Nghiên cứu chế tạo vật liệu phức hình kè mái đất công trình xây dựng

Khái niệm chung: Bờ biển và bờ hồ chứa nước luôn bị thay đổi hình dạng do tác dụng của sóng vỗ, thủytriều, các dòng chảy có hướng và dọc theo bờ cũng như tác dụng vật lí, hóa học củanước

i 1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đỗ Nguyễn Tuấn Anh, Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêngtôi Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng đượcngười nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác Những nội dung tham khảo đềuđược chú thích rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 03 tháng 04 năm 2017

TÁC GIẢ

Đỗ Nguyễn Tuấn Anh

i 2

Cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại trường Đại học Thủy lợi đã hết sức tạo điều kiệngiúp đỡ tác giả trong quá trình học tập

Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè đồngnghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân tình của các thầy

cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các công tác nghiên cứukhoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình./

Hà Nội, ngày 03 tháng 04 năm 2017

TÁC GIẢ

Đỗ Nguyễn Tuấn Anh

3 3

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU: 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 3

1.1 Mái dốc và các nguyên nhân gây mất ổn định [1] 3

1.1.1 Do tác động của nước mặt 3

1.1.2.Do tác động của trọng lực 10

1.2 Tổng quan các phương pháp chống mất ổn định mái dốc 13

1.2.1.Giải pháp kè mái dốc từ đá hộc 13

1.2.2.Giải pháp kè mái dốc khác 14

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 25

2.1.1 Xi măng 25

2.1.2 Tro bay 27

2.1.3 Xỉ đáy 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 33

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tạo hình 33

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu chế dộ dưỡng hộ nhiệt ẩm thường 35

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 42

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG PHỨC HÌNH KÈ MÁI ĐẤT 44

3.1 Chế tạo bê tông phức hình kè mái đất 44

3.2 Thiết kế cấp phối gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng 49

3.2.2 Thiết kết cấp phối gạch sử dụng tro bay, xỉ đáy của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. 49

3.2.3 Quy trình công nghệ chế tạo gạch phức hình kè mái đất công trình từ tro bay, xỉ đáy của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. 52

3.2 Đánh giá một số tính chất cơ lý chính của bê tông phức hình kè mái dốc 57

3.2.1 Khối lượng thể tích 57

3.2.2 Độ hút nước 57

3.2.3 Cường độ nén của gạch 58

3.2.4 Cường độ uốn của gạch 59

3.2.5 Độ mài mòn 60

3.2.6 Độ bền 61

3.3 Ví dụ tính toán: 62

4 4

3.3.1 Giả thiết tính toán 62

3.3.2 Mô hình tính toán 63

3.3.3 Hình thức liên kết 65

3.3.4 Tính toán bề dày của gạch phức hình lát mái kè. 66

3.3.5 Tính áp lực sóng tác dụng lên mái kè. 67

3.3.6 Tính ổn định lớp gia cố mái kè 71

3.3.7 Tính toán ổn định theo bài toán ổn định mái dốc bằng phần mềm Geo-Slope. 72

3.3.8 Hiệu quả kinh tế so với một số phương pháp kè khác 79

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 80

KẾT LUẬN 81

KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Tiếng Việt 83

Tiếng Anh 84

5 5

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ vị trí đới bờ. 3

Hình 1.2: Các giai đoạn hình thành bờ mài mòn và tích tụ (theo V.P.Zenkovits) 4

Hình 1.3: Các yếu tố cơ bản của sóng 5

Hình 1.4: Dòng chảy ven bờ 6

Hình 1.5: Hiện trạng sạt lở bờ sông ở Việt Nam. 10

Hình 1.6: Hiện trạng sạt lở mái đất đèo Hòn Giao và đèo Hải Vân 13

Hình 1.7: Kè mái dốc truyền thống bằng đá hộc 14

Hình 1.8: Kết cấu thảm FS 15

Hình 1.9: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn 16

Hình 1.10: Kè bảo vệ bờ bằng GeoTube 17

Hình 1.11: Kè bảo vệ bờ bằng túi địa kỹ thuật 17

Hình 1.12: Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa 18

Hình 1.13:Trồng cỏ Vetiver bảo vệ mái dốc 19

Hình 1.14:Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật 20

Hình 1.15: Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát triển thực vật 20

Hình 1.16:Áp dụng công nghệ NeowebTM bảo vệ taluy. 22

Hình 1.17: Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông 23

Hình 1.18: Rồng đá truyền thống và rồng đá cải tiến 23

Hình 1.19: Khối Hidroblock 24

Hình 2.1: Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 29

Hình 2.2: Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 31

Hình 2.3: Hệ số lèn chặt và độ rỗng cốt liệu từ xỉ đáy 0÷5 và 5÷10 mm 33

Hình 2.3: Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm 40

Hình 2.4: Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế 41

Hình 3.1: Trồng cây, cỏ bảo vệ mái đất 44

Hình 3.2: Kết hợp lưới địa kỹ thuật 2 chiều kết hợp trồng cỏ 45

6 6

Hình 3.3: Phương án hình dạng gạch phức hình kè mái đất 47

Hình 3.4: Hình thức liên kết gạch phức hình 48

Hình 3.5: Kích thước viên gạch phức hình 49

Hình 3.6: Khuôn đúc gạch phức hình 49

Hình 3.8: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch kè mái đất 53

Hình 3.9: Máy tạo hình gạch 54

Hình 3.10: Sản phẩm gạch hoàn thiện 56

Hình 3.11: Thi công mái taluy cầu rào 2 – Hải Phòng 56

Hình 3.12: Sơ đồ thí nghiệm cường độ nén và uốn của gạch xây 59

Hình 3.13: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy mài 61

Hình 3.14: Mô hình tính toán ổn định mái kè 63

Hình 3.15: Liên kết móc xích giữa các viên gạch phức hình 65

Hình 3.16: Sơ đồ sóng vỗ vào mái 67

Hình 3.17: Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên mái kè 68

Hình 3.18: Kết quả tính toán mặt trượt cắt qua mái kè 77

Hình 3.19: Kết quả tính toán mặt trượt nguy hiểm nhất 77

Hình 3.20: Kết quả tính toán mặt trượt cắt qua mái kè 78

Hình 3.21: Kết quả tính toán mặt trượt nguy hiểm nhất 78

7 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của xi măng 26

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của xi măng 26

Bảng 2.3 Thành phần khoáng của Xi măng 26

Bảng 2.4 Tính chất cơ lý của xi măng 27

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng 29

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 30

Bảng 2.7 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 30

Bảng 2.8 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy 31

Bảng 2.9: Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và 0,14÷5mm) theo phương pháp Kirienco 32

Bảng 2.10: Kết quả xác định khối lượng thể tích lèn chặt và đổ đống của cốt liệu 33

Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất nền 64

Bảng 3.2: Tính toán bề dày viên gạch phức hình 67

Bảng 3.3: Tính toán áp lực sóng tác dụng lên mái kè 70

Bảng 3.4: Tính toán ổn định lớp gia cố mái khi mới thi công xong 71

Bảng 3.5: Tính toán ổn định lớp gia cố mái trong quá trình vận hành 72

MỞ ĐẦU:

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Hàng năm, cùng với quá trình đô thị hóa, xây dựng nâng cấp cơ sở hạng tầng thànhphố Hải Phòng, yêu cầu cấp thiết về nguồn năng lượng ngày càng cao, nguồn cung cấpđiện chiếm một tỉ trọng tương đối từ những nhà máy nhiệt điện trực thuộc thành phố.Các nhà máy nhiệt điện Hải Phòng thải ra một lượng lớn tro xỉ ra môi trường xungquanh mỗi năm (khoảng một triệu tấn tro và một phẩy năm triệu tấn xỉ đáy), gây ônhiễm nghiêm trọng không khí, đất và nguồn nước Vì vậy việc tận thu, xử lý nguồntro xỉ nhiệt điện làm nguyên liệu phục vụ các công trình giao thông, thủy lợi, xây dựngdân dụng và sản xuất các loại gạch không nung, thạch cao, bê tông nhẹ đang là xuhướng hiện đại đạt được nhiều mục đích:

+ Giải quyết một phần bài toán ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

+ Tạo công ăn việc làm cho nhân dân địa phương

+ Giảm diện tích đất sử dụng để chôn lấp tro xỉ

+ Nâng cao được chất lượng công trình và sản phẩm sử dụng nguyên liệu tro xỉ

Ngoài ra do thực trạng biến đổi khí hậu diễn ra phức tạp, hiện tượng lũ lụt, bão lốc,sạt lở bờ sông, sườn núi, ta luy đường đang là vấn đề lớn Giải pháp giữ mái đất không

bị sụt lở phố biến hiện nay là kè mái đất bằng đá hộc, vật liệu có ưu điểm là cường độlớn, vật liệu sẵn có và chỉ qua gia công là có thể sử dụng Tuy nhiên việc kè mái đấtbằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:

+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện một vùng pháhủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền, đá hộc có kích thước và hình khối khá đồng đềunên khi sụt lở sẽ lăn gây nguy hiểm

+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng nặng và cácviên đá có kích thước không đều nhau

+ Việc khai thác, vận chuyển đá hộc bằng nổ mình gây nguy hiểm và ô nhiễm môi

2 2

trường xung quanh, các mỏ đá khai thác nhiều năm cũng dần cạn kiệt

Vì vậy, hướng nghiên cứu sản xuất chế tạo vật liệu phức hình nhằm tận dụng được mộtphần tro xỉ thải của nhà máy nhiệt điện thải ra nhằm giải quyết bài toán môi trường,sản phẩm tạo ra có khả năng thay thế đá hộc, khắc phục được những hạn chế của đáhộc là xu hướng hiện đại đem lại hiệu quả kinh tế, khả năng chịu lực, kỹ thuật thi công

và tính thẩm mỹ Từ những phân tích nêu trên nên em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu

chế tạo vật liệu phức hình kè mái đất công trình xây dựng” làm đề tài luận văn thạc

sỹ của mình

2 Mục tiêu nghiên cứu

Chọn dược hình dạng, cấp phối vật liệu phức hình đảm bảo khả năng liên kết chặt chẽ,bền đẹp, ổn định lâu dài, dễ thi công lắp đặt, thay thế cho kè truyền thống sử dụng đáhộc áp dụng cho các công trình:

+ Kè mái taluy đường giao thông, mố cầu

+ Kè mái thượng lưu, hạ lưu đập vật liệu địa phương

+ Kè mái bờ sông

+ Kè mái kênh…

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Phân tích nguyên nhân sạt lở mái đất công trình, giới thiệu các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

+ Chọn được hình dáng và cấp phối gạch kè mái đất

+ Đánh giá tính chất cơ lý hóa của gạch kè mái đất

+ Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật việc sử dụng gạch kè mái đất

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Tổng kết các tài liệu liên quan Kết hợp giữa nghiên cứu tạo hình sản phẩm và thực nghiệm

1.1.1.1 Xói lở phá hoại bờ biển, hồ chứa nước

A Khái niệm chung:

Bờ biển và bờ hồ chứa nước luôn bị thay đổi hình dạng do tác dụng của sóng vỗ, thủytriều, các dòng chảy có hướng và dọc theo bờ cũng như tác dụng vật lí, hóa học củanước, của sinh vật sống trong nước lên đất đá bờ Quá trình làm thay đổi hình dáng bờbiển chủ yếu do sóng vỗ gọi là hiện tượng mài mòn

Đường tiếp xúc giữa đất (lục địa) và vực nước (biển) gọi là đường bờ Vị trí đường bờhoặc thay đổi từ thời địa địa chất này sang thời địa địa chất khác (do các chuyển độnghiện đại và gần đây nhất của vỏ Trái Đất, do các dao động đơn thuần của mực nướcđại dương), cũng như trong các khoảng thời gian ngắn (năm, mùa, tháng, ngày đêm…)liên quan với sóng, thủy triều Đường bờ có thể dịch chuyển sâu vào lục địa hoặc rabiển hàng chục, hàng trăm mét thậm chí hàng km hoặc hàng chục km

thể hiện trong sự tạo thành các dạng địa hình nhất định: vách bờ, đới các thềm biển

“nâng”, đới các bình nguyên ven biển dạng bậc thềm, đới các vách bờ cổ hơn tạothành đới ven bờ

Tùy thuộc vào các quá trình và hiện tượng địa chất chiếm ưu thế trong đới bờ, chia rathành bờ mài mòn và bờ tích tụ Bờ mài mòn thường sâu, dốc cấu tạo chủ yếu là đágốc chịu tác dụng xói lở và phá hoại mạnh mẽ Các yếu tố hình thái chủ yếu của loại

bờ này là: vách bờ (1), ngấn sóng vỗ (2), bãi bồi (3) Bờ tích tụ thường nông thoải gồmcát, sỏi hiếm khi cuội nhỏ Các yếu tố hình thái chủ yếu của bờ này là: thềm tích tụ nổi(1), đê bờ (2), bãi bồi (3), thềm tích tụ ngầm (4) – các gờ bờ ngầm (5) hoặc đê bờ (6)

lộ trên mặt nước, đôi khi ngăn thành các vũng (7)

Hình 1.2: Các giai đoạn hình thành bờ mài mòn và tích tụ (theo V.P.Zenkovits)

B Các yếu tố ảnh hưởng đến bờ:

+ Sóng do gió: Trong các nhân tố tham gia tích cực vào việc tạo bờ, đáng quan tâm

nhất là các sóng do gió vì chúng có sức phá hủy lớn hơn so với các sóng do thủy triều,

do dao động áp suất khí quyển, do động đất…

Tốc độ các dòng không khí, đặc biệt là tốc độ cơn gió thường không đều, có tính chấtcủa chuyển động rối và dẫn đến áp suất không khí lên mặt nước phân bố không đều,sóng sẽ có độ cao và chiều dài khác nhau, đồng thời các sóng nhỏ dần nhường chỗ chocác sóng lớn hơn vì các sóng lớn giữa được năng lượng do gió truyền cho tốt hơn Khi

có bão, từ những gợn nhỏ lăn tăn phát triển thành những sóng khổng lồ

Các yếu tố cơ bản của sóng gồm có: chiều dài sóng L – khoảng cách từ đỉnh sóng nàytới đỉnh sóng tiếp theo (m); chiều cao sóng h – độ cao của đỉnh sóng so với đáy sóng(m); chu kì của sóng T – thời gian sóng dời chỗ được một khoảng cách bằng chiều dàisóng (s); tốc độ lan truyền v – đoạn đường mà sóng đi được trong một đơn vị thờigian

Hình 1.3: Các yếu tố cơ bản của sóng

Năng lượng E do sóng được xác định theo công thức:

Mặc dù sự tán xạ có chiều hướng thay đổi hướng di chuyển sóng để cho sóng đến gầnvuông góc với bờ nhưng ta vẫn quan sát thấy được các sóng tới nghiêng Chuyển độngnày tạo nên dòng nước dọc bờ song song với bờ biển Dòng dọc bờ không liên tục màthường dứt quãng thành các đoạn giới hạn bởi các dòng chuyển động nhanh từ bờ rabiển gọi là dòng xoáy Địa hình đáy biển có thể quyết định vị trí các dòng xoáy Tuynhiên, hướng và các đặc trưng của sóng đến cũng ảnh hưởng đến sự phát triển củachúng ở dọc bờ Một trong những ảnh hưởng quan trọng nhất của dòng dọc bờ là sự dichuyển cát dọc theo bờ Sự trôi dạt dọc bờ này là sự di chuyển của các ở vùng ven bờbởi các dòng dọc bờ Sự vận chuyển thực tế diễn ra có dạng zích zắc Vật liệu trầmtích do sóng đến với góc nghiêng mang lên bờ, sau đó bị chuyển trở lại nước theohướng vuông góc với bờ trong dòng nước ngược Vì thế có một thành phần chuyểnđộng dọc theo bờ biển Sự tương tác giữa công trình ven bờ với dòng chảy ven bờ làmột trong những vấn đề quan trọng nhất trong xây dựng ven biển.

Hình 1.4: Dòng chảy ven bờ + Thủy triều: Trong các bờ biển, thủy triều là một nhân tố quan trọng nhiều quá trình.

Có khá nhiều yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thủy triều nhưng yếu tố chủ yếu là lựchấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng Nguyên nhân của thủy triều chính là sự khácnhau giữa lực hấp dẫn tổng và lực hấp dẫn cục bộ Mặt trời dù có khối lượng lớnnhưng ở cách xa Trái Đất nên không ảnh hưởng lớn đến thủy triều Thủy triều lớn nhấtkhi Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời cùng đường thẳng, còn thủy triều nhỏ khi MặtTrăng và Mặt Trời vuông góc với Trái Đất

C Hiện tượng xói lở và phá hoại bờ:

Xói lở và phá hoại bờ là một quá trình địa chất được biểu hiện bằng sự thay đổi hìnhthái: thay đổi mặt cắt, hình dáng bờ và tính ổn định của nó

Hiện tượng xói lở và phá hoại bờ có các đặc trưng sau:

-Tác dụng mài mòn của vực nước thể hiện sự rửa xói sườn bờ của sóng dẫn đến sựhình thành phần mài mòn của thềm bờ ngầm; dọc theo thềm bờ ngầm về phía bờ hìnhthành đới sóng trườn Sự vận chuyển vật liệu rời rạc do các dòng chảy có hướng dọctheo bờ, trong một số trường hợp cũng thúc đẩy sự hình thành thềm bờ mài mòn

-Tích tụ vật liệu do tác dụng của rửa xói bờ, vật liệu đó một phần được lắng đọng tạo nên phần tích tụ của thểm bờ

-Vật liệu tích tụ do các dòng chảy có hướng dọc theo bờ và một số trường hợp do sông

1.1.1.2 Xói lở phá hoại bờ sông

A.Các nhân tố quyết định hoạt động xói lở của sông.

a Chế độ thủy văn

Chế độ thủy văn bao gồm chế độ mực nước, sự thay đổi lưu lượng cũng như tốc độchảy của sông, các sông đều có nguồn cung cấp nước chủ yếu là mưa khí quyển Vào

mùa mưa, lượng mưa nhiều và kéo dài làm mực nước sông dâng cao, lưu lượng tănghàng chục đến hàng trăm lần, tốc độ dòng chảy tăng cao nên hiện tượng mài mòn pháttriển mạnh kèm theo phá lở bờ nghiêm trọng, ngập lụt và các hiện tượng khác.

b Địa mạo thung lũng sông

Địa mạo thung lũng sông, kích thước và hình dạng của các lưu vực là yếu tố quantrọng nhất đối với hoạt động xói mòn của sông Ở vùng núi, mưa nhiều bề mặt địahình dốc hơn, dòng chảy dễ tập trung và có lưu tốc lớn thúc đầy hiện tượng xói mòn.Địa hình vùng đồng bằng thường có tác dụng kìm giữ nước mặt, lưu tốc dòng chảynhỏ hơn nên khả năng xói mòn phát triển chậm hơn

Ở các khúc sông bị uốn, đoạn bờ lõm bị rửa xói mạnh hơn do tác dụng của lực li tâm

c Cấu trúc địa chất

Đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực và địa phương của thung lũng sông có ảnh hưởngđặc biệt tới quá tình xói mòn Thành phần và trạng thái đất đá ở lòng và bờ sông có ýnghĩa to lớn, tại những đoạn đất đá mềm yếu, phong hóa nhiều, đất đá dễ bị hòa tan vàrửa xói thì quá trình xói mòn thể hiện rõ rệt

d Hoạt động kinh tế của con người

Con người xây đập, tạo hồ chứa nước điều chỉnh dòng chảy của sông cũng như côngtác đào sâu đáy sông, nạo vét lòng sông, khai thác vật liệu trên các bờ, bãi bồi, thềmsông các công tình nắn dòng giữ bờ lấy nước làm thay đổi đáng kế chế độ thủy văncủa sông ngòi, do vậy tác động đến hoạt động xói mòn của nó Trong phạm vi lưu vựctập trung nước, việc triệt phá, hoặc trồng cây gây rừng cũng ngây nhiều ảnh hưởng.Việc điều tiết hồ đập, ngăn lũ sản xuất điện phục vụ tưới ảnh hưởng nghiêm trọng đến

hạ lưu của sông, gây ngập lụt xói lở mạnh hơn vào mùa lũ

Tóm lại, các nguyên nhân sạt lở bờ sông có thể là khách quan như: bờ sông cấu tạo bởivật liệu có tính cơ lý thấp, lũ lớn, triều cường, mưa cường độ cao, gió xoáy, lốc xoáy,bão hoặc chủ quan như phá rừng đầu nguồn, khai thác sử dụng nước sông không hợp

lý, lấn chiếm lòng sông ven bờ phục vụ sản xuất, xây dựng bến cảng, khái thác cát sỏilòng sông, xây dựng các công trình gia tải nặng trên bờ sông đều gây ra sạt lở bờ sông.

B Hiện trạng sạt lở, nguyên nhân mất ổn định mái đất một số sông lớn ở Việt Nam

a Sông Hồng và sông Thái Bình

Tốc độ dòng chảy và địa chất lòng sông là yếu tố quan trọng đẩy nhanh quá trình sạtlở: do sự thay đổi khí hậu toàn cầu vùng với nạn phá họa rừng đầu nguồn làm thay đổichế độ thủy văn dòng chảy và chế độ bùn cát của hệ thống sông gây tác dụng xấu đếndiến biến lòng dẫn, do cấu tạo của lòng sông Hồng và Thái Bình chủ yếu là cát mịn dễ

bị xói lở; xói lòng sông sẽ làm chân mái bờ bị hạ thấp, bị khoét sâu mất ổn định kéotheo bờ bị sạt lở mạnh, thời gian sạt lở mạnh thường vào cuối mùa lũ, và khi nước lũrút, mực nước ngầm ở bờ bị hạ thấp dẫn đến hiện tượng trượt mái bờ rất mạnh, do lấnchiếm bãi sông, xây nhà đắp đất mở rộng khu canh tác, xây dựng các công trình cầubến cảng bến phà làm thu hẹp diện tích thoát lũ của sông

b Hệ thống sông ngòi Miền Trung và Tây Nguyên

Nếu so sánh tổng quát với vùng đồng bằng miền Bắc và miền Nam của Việt Nam,vùng Miền Trung – Tây Nguyên là vùng đất có chung đặc điểm là khu vực hẹp, đất đainghèo dinh dưỡng, địa hình dốc, dễ sạt lở và thường bị chia cắt bởi nhiều nhánh sôngngắn Các khu vực ven biển của miền Trung thường xuyên bị hiện tượng bão lốc, giónóng, khô hạn, mưa lớn bất thường, tình trạng xâm nhập mặn và xâm thực biển ngàycàng tạo ra những đe doạ liên tục cho sinh kế và cư trú của người dân Sự khác biệt vềlượng mưa trong mùa mưa và mùa khô trên lưu vực khác biệt khá lớn (từ 2 – 4 lần)

Do chênh cao mực nước lớn trên dòng sông nên con người đã phát triển rất nhiều thủylợi vừa và nhỏ gây ra nhiều hệ lụy cho vùng hạ du Con người làm biến đổi thủy văndòng chảy, đặc biệt việc vận hành hồ đập thủy điện trong mùa mưa bão gây ra nhữngtrận lũ lớn làm tổn hại đến cuộc sống của nhân dân vùng hạ lưu đồng thời gây sạt lở,phá bờ nghiêm trọng hơn

c Hệ thống sông ngòi miền Nam trung bộ và đồng bằng sông Cửu Long

Hệ thống sông ngòi vùng này có cấu tạo địa chất bởi các đất trầm tích phù sa trẻ với bềdày khá lớn Địa tầng cấu trúc chủ yếu 2 lớp: Lớp 1 là bùn sét chứa hạt mịn trạng thái

chảy Lớp 2 Cát hạt nhỏ kém chặt đến chặt vừa, các hạt có kích thước đều nhau, tròncạnh, cấu trúc xốp dễ bị di chuyển gây ra hiện tượng xói ngầm Việc xây dựng các đậptrên hệ thống sông làm thay đổi chế độ dòng chạy, làm lắng đọng bùn cát trước đập, vàdòng chảy về hạ lưu sau đập có lượng bùn cát ít nên để cân bằng dòng chảy sẽ làm xói

lở lòng sông và bờ sông phía hạ du

Hình 1.5: Hiện trạng sạt lở bờ sông ở Việt Nam.

1.1.2.Do tác động của trọng lực

1.1.2.1 Hiện tượng trượt

Trượt lở đất đá trên sườn dốc là một dạng của tai biến địa chất, thực chất đó là quátrình dịch chuyển trọng lực các khối đất đá cấu tạo sườn dốc từ trên xuống phía dướichân sườn dốc do tác động của các nguyên nhân (trọng lượng bản thân khối đất đátrượt, tải trọng ngoài, áp lực thủy tĩnh, áp lực thuỷ động, lực địa chấn và một số lựckhác) làm mất trạng thái cân bằng ứng suất trọng lực và biến đổi tính chất cơ lý củađất đá đến mức làm mất ổn định sườn dốc

Trượt chỉ có thể phát sinh khi cân bằng đất đá bị phá hủy là do các nguyên nhân sauđây:

- Độ dốc quá lớn của sườn, mái dốc khi cắt xén khai đào bị xói lở hoặc khi thi công

khối đắp (đê, đập) Khi các điều kiện khác như nhau, độ dộc quá lớn của sườn haymái dốc là một trong những nguyên nhân cơ bản, chủ yếu trong sự phá hủy cân bằngcủa khối đất đá tạo nên sườn dốc, mái dốc

- Sự giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lý khi ẩm ướt, trương nở, giảm

độ chặt, phong hóa, phá hoại kết cấu tự nhiên cũng như liên quan với quá trinh pháttriển hiện tượng từ biến

Sự tẩm ướt đất đá trước hết làm tăng khối lượng và gây them tác động trọng lực lênđất đá đó, kèm theo giảm độ bền liên kết kiến trúc, độ sệt chuyển sang dẻo hay chảydẫn đến lực ma sát và lực dính của đất đá giảm Do vậy trượt phát sinh rộng và mạnhtrong thời gian mưa lớn kéo dài làm mực nước ngầm dâng cao, đất đá bị tẩm ướt bãohòa nước

Trương nở xẩy ra trong một vài loại đất sét làm giảm đột ngột sức chống cắt của đất.Quá trình phong hoá có ảnh hưởng rất lớn đến sự biến đổi trạng thái vật lý của đất đá ởsườn dốc, mái dốc Tủy thuộc vào mức độ phong hóa, khối lượng thể tích, độ rỗng, độkhe nứt, độ hấp thụ nước và độ bền biến đổi Khi bị phong hóa đá cứng biến thành đánửa cứng và tiếp tục bị phá hủy thành đất rời xốp hoặc đất loại sét mềm dính Đá nửacứng và đất loại sét đều có tính lưu biến - khả năng biến đổi độ bền, biến dạng theothời gian và do vậy làm cho nhiều quá trình khác phát triển đặc biệt là quá trình trượt

- Tác động của lực thủy tĩnh và thủy động lên đất đá gây ra biến dạng thấm trong đất

đá, làm biến đổi ứng suất của đất đá trên sườn dốc, mái dốc Vào thời kì mưa lũ mựcnước sông dâng lên đột ngột và làm ngập phần dưới của sườn dốc hay mái dốc thì đất

đá ở trạng thái đẩy nổi và trọng lượng không đủ để giữ yên các khối đất đá ở trên Đất

đá nằm trên gần như mất điểm tựa và làm cho phần đất đá ở trạng thái đẩy nổi bị trượt.Vào mùa mưa lũ, nước dâng cao đột ngột và ngập dưới sườn của sườn dốc hay máidốc và sau đó lại hạ thấp đột ngột thì trong đất đá thấm nước, đặc biệt thấm yếu sinh ra

áp lực thủy động, áp lực thủy động làm xói ngầm làm trôi đất hoặc làm xốp đất rời,mái dốc mất điểm tựa và bắt đầu di chuyển gây ra hiện tượng trượt.

- Biến đổi trạng thái ứng suất của đá, khi môi trường xung quanh thay đổi thì ứng suất

trong đá sẽ giảm xuống và bị phân tán làm giảm độ bền của đá dẫn đến sườn dốc bịmất ổn định

- Sự tăng tải trên sườn dốc, mái dốc và các khu vực kền cận với mép sườn, các dao

động địa chấn, các lực tác động tĩnh và động, lâu dài và tạm thời bên ngoài khác Ví

dụ như hoạt động xây nhà ở, công trình trên sườn dốc, kho bãi vật liệu, vun đắp bãithải đắp đường, hoạt động của nhiều các loại máy móc, công tác khoan nổ mình…thường làm giảm độ ổn định và làm đất đá dịch chuyển

Các nguyên nhân trên làm tăng tương đối vai trò của lực cắt và giảm một phần độ bềncủa đất đá, khi lực cắt lớn hơn dộ bền của đất đá tạo nên sườn dốc và mái dốc sẽ pháhủy độ ổn định của chúng gây ra hiện tượng trượt

và các chấn động khác gây ra do xe cộ qua lại, nổ mìn các tác động đó kết hợp với

sự phong hóa của đá bởi khí hậu theo thời gian khiến cho lực chống dịch chuyển vàchống cắt của chúng không đủ cân bằng với tác động của các lực bên ngoài

Sự tạo thành đá đổ chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi: Các yếu tố khí hậu quyết định tốc độ

và tình chất phong hóa đất đá, các đặc điểm địa hình khu vực và địa phương, thành

phần trạng thái vật lý của đất đá, vận động kiến tạo mới và hiện đại, mức độ địa chấn của khu vực, hoạt động xây dựng và kinh tế của con người.

1.1.2.3 Hiện tượng đất sụt

Đất sụt là hiện tượng các khối dăm, sạn tách khỏi sườn dốc, rơi tự do hay lăn theo

sườn dốc Khối đất đá sụt tập trung ở chân sườn dốc gọi là đống sụt.

1.1.2.4 Hiện trạng trượt lở chủ yếu do tác động của trọng lực

Hình 1.6: Hiện trạng sạt lở mái đất đèo Hòn Giao và đèo Hải Vân.

1.2 Tổng quan các phương pháp chống mất ổn định mái dốc

1.2.1.Giải pháp kè mái dốc từ đá hộc

Giải pháp giữ mái đất không bị sụt lở phố biến hiện nay là kè mái đất bằng đá hộc Đáhộc có ưu điểm là cường độ lớn, vật liệu sẵn có và chỉ qua gia công là có thể sử dụng.Tuy nhiên việc kè mái đất bằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:

+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện một vùng phá hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền.

+ Kích thước đá hộc hình khối tương đối đồng đều nên khi sụt lở sẽ lăn, gây nguyhiểm

+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng nặng và cácviên đá có kích thước không đều nhau

Một số công trình áp dụng kè mái dốc bằng đá hộc:

Hình 1.7: Kè mái dốc truyền thống bằng đá hộc.

1.2.2.Giải pháp kè mái dốc khác

1.2.2.1 Sử dụng các sản phẩm từ sợi tổng hợp có cường độ cao

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu mỏ, hóa chất, từ những sảnphẩm phụ của dầu mỏ, một hoặc hai loại Polymer tùy theo hợp chất và cách cấu tạotạo ra được các loại vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp có những đặc tính cơ lý hóa như sức

chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi khác nhau Ứng dụng của vảiđịa kỹ thuật như làm lớp phân cách gia cố đất, ổn định đất gia cố nền đất yếu, bảo vệmái dốc taluy đường; với khả năng lọc, tạo hệ thống thoát nước cho các kè sông, máithượng lưu đập, sân tiêu năng sau tràn; bảo vệ và chống xói mòn, được sử dụng rộngrãi trong công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển.

+ Một số loại thảm bảo vệ mái và chống xói đáy: Để tăng cường tính ổn định và mềm

dẻo của khối bảo vệ mái, từ lâu đã có nhiều nghiên cứu chế tạo các loại thảm được chếtạo từ vải địa kỹ thụât, vải bằng sợi tổng hợp có cường độ cao, sợi nilon để chứabêtông hoặc chứa đất, cát làm thảm bảo vệ mái bờ sông và chống xói đáy chân bờsông như là thảm phủ bằng vải địa kỹ thụât, thảm bêtông túi khuôn, thảm túi cát, ống,túi địa kỹ thuật

Một dạng khác của thảm bêtông túi khuôn là thảm bê tông FS, [3], cũng là dạng thảmbêtông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao Thảm được trải lênmái công trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm,thảm có chiều dày 10cm ¸ 25cm Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàntoàn cứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái công trình

Hình 1.8: Kết cấu thảm FS.

Tương tự với loại trên nhưng tiết kiệm hơn là loại túi cát ni lông hoặc sợi tổng hợp có

độ bền cao chứa cát Hiện nay ở Mỹ, Trung Quốc, Nhật đã sử dụng

Ở Việt Nam, Tiến sỹ Trịnh Công Vấn – TP Hồ CHí Minh đã nghiên cứu ứng dụngloại kết cấu này vào một đoạn bờ sông Sài Gòn – chân cầu Bình Phước và cho kết quảkhá tốt

Hình 1.9: Thảm túi cát và kè bằng thảm túi cát ở bờ sông Sài Gòn

Các ống địa kỹ thuật (Geo-Tube hoặc Geocontainer): Các loại ống địa kỹ thụât

(GeoTube) được chế tạo bằng vải địa kỹ thụât cường độ cao để chứa đất, cát tạo thànhnhững cấu kiện được xếp chồng lên nhau, dùng để gia cố chân, mái bờ, lòng sông hoặclàm kè mỏ hàn Phía ngoài các GeoTube có thể được phủ bằng các vật liệu như đất,cát, đá hộc để tăng cường ổn định và bảo vệ ống

Các túi địa kỹ thuật (Bagwork): Các loại túi địa kỹ thụât được chế tạo bằng vải địa kỹ

thụât cường độ cao để chứa đất, cát hoặc bêtông tạo thành những cấu kiện dùng để gia

cố chân, mái bờ, lòng sông Các túi có kích thước nhỏ được chế tạo như chiếc gốithường được ghép nối với nhau bằng các khớp nối nhựa Loại túi có kích thước lớn,độc lập thường được xếp chồng lên nhau

Hình 1.10: Kè bảo vệ bờ bằng GeoTube

Hình 1.11: Kè bảo vệ bờ bằng túi địa kỹ thuật

b.Ứng dụng nhựa uPVC chế tạo tấm cừ nhựa

Hình 1.12: Bảo vệ bờ bằng cừ Lasen bản nhựa

uPVC là một Polyvinyl Chlorua chưa được nhựa hoá là loại vật liệu khá mới có độ bềncao, chịu được va đập mạnh, không bị oxy hóa, không bị co ngót, không bị biến dạngtheo thời gian và đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghịêp, xây dựng Mộtsản phẩm của loại vật liệu này là tấm cừ nhựa được bắt nguồn từ Mỹ và ứng dụngtrong xây dựng trong đó có công trình bảo vệ bờ sông

1.2.2.2 Sử dụng các loại thực vật thân thiện với môi trường (kỹ thụât mềm)

Kỹ thuật 'Mềm', hoặc công nghệ sinh học là sử dụng thực vật thích hợp để giữ lại bờsông, nó ít tốn kém và cung cấp nhiều lợi ích

Sử dụng các loại thực vật bảo vệ bờ sông có những lợi ích sau:

- Cải thiện môi trường sống của động vật hoang dã và cá sinh sản- Tạo cảnh quan môitrường

- Có chi phí đầu tư thấp

Mặc dù thực vật từ lâu đã được sử dụng để tăng cường ổn định bờ, chống sạt lở Trongcác giải pháp truyền thống, các con rồng, bè chìm bằng cành cây, gốc cây của các loạinhư tre, liễu… được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trước khi sử dụng ồ ạt các giảipháp công nghệ “Cứng” như bêtông, đá hoá các bờ sông Tuy nhiên gần đây nhiềunước trên Thế giới đã nhận thức được yêu cầu bảo vệ bờ sông phải hài hoà với môitrường tự nhiên nên phần nào hạn chế công nghệ “cứng” và có xu hướng quay trở lạivới công nghệ “mềm” với nhiều cải tiến kỹ thuật kết hợp với các sản phẩm công

nghiệp nhưng cũng gần gũi môi trường để làm tăng hiệu quả của giải pháp công nghệnày.

Một trong những giải pháp của công nghệ mềm là nghiên cứu lựa chọn những loạithực vật có khả năng sống tốt, sống khoẻ trong điều kiện ngập nước thường xuyênhoặc ở khu vực mái bờ chịu sự dao động của nước để trồng ở bờ sông nhằm chốngsang, sạt lở bờ Trong đó điển hình là cỏ Vetiver Cỏ vetiver có bộ rễ ăn sâu 1 – 4m,khả năng chịu tác động của môi trường ven sông tốt, tốc độ tăng trưởng nhanh nhưngkhông gây hại đến các loại cây khác xung quanh

Hình 1.13:Trồng cỏ Vetiver bảo vệ mái dốc

Ngoài ra, loại kè bằng thực vật cũng đang được ứng dụng ngày càng nhiều hơn do vừađơn giản trong thi công, thân thiện môi trường Một trong những loại kè này là sửdụng các cây có khả năng chịu nước cao để làm cấu kiện thân kè như cây liễu, cây cừtràm Sự kết hợp với các loại vải địa kỹ thuật trong kè bằng thực vật cũng cho hiệuquả rất cao Đã có hẳn những công ty lớn chuyên cung cáp các sản phẩm và giải phápcông nghệ từ thực vật để bảo vệ bờ sông chống lũ như Công ty EnviroForm, tổ chứcJPR Environmental của Anh

Trong một số trường hợp, sử dụng các lưới bằng sợi vỏ dừa, sợi đay phủ mái bờ nhằmtăng cường ổn định, chống xói, lở, tạo điều kiện để thực vật phát triển, thân thiện vớimôi trường

Hình 1.14:Kè kết hợp các loại vải địa kỹ thuật và bằng thực vật

Công trình cỏ nhân tạo: Theo sự phát triển của công nghiệp hoá học, ở nước ngoài đã

sử dụng loại cỏ nhân tạo trong kết cấu của công trình giảm tốc gây bồi bảo vệ

bờ Loại kết cấu này sử dụng các loại sợi tổng hợp đan thành các tấm rèm, mép dưới

cố định vào vật neo đặt trên đáy sông; phía trên nổi tự do trong nước, lay động trongnước giống như cỏ Vật neo của cỏ biển có thể là khối bê tông hoặc là rọ đá Côngtrình dạng cỏ nhân tạo có tác dụng tốt trong cản dòng gây bồi và tiêu hao năng lượngsóng Cỏ nhân tạo còn được sử dụng làm thảm phủ mái bờ cho hiệu quả cũng rất tốt

1.2.2.3 Kết hợp giữa công nghệ cứng và vật liệu mềm

Ngoài những giải pháp công trình cứng, công trình mềm thì sự kết hợp giữa hai giảipháp này đã được ứng dụng và cho kết quả tốt bằng các hình thức: hỗ trợ cho các côngtrình kè cừng bằng cách tạo ra một thảm thực vật ở ngay phía ngoài hoặc phía trongchân kè cứng vừa tăng ổn định chân kè vừa tạo cảnh quan

Hình 1.15: Kết hợp cọc cừ ván thép chân kè với cuộn bằng sợi đai giữ ổn định và phát

triển thực vật

1.2.2.4 Công nghệ mới gia cố mái bờ và chân bờ

Ngoài việc bố trí các lớp phủ, các kết cấu công trình để bảo vệ chân, mái bờ thì việcgia cường mái bờ, xử lý đất nền bờ, lòng sông tăng cường khả năng chịu tải, đặc biệt

là cho nền đất yếu rất quan trọng Trong những năm gần đây, nhiều công nghệ gia cốmái bờ như lưới địa kỹ thụât, hệ thống NeoWeb , xử lý nền đất yếu như bấc thấmngang, cọc xi măng đất khoan sâu trộn khô, trộn ướt đã được ứng dụng rộng rãitrong xây dựng có thể ứng dụng cho các công trình bảo vệ bờ sông chống lũ

Lưới địa kỹ thuật được làm bằng chất po l y pr o p y len ( PP), p o l y e s ter (PE) hay bọcbằng po l y e t y l e n -ter e ta l at (PET) với phương pháp ép và dãn dọc, có một cấu trúc lướiđặc biệt, gồm các mối nối có cường độ cao và cạnh chắc chắn, nhờ đó tạo ra các gờvuông và dày giữ vật liệu, tạo một góc chống trượt hiệu quả cao, giúp mái đất ổn định

Bấc thấm ngang là loại vật liệu bao gồm lõi nhựa làm bằng Polyvinyl Chloride và

được bao bọc bên ngoài bằng loại vải polyester không dệt được sử dụng để thoát nướcngang Với chức năng này có thể phù hợp ứng dụng cho các công trình kè gia cố bờsông chống lũ trên nền đất đắp

Hệ thống NeowebTM là công nghệ phân tách, ổn định và gia cố nền đất được phát

triển, sản xuất và thương mại hoá bởi Công ty TNHH Địa Trung Hải PRS – Israel Hệthống ô ngăn hình mạng NeowebTM là mạng lưới các ô ngăn hình mạng dạng tổ ongđược đục lỗ và tạo nhám Khi chèn lấp vật liệu, một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật baogồm các vách ngăn và vật liệu được tạo ra, với các đặc tính cơ – lý địa kỹ thuật đượctăng cường Hiện nay công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong giao thôngnhưng trong thuỷ lợi chưa được ứng dụng nhiều, đặc biệt trong công trình bảo vệ bờsông chống lũ

Hình 1.16:Áp dụng công nghệ NeowebTM bảo vệ taluy.

1.2.2.5 Cải tiến cấu kiện và kết cấu công trình

Để nâng cao hiệu quả các loại hình công trình cơ bản, nhiều nghiên cứu đã tập trungcải tiến các cấu kiện, kết cấu tổng thể công trình theo hướng linh hoạt, bền vững, thuậntiện cho thi công Cải tiến thảm thanh và tấm bêtông đơn giản liên kết bằng thanh thépbằng thảm khối bê tông phức hình hoặc liên kết dây mềm

Thảm bê tông bằng các khối bêtông phức hình là loại thảm sử dụng các khối bê tôngliên kết chúng lại với nhau bằng móc nối, dây nilon Kết cấu loại này đã được ứngdụng rộng rãi ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản để chống xói đáy

Hình 1.17: Kè lát mái bằng thảm tấm bêtông Cải tiến các loại rồng, rọ: Rồng, rọ là cấu kiện được sử dụng khá rộng rãi trong bảo vệ

mái và chống xói đáy do tính linh hoạt, mềm dẻo của nó Rồng truyền thống thườngđược chế tạo bằng vỏ tre, lưới thép, lõi bằng đất hoặc đá Gần đây đã có những nghiêncứu cải tiến kết cấu lõi rồng, sử dụng các lưới sợi nilon, sợi tổng hợp làm vỏ rồng, chếtạo thảm đá lưới thép cho kết quả khá khả quan

Cải tiến rồng đá vỏ thép: Ở Việt Nam, trong khuôn khổ dự án Phát triển đồng bằng

sông Hồng giai đoạn 2 năm 2006 đã mạnh dạn thử nghiệm cải tiến rồng thép từ lõi đáhộc chuyển sang lõi bằng vật liệu có tầng lọc bằng vải lọc, cát, đá dăm và đá hộc ở kèNgăm Mạc – Thái Bình

Hình 1.18: Rồng đá truyền thống và rồng đá cải tiến Thảm rồng đá bằng túi lưới (Rock Rolls):Thảm rồng đá bằng túi lưới được sử dụng

rộng rãi ở Anh Đá hộc được bọc trong các túi lưới tạo nên tấm thảm và được đặt dướichân bờ để chống xói Loại thảm này rất linh hoạt, mềm dẻo và tạo được các kẽ hởthụân lợi để thực vật mọc lên, tăng cường ổn định chân bờ Có thể sử dụng các loại đá

có kích thước nhỏ hơn so với đá để tạo rọ đá Độ bền của loại thảm này phụ thuộc vàovật liệu làm túi lưới

1.2.2.6 Cải tiên các khối bêtông lát mái

Ngoài đá hộc, các khối bêtông rời dùng để bảo vệ mái bờ sông được dùng khá phổbiến Các loại khối thông dụng có thể kể đến khối hình vuông đơn giản, hình lụcgiác Phần lớn các khối này không liên kết với nhau và tạo nên một mặt phẳng kínnước trên lớp lọc bằng đá dăm và vải lọc Ưu điểm của loại kết cấu này là giảm tácdụng của sóng, dòng chảy vào vật liệu được bảo vệ phía dưới nhưng lại dễ bị hư hỏngcục bộ, có một diện cản lớn khi chịu tác động của áp lực âm khi dòng chảy rút trên mái

và không có khe hở để các loại thực vật sinh sống Để cải tiến, khắc phục nhưng yếuđiểm trên, những năm gần đây xuất hịên một số loại khối bêtông rỗng, liên kết trênmặt bằng khá linh hoạt và có tính thẩm mỹ cao, có thể tạo thành thảm tấm bêtông nhưkhối Amorloc, Amorflex, Amorstone, Terrafix, khối Flex – Slab, khối TAC

Có một xu hướng khá độc lập, khác với xu hướng trên đã được các nhà kỹ thuật HàLan nghiên cứu và ứng dụng trong công trình bảo vệ bờ sông và biển Theo hướngnghiên cứu này, thay vì tăng cường kết nối các tấm bêtông, giảm chiều dày và khốilượng các nhà kỹ thụât Hà Lan lại quan tâm đến tính ổn định của tấm bêtông theothông số chiều dày tấm và có xu hướng giảm nhỏ kích thước tiết diện mặt cắt của tấm.Theo kết quả nghiên cứu, cải tiến này làm cho tấm bêtông ổn định hơn do chiều dàytấm khá lớn nhưng khối lượng trình lại tăng lên nhiều lần Một trong những khối dạngnày đang ứng dụng phổ biển ở Hà La là khối Hydroblock.[2]

Hình 1.19: Khối Hidroblock

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Tác giả sử dụng những vật liệu thông dụng với trữ lượng lớn tại Việt Nam trong các thí nghiệm để thực hiện đề tài Vật liệu sử dụng sản xuất gạch phức hình cơbản giống như bê tông truyền thống, tuy nhiên gạch phức hình có tỷ lệ bột mịn caohơn và đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn Dmax<20mm, lượng nước cũng ít hơn

so với bê tông truyền thống do thi công bằng phương pháp ép rung Về mặt lýthuyết, bê tông truyền thống có cốt liệu lớn làm khung chịu lực; các hạt cốt liệu lớn

tì vào nhau; cốt liệu nhỏ lấp đầy các khe rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn; chất kếtdính lấp đầy các lỗ rỗng còn lại của phần cốt liệu nhỏ; nước và phụ gia làm cho hỗnhợp bê tông có độ linh động để có thể thi công được Như vậy các vật liệu thànhphần có thể bổ trợ cho nhau trong quá trình tạo thành sản phẩm bê tông có cường

độ theo thiết kế Trong khi đối với gạch phức hình thi công bằng phương pháp éprung, hàm lượng hạt cốt liệu lớn là tối thiểu, phần còn lại là cốt liệu nhỏ và lượngbột mịn Các hạt cốt liệu lớn không trực tiếp tác động với nhau mà phải thông qualớp bột mịn, phụ gia bôi trơn và lực ép rung Dưới đây sẽ đưa ra các tính chất cơ bản của vật liệu sử dụng trong thí nghiệm theo tiêu chuẩn hiện hành Việt Nam.

2.1.1 Xi măng

Ở Việt nam hiện nay có nhiều loại xi măng do nhiều nhà máy trên khắp các tỉnh thành sản xuất Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682-2009 thì xi măng Poóc lăng (PC) là loại xi măng không được pha phụ gia công nghệ vượt quá 5%, tuy nhiên tại các công trình xây dựng thường có các mỏ puzơlan gần đó, do vậy với

xi măng PC có thể tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của puzơlan được lựa chọn đến tính chất của vữa và của bê tông một cách rõ ràng Ngoài ra puzơlan còn có tác dụng làm giảm nhiệt thủy hóa, bổ sung lượng hạt mịn, tăng tính công tác, tăng độ đặc chắc của bê tông sau khi đóng rắn.v.v Với loại PCB mỗi nhà máy phụ gia khoáng với hàm lượng sử dụng là khác nhau, do vậy khi đánh giá ảnh hưởng của puzơlan sẽ khó khăn và phức tạp hơn Chính vì những

lý do trên mà xi măng PC vẫn được lựa chọn sử dụng cho các công trình với lượng sử dụng bê tông lớn.

Xi măng được sử dụng trong thí nghiệm là xi măng PCB30 Chinfon Hải phòng Tínhchất cơ bản của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam bảng 2.1 Thànhphần hóa học, thành phần khoáng, tính chất cơ lý của xi măng PCB30 Chinfon Hảiphòng được thể hiện tại các bảng 2.2; bảng 2.3 và 2.4 dưới đây

Bảng 2.1: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của xi măng

61,

1,

2,1Bảng 2.3 Thành phần khoáng của Xi măng

Bảng 2.4 Tính chất cơ lý của xi măng

ắ

t

K ế

t

C hị

u

C hị

347

2.1.2 Tro bay

Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệuthan đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ buồng đốt quaống khói nhà máy Thành phần của nó chứa các silic oxit (SiO2), canxi oxit (CaO),Magie oxit (MgO), lưu huỳnh oxit (SO2) và một phần hàm lượng than chưa cháy(MKN) mà thường yêu cầu không vượt quá 6%, được tận thu từ ống khói qua hệ thốngnồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than cacbon chưa cháy hết Tro bay làmột bột khoáng có hoạt tính puzơlan, có khả năng tác dụng với sản phẩm thủy hóa ximăng ở điều kiện thường, hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao (gia công nhiệt autoclave, giacông nhiệt ẩm ≤ 100oC), được đánh giá bằng mức độ ngậm canxi của 1 gam tro baynghiền mịn Mức độ ngậm canxi tính bằng mg/g của tro bay phụ thuộc vào độ mịn vàbản chất vật liệu cũng như vào nhiệt độ và thời gian phản ứng Tro bay có hàm lượng(CaO +MgO) càng cao thì mức độ ngậm canxi càng giảm, đồng thời có độ mịn cànglớn, nhiệt độ càng cao và thời gian càng kéo dài thì mức độ ngậm canxi càng cao.Cácloại tro bay nhiệt điện đốt từ các loại than antraxit và than đá thường có tổng hàmlượng (CaO + MgO)≤10 – 15%, chỉ số kiềm Mk<0,1; chỉ số hoạt tính Ma 0,2-0,8 Vìvậy có thể xếp chúng vào loại axit hoặc siêu axit, chúng có hoạt tính puzơlanic mạnhthể hiện ở mức độ ngậm canxi lớn

Tro bay nhiệt điện thường thuộc loại ít kiềm, chủ yếu chứa các khoáng thuộc nhóm 2

và 3 trong thành phần khoáng, các khoáng này phần lớn nằm trong pha thủy tinh vìvậy chúng có hoạt tính puzơlanic cao Hàm lượng pha thủy tinh trong tro bay thườngthấp hơn so với trong xỉ, thành phần than chưa cháy cao nên hoạt tính của tro baythường kém hơn so với xỉ Hoạt tính của tro bay còn phụ thuộc vào độ mịn, nhiệt

là do có sự dao động của rất nhiều các thông số về tính chất nhiên liệu (độ mịn, thànhphần khoáng ban đầu…) chế độ cháy và thải tro cùng nhiều nguyên nhân khác.

Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành hai loại: Tro axit là loại tro có hàmlượng canxi oxit đến 10%, ký hiệu F Tro bazơ có hàm lượng lớn hơn 10%, ký hiệu làC

Để đánh giá chất lượng của tro bay người ta thường sử dụng các chỉ số kiềm (Mk) đểđánh giá, phân loại tro Chỉ số kiềm được tính theo công thức:

M  M g O SiO O Ca 

2 

Al2O3

Căn cứ chỉ số kiềm, người ta chia tro bay thành các loại như sau:

Loại kiềm khi Mk >0,9

Loại axit khi Mk = 0,6-0,9

Loại siêu axit khi Mk <0,6

Thông qua chỉ số kiềm người ta còn phân loại tro bay ra các loại: Hoạt tính khi Mk ≥0,5-2,8; ít hoạt tính Mk = 0,1-0,5; trơ khi Mk <0,1

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng.

Ca

Mg

SO

Lượ6

Tro bay có khối lượng riêng 2,15 g/cm3 , lượng sót trên sàng 75µm là 6,4% đáp ứngtiêu chuẩn ASTM C618:2003 và TCVN 6882:2001 Các hàm lượng ôxit thỏa mãn tiêuchuẩn quốc gia TCVN 10302:2014

Hình 2.1: Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

2.1.3 Xỉ đáy.

Xỉ đáy là những hạt thô và to hơn tro bay, là thành phần không cháy được tập trung ởđáy lò, cỡ hạt dao động từ bằng hạt cát mịn đến hạt sỏi (0.125 mm đến 2 cm) Chúngthường được dùng để thay thế cát trong sản xuất vật liệu không nung có thành phần hóa như trong bảng 2.6, được gia công đập và sàng thành các cỡ hạt dưới 10 mm để làm cốt liệu Thành phần hạt xỉ chưa gia công được thể hiện trong bảng 2.7

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

MgO

3

TiO

MKNT

0,2

0,2

3,9

0,3

0,1

4,2Bảng 2.7 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Phầntr

Phần

16

3

3.1

83

16

711

23

4

890

14

2.10

Hình 2.2: Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sau khi sàng tách các cỡ hạt dưới 5mm, 5-10 mmm, loại có kích thước trên 10 mmđược gia công đập nhỏ và cùng phối trộn theo từng loại cùng kích thước của xỉ đáy.Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ chế tạo từ xỉ được nêu trong bảng 2.8, [5]

Bảng 2.8 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy

0 6 3

1 2 5

2 5

18

14

34.L

67.6

49.2

34.5

Xác định tỷ lệ tối ưu của các hạt cốt liệu lớn và nhỏ trong hỗn hợp xỉ than:

Chọn tỷ lệ giữa các hạt cốt liệu lớn và nhỏ thông qua phương pháp Kirienko để lựachọn thành phần cấp phối hợp lý, [13]

Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái lèn chặt và khối lượng riêng củacốt liệu lớn, từ đó ta xác định được độ rỗng của cốt liệu lớn Trên cơ sở đó tính sơ bộlượng dung cốt liệu nhỏ để lấp đầy thể tích rỗng của cốt liệu lớn với giả thiết các hạtcốt liệu nhỏ sẽ điền đầy thể tích rỗng của cốt liệu lớn

Bảng 2.9: Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và 0,14÷5mm) theo

phương pháp Kirienco

,g

V(l)

39,91,

38,31,

38,7Sau đó xác định khối lượng thể tích nén chặt của hỗn hợp cốt liệu và độ rỗng của hỗnhợp trong trường hợp lý tưởng thì hệ số điền đầy của các hạt nhỏ vào khoảng trống

rỗng phần hạt lớn hơn Thông thường hệ số điền đầy của hỗn hợp lớn hơn 1