tan đ c trong m c nh : Ca(OH)2, 3Ca0.Al2 O3.6H2O s

l p t c hoà tan t o thành d ch th bao quanh h t xi m ng; vì l ng n c có

h n, cho nên dung d ch r t nhanh chóng tr nên bão hòa

+ Giai đo n hoá keo: Khi t o ra tr ng thái bão hoà, Ca(OH)2 và

C3AH6 ti p t c sinh ra không hoà tan đ c n a mà t n t i th keo Còn nCa0.mSi02.pH20 v n không hoà tan s tách ra d ng phân tán nh trong dung d ch, t o thành th keo phân tán L ng n c gi m d n do b c h i hay

b xi m ng bên trong l y đ thu hoá, khi đó l ng ch t keo này sinh ra càng

.

0, 29 1

x g

x

r

N X

α ρ ρ

=

+

nhi u, t o đi u ki n cho các h t keo phân tán t ng đ i nh trên ng ng t

Tuy chia làm 3 giai đo n, song chúng không ph i riêng l mà xen k

l n nhau, ngh a là khi xu t hi n tinh th thì có ch m i b t đ u hoà tan Ngoài quá trình trên đây, quá trình cacbonat hoá c ng góp ph n vào s r n ch c c a

xi m ng

2.1.1.2 Hi n t ng n mòn xi m ng:

Theo tài li u kh o sát các công trình do Viên Khoa h c Công ngh Xây

d ng và các c quan khác th c hi n t i hàng tr m công trình bê tông c t thép

đã xây d ng t đ u th k XX đ n nay, các vùng bi n Qu ng Ninh, H i Phòng, Thái Bình, Vinh, à N ng, Nha Trang, V ng Tàu v.v…có th cho ta

th y hi n t ng n mòn và phá h y các công trình bê tông c t thép vùng

bi n Vi t Nam là r t ph bi n và đã m c báo đ ng Thi t h i do n mòn gây ra là nghiêm tr ng T c đ n mòn làm h h ng công trình di n ra khá nhanh, chi phí cho v n đ s a ch a n mòn k t c u bê tông c t thép có th chi m t i 30-70% giá thành xây m i công trình

Bê tông và v a dùng xi m ng poócl ng trong quá trình s d ng th ng

b các ch t l ng, ch t khí n mòn, làm cho c ng đ gi m xu ng, th m chí b phá ho i Nguyên nhân ch y u gây ra n mòn là [1]:

Trong xi m ng có m t s thành ph n, nh t là Ca(OH)2 và C3AH6 d b hòa tan, làm cho h xi m ng b r ng và c ng đ bê tông gi m xu ng

Khi g p m t s lo i hóa ch t nh : các axít, mu i m t s thành ph n

c a đá xi m ng sinh ra các ph n ng hóa h c, t o ra nh ng ch t m i d tan

trong n c ho c n th tích h n tr c gây n i ng su t làm cho bê tông và

v a b phá ho i Các nguyên nhân trên th ng đ ng th i t n t i và nh h ng

l n nhau

n c N c làm hòa tan Ca(OH)2 do vôi t do ho c do C3S th y hóa sinh ra

Ca(OH)2 tuy có đ hòa tan không l n l m (1,3 gam/lít 15°), nh ng qua

nhi u n m ti p xúc v i n c, làm đá xi m ng b r ng làm m t tính dính k t

khi g p n c có áp l c

S hòa tan c a Ca(OH)2 còn ph thu c vào đ c ng c a n c N u

c ng thích h p, thì đ hòa tan c a Ca(OH)2 gi m và sinh ph n ng sau:

Ca(OH)2 + Ca(HC03)2 → 2CaC03 + H20

(2.3) CaC03 bao ph lên k t c u, ng n c n Ca(OH)2 t do hòa tan CaC03

hòa tan n ng đ s gi m xu ng, làm cho nCa0.mSi02.pH20 s b phân gi i

Ca(OH)2 làm c ng đ xi m ng gi m và t c đ phá ho i đá xi m ng t ng lên

mCaO.nSiO2.pH20 → (m-l)CaO.nSiO2(p-l)H2O + Ca(OH)2 (2.4)

+ n mòn c a n c có ch a CO2 Trong n c thiên nhiên có l n ho c

ít ho c nhi u khí các bonit N u n ng đ CO2 ít , s có tác d ng thúc đ y quá

trình cacbonát hóa: Ca(OH)2 + CO2 → CaC03 + H2O ( 2.5)

Khi n ng đ CO2 trong n c càng cao ( >15-20mg / lít) s sinh ra

(2.6)

Ph n ng CaCO + CO2 +H2O → Ca(HCO3)2, có đ hòa tan r t l n, nên phá

ho i đá xi m ng

+ n mòn c a n c bi n, n c ng m và n c có ch a các mu i

MgCl2, MgSO4, CaSO4, K2SO4, v.v Các lo i mu i trên có tác d ng hóa

h c v i các thành ph n c a xi m ng Ví d :

3CaSO4 + 3CaO.Al2O3 + H2O → 3CaO Al2O3.3CaSO4.31H2O (2.7) Thành ph n m i sinh ra sau ph n ng là lo i mu i can đi t (ettringit) làm n

th tích t 2 - 2,5 l n, gây n i ng su t Nó l i b n c và mu i làm r a ra, làm đá xi m ng b r ng

Ho c: MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2 (2.8) CaCl2 m i sinh, r t d b hòa tan, làm cho đá xi m ng còn Mg(OH)2 d ng

vô đ nh hình, không tính dính, không có c ng đ

phá ho i ch y u, nên g i là s n mòn c a mu i ma nhê

+ n mòn cùa axít Trong n c b n, n c th i công nghi p th ng

ch a các lo i axít nh : HC1, H2SO4, v.v các axít này tác d ng v i Ca(OH)2

theo ph n ng:

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4.2H2O (2.9) CaSO4.2H2O k t tinh và n th tích ho c tác d ng v i C3A thành mu i can

đi t

2.1.1.3 Nguyên nhân gây n mòn xi m ng:

Xi m ng Poocl ng khi thu hoá hoàn toàn nhi t đ th ng, s n ph m

t o thành ch y u là các hyđrôsilicát canxi d ng gel Ngoài ra trong h n

h p c ng còn các h t xi m ng ch a thu hoá, các tinh th Ca(OH)2 và các

ch t khác Khi hyđrat hóa hoàn toàn C3S, s n ph m t o thành 60%CSH(B) và 40%Ca(OH)2, c ng nh khi hyđrat hóa hoàn toàn C2S, thì t o thành 82%

CSH(B) và 18%Ca(OH)2 ây là thành ph n c a đá xi m ng d b t n công

đi u ki n cho các tác nhân khác phá ho i k t c u bê tông

- n mòn do axit cacbonic (hoà tan): ó là quá trình các thành ph n

c a n c bi n ph n ng hoá h c v i các thành ph n khoáng c a xi m ng t o

ra các s n ph m hoà tan, tan r a, Nguyên nhân là do CO2 trong n c bi n tác

d ng v i vôi t do trong bê tông

(2.10)

(S n ph m k t t nh) (S n ph m hoà tan)

- n mòn do Magiê Sunphát: Do tác đ ng c a MgCl2, MgSO4 Các

ph n ng đ c tr ng nh sau :

MgSO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + Mg(OH)2 (2.11)

(2.12)

3MgSO4+3CaO.Al2O3+nH2O=3CaSO4+2Al(OH)3+3Mg(OH)2+(n-6)H2O

(2.13)

Trong đó Al(OH)3 và Mg(OH)2 tách ra d i d ng các h p ch t không

hoà tan và không có kh n ng dính k t nên trong môi tr ng b r a trôi, còn

CaCl2 r t d hoà tan

- n mòn do Sunphát: ion SO

2-4 có trong thành ph n c a n c bi n

tr c tiên tác d ng v i Ca(OH)2 t o thành th ch CaOSO4, th ch cao t o

thành tác d ng ti p v i C3A t o nên nh ng khoáng ettringite ch a nhi u n c

k t tinh, t ng th tích lên 2,5 l n, phá ho i c u trúc c a đá xi m ng

SO2-4 + Ca(OH)2 = CaSO4 +

2OH- (2.14) 3CaO.Al2O3.12H2O+3CaSO4+19H2O=CaOAl2O3 .3CaSO4.31H2O (2.15)

N c bi n v i n ng đ ion SO

2-4 khá l n là nguyên nhân gây n mòn Sunphát (xem hình 2.3) Chính vì v y, vi c s d ng lo i xi m ng b n Sunphát (xi m ng có kh ng ch hàm l ng khoáng C4AF, C3A, C3S ) có th gi i

các l r ng đ c gi i quy t d dàng khi đ đ c ch c bê tông cao và ch ng

đ c các quá trình xâm th c khác

a) n mòn kè bi n Cát H i, H i b) n mòn kè S n H i, Ninh Thu n Hình 2.3: Hi n tr ng n mòn r a trôi và n mòn c h c do sóng

2.1 2 n mòn V t lý:

H th ng đê bi n t nh Nam nh đ c xây d ng t lâu đ i, tr i qua nhi u l n gia c , tu b b ng các ph ng án thi t k mái khác nhau Sau khi b phá h y đá t n d b chìm xu ng bãi (xem hình 2.4) Khi bãi b xói, l ng đá này ch i lên m t bãi b sóng đánh d t lên mái kè làm mái kè b bào mòn nhanh chóng

Hình 2.4: C u ki n b phá h y b chìm xu ng bãi

Phá ho i do mài mòn x y ra c a dòng ch y có mang theo các h t r n

nh đá, cát, s n, Do tác đ ng va đ p, c sát c a dòng n c c ng nh các h t

r n tr c h t d n t i quá trình mài mòn do ma sát gi a các h t r n v i b m t

l p bê tông và làm bong tróc, phá h y l p v a trên b m t c a bê tông Quá

trình trên ti p t c x y ra s làm bong ra các h t r n trong k t c u bê tông, bê

tông c t thép, theo th i gian b m t bê tông ti p t c b các h t r n, b áp l c

phá h y Quá trình mài mòn, phá h y l p m t đ c th hi n hình 2.5

Hình 2.5: S đ quá trình xói mòn v t li u trong môi tr ng n c

h t r n ph thu c vào các y u t sau:

- Ph thu c vào t c đ dòng ch y: Khi dòng ch y có l u t c càng l n thì

m c đ va đ p, c sát gi a h t r n v i b m t bê tông càng l n, s sinh ra n i

ng su t trong k t c u bê tông, đ ng th i c ng sinh ra l c ma sát l n làm bong tróc l p m ng trên b m t v i t c đ nhanh h n d n t i công trình b n mòn, phá h y nhanh h n

- Ph thu c vào kích th c, hình dáng và đ c ng c a các h t r n mà dòng n c mang theo

Ngoài ra, hàng n m có nhi u c n bão c ng là m t trong nh ng tác nhân gây n mòn, phá h y các công trình xây d ng ven bi n Nam nh N m trong

c a bão và áp th p nhi t đ i ph bi n th ng x y ra trong th i gian t tháng

5 đ n tháng 10 Theo s li u th ng kê t n m 1990 đ n n m 2000, trong vùng

đây bão và áp th p nhi t đ i có xu th gia t ng Bão th ng hình thành t phía tây Thái Bình D ng v t qua Philippines vào bi n ông sau đó đ b vào b bi n Trung Qu c, Vi t Nam ho c tan trên bi n

TT N m Tên bão N i đ b C p gió

TT N m Tên bão N i đ b C p gió

Hình 2.6 : Bão đ b vào khu v c V nh B c B t n m 1950 - 2000

Tóm l i, n mòn hóa h c c ng nh n mòn v t lý ph thu c tr c ti p vào

đ x p và đ th m c a nó Khi bê tông càng đ c ch c đ th m th u c a nó càng nh , thì s n mòn phát tri n càng ch m Và quá trình n mòn bê tông là

m t quá trình t ng h p do tác đ ng c a nhi u y u t gây nên Song quá trình

n mòn bê tông di n ra ch m trong m t th i gian dài (20 ÷ 30 n m) Trong khi đó các d ng n mòn khác, đ c bi t là n mòn c t thép, di n ra nhanh chóng d n đ n phá h y k t c u tr c khi bê tông b n mòn

2.1.3 Do th i t k :

2.1.3.1 Gi i pháp k t c u ph bi n các tuy n đê bi n t nh Nam nh c th

nh sau [ 3]:

+ M t đê: r ng 5m, d c v phía đ ng i=1% Cao trình m t đê (t i v trí sát t ng ch n sóng): (+4,7 -:- 5,0)m M t đê gia c b ng bê tông M250 dày 20cm, d i lót v a xi m ng đá m t M50 dày 5cm D c tuy n cách 5m b trí

cách 5m b trí m t g ch n bánh xe b ng bê tông M200, có thép liên k t v i

m t đê

+ Mái c đê phía đ ng: mái đê phía đ ng m = 2 Ph n mái đê ti p giáp

v i m t đê r ng 2m (theo ph ng ngang) gia c b ng bê tông c t thép M200, dày 12cm, liên k t thép li n kh i v i m t đê, d i lót v a xi m ng đá m t M50 dày 5cm; d c tuy n c 5m b trí m t khe lún b ng 2 l p gi y d u t m 3

l p nh a đ ng Chân mái bê tông c t thép b trí d m đá xây M100 Ph n mái còn l i xu ng đ n m t c đê tr ng c ch ng s t l

+ C đê phía đ ng ph bi n cao trình (+2.0)m; m t c r ng t (3 ÷ 5)m; mái c tr ng c ch ng s t l

+ T ng ch n sóng: b ng bê tông c t thép Cao trình đ nh t ng t

gi y d u t m 3 l p nh a đ ng

+ Mái đê phía bi n m = 4 b o v b ng c u ki n bê tông lát mái

+ Chân kè: gia c b ng hàng ng bê tông l c l ng M200, cao 2m Trong

ng th đá h c, phía trên m t ng đ bê tông M200 dày 30cm, d i lót v bao xi m ng và đá d m (4x6) dày 15cm

+ Phía ngoài ng l c l ng gia c b ng đá xây v a xi m ng cát vàng M100 dày 50cm, r ng 2m có ph gia ninh k t nhanh ho c lát c u ki n bê tông, d i lót đá d m (1x2) dày 15cm, trên l p bè đ m tre ch ng lún

+ Thân kè lát c u ki n bê tông dày 28cm ho c 38cm (d án v n vay ADB) trong khung bê tông c t thép M250, d i lót đá (1x2) dày 15cm và l p

M t c t đi n hình c a kè bi n Nam nh xem hình 2.7 [3]

Hình 2.7: M t c t thi t k đi n hình kè bi n Nam nh

2.1.3.2 Nh ng v n đ thi t k ;

* C u ki n lát mái:

- Gia c mái đê b ng c u ki n BT đúc s n có ngàm liên k t đã là lo i gia

c ch đ o trong kè bi n n c ta nói chung và đ c bi t Nam nh (xem hình 2.8 và 2.9) Trong đi u ki n sóng bão c p 9 tr xu ng lo i kè này n u không

b xói chân kè v n b o đ m n đ nh t t T c p 10 tr lên n u s d ng đ c

l p thì kh n ng b phá ho i là l n Lúc đó c n ph i h p v i các công trình tiêu sóng nh th m gi m sóng r ng ng p n c MHB MCT hay BCB

2005

ti n b n quy n cho c u ki n Tsc-178

bi n vì nó có: Liên k t b n v ng tr ng l ng c u ki n nh tuy nhiên ph n m tam giác c n sóng r t khó thi công d n đ n khi thi công ph i l y b t xim ng

đ p nên d b xâm th c bào mòn gây h ng kè nh kè Kiên Chính (có ch

ch còn n a viên)

này có nh c đi m là do có ph n lõm xu ng 5cm nên c u ki n ch còn dày 18cm tr ng l ng c u ki n nh khi bào mòn d b m t ph n m t gây s p liên

t c trong quá trình s d ng H n ch chung c a c u ki n bêtông là ph i s

d ng bêtông b n sunfat chu đ c xâm th c c a n c bi n