Nghiên cứu ứng dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng_unprotected

 Về chống xói lở bờ biển, xói lở, bồi lắng sông, kênh, trong những năm qua đã có nhiều công trình bảo vệ bờ được xây dựng, việc nạo vét cửa sông, dọc kênh cũng được thực hiện, mang lại

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNHCẤPTHIẾTCỦAĐỀTÀI 1

2 TÊNLUẬNVĂN 3

3 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨU 4

4 NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 4

5 CÁCHTIẾPCẬNVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 4

6 KẾTQUẢDỰKIẾNĐẠTĐƯỢC 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ….6

1.1 TỔNGQUANVỀXÂYDỰNG,NÂNGCẤPĐÊỞĐBSCL 6

1.1.1 Giới thiệu về hệ thống đê ở ĐBSCL 6

1.1.2 Phân tích đánh giá một số vấn đề cần giải quyết về xây dựng, nâng cấp đê ở ĐBSCL liên quan đến đề tài 10

1.2 GIỚITHIỆUCÁCKẾTQUẢNGHIÊNCỨUTRONGVÀNGOÀINƯỚCVỀTÚIĐỊA KỸTHUẬT 13

1.2.1 Giới thiệu công nghệ túi địa kỹ thuật trên thế giới 13

1.2.2 Việc ứng dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam 16

1.3 KẾTLUẬNCHƯƠNG 19

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÚI ĐỊA KỸ THUẬT 21

2.1 CHỌNLỰAVẬTLIỆUĐẮP 22

2.2 CHỌNLỰAVẬTLIỆUMAYTÚI 22

2.2.1 Sơ lược về vật liệu địa kỹ thuật 22

2.2.2 Giới thiệu về vải địa kỹ thuật 23

2.2.3 Đặc tính, chức năng và ứng dụng của vải địa kỹ thuật 25

2.2.4 Chọn vải địa kỹ thuật để may túi 26

2.3 CÁCHTHỨCMAYTÚI 28

2.3.1 Kiểu may 29

2.3.2 Mũi may và chỉ khâu 30

2.3.3 Thí nghiệm chọn mối nối 30

2.3.4 Các mẫu thử 31

2.3.5 Kết quả thí nghiệm 32

2.4 CHỌNLỰAHÌNHDẠNG,KÍCHTHƯỚCTÚI 35

2.4.1 Chọn hình dạng và kích thước túi/bao địa kỹ thuật 35

2.4.2 Độ bền cơ học của bao cát (Thí nghiệm thả rơi) 36

2.4.3 Giải pháp bao cát địa kỹ thuật có đuôi neo 39

2.5 KẾTLUẬNCHƯƠNG 42

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 43

3.1 PHÂNTÍCHỔNĐỊNHĐỊAKỸTHUẬT 44

3.1.1 Nguyên lý ổn định bờ, mái dốc 44

3.1.2 Nguyên lý ổn định mái đê sử dụng bao cát đkt 49

3.2 PHÂNTÍCHỔNĐỊNHTHỦYLỰC 51

3.2.1 Cơ chế phá hoại lớp áo bao cát dưới tác động thủy lực 51

3.2.2 Một số công thức ổn định thủy lực hiện có 52

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH 56

4.1 TÍNHTOÁNTHIẾTKẾMÁIDỐCBẰNGBAOCÁT 56

4.1.2 Trình tự tính toán 58

4.1.3 Tính toán bố trí cốt neo 60

4.1.4 Áp dụng thiết kế cho mặt cắt đê đại diện 64

4.2 NGHIÊNCỨUHIỆUQUẢCỦABAOCÁTĐKTBẢOVỆMÁIĐÊ 65

4.2.1 Giới thiệu phần mềm Rocscience Silde v6.0 65

4.2.2 Tính toán đại diện cho trường hợp A – đắp đất tự nhiên 68

4.2.3 Tính toán đại diện cho trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái 70

4.2.4 Tổng hợp kết quả tính toán 72

4.2.5 Kết luận 72

4.3 TÍNHTOÁNỔNĐỊNHTHỦYLỰC 73

4.3.1 Chọn công thức tính toán ổn định thủy lực 73

4.3.2 Trường hợp tính toán 73

4.3.3 Kết quả tính toán 74

4.3.4 Kết luận 75

KẾT LUẬN .76

1 KẾTQUẢĐẠTĐƯỢC 76

2 HẠNCHẾ,TỒNTẠI 76

3 HƯỚNGKHẮCPHỤC,ĐỀXUẤT 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC BẰNG PHẦN MỀM ROCSCIENCE SLIDE V6.0 78 I SỐLIỆUĐẦUVÀO 78

1) CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CHUNG 78

2) SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN 80

II KẾTQUẢTÍNHTOÁN 81

1) TRƯỜNG HỢP 1- HỆ SỐ MÁI M =1,0 81

2) TRƯỜNG HỢP 2- HỆ SỐ MÁI M =1,5 85

3) TRƯỜNG HỢP 3- HỆ SỐ MÁI M =2,0 89

4) TRƯỜNG HỢP 4- HỆ SỐ MÁI M =2,5 93

5) TRƯỜNG HỢP 5- HỆ SỐ MÁI M =3,0 97

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: So sánh tính chất vật liệu địa kỹ thuật 23

Bảng 2-2: Một số thông số vật liệu polymer 23

Bảng 2-3: Tóm tắt tính chất của các loại vải địa kỹ thuật 24

Bảng 2-4: Quan hệ giữa chức năng, đặc tính và ứng dụng 25

Bảng 2-5: Tiêu chuẩn kỹ thuật vải địa kỹ thuật TS30 28

Bảng 2-6: Một số kiểu may nối thông dụng 29

Bảng 2-7: Kết quả thí nghiệm kéo của mũi may chằng 33

Bảng 2-8: Kết quả thí nghiệm kéo móc xích kép 33

Bảng 2-9: Bảng tổng hợp cường độ của các loại mối nối 34

Bảng 2-10: Biểu đồ lực kéo và độ dãn dài của mối nối B2-3 35

Bảng 2-11: Kết quả thí nghiệm thả rơi bao trên nền cứng 38

Bảng 2-12: Kết quả thí nghiệm thả rơi bao cát trên nền mềm 38

Bảng 2-13: Kết quả thí nghiệm kéo bao cát 41

Bảng 3-1: Công thức ổn định cho túi địa kỹ thuật có xét đến tác động của biến dạng 54

Bảng 4-1: Giá trị mặc định của các hệ số kéo neo F* và α 63

Bảng 4-2: Bảng tổng hợp tính năng của một số phần mềm tính toán mái dốc 67

Bảng 4-3: Tổng hợp đánh giá một số phần mềm 67

Bảng 4-4: Các trường hợp tính toán ổn định địa kỹ thuật 68

Bảng 4-5: Tổng hợp kết quả tính toán hệ số ổn định 72

Bảng 4-6: Các trường hợp tính toán ổn định thủy lực 74

Bảng 4-7: Kết quả tính toán ổn định thủy lực của lớp phủ bao cát địa kỹ thuật 74

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0-1: Bản đồ nguy cơ ngập khu vực đồng bằng sông Cửu Long ứng với mực nước

biển dâng 1m 3

Hình 1-1: Bản đồ Quy hoạch thủy lợi ĐBSCL bao gồm các hệ thống đê chính 8

Hình 1-2: Mái đê bị nứt và sạt trượt 11

Hình 1-3: Đê biển Cà Mau bị sụt lún do đất chưa kịp cố kết 12

Hình 1-4: Thảm vải địa kỹ thuật 13

Hình 1-5: Bao cát vải địa kỹ thuật (thi công trên cạn và dưới nước dùng xà lan) 13

Hình 1-6: Ống vải địa kỹ thuật (bên trái: vải dệt, bên phải: vải không dệt) 14

Hình 1-7: Đập mỏ hàn làm bằng bao cát vải địa kỹ thuật ở Maroochy, Australia 14

Hình 1-8: Công trình đập hướng dòng thuộc dự án Naviduct ở Enkhuizen, Hà Lan 15

Hình 1-9: Công trình cầu Incheon, Hàn Quốc sử dụng hơn 14km túi địa kỹ thuật 15

Hình 1-10: Ứng dụng bao địa kỹ thuật sinh thái bảo vệ mái dốc ở Singapore 16

Hình 1-11: Túi địa kỹ thuật được sử dụng tại bãi biển Hội An, Quảng Nam 16

Hình 1-12: Kè mỏ hàn tại Cửa Lở, Quảng Nam 16

Hình 1-13: Công trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương, Tp Phan Thiết dài 1,7km 17

Hình 1-14: Kè bảo vệ khu resort Làng Tre, tỉnh Bình Thuận 17

Hình 1-15: Đoạn kênh thực hiện dự án trước (hình trái) và sau khi xây dựng công trình (hình phải) 18

Hình 1-16: Công trình sử dụng kết hợp bao cát và thảm cát địa kỹ thuật 19

Hình 1-17: Mặt cắt ngang đê đắp bằng đất truyền thống, mái = 3÷4 20

Hình 1-18: Ứng dụng túi địa kỹ thuật giảm kích thước mái đê, m = 1÷2 20

Hình 2-1: Vải địa kỹ thuật loại dệt 24

Hình 2-2: Các loại kiểu may chọn làm thí nghiệm 30

Hình 2-3: Mũi may chằng (trái), mũi may móc xích (phải) 30

Hình 2-4: Kích thước của mẫu thử 31

Hình 2-5: Sơ đồ các mẫu thử đường may bao trong thí nghiệm kéo 31

Hình 2-6: Biểu đồ lực kéo và độ dãn dài của mối nối A2-1 32

Hình 2-7: Biểu đồ lực kéo và độ dãn dài của mối nối A2-2 32

Hình 2-8: Thí nghiệm kéo mối nối A2-1(Phá hoại do rách vải) 35

Hình 2-10: Thí nghiệm kéo mối nối B2-3 (Phá hoại do rách vải) 35

Hình 2-11: Bao cát sau khi được đổ đầy (trái) và mái dốc bằng bao thí điểm (phải) 36

Hình 2-12: Thí nghiệm thả rơi bao trên nền cứng 37

Hình 2-13: Thí nghiệm thả rơi bao trên nền mềm 38

Hình 2-14: Kết quả thí nghiệm thả rơi bao trên nền cứng: Bao bị bóp méo (trái), bao bị thủng (giữa), dây rút buộc miệng bao đứt (phải) 38

Hình 2-15: Các hình thức phá hoại bao khi thả rơi trên nền cát - Bao bị biến dạng do tụt dây buộc (trái), dây buộc bị đứt (phải) 39

Hình 2-16: Sơ đồ thí nghiệm kéo bao cát 40

Hình 2-17: Thí nghiệm kéo bao cát 40

Hình 2-18: Thí nghiệm kéo với chiều cao kết cấu khác nhau 40

Hình 2-19: Kết quả thí nghiệm kéo bao cát 41

Hình 3-1: Mặt trượt tính toán theo phương pháp Fellenius 46

Hình 3-2: Các lực tác dụng lên mặt trượt thứ i theo Fellenius 46

Hình 3-3: Mặt trượt tính toán theo phương pháp Bishop 47

Hình 3-4: Các lực tác dụng lên mặt trượt thứ i theo Bishop 48

Hình 3-5: Sơ đồ mái dốc bằng bao cát ĐKT tính như mái dốc có cốt 49

Hình 3-6: Các thành phần của mái dốc có cốt 50

Hình 3-8: Cơ chế truyền tải trọng của đất có cốt 51

Hình 4-2: Phân tích ổn định mái dốc có cốt bằng PP cân bằng giới hạn điều chỉnh 57

Hình 4-3: Các thông số cần thiết để thiết kế mái dốc có cốt 59

Hình 4-4: Vùng cần gia cố xác định bằng cung quay và mặt trượt đạt ổn định thiết kế 59

Hình 4-5: Sơ đồ xác định lực neo thiết kế 60

Hình 4-6: Biểu đồ để xác định lực neo thiết kế (Schmertmann, et.al., 1987) 61

Hình 4-7: Mặt cắt thực tế (phải) và mặt cắt thiết kế mái dốc (trái) 64

Hình 4-8: Sơ đồ tính toán trường hợp A – đắp đất tự nhiên 69

Hình 4-9: Kết quả tính toán trường hợp A – đắp đất tự nhiên 69

Hình 4-10: Sơ đồ tính toán trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái đê 71

Hình 4-11: Kết quả tính toán trường hợp B – sử dụng bao cát đkt bảo vệ mái đê 71

Hình 4-12: Biểu đồ phân tích quan hệ giữa hệ số ổn định trong 2 trường hợp A - B 72

Hình 4-13: Mặt bằng hướng sắp xếp A và B 74

M Ở ĐẦU

Trong vài thập niên gần đây do biến đổi khí hậu toàn cầu, thiên tai xảy ra khốc liệt hơn Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, sạt lở , xuất hiện nhiều hơn, với cường độ lớn hơn, diễn biến phức tạp khó lường hơn Đặc biệt trong tương lai biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ kéo theo tình trạng nước biển dâng Theo cảnh báo của Liên Hiệp Quốc thì Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng nước biển dâng Và trong các vùng lãnh thổ của Việt Nam, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có địa hình thấp (nhiều nơi cao trình chỉ cao hơn từ 20 đến 30cm so với mặt nước biển), đường bờ biển dài, hệ thống sông rạch chằng chịt nên được đánh giá là khu vực chịu ảnh hưởng mạnh mẽ và nghiêm trọng nhất

Theo Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam năm 2012 (Bộ Tài nguyên

và Môi trường, 2012) [1], vào cuối thế kỷ 21 với 3 kịch bản phát thải, nước biển dâng cao nhất là ở khu vực Cà Mau đến Kiên Giang từ 54cm đến 105cm Trường hợp nước biển dâng 1m, sẽ có khoảng 39% diện tích ĐBSCL có nguy cơ bị ngập, 70% diện tích đất ở ÐBSCL bị xâm nhập mặn, mất khoảng hai triệu ha đất trồng lúa Theo đó, thời gian ngập úng ở ÐBSCL có thể kéo dài bốn đến năm tháng, khiến 8,5 triệu người bị mất nhà ở Đi kèm với biến đổi khí hậu, nước biển dâng là tình trạng thay đổi dòng chảy, sạt lở, bồi lắng

ở ven biển, kênh, rạch,…diễn ra rất nghiêm trọng gây thiệt hại về tài sản, con người, hư hỏng hệ thống cơ sở hạ tầng, kiềm hãm sự phát triển của khu vực Không những thế, nhiều

dự báo khoa học cho thấy, các hiểm họa thiên tai, dịch bệnh sẽ xảy ra ở mức độ nặng nề hơn, nếu không có giải pháp chủ động can thiệp, giảm nhẹ ngay từ bây giờ

Đối với ĐBSCL, hệ thống đê, bờ bao từ lâu đã là tấm lá chắn bảo vệ an toàn hiệu quả Các tuyến đê biển, đê sông, bờ bao kết hợp với các công trình khác như kè, cống, đai rừng phòng hộ,… có tác dụng kiểm soát lũ, ngăn mặn, giữ ngọt, phòng chống tình trạng sạt lở đang diễn ra ngày càng thường xuyên và nghiêm trọng Tuy nhiên hệ thống đê ở ĐBSCL còn rất thiếu và yếu, chưa được xây dựng đồng bộ

Hiện nay nhu cầu xây dựng, nâng cấp hệ thống đê ở ĐBSCL trong bối cảnh ứng phó biến đổi khí hậu nước biển dâng rất lớn Theo đề tài “Rà soát quy hoạch hệ thống đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang” các tỉnh ĐBSCL trong những năm tới cần nâng cấp, xây

bờ bao.[2] Mặc dù vậy, vùng ĐBSCL với đặc điểm địa hình nền đất yếu, hệ thống sông rạch chằng chịt, chịu ảnh hưởng của thủy triều và tác động thường xuyên của biến đổi khí hậu, vấn đề xây dựng các công trình thủy lợi, giao thông như đê, kè, đường giao thông,…

ở ĐBSCL gặp nhiều trở ngại do nền đất yếu, chi phí san lấp mặt bằng, xử lý nền, gia cố mái… để xây dựng công trình rất tốn kém Ở các nước phát triển, các phần nền đê, mái đê đắp trong vùng đất yếu thường được duy trì bằng cách cải tạo đất, thay thế đất hoặc các phương pháp gia cố đất Tuy nhiên, trong trường hợp kinh phí còn eo hẹp của nước ta đặc biệt là vùng ĐBSCL, những phương pháp này thường không áp dụng được vì sử dụng các vật liệu có giá thành cao và không tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, đặc biệt là chưa thích ứng được với trình độ lao động thủ công ở nước ta Việc đầu tư hàng ngàn km

đê để hoàn thiện hệ thống đê đảm bảo làm việc hiệu quả với các giải pháp thông dụng hiện nay thì chi phí vượt quá khả năng đầu tư của Trung ương cũng như địa phương

Thực tế trên cho thấy, việc nghiên cứu công nghệ, vật liệu mới ứng dụng vào xây dựng nâng cấp đê ở ĐBSCL là cần thiết để làm cơ sở đề xuất giải pháp xây dựng công trình phù hợp và hiệu quả

Hình 0-1 : Bản đồ nguy cơ ngập khu vực đồng bằng sông Cửu Long ứng với mực nước

biển dâng 1m

“Nghiên cứu ứng dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng, nâng cấp đê ở đồng bằng sông Cửu Long”

3 M ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Đề xuất cơ sở khoa học về sử dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng, nâng cấp đê

ở đồng bằng sông Cửu Long

 Đề xuất phạm vi, giải pháp thiết kế túi địa kỹ thuật cho xây dựng nâng cấp đê ở ĐBSCL

 Thu thập tài liệu, nghiên cứu tổng quan về hệ thống đê ở ĐBSCL và đánh giá

ưu nhược điểm và những hạn chế, tồn tại cần khắc phục

 Nghiên cứu tổng quan về vải địa kỹ thuật và các giải pháp ứng dụng trong xây dựng công trình

 Nghiên cứu, tính toán ứng dụng túi địa kỹ thuật vào xây dựng nâng cấp đê trong điều kiện ở ĐBSCL

 Cách tiếp cận

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, cơ chế hoạt động của vật liệu, thực tiễn các công trình đã được nghiên cứu ứng dụng từ trước đến nay, bằng phương pháp phân tích sẽ đánh giá được ưu nhược điểm của giải pháp xây dựng và nâng cấp đê ở ĐBSCL Trên cơ sở thí nghiệm, tính toán đề xuất giải pháp ứng dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng nâng cấp đê

ở ĐBSCL

Tiếp cận thực tiễn: Tiếp cận thực trạng và yêu cầu thực tiễn trong xây dựng và nâng cấp đê

ở ĐBSCL nhằm rút ra ưu điểm và hạn chế của các giải pháp hiện có

Tiếp cận phương pháp khai thác, sử dụng hợp lý vật liệu mới: Tiếp cận với các thành tựu khoa học công nghệ, các tiến bộ kỹ thuật trên thế giới về công nghệ, kỹ thuật để ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật

Tiếp cận các thí nghiệm và kết quả đã nghiên cứu trước đây về xây dựng và nâng cấp đê tổng hợp bổ sung hoàn thiện cơ sở dữ liệu phục vụ đề tài nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu

o Phương pháp kế thừa

Sử dụng chọn lọc các kết quả nghiên cứu ứng dụng về túi địa kỹ thuật có trên thế giới và trong nước liên quan đến đề tài

o Phương pháp điều tra khảo sát, thí nghiệm

Dựa trên kinh nghiệm thực tế, thu thập điều tra các loại tài liệu tổng quan về đê, bờ

Tham gia thí nghiệm, rút ra những kết quả, hệ số thực nghiệm để thiết kế túi địa kỹ thuật

o Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phần mềm mô phỏng

Dựa trên các tài liệu thu thập được, xây dựng các sơ đồ tính toán hợp lý, mô phỏng nguyên lý làm việc thực tế bằng các phần mềm tính toán địa kỹ thuật Từ kết quả tính toán đề xuất phạm vi, hình thức sử dụng túi địa kỹ thuật để xây dựng, nâng cấp

đê, bờ Bao

 (i)Tính toán, chọn lựa được kết cấu cách thức thực hiện túi địa kỹ thuật, đồng thời (ii) làm rõ được tính ổn định và biến dạng của túi khi ứng dụng vào công trình và (iii) chỉ ra ưu điểm và hiệu quả của túi địa kỹ thuật

 Nghiên cứu, lý luận để đề xuất giải pháp thiết kế, tính toán khối đắp sử dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng và nâng cấp đê

 Mở rộng đề tài làm cơ sở cho việc ứng dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng

và nâng cấp đê bờ bao ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.1 Gi ới thiệu về hệ thống đê ở ĐBSCL

Hệ thống đê bao, bờ bao ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là hệ thống công trình đa mục tiêu nhằm bảo vệ an toàn cho người dân, cơ sở hạ tầng, phát triển sản xuất, đồng thời kết hợp với công trình kiểm soát lũ, mặn để lấy phù sa, nuôi trồng thủy sản và vệ sinh đồng ruộng

Hi ện trạng hệ thống đê, bờ bao ở ĐBSCL

1.1.1.1

Theo chức năng, hệ thống đê, bờ bao ở ĐBSCL gồm 2 loại chính:

- Kiểm soát lũ: Để kiểm soát lũ, hiện vùng ngập lũ ĐBSCL đã hình thành hệ thống

đê và bờ bao với tổng chiều dài khoảng 13.000 km, trong đó có 7.000 km bờ bao chống lũ tháng 8 để bảo vệ lúa Hè-Thu Ngoài ra còn có hơn 200 km đê bao giữ nước chống cháy cho các vườn quốc gia và rừng tràm sản xuất tập trung

- Kiểm soát mặn và triều cường: Vùng ven biển ĐBSCL đã xây dựng 450 km đê biển, 1.290 km đê sông và khoảng 7.000 km bờ bao ven các kênh rạch nội đồng để ngăn mặn, triều cường và sóng bão cho vùng ven biển

Phân theo khu vực, ĐBSCL bao gồm các khu vực sau:

 Vùng tả sông Tiền: Hệ thống đê, bờ bao cơ bản khép kín cho toàn bộ diện tích canh

tác (mật độ khoảng 29,6 m/ha), song chủ yếu có quy mô bao vùng nhỏ, đắp bằng đất tại chỗ, hàng năm sau mỗi mùa lũ đều bị sạt lở, xuống cấp nên phải tu sửa thường xuyên Hệ thống đê ngăn mặn vùng dự án Bảo Định xây dựng tương đối hoàn chỉnh Vùng dự án giữa hai sông Vàm Cỏ, dự án 79 và Bắc Đông, hệ thống bờ bao chống lũ đầu vụ còn rất yếu kém, gần như cần phải xây dựng mới

 Vùng giữa sông Tiền – sông Hậu: đã xây dựng 1.748 km bờ bao/đê bao kiểm soát

lũ; 281 km đê sông - cửa sông và 133 km đê biển Tuyến đê biển – đê cửa sông tuy

đã hình thành nhưng còn thấp, yếu, cần tiếp tục nâng cấp, hoàn chỉnh Vấn đề kết hợp tuyến đê biển và giao thông ven biển còn hạn chế

 Vùng Tứ giác Long Xuyên (TGLX): Với sự đầu tư mạnh mẽ trong những năm gần

đây, vùng TGLX đã hình thành một hệ thống thủy lợi tương đối hoàn chỉnh trong

đó có 4.485 km bờ bao/đê bao kiểm soát lũ và 63 km đê biển Do nằm trên băng thoát lũ nên ở vùng TGLX đã hình thành 2 loại đê bao: Đê bao kiểm soát lũ cả năm

Tám (tổng chiều dài 2.365 km), bảo vệ 97.234 ha đất 2 vụ Ở Kiên Giang đã có hệ thống bờ bao tháng Tám bảo đảm khoảng 70.000 ha 2 vụ

o Cụm công trình thoát lũ ven biển Tây: Bao gồm tuyến đê biển Rạch Giá - Ba Hòn dài 75 km, rộng mặt 3-6 m, cao trình đỉnh +2,0 m; hệ thống gồm 23 cống ven biển Tây; Các cửa thoát lũ là các cầu trên QL80 với khoảng 35 cửa

o Cụm công trình kiểm soát lũ dọc kênh Vĩnh Tế: Bao gồm tuyến đê ngăn lũ tràn biên giới từ Châu Đốc đến Tịnh Biên và từ Ba Chúc đến đầu kênh Hà Giang; Tuyến đê được đắp phía bờ Nam kênh Vĩnh Tế; đặc biệt là hệ thống

bờ bao ngăn mặn và bơm tiêu sau mùa lũ để đẩy nhanh vụ Đông - Xuân

 Vùn g bán đảo Cà Mau: Tổng chiều dài đê biển 282 km (phía biển Tây 149 km,

phía biển Đông 133 km) Cùng với các đê dọc ven biển, đê cửa sông lớn, còn có các tuyến bờ bao dọc các kênh trục, kênh cấp I (1.352 km) Tuy nhiên khả năng trữ ngọt, kết hợp giao thông nông thôn còn hạn chế Kích thước bờ bao còn nhỏ, các tuyến chưa khép kín, cống dọc theo tuyến thiếu, vì vậy hàng năm phải chi phí đắp đập tạm, vừa rất tốn kém vừa không cho phép tiêu thoát nước nội đồng [3]

Thành t ựu của hệ thống đê ĐBSCL

1.1.1.2

Cùng với hệ thống công trình thủy lợi khác được hình thành qua hàng trăm năm cũng như trong hơn 30 năm đầu tư xây dựng; hệ thống đê, bờ bao ở ĐBSCL đã góp phần to lớn trong thành tựu chung của hệ thống thủy lợi ĐBSCL, phần nào đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu vực Hệ thống đê bờ bao ĐBSCL đã đạt được một số thành tựu sau đây:

 Về kiểm soát lũ, ngay từ những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ 20, đứng trước yêu cầu tăng vụ, đảm bảo sản xuất vụ Hè - Thu, người dân vùng ngập

lũ ĐBSCL đã triển khai dạng bờ bao kiểm soát lũ đầu vụ (tháng Tám), mang lại hiệu quả thiết thực cho vùng ngập lũ Đến nay, tuy việc phát triển hệ thống bờ bao kiểm soát lũ đầu vụ, kể cả nhiều nơi chuyển sang hình thức kiểm soát lũ cả năm ngay trong vùng ngập trung bình (từ 1,5-2,5 m) là tự phát, không theo quy hoạch, song, cùng với hệ thống kiểm soát lũ do Nhà nước đầu tư, trong đó có đê bảo vệ các khu dân cư tập trung, thì phải thấy rằng, kiểm soát lũ ĐBSCL là hướng đi đúng đắn, đã đạt những thành quả đáng kể, giúp ổn định và phát triển kinh tế - xã hội nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng trong vùng ngập lụt Cùng với hệ thống các cụm dân cư được xây dựng theo chương trình dân cư vùng ngập lũ, hệ thống giao thông kết hợp thủy lợi đã kết nối các khu dân cư với

hệ thống giao thông liên huyện, liên tỉnh và quốc gia, tạo thành địa bàn sinh

Hình 1-1 : Bản đồ Quy hoạch thủy lợi ĐBSCL bao gồm các hệ thống đê chính

 Về kiểm soát mặn, triều cường: hệ thống đê vùng ven biển và cửa sông ĐBSCL đã từng bước ngăn mặn, kiểm soát triều cường, sóng cao và đang nâng dần lên khả năng chống chọi với nước dâng do bão Nhiều tuyến đê đã phát huy tốt hiệu quả trong kiểm soát mặn và phòng tránh thiên tai, như các tuyến đê biển Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang… Các tỉnh Bến Tre, Cà Mau, tuy hệ thống đê biển chưa khép kín nhưng từng đoạn tuyến cũng đã phát huy tác dụng tích cực trong bảo vệ sản xuất nông nghiệp

 Về kết hợp giao thông - thủy lợi - dân cư, nhờ thực hiện Quyết định 99/QĐ- TTg, hầu hết công trình thủy lợi xây dựng trong thời gian sau này ở tất cả các vùng đều có sự kết hợp khá tốt giữa nạo vét, nâng cấp kênh, xây dựng bờ bao

với giao thông nông thôn, giao thông liên huyện, bố trí địa bàn dân cư…, đặc biệt ở vùng ngập lụt

 Về chống xói lở bờ biển, xói lở, bồi lắng sông, kênh, trong những năm qua đã có nhiều công trình bảo vệ bờ được xây dựng, việc nạo vét cửa sông, dọc kênh cũng được thực hiện, mang lại hiệu quả nhất định trong bảo vệ các khu dân cư, các công trình ven biển, ven sông, đảm bảo khả năng cấp nước, thoát lũ của toàn hệ thống…[3]

Hầu hết các tuyến đê biển và đê cửa sông ĐBSCL đều có đặc điểm: được xây dựng qua nhiều thời kỳ, với nhiều chủ đầu tư, không có quy hoạch tổng thể, vì thế không thống nhất

về tuyến, về chỉ tiêu kỹ thuật, hầu như chưa đề cập tới nhu cầu lợi dụng tổng hợp, thiếu tầm nhìn để phát triển cho tương lai lâu dài Nhiều tuyến đê biển, đê cửa sông hiện chưa

có đủ khả năng phòng chống thiên tai, trước nước dâng do gió bão, triều cường Các tuyến

đê biển, đê cửa sông chưa khép kín, nhiều đoạn đê còn thiếu cầu, cống hoặc có nhiều nhưng hầu như hư hỏng nặng, do đó chưa chủ động trong tiêu úng, tiêu phèn, hạn chế hiệu quả ngăn mặn, giữ ngọt, chưa đáp ứng yêu cầu nuôi trồng thủy sản, chưa đảm bảo yêu cầu kết hợp giao thông ven biển, chưa đáp ứng được yêu cầu chuyển đổi sản xuất cho một số vùng

Các tuyến đê được phê duyệt nâng cấp theo QĐ 667 năm 2009 của Chính phủ chủ yếu là

đê biển và đê cửa sông Tuy nhiên, việc đầu tư chưa được tập trung, thiếu đồng bộ, mang nặng tính chắp vá chưa kiên cố chủ yếu mới chỉ tập trung vào củng cố vững chắc thân đê,

xử lý nền đê, cứng hóa mặt đê, trồng cây chắn sóng ven đê Các tuyến đê này còn rất nhiều tồn tại cần khắc phục:

- Về tổng thể tuyến đê: chưa được khép kín, nhiều đoạn cong, cua, chiều rộng mặt

đê hiện trạng khoảng (1,5-5)m nên khi bão lũ xảy ra kết hợp với triều cường dâng cao tràn bờ làm ảnh hưởng rất lớn đến đời sống, các hoạt động canh tác cũng như an toàn sinh mạng của người dân sống trong vùng bảo vệ của tuyến đê Đặc biệt, rất khó khăn trong công tác ứng phó, cứu hộ trong mùa mưa lũ, bão

- Đê nằm sâu trong khu dân cư, trong khi dân ra ngoài sinh sống, sản xuất từ

- Về quy mô, kết cấu đê, kè chỉ đảm bảo chống bão cấp 9, triều cường 5% Với trường hợp bão trên cấp 9 gặp triều cường sẽ xảy ra tình trạng hư hỏng dẫn tới nguy cơ mất an toàn đê điều ở các tuyến đê biển

- Về cao trình mặt đê: cao trình đỉnh đê ở nhiều đoạn còn thấp và thiếu nhiều so với cao trình đê thiết kế (nhiều đoạn cao trình đỉnh đê chỉ đạt từ +2,7 - +3,3) Nhiều đoạn mặt đê chưa được cứng hóa nên dễ bị hư hỏng khi nước tràn qua gây xói mặt và mái hạ lưu Nhiều đoạn đê bị lún, không còn giữ được cao trình thiết

kế

- Về mái đê: Mái đê phía biển thường có hệ số mái từ 2÷4 và phía đồng từ m=1,5÷3, nhiều đoạn không có cỏ bảo vệ, rất nguy hiểm khi có sóng vượt mặt đê tác động trực tiếp lên mái

- Chưa chú trọng tới giải pháp trồng và bảo vệ rừng ngập mặn phía ngoài đê

- Đê không được duy tu thường xuyên vì thế nhiều đoạn đã xuống cấp, rất nhiều cống dưới đê bị hư hỏng nặng hoặc bị bồi lắng, gây trở ngại lớn cho vận hành, cho thoát lũ (Viện Quy hoạch Thuỷ lợi miền Nam, 2015) [2]

1.1.2 Phân tích đánh giá một số vấn đề cần giải quyết về xây dựng, nâng cấp đê ở

ĐBSCL liên quan đến đề tài

Như đã nêu ở trên những hạn chế, tồn tại chủ yếu trong hệ thống đê ở ĐBSCL chủ yếu thuộc các công trình đê biển, đê cửa sông, đê sông lớn Luận văn sẽ phân tích, đánh giá sơ

bộ các thông số kỹ thuật, các hư hỏng thường xảy ra trong hệ thống đê biển từ đó rút ra các vấn đề để đề xuất giải pháp ở các chương sau

Đánh giá thông số kỹ thuật đê biển ở ĐBSCL

1.1.2.1

Cao trình đỉnh đê: Tùy từng đoạn đê mà cao trình mặt đê có khác nhau, các tuyến đê cửa

sông đã được nâng cấp có cao trình dao động từ 3,5-4m; các đoạn đê trực diện với biển có cao trình từ +4,5 - +5,0m Với cao trình thiết kế đê biển như trên thực tế vẫn thấp hơn so với cách tính toán hiện tại Chính vì thế cần có những giải pháp thích hợp đối với cao trình

đê đã được nâng cấp Đối với các đoạn đê chưa được nâng cấp thì cao trình còn thiếu nhiều hơn

Chiều rộng mặt đê: Các tuyến đê được đầu tư nâng cấp có chiều rộng mặt đê thiết kế đều

được lấy theo đúng giải pháp kỹ thuật đã được quy định trong 667/QĐ-TTg Vì vậy, chiều rộng mặt đê ở những đoạn này đều đảm bảo tối thiểu rộng 5-6m

Độ dốc mái đê: Độ dốc mái đê thiết kế đều lấy với mái ngoài từ 3÷4, mái trong 2÷3 Mái

ngoài thiết kế được gia cố bảo vệ chủ yếu bằng cấu kiện bê tông tấm lát, hoặc đá xây, phía trong được trồng cỏ, một số đoạn để cỏ mọc tự nhiên

Vật liệu đắp đê: đất đắp đê tùy theo chất đất của từng vùng, các loại đất thường được sử

trên nền đất yếu thường là bùn Vì vậy khó xây dựng được các công trình kiên cố như các cống ngăn triều, các công trình bảo vệ đồng ruộng

M ột số hư hỏng thường gặp

1.1.2.2

Những đoạn đê trực diện với biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão, triều cường và sóng lớn, thường rất dễ bị sạt sập, có trường hợp mái sạt sập và sóng cuốn trôi 1/3÷1/2 thân đê Sạt sập là hiện tượng phổ biến nhất của đê ở ĐBSCL hiện nay, không phải chỉ đối với các tuyến đê được đắp bằng cát có tầng lọc ngược và lớp chống thấm, mà ngay cả đối với những đoạn đê có lát đá kè mái hoặc tấm lát bê tông tự chèn bảo vệ mái

Những đoạn đê có kết cấu bảo vệ yếu, sóng sẽ làm sập mái đê phía biển Những đoạn đê bảo vệ cứng phía biển, do cấp đê biển chưa đáp ứng được tần suất thiết kế nên sóng leo tràn qua đỉnh đê làm hư hỏng mái đê phía đồng có thể dẫn đến hiện tượng vỡ đê

Nhiều đoạn đê trước đây có rừng phòng hộ chắn sóng nên đoạn đê cơ bản vẫn đảm bảo an toàn trước điều kiện bất lợi của tự nhiên Hiện nay rừng phòng hộ bị phá hủy, đê chịu trực tiếp của sóng và thủy triều do vậy xảy dễ xảy ra nguy cơ sạt lở, vỡ đê

Trường hợp lũ lớn, lượng nước phía đồng tập trung nhanh do lưu lượng thoát lũ của cửa sông không kịp, sóng và triều ở mực nước biển thấp cũng là nguyên nhân gây ra sạt lở đê Những đoạn đê có nền yếu khi nước triều lên rồi xuống rất nhanh, dòng chảy do triều sẽ moi rỗng nền dẫn đến sạt lở hoặc sập đê ở những đoạn xung yếu

Hình 1-2 : Mái đê bị nứt và sạt trượt

Hình 1-3 : Đê biển Cà Mau bị sụt lún do đất chưa kịp cố kết Các v ấn đề sẽ đề xuất giải pháp trong luận văn

1.1.2.3

1.1.2.3.1 V ề vật liệu xây dựng

Công trình đê ở ĐBSCL thường có khối lượng đất dùng để đắp đê rất lớn Nếu lựa chọn đất tốt để đắp thì phải vận chuyển xa rất tốn kém và không phù hợp với điều kiện giao thông còn khó khăn trong vùng Vì thế, hầu hết các tuyến đê đều sử dụng vật liệu tại chỗ

để đắp

Đất đắp được khai thác từ các bãi vật liệu dọc tuyến đê, có độ ẩm cao, khả năng thoát nước kém lại được đắp trên nền đất yếu do đó không thể dùng máy đầm có tải trọng lớn để đầm đạt dung trọng cao Vật liệu đắp đê không tốt thường gây ra các vấn đề như: mất ổn định mái (sạt, trượt mái); lún nhiều làm cho đê không đảm bảo cao trình thiết kế sau một thời gian đưa vào sử dụng

Giải pháp bảo vệ mái đê phía sông/biển hầu hết đều dùng các giải pháp cứng thông thường như bê tông tấm lát, đá đổ, đá xây, cấu kiện bê tông đúc sẵn,… không phù hợp xu hướng sinh thái, thân thiện môi trường hiện nay Hơn nữa, giải pháp cứng thường có giá thành cao, kém linh hoạt để thích ứng với các vấn đề lún, biến dạng của nền nên thường xảy ra đứt gãy, hư hỏng khi nền chuyển vị, sạt lở

1.1.2.3.2 V ề thi công

Việc sử dụng vật liệu đắp đê tại chỗ thường kéo dài thời gian thi công do phải chờ từng lớp đất cố kết Mặt khác sử dụng đất tại chỗ nên độ ẩm rất cao nên không thể đầm nén theo tiêu chuẩn hiện hành mà chỉ sử dụng máy ủi hoặc máy đào san và đầm Chính vì vậy khi các tuyến đê thi công xong đưa vào khai thác vận hành một thời gian thì kết cấu mặt

đê thường bị phá vỡ, lồi lõm phải đắp dặm vá chỉnh sửa

Hơn nữa với đặc thù ở ĐBSCL, việc đưa các thiết bị thi công lớn đến công trường để đắp

đê gặp nhiều khó khăn do đường bộ còn thiếu thốn, hệ thống sông rạch chằng chịt nhưng nhỏ, cạn và vướng các công trình giao thông nông thôn bắc ngang kênh

Giải pháp đắp đê bằng đất hiện nay không thể thi công trong mùa mưa là một hạn chế lớn đối với việc đẩy nhanh tiến độ thi công xây dựng công trình

TÚI ĐỊA KỸ THUẬT

1.2.1 Gi ới thiệu công nghệ túi địa kỹ thuật trên thế giới

Túi địa kỹ thuật bao gồm lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật, bên trong chứa vật liệu đắp thường

là vật liệu có sẵn tại địa phương Lớp vải địa kỹ thuật được sản xuất với nhiều kích thước

để tạo ra túi, bao, thùng chứa, ống hoặc thảm chứa vật liệu như đất, cát, vữa hay vật liệu hỗn hợp Các vật liệu đắp đưa vào túi dưới dạng khô hoặc dùng bơm thủy lực Một số dạng túi địa kỹ thuật dưới đây:

• Thảm (mattress): túi vải địa kỹ thuật phẳng chứa đầy cát trong các ô riêng biệt)

• Túi (bags): chứa khoảng 0,3-5m³ vật liệu đắp

• Bao (container): chứa từ 100 đến 600 m³

• Ống (tube): dùng vải địa kỹ thuật dạng ống tương đối dài, vật liệu được bơm vào dạng lỏng) (PIANC, 2011) [9]

Hình 1-4 : Thảm vải địa kỹ thuật

Hình 1-6: Ống vải địa kỹ thuật (bên trái: vải dệt, bên phải: vải không dệt)

Mặc dù những thử nghiệm đầu tiên với túi địa kỹ thuật đã được thực hiện ở Mỹ, Hà Lan

và Đức từ cách đây 50 năm, những bao tải/túi địa kỹ thuật chứa cát chỉ được nghiên cứu ứng dụng cho các công trình ven biển trong 20 năm trở lại đây Sự phát triển kỹ thuật ứng dụng vải địa kỹ thuật bắt đầu từ kỹ thuật công trình thủy lợi và ven biển Nhiều ngành địa

kỹ thuật trong kỹ thuật dân dụng chỉ được phát triển sau đó Ngày nay túi địa kỹ thuật đã được ứng dụng trong các công trình chống sạt lở, đập, đê chắn sóng, bảo vệ bờ Những công trình này sử dụng các loại vải chuyên biệt khâu thành ống hay túi lớn được đổ hay bơm cát hoặc đất và lắp đặt

Giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật chứa vật liệu đắp cung cấp giải pháp linh hoạt, tiết kiệm và thân thiện với môi trường cho các công trình ven bờ sông, biển Đặc biệt tại các bãi biển cát động trung tính, nơi mà việc sử dụng cấu trúc cứng bằng bê tông, thép, đá trái với triết lý bảo vệ bờ bằng giải pháp mềm Túi vải địa kỹ thuật không dệt có nhiều ưu điểm như cấu trúc đá mềm Tính chất linh hoạt của túi vải ĐKT ứng xử tốt với các tải trọng thủy động lực theo chu kỳ và sự biến đổi hình thái đáy biển, lòng sông

Một số hình ảnh về ứng dụng công nghệ túi vải địa kỹ thuật trên thế giới được trình bày dưới đây:

Hình 1-8 : Công trình đập hướng dòng thuộc dự án Naviduct ở Enkhuizen, Hà Lan

Hình 1-9 : Công trình cầu Incheon, Hàn Quốc sử dụng hơn 14km túi địa kỹ thuật

Hình 1-10 : Ứng dụng bao địa kỹ thuật sinh thái bảo vệ mái dốc ở Singapore

1.2.2 Ứng dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam

Túi địa kỹ thuật được sử dụng trong các công trình thủy lợi như đập, đê, bờ bao, đê chắn sóng và thay thế cho khối đá hộc như vật liệu làm thân đê Đặc biệt đối với công trình ven

bờ, túi địa kỹ thuật có lợi thế đáng kể như bảo vệ xói so với lớp lọc dạng hạt giảm chi phí vật liệu đắp, tăng khả năng cố kết Túi địa kỹ thuật cũng có thể được sử dụng để gia cố nền hoặc bảo vệ bờ Việc sử dụng túi địa kỹ thuật có ưu điểm sử dụng vật liệu địa phương thay vì các vật liệu đắt tiền vận chuyển từ nơi khác đến

Ở Việt Nam, mấy năm gần đây, túi địa kỹ thuật cũng đã được ứng dụng, thử nghiệm tại một số bãi biển như: cửa biển Hoà Duân huyện Phú Thuận tỉnh Thừa Thiên Huế, cửa Lộc An huyện Đất Đỏ tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Bước đầu các công trình trên đã phát huy được hiệu quả, góp phần vào bảo vệ bờ, chống xói lở, tạo cảnh quan thân thiện môi trường [4]

Hình 1-11 : Túi địa kỹ thuật được sử dụng tại bãi biển Hội An, Quảng Nam

Hình 1-12 : Kè mỏ hàn tại Cửa Lở, Quảng Nam

Hình 1-13 : Công trình bảo vệ bờ biển Đồi Dương, Tp Phan Thiết dài 1,7km

Hình 1-14 : Kè bảo vệ khu resort Làng Tre, tỉnh Bình Thuận

 Dự án thí điểm bảo vệ bờ thí điểm tại Tiền Giang

Dự án nằm trên đoạn kênh Nguyễn Văn Tiếp B (tuyến thoát lũ chính từ Đồng Tháp Mười

ra sông Vàm Cỏ, đồng thời là tuyến giao thông thủy quan trọng nối liền vùng Đồng Tháp Mười với thành phố Hồ Chí Minh) thuộc xã Mỹ Lợi B, huyện Cái Bè tỉnh Tiền Giang Khu vực xây dựng bờ kè có chiều dài 42,5m Hiện tại, đây là một trong những khu vực sạt

lở nghiêm trọng nhất tuyến sông, bờ sông bị sạt lở ăn sâu vào mặt đường bê tông giao thông của xã có thể gây mất an toàn cho người dân bất cứ lúc nào Trong khuôn khổ thực hiện đề tài khoa học cấp tỉnh do sở NN&PTNT Tiền giang chủ trì, một mô hình kết hợp bảo vệ chống xói dưới nước bằng thảm cát và gia cố mái sạt lở bằng bao cát sinh thái đã được thực hiện và hoàn thành vào tháng 4 năm 2014

Giải pháp sử dụng bao cát được ứng dụng để bảo vệ mái bờ sông Bao cát được đổ đầy bằng cát san lấp ngay tại vị trí đặt bao và được may bằng máy may cầm tay Các bao được xếp chồng lên nhau và so le như xây gạch theo mái dốc 1:1 Chiều cao gia cố mái 2,1m và

11 tầng bao cát được xếp đặt Để bảo vệ chân bờ sông không bị xói lở bởi dòng chảy, giải pháp thảm cát được phát triển bởi PGS.TS.Trịnh Công Vấn được ứng dụng với chiều dài

các lớp vải dệt PP 50 có cường độ kéo 50Kn/m để làm cốt neo và bố trí 3 hàng bao đặt một lớp vải (tương đương chiều cao 60cm) Cát san lấp được vận chuyển bằng ghe nhỏ và được bơm trực tiếp theo từng lớp đề đổ bù cho khối đất bị sạt lở

Sau khi hoàn thành xếp đặt mái kè, một lớp đất được phủ lên bề mặt mái Thảm sơ dừa được đặt để chống xói cho đất và sẽ cung cấp chất hữu cơ sau khi bị phân hủy Cuối cùng,

cỏ chống xói mòn được trồng vừa để bảo vệ bao và đồng thởi tạo cảnh quan cho môi trường xung quanh

Kết quả, ứng dụng giải pháp dùng bao cát cho dự án thí điểm đã đạt được hiệu quả cao về chất lượng cũng như về kinh tế, môi trường Quá trình thi công nhanh, sử dụng hoàn toàn nguyên vật liệu rẻ, sẵn có và lao động thủ công tại địa phương, cùng với kỹ thuật thi công

và máy móc đơn giản (máy đầm cóc, máy bơm, máy may cầm tay) chứng tỏ giải pháp hoàn toàn dễ dàng áp dụng phổ biến cho bảo vệ bờ sông sạt lở hiện đang là một vấn đề cấp

bách của nước ta hiện nay (Trần Hoàng Bá, Trần Minh Tuấn và Trịnh Công Vấn, 2015) [6] [7]

Hình 1-15 : Đoạn kênh thực hiện dự án trước (hình trái) và sau khi xây dựng công trình

(hình phải)

Hình 1-16 : Công trình sử dụng kết hợp bao cát và thảm cát địa kỹ thuật

Hệ thống đê ở ĐBSCL là hệ thống công trình đa mục tiêu có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn tài sản và con người, ổn định sản xuất, tạo điều kiện phát triển bền vững cho vùng Bên cạnh đó, việc xây dựng nâng cấp đê ở ĐBSCL còn nhiều tồn tại, hạn chế cần giải quyết:

 Thiếu vật liệu đất đắp tại chỗ và đất đắp tại chỗ không đạt yêu cầu, buộc phải

sử dụng vật liệu vận chuyển từ nơi khác trong điều kiện giao thông còn khó khăn dẫn đến tăng chi phí xây dựng

 Do tính chất đất đắp yếu hạn chế chiều cao khối đắp, mái khối đắp phải mở rộng làm tăng diện tích mất đất, tăng khối lượng đắp làm giá thành công trình tăng cao

 Đất đắp và đất nền chủ yếu là á cát, á sét độ rỗng lớn, độ ngậm nước cao dẫn đến việc sạt lở, hư hỏng đê ngay trong quá trình thi công

 Thời gian xây dựng kéo dài do thời gian phơi đất chờ cố kết trước khi đắp và thời gian thi công bị giới hạn trong mùa khô

Hơn nữa, trước bối cảnh biến đổi khí hậu nước biển dâng, nguy cơ đối với hệ thống đê ở đây ngày càng lớn Tình trạng sạt lở bờ biển, bờ sông trong nhiều năm qua đã gây thiệt hại không nhỏ và ngày càng nghiêm trọng, trở thành vấn đề cấp bách phải giải quyết Sạt lở đất xảy ra ở hầu hết các con sông và ảnh hưởng trực tiếp đến nền kinh tế và xã hội của khu vực Để đối mặt với vấn đề này, chính phủ hàng năm đầu tư một ngân sách lớn để xây dựng các công trình bảo vệ bờ như đê kè Tuy nhiên, việc xây dựng công trình bảo vệ bờ

bảo vệ bờ, mái đê là những giải pháp cứng thông thường như đá đổ, rọ đá, đá bơm vữa, bê tông, khối bê tông đúc sẵn cũng còn nhiều nhược điểm như: giá thành cao, kém linh hoạt

để thích ứng với các vấn đề lún, co giãn của nền và mái đất, không thân thiện với môi trường

Việc sử dụng các cấu trúc vải địa kỹ thuật như một kết cấu mềm trong xây dựng đê, kè bảo vệ bờ được ứng dụng rộng rãi trên thế giới do những ưu thế mà nó mang lại so với các giải pháp truyền thống Với việc sử dụng túi địa kỹ thuật trong xây dựng và nâng cấp đê sẽ tận dụng tối đa được nguồn vật liệu địa phương, giảm chi phí xây dựng công trình Hơn nữa, việc sử dụng túi địa kỹ thuật còn có tác dụng gia cố nền, mái bờ đê, kè; gia tăng chiều cao đất đắp; hạn chế sạt lở Về mặt thi công, công nghệ túi địa kỹ thuật giúp đẩy nhanh tiến độ thi công do không bị giới hạn theo mùa, thi công đơn giản, tạo công ăn việc làm cho lao động địa phương và dễ dàng duy tu sửa chữa sau này

Trong khả năng có hạn của luận văn, phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc ứng dụng túi/bao vải địa kỹ thuật để bảo vệ mái đê thay thế đất đắp hoặc các kết cấu cứng khác trong xây dựng, nâng cấp đê ở ĐBSCL Minh họa ứng dụng túi/bao địa kỹ thuật trong xây dựng nâng cấp đê như hình sau:

Hình 1-17 : Mặt cắt ngang đê đắp bằng đất truyền thống, mái = 3÷4

Hình 1-18 : Ứng dụng túi địa kỹ thuật giảm kích thước mái đê, m = 1÷2

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÚI ĐỊA KỸ THUẬT

Túi địa kỹ thuật được làm từ cát, đất hoặc các vật liệu khác đổ đầy trong các túi vải địa kỹ thuật Ứng dụng túi địa kỹ thuật đã có lịch sử trên 50 năm và đang ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới Việc sử dụng túi địa kỹ thuật được xem là một giải pháp mềm mới thay thế cho các vật liệu cứng truyền thống trong các công trình thủy lợi, ổn định mái dốc Một loạt các công trình bảo vệ bờ thành công sử dụng giải pháp này được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới như Australia, Đức, Canada v.v…

Một số ưu điểm của túi vải địa kỹ thuật có thể tóm tắt như sau:

- Có thể làm tăng khả năng chịu lực của nền đất yếu lên 5÷10 lần

- Sử dụng túi địa kỹ thuật là giải pháp thân thiện môi trường do không sử dụng

xi măng và các thành phần hóa học

- Không yêu cầu thiết bị đặc biệt, có thể xây dựng chỉ bằng nhân lực

- Túi vải địa kỹ thuật có trọng lượng hầu như tương đương với trọng lượng đất nền

- Có thể sử dụng vật liệu đắp là chất thải vật liệu xây dựng như bê tông, nhựa đường, ngói vỡ cũng như các hạt sau khi xử lý rác thải Như vậy, túi vải địa

kỹ thuật cũng có thể góp phần vào việc tái chế vật liệu phế thải

- Các túi vải địa kỹ thuật có sức chịu nén rất cao

- Có tác dụng làm giảm tiếng ồn và rung động trong quá trình thi công, nhất là

so với phương pháp đóng cọc thường sử dụng trong gia cố nền đất yếu

- Có thể sử dụng ngay cả đối với nền đất yếu ngập nước (Hajime Matsuoka and Sihong Liu, 2006) [8]

Tận dụng những ưu điểm trên, luận văn đề xuất nghiên cứu việc ứng dụng túi địa kỹ thuật vào xây dựng, nâng cấp đê ở ĐBSCL Giải pháp bảo vệ mềm này đem lại lợi ích cả về kinh tế và môi trường hơn các giải pháp sử dụng vật liệu cứng truyền thống dùng bê tông,

đá Giải pháp sẽ đem lại hiệu quả nhờ các các đặc tính nổi bật sau:

 Ngăn được tác động dứt tách hạt vật liệu cuốn theo dòng chảy nên lớp vật liệu trên cùng có tác dụng là màn chống xói mòn

 Kết cấu là vật liệu mềm, nếu nền bị biến dạng thì bao biến dạng theo nên các hạt đất mịn ở đáy, hai bên bờ sông không thể chảy theo dòng nước, do đó tác dụng xâm thực của dòng nước bị khống chế

 Kết cấu lắp ghép theo từng đơn nguyên nên yêu cầu xây dựng tương đối đơn giản, sử dụng các thiết bị thi công đất, vật liệu và lao động phổ thông sẵn có tại địa phương; Có thể thi công trong điều kiện ngập nước, không cần xử lý nền

móng Điều này đặc biệt phù hợp với điều kiện tự nhiên của vùng và điều kiện kinh tế của nước ta hiện nay

 Kết cấu linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh cũng như loại bỏ khi cần nâng cấp hay thay đổi Ngoài ra, có thể trồng cỏ ngay trên bao cát vừa bảo vệ bao đồng thời tạo thảm cỏ xanh tự nhiên hòa hợp với cảnh quan sông nước xung quanh

Từ những ưu điểm và tính khả thi trong thực tiễn xây dựng, yêu cầu đặt ra của thiết kế túi địa kỹ thuật là phải đảm bảo độ chắc chắn, chống chịu được các tác động của tự nhiên, dễ dàng sản xuất và thuận tiện trong quá trình xây dựng bởi các thiết bị thi công đơn giản và lao động thủ công Việc thiết kế túi địa kỹ thuật trong chương này bao gồm chọn vật liệu đắp, vật liệu may túi, cách thức may túi và hình dạng, kích thước túi thích hợp

Một trong những lợi ích của việc sử dụng túi vải địa kỹ thuật trong xây dựng và nâng cấp

đê cho phép sử dụng vật liệu đắp tại chỗ địa phương giá rẻ Do đó, hầu hết các loại đất, cát, vật liệu thải có thể được sử dụng làm vật liệu đắp Tuy nhiên, đề xuất sử dụng cát làm vật liệu chứa trong túi vì những lý do sau:

- Cát là tài nguyên có sẵn ở nhiều nơi trong khu vực ĐBSCL

- Cát có tính thoát nước nhanh giúp thoát nước trong khối đắp phía sau

- Cát có cường độ chịu lực lớn so với các vật liệu như đất đắp

- Cát có thể trồng được một số loại thực vật , tạo thảm xanh thân thiện môi trường cho công trình

2.2.1 Sơ lược về vật liệu địa kỹ thuật

Vật liệu địa kỹ thuật được sản xuất từ những loại chủ yếu của vật liệu polimer:

Bảng 2-1: So sánh tính chất vật liệu địa kỹ thuật

(PET)

Polyamide (PA)

Polypropylene (PP)

Polyethylen (PE)

Cường độ chịu kéo ở 20oC (N/mm2)

Modul đàn hồi (N/mm2)

Biến dạng tới hạn (%)

2.2.2 Gi ới thiệu về vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là vật liệu phẳng, thấm, dạng màng, có thể không dệt, dệt kim hoặc dệt,

sử dụng tiếp xúc với đất và/hoặc các loại vật liệu khác Vải địa kĩ thuật được chế tạo từ những sản phẩm phụ của dầu mỏ, từ một hoặc hai loại polymer (polyamide) như polyester và/hoặc polypropylen Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải địa kĩ thuật có những đặc tính cơ lí hóa như sức chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi v.v khác nhau

Hầu hết các sản phẩm vải địa kỹ thuật có mặt tại Việt Nam đều được chế tạo bằng polyester và polypropylen Vải địa kĩ thuật được chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt và vải địa phức hợp

Nhóm dệt gồm những sợi được dệt ngang dọc giống như vải may, như vải địa kĩ thuật loại dệt polypropylen Biến dạng của nhóm này thường được thí nghiệm theo 2 hướng chính: hướng dọc máy và hướng ngang máy Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy Vải dệt thông thường được ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lí nền đất khi có yêu cầu

Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi)

Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt Nhà sản xuất may những

bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt

Hình 2-1 : Vải địa kỹ thuật loại dệt Bảng 2-3: Tóm tắt tính chất của các loại vải địa kỹ thuật

xoắn)

Vải dệt

Khả năng chống xói tốt tốt tốt tốt tốt

PP: <=1500 PA: <=800 PP: <=250

<=250 <=800

PET:<=40 loại khác:

<=20

Biến dạng tới hạn

PET: 10 - 20 PA: 20 - 30 PP: 10 -20

10 - 20 20 - 30

PET: 20 - 40 loại khác: 25 -

75

Mức độ thân thiện

2.2.3 Đặc tính, chức năng và ứng dụng của vải địa kỹ thuật

Khi thiết kế công trình, dựa trên mục tiêu, nhiệm vụ của công trình để phân tích các yêu cầu cần thiết; sau đó chọn lựa vật liệu và cấu kiện thích hợp đáp ứng các yêu cầu đặt ra Tương tự, khi ứng dụng vải địa kỹ thuật cho công trình nhất định, có thể chọn được loại vải địa kỹ thuật bằng cách xác định các chức năng chính cần có để đáp ứng yêu cầu của công trình

Trong các công trình xây dựng, vải địa kỹ thuật thường có 5 chức năng chính tách biệt

hoặc kết hợp sau đây: lọc, phân cách, thoát nước, gia cường và bảo vệ

Bước đầu tiên để đánh giá thiết kế và công dụng của vải địa kỹ thuật là xác định chức năng chủ yếu cần ứng dụng Các chức năng chủ yếu của một số loại ứng dụng thường gặp được biểu diễn ở bảng sau:

Bảng 2-4: Quan hệ giữa chức năng, đặc tính và ứng dụng

Gia cường Bền, cứng, giữ đất, thấm nước Gia cố mái dốc PET - dệt

Bảo vệ bờ và nền

PET, PP, PE,

PA dệt hay không dệt

Bảo vệ mái dốc chống xói lở Làm lớp giữ đất phía sau công trình Phân cách các lớp đất hoặc thoát nước

Bảo vệ/màn

chắn Đàn hồi, giữ đất, kín nước

Làm lớp lót/chống thấm cho hồ chứa HDPE, LDPE,

PVC-PECB, CPE

Bảo vệ hố đào và hố móng sâu Giữ chất thải

Bước tiếp theo là xác định các hệ số ảnh hưởng hay tác động tới hiệu quả của vải địa kỹ thuật và xác định các tính chất cần thiết để chống lại ảnh hưởng này

Các tính chất như cường độ và độ dãn dài bắt nguồn từ vật liệu cơ bản (polymers) và từ hình dạng sản phẩm (tính thấm và giữ đất) Ví dụ, đối với vật liệu địa kỹ thuật, độ bền và

độ cứng là hai đặc tính khác biệt của gia cố đất, do đó, nó đòi hỏi một vật liệu bền, tương

có tác động lớn đến ứng suất cho phép Vì vậy vải dệt bằng polyester là sự lựa chọn hợp

lý Do đó, chỉ có vải dệt PE và lưới PE với modul đàn hồi cao mới thích hợp như vật liệu gia cường

2.2.4 Ch ọn vải địa kỹ thuật để may túi

Chọn vải địa kỹ thuật là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng túi vải địa kỹ thuật và chi phí xây dựng Vì vậy, cần chọn đúng loại vải địa kỹ thuật phù hợp với chức năng ứng dụng và điều kiện khu vực xây dựng

Như giới thiệu ở trên vải địa kỹ thuật được chia thành ba loại chính: vải địa kỹ thuật dệt, vải địa kỹ thuật không dệt và vải địa kỹ thuật dệt kim Vải địa kỹ thuật dệt và dệt kim được đặc trưng bởi độ bền kéo cao, do đó chủ yếu được sử dụng như lớp cốt gia cố và lớp ngăn cách Hơn nữa, do độ dày nhỏ chúng có tính giãn dài kém và độ bền chống xuyên thủng nhỏ Ngược lại, đặc tính của vải địa kỹ thuật không dệt là tính giãn dài cao Vải không dệt có cường độ biến dạng chống thủng lớn, sức chịu ma sát cao nhờ độ dày lớn và được sử dụng chủ yếu như là lớp lọc (PIANC, 2011) Ngoài ra, vải địa kỹ thuật không dệt

có góc ma sát lớn hơn vải địa kỹ thuật dệt Các đặc tính của vải địa kỹ thuật không dệt thích hợp để sử dụng chế tạo túi ĐKT

Chọn loại vải phải dựa vào điều kiện làm việc của các túi ĐKT Các túi vải địa kỹ thuật chịu sự mài mòn liên tục do cát, sỏi, đá trong dòng chảy và sóng, vì vậy vải địa kỹ thuật phải có sức chịu ma sát cao Ngoài ra, các túi vải địa kỹ thuật còn chịu tác động thay đổi giữa ướt và khô theo chu kỳ do sự thủy triều Độ thấm của vải địa kỹ thuật quyết định khoảng thời gian bão hòa của vật liệu đắp sau khi bị ngập nước Sự ổn định của công trình phụ thuộc tính thoát nước của vải, càng thoát nước nhanh công trình càng ổn định Hơn

nữa, góc ma sát rất quan trọng khi đánh giá sự ổn định công trình Ngoài ra, tuổi thọ của túi vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc với tia cực tím (UV) từ bức xạ mặt trời, nhiệt, oxy và các yếu tố khí hậu khác

Ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, dòng chảy chủ yếu mang phù sa và sinh vật phù du nên khả năng mài mòn và chọc thủng bao không cao Do vậy có thể chọn lựa vải có chiều dày vừa phải để giảm giá thành

Ngoài ra, sức chịu kéo của vải địa kỹ thuật phải được đảm bảo trong quá trình xây dựng

Độ bền và sức chịu kéo của vải may túi sẽ được thí nghiệm kiểm tra ở phần sau

Từ các điều kiện trên, các loại vải không dệt có ổn định hoạt hóa UV phù hợp để làm bao cát Do chúng mềm dễ dàng may bao cũng như chiều dày lớn hơn, ma sát cao hơn và thường ứng dụng làm tầng lọc ngược so với các loại vải dệt Bên cạnh đó, bằng cách kết

dòng chảy và ánh nắng mặt trời Vì vậy, sơ bộ có thể chọn vải không dệt TS30 hoặc tương đương có ổn định hoạt hóa UV để làm vật liệu may túi

Bảng 2-5: Tiêu chuẩn kỹ thuật vải địa kỹ thuật TS30

Chỉ tiêu – Properties Phương pháp Đơn vị Giá trị

1 Cường độ chịu kéo

2 Dãn dài khi đứt

4 Sức kháng thủng CBR

thủng Giữ được hơn 70% cường độ ban đầu sau 03 tháng phơi ngoài trời

ứng suất kéo và có cường độ kéo nhỏ hơn vải Vì vậy, độ bền tổng thể của túi sẽ bị giới hạn bởi độ bền của các mối nối

Có nhiều kỹ thuật nối túi vải địa kỹ thuật như may, móc cài, cột, nối bằng nhiệt, keo dán May túi là cách nối chắc chắn nhất, đơn giản và nhất là có thể thực hiện ngay tại công trường

2.3.1 Ki ểu may

Để tính toán đúng cường độ của túi, cần phải xét đến cường độ chịu kéo của các đường may, kiểu may và tỷ lệ giữa cường độ mối nối so với cường độ của vải Cường độ các mối nối phụ thuộc vào kiểu may và có thể thay đổi từ 30÷70% cường độ của vải địa kỹ thuật Một số kiểu may thông dụng để khâu nối vải địa kỹ thuật được đưa ra trong bảng dưới:

Bảng 2-6: Một số kiểu may nối thông dụng

Tùy thuộc vào kích thước túi, phương pháp xếp đặt túi và nguy cơ tác động tới túi mà dùng đường may đơn, may đôi hay may ba cho các mối nối Đối với các túi chứa từ 1m3

vật liệu trở lên yêu cầu phải sử dụng đường may đôi Các kiểu may cuộn (kiểu con bướm hay chữ J) có độ giữ đất tốt hơn, nhất là đối với đất hạt mịn Kiểu chắp tay thường được dùng nhất tuy nhiên có độ giữ đất kém hơn Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc may túi với

thiết bị hiện nay và dễ áp dụng tại công trường, 3 loại kiểu may sau được chọn và làm thí nghiệm kéo

Hình 2-2: Các loại kiểu may chọn làm thí nghiệm

2.3.2 Mũi may và chỉ khâu

Để đảm bảo mối nối không bị xé rách trong quá trình thi công, cường độ mối nối phải đạt xấp xỉ cường độ sợi vải mà phụ thuộc vào loại mũi may và loại chỉ khâu Lưu ý ngay tại mối nối cần để dư một ít mép vải

Chỉ may có vài loại như chỉ nylon, chỉ polymer cường độ cao,… được chọn tùy theo loại vải sử dụng Chỉ khâu phải có độ bền cao, khả năng chống mài mòn và chống tia UV ổn định và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Chỉ khâu cũng phải mềm dẻo và cho các bong bóng khí thoát ra

Hai loại mũi may túi vải ĐKT được sử dụng phổ biến hiện nay, bao gồm mũi khâu chằng

và mũi may móc xích kép như minh họa ở dưới đây

Hình 2-3: Mũi may chằng (trái), mũi may móc xích (phải)

2.3.3 Thí nghi ệm chọn mối nối

Để chọn mối nối có cường độ đảm bảo yêu cầu chế tạo bao, thử nghiệm kéo mối nối với các đường may, kiểu may khác nhau được thực hiện tại phòng thí nghiệm theo đúng TCVN 9138:2012 “Vải địa kỹ thuật – Phương pháp xác định cường độ chịu kéo của mối nối”

Kích thước yêu cầu của mẫu thử được minh họa ở Hình 2-4:

Hình 2-4: Kích thước của mẫu thử

2.3.4 Các m ẫu thử

Trên cơ sở phân tích lựa chọn 02 loại đường may ở Hình 2-3: Mũi may chằng (trái), mũi may móc xích (phải) và 3 loại kiểu may như Hình 2-2: Các loại kiểu may chọn làm thí nghiệm như giới thiệu ở trên sẽ có tổng số 6 loại mối nối, ứng với mỗi loại mối nối sẽ tiến hành kéo cho 3 mẫu Chỉ may bao chọn loại chỉ nylon có đặc tính bền và không bị phân hủy trong môi trường nước Vải thử nghiệm là vải không dệt có cường độ kéo đã được kiểm định đạt 14,5KN

Như vậy tổng số mẫu thử trong thí nghiệm kéo mối nối là 18 mẫu Sơ đồ mẫu thử được minh họa trong sơ đồ dưới đây

Hình 2-5: Sơ đồ các mẫu thử đường may bao trong thí nghiệm kéo

Vì vậy, mối nối kiểu chắp tay và kiểu chữ J của mũi khâu chằng được chọn để may túi địa

kỹ thuật Độ bền của mối nối sẽ được kiểm tra lại trong thí nghiệm thả rơi bao sẽ được xem xét trong mục Độ bền cơ học của bao cát (Thí nghiệm thả rơi)

Hình 2-6: Biểu đồ lực kéo và độ dãn dài của mối nối A2-1

Hình 2-7: Biểu đồ lực kéo và độ dãn dài của mối nối A2-2

Bảng 2-7: Kết quả thí nghiệm kéo của mũi may chằng

Bảng 2-8: Kết quả thí nghiệm kéo móc xích kép

Thông số Đơn vị Kiểu chắp tay Kiểu chữ J với 1 đường may Kiểu chữ J với 2 đường may

B1-1 B1-2 B1-3 Average B2-1 B2-2 B2-3 Average B3-1 B3-2 B3-3 Average

Bảng 2-9: Bảng tổng hợp cường độ của các loại mối nối

a) Biến dạng mối nối A2-1, lực kéo F=2,5KN b) Mối nối A2-1 phá hoại khi F=2,726KN