Nghiên cứu phương pháp tính toán thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC GIA CỐ MÁI ĐÊ BIỂN HẢI THỊNH – NAM ĐỊNH... So với các vật liệu gia cố chúng ta

đê biển Hải Thịnh - Nam Định “ đã được hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với ban giám hiệu, các thầy cô trong phòng đào tạo đại học và sau đại học, Khoa công trình -Trường đại học thủy lợi đã giảng dạy, giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình học tập và thực hiện luận văn Đồng thời tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của người hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bằng

Tác giả chân thành cảm ơn Viện khoa học thủy lợi Việt Nam đã giúp

đỡ nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Do thời gian và sự hiểu biết còn hạn chế, luận văn chắc còn nhiều thiếu sót, tác giả mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như sự góp ý của bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả có được kết quả hôm nay chính là do sự dạy bảo ân cần của các thầy giáo, cô giáo cùng sự động viên khích lệ của cơ quan, đồng nghiệp, bạn

bè, gia đình trong thời gian vừa qua

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Đào Xuân Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan về đề tài nghiên cứu là công trình của cá nhân tôi Tôi chịu mọi trách nhiệm về nội dung của đề tài nghiên cứu này Các kết quả nghiên cứu của đề tài này là hoàn toàn trung thực

Tác giả

Đào Xuân Minh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của Đề tài 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Kết quả dự kiến đạt được 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ASPHALT ĐỂ GIA CỐ ĐÊ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4

1.1 Tổng quan về thực trạng đê biển Việt Nam 4

1.1.1 Thực trạng đê biển Việt Nam 4

1.1.2 Đê biển tỉnh Quảng Ninh 6

1.1.3 Đê biển từ Hải Phòng –Ninh Bình 7

1.1.4 Đê biển các tỉnh từ Thanh Hoá đến Hà Tĩnh 10

1.1.5 Đê biển các tỉnh từ Quảng Bình đến Quảng Nam 12

1.1.6 Đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang 14

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu asphalt để gia cố đê biển trên thế giới và ở Việt Nam 16

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16

1.2.2 Tình hình nghiê n cứu ở Việt Nam 23

1.3 Kết luận 26

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC 28

2.1 Cơ sở khoa học 28

2.2 Vật liệu sử dụng và phương pháp thí nghiệm 30

2.2.1 Vật liệu sử dụng dùng cho vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá

hộc 31

2.2.1.1 Cốt liệu chính 31

2.2.1.2 Bột đá 34

2.2.1.3 Bitumen 35

2.2.2 Phương pháp thí nghiệm 35

2.2.2.1 Yêu cầu chuẩn bị mẫu 36

2.2.2.2 Yêu cầu về thiết bị dùng để chuẩn bị mẫu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 36

2.2.2.3 Chuẩn bị hỗn hợp 39

2.2.2.4 Tiến hành thí nghiệm mẫu vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 39

2.3 Phương pháp tính toán thiết kế thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 41

2.3.1 Trình tự thiết kế thành phần vật liệu hỗn hợp chèn trong đá hộc 41

2.3.1.1 Thiết kế trong phòng thí nghiệm 41

2.3.1.2 Thiết kế tại trạm trộn 42

2.3.2 Tính toán thành phần hỗn hợp 44

2.3.2.1 Tính toán cốt liệu cho vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 44

2.3.2.2 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu 45

2.4 Kết luận 47

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC GIA CỐ MÁI ĐÊ BIỂN HẢI THỊNH – NAM ĐỊNH 49

3.1 Đặc điểm khu vực Hải Thịnh – Nam định 49

3.1.1 Điều kiện khí tượng – khí hậu 49

3.1.2 Đặc điểm hải văn 51

3.1.3 Các hình thức phá hoại kết cấu gia cố mái đê biển 52

3.2 Giải pháp và lựa chọn vật liệu sử dụng 55

3.2.1 Giải pháp xử lý 55

3.2.2 Lựa chọn vật liệu sử dụng 55

3.3 Kết quả nghiên cứu lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt chèn tro ng đá hộc 60

3.3.1 Lựa chọn thành phần cấp phối trong phòng thí nghiệm 60

3.3.1.1 Tính toán thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 60

3.3.1.2 Điều kiện thí nghiệm: 62

3.3.2 Kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 63

3.3.2.1 Kết quả thí nghiệm độ nhớt 63

3.3.2.2 Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích 64

3.3.2.3 Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu trong phòng thí nghiệm 66

3.3.3 Thí nghiệm cấp phối đã chọn ngoài trạm trộn 66

3.3.3.1 Công tác chuẩn bị 67

3.3.3.2 Công tác thí nghiệm 67

3.3.3.3 Kết quả thí nghiệm 68

3.4 Kết luận 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC ……….75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một số hình ảnh vỡ đê, kè. 8

Hình 1.2: T hi công tưới nhựa mái đê ở nước ngoài. 22

Hình 2.1: Ứng dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc thi công đê biển Hà Lan năm 2013 28

Hình 2.2: Thiết bị đo độ nhớt. 37

Hình 2.3: Giá thí nghiệm tại trạm trộn 38

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ trộn hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc[2]. 43

Hình 2.5: Sơ đồ trạm trộn hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc[2]. 44

Hình 3.1: Lớp gia cố bị bong tróc tại đê Hải Thịnh - Nam Định. 54

Hình 3.2: Mái đê sụt lún mất liên kết tại đê Hải Thịnh - Nam Định. 54

Hình 3.3: Quan hệ giữa hàm lượng nhựa và độ nhớt. 64

Hình 3.4: Quan hệ giữa hàm lượng nhựa và khối lượng thể tích. 65

Hình PL.1 Sạt lở đê ở Quảng Nam. 75

Hình PL.2 Hiện trạng đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang. 75

Hình PL.3 Công trình đập mỏ hàn biên bảo vệ đê biển. 76

Hình PL.4 Đê giảm sóng 76

Hình PL.5 C ông trình mỏ hàn chữ T bảo vệ đê biển. 77

Hình PL.6 Cụm bẫy cát biên ở Giao Thủy – Nam Định. 77

Hình PL.7 Đê biển ở Hà Lan. 78

Hình PL.8 Đê biển Saemangeum ở Hàn Quốc 78

Hình PL.9 Thi công bê tông nhựa trên mái nghiêng của đê ở nước ngoài. 79

Hình PL.10.Kiểm soát nhiệt độ hỗn hợp 79

Hình PL.11.Thí nghiệm cốt liệu……… ……80

Hình PL.12.Thí nghiệm khối lượng thể tích hỗn hợp……… …… 80

Hình PL.13.Thí nghiệm độ nhớt hỗn hợp……… …… 81

Hình PL.14.Kiểm tra độ thâm nhập của hỗn hợp vào trong đá hộc… … 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Tổng hợp loại vật liệu hỗn hợp bitum, đặc tính kỹ thuật và phạm vi

áp dụng[14] 18

Bảng 1.2: Chỉ tiêu thiết kế tương ứng với chiều cao sóng[14] 22

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm 32

Bảng 2.2: Yêu cầu thành phần hạt của cát dùng trong vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc 33

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát 33

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu cơ lý của bột đá 34

Bảng 2.5: Hàm lượng nhựa tham khảo dùng để đúc mẫu 47

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bột đá 56

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của cát vàng 57

Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của đá dăm 58

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý bitum 59

Bảng 3.5: Bảng kết quả thử nghiệm đá hộc 60

Bảng 3.6: Hàm lượng nhựa lựa chọn dùng để đúc mẫu và thí nghiệm độ nhớt trong phòng thí nghiệm 61

Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm độ nhớt của hỗn hợp 63

Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích 64

Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm độ phân tầng 65

Bảng 3.10: Kết quả lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc trong phòng thí nghiệm 67

Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích, độ nhớt ở nhiệt độ 150 0 C, độ phân tầng tại trạm trộn 68

Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm rút viên đá khỏi khối đổ tại hiện trường 69

B ảng 3.13: Thành phần cấp phối vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc.……69

NCKH : Nghiên cứu khoa học

PTNT : Phát triển nông thôn

PAM : Chương trình lương thực Liên Hiệp Quốc ADB : Ngân hàng phát triển Á Châu

FAO : Tổ chức lương thực thế giới

NN : Nông nghiệp

TP : Thành phố

-1-

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta có trên 3200 km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam với hệ thống

đê biển đã được hình thành củng cố qua nhiều thời kỳ Hệ thống đê biển là tài sản quý của Quốc Gia, là hạ tầng cơ sở quan trọng đối với sự phát triển ổn định kinh tế, xã hội, quốc phòng và an ninh cho cả nước nói chung và nhân dân vùng ven biển nói riêng

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng như hiện nay sóng biển và sóng tràn đang trở thành một dạng tải trọng đặc biệt trong thiết kế đê biển Các giải pháp công nghệ mới, công nghệ tiên tiến nhằm ổn định toàn bộ thân đê, tăng cường ổn định lớp gia cố mái thượng lưu chịu được sức mạnh của sóng lớn và ăn mòn của nước biển và giải pháp công trình cho mái hạ lưu

đê khi có sóng tràn qua là rất cần thiết và có tính khoa học cao

Nhiều nước trên thế giới, trong đó có Hà Lan, nghiên cứu thành công và

sử dụng rất phổ biến vật liệu cát, đá và bitum bảo vệ mái đê biển So với các vật liệu gia cố chúng ta thường dùng trước đây là bê tông hoặc bê tông cốt thép thì vật liệu hỗn hợp bitum, cát, đá có những tính năng ưu việt hơn, đó là: khả năng chống xâm thực trong môi trường nước biển tốt hơn nhiều, khả năng biến dạng, đàn hồi tốt, có thể thích ứng một cách mềm dẻo với những biến dạng, lún sụt của nền đê và thân đê, hạn chế được những lún sụt, xói lở cục bộ của đê biển, độ bền và tuổi thọ cao hơn nhiều, v.v…

Ở nước ta, vấn đề này đang được nghiên cứu, tuy nhiên để có thể ứng dụng vào thực tế của Việt Nam đòi hỏi phải có những nghiên cứu bài bản và

có hệ thống từ việc nghiên cứu phương pháp thiết kế thành phần, các chỉ tiêu

cơ lý của vật liệu hỗn hợp asphalt, quy trình công nghệ thiết kế, thi công, quản lý vận hành, bảo dưỡng đến việc đánh giá tác động đến môi trường

-2-

Luận văn chỉ tập trung vào đối tượng là vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc để gia cố đê biển và chỉ nghiên cứu khía cạnh thiết kế thành phần cấp phối, các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của vật liệu hỗn hợp đảm bảo yêu cầu thi công trong điều kiện vật liệu, công nghệ, khí hậu, môi trường Việt Nam, đây là vấn đề hết sức quan trọng trong việc chuyển giao ứng dụng loại vật liệu này vào điều kiện Việt Nam Do vậy vấn đề nghiên cứu của luận văn là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

b Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra thu thập thông tin: Tổng hợp tài liệu, đánh giá tổng quan các nghiên cứu liên quan ở trong nước và trên thế giới

- Phương pháp thống kê, kế thừa chọn lọc

- Phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Nắm vững và làm chủ được phương pháp thiết kế thiết kế thành phần cấp phối của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc

-3-

- Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các vật liệu đầu vào (Bitumen, bột đá,

đá dăm, cát vàng)

- Thành phần cấp phối của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc

sử dụng để gia cố mái đê biển Hải Thịnh – Nam Định

- Quan hệ giữa độ nhớt của hỗn hợp asphalt và thành phần cấp phối hỗn hợp

-4-

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ASPHALT ĐỂ GIA

CỐ ĐÊ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tổng quan về thực trạng đê biển Việt Nam

1.1.1 Thực trạng đê biển Việt Nam

Nước ta có chiều dài đường bờ biển dài và có hệ thống đê cửa sông và

đê biển tương đối lớn Kể từ thế kỷ 13 đê biển đã được hình thành và phát triển đến nay Ban đầu là những đoạn đê nhỏ lẻ, thấp yếu ở Bắc Bộ, dần dần được nối kết lại, bồi trúc thêm Vài thập kỷ gần đây, bên cạnh những nỗ lực của nhà nước và nhân dân ta, một số dự án củng cố, nâng cấp hệ thống đê biển đã thực hiện, như: PAM 4617 (1993-1998); PAM 5325 (1996-2000) của FAO; hoặc từ các nguồn tài trợ như ADB (2000), CARE, CEC, OXFAM làm cho đê biển nước ta được củng cố và nâng cấp đáng kể

Tuy nhiên, việc đầu tư còn mang tính chắp vá, thiếu đồng bộ, chủ yếu tập trung vào việc đắp tôn cao, áp trúc thân đê bằng đất khai thác tại chỗ Do vậy đê biển phần lớn vẫn chưa đạt các chỉ tiêu thiết kế tối thiểu Vì vậy, đê nhanh bị xuống cấp và thường xuyên hư hỏng Với tình hình biến đổi khí hậu

và nước biển dâng như hiện nay thì việc các tuyến đê biển của chúng ta dễ bị tàn phá, hư hỏng là điều dễ hiểu

Các tuyến đê biển được đắp từ hàng chục năm về trước và thường xuyên được củng cố hàng năm, đê biển của vùng đồng bằng Bắc Bộ phần lớn được đắp từ thời nhà Trần, đê biển Thanh Hóa, Nghệ An được hình thành từ những năm 1930, phần lớn đê biển và đê cửa sông khu vực miền Trung được đắp trước và sau năm 1975 Các tuyến đê biển được hình thành chủ yếu do nhân dân tự đắp để bảo vệ sản xuất, Nhà nước hỗ trợ kinh phí để đắp một số

đê biển quan trọng Do tình hình kinh tế những năm trước đây, đất nước ta còn khó khăn, lạc hậu và đi lên từ chiến tranh do vậy mà việc ưu tiên cho việc

-5-

phát triển kinh tế xã hội vẫn còn tập trung vào các mảng khác, đầu tư nâng cấp cho đê biển chưa được quan tâm đúng mực và cũng chưa đánh giá được tầm quan trọng của đê biển trong chiến lược phát triển kinh tế

Trong tương lai vấn đề biển đảo là vấn đề sống còn và then chốt của các quốc gia khi mà lợi ích từ biển mang lại là vô cùng lớn cả về kinh tế và chính trị thì việc đầu tư nâng cấp, củng cố đê biển là vấn đề cần được quan tâm và xem xét kỹ lưỡng trong chiến lược phát triển của đất nước Chúng ta cần phải thay đổi tư duy nhận thức về đê biển cũng giống như người Hà Lan gắn đê biển của mình với lịch sử phát triển của đất nước

Do tính chất và biên độ thuỷ triều, mức độ ảnh hưởng của bão hàng năm và hình thái địa hình đối với từng vùng có khác nhau mà sự ra đời cũng như yêu cầu về quy mô của đê biển cũng có sự khác nhau Đối với vùng ven biển miền Trung có những đụn cát hình thành ven biển như những đoạn đê tự nhiên ngăn mặn Ở vùng gần các cửa sông Lạch Tray, Văn Úc, Thái Bình, Ba Lạt, Ninh Cơ, đáy bờ biển được bồi cao và lấn ra ngoài biển, nhân dân đắp quai đê lấn biển nên hình thành 2, 3 tuyến đê biển, có tuyến mới bảo vệ cho hàng ngàn hecta diện tích như đê biển Bình Minh (huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình), khu Đình Vũ (Hải Phòng), đê biển Nga Sơn, tỉnh Thanh Hoá Ở vùng

xa cửa sông, một số nơi bãi biển liên tục bị hạ thấp, biển lấn vào đất liền đe doạ đến an toàn của đê biển, đê cũng được đắp thành hai tuyến (tuyến chính

và tuyến dự phòng) như một số đoạn đê biển Hải Hậu, một số khu vực biển lấn do bãi bị hạ thấp, gây xói lở bờ như khu vực Hậu Lộc (Thanh Hoá), Xuân Hội, Cẩm Nhượng (Hà Tĩnh), Bàu Tró (Quảng Bình), Hoà Duân (Thừa Thiên Huế), Tam Thanh (Quảng Nam) Một số tuyến đê biển được đắp vòng khép kín bảo vệ dân sinh, kinh tế như tuyến đê biển Hà Nam (Quảng Ninh), đê biển Cát Hải (Hải Phòng)

-6-

Đê biển từ được hình thành qua nhiều thời kỳ khác nhau nên thiếu sự đồng bộ, không thống nhất về các chỉ tiêu thiết kế, xây dựng và hầu như chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhất là trong điều kiện triều cường kết hợp với gió bão và đặc biệt là trong xu thế nước biển ngày càng dâng cao

1.1.2 Đê biển tỉnh Quảng Ninh

Vùng Quảng Ninh với diện tích chủ yếu là đồi núi, thậm chí là có các dải núi chạy dọc ra phía biển, vùng đất bằng phẳng khá ít, địa hình khá cao do vậy hệ thống đê ở khu vực này khá lớn

Đê biển vùng Quảng Ninh được đắp với kết cấu chủ yếu là đất núi vì ở đây có rất nhiều mỏ đất núi ven biển, do vậy việc khai thác và thi công khá thuận lợi, nên kết cấu thân đê khá tốt, ổn định

Khu vực này có Vịnh Hạ Long nên cũng ít chịu tác động mạnh trực tiếp từ biển Tất cả các đảo rải rác và nằm xen kẽ nhau trên biển vô hình đã tạo ra một bức tường chắn gió cho khu vực bên trong, do vậy khi có gió bão thì sóng cũng không thể lớn bằng những khu vực chịu tác động trực tiếp từ biển vào Vì thế hệ thống đê ở đây khá an toàn và có thể chịu được bão cấp

10

Mặt khác, đây là khu vực chủ yếu phát triển du lịch do vậy đê biển cũng được ưu tiên nâng cấp, sửa chữa tu bổ thường xuyên hơn

Chủ yếu đê biển có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng 3,0m - 4,0m Nhiều đoạn

đê có chiều rộng mặt đê B < 2,0m như một số đoạn thuộc các tuyến đê Hà Nam, đê Bắc Cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh) Mái đê biển cũng

có sự sai khác nhau giữa các vùng, các đoạn: mái phía biển 2/1 - 3/1 (đối với đoạn đê đã được nâng cấp từ 3/1 - 4/1), mái phía đồng từ 1,5/1 - 2/1 (đối với đoạn đê đã được nâng cấp từ 2/1 - 3/1) Cao độ đỉnh đê được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và kết quả khác nhau giữa các vùng

là khu biển Hòn Gai, Bãi Cháy, đảo Tuần Châu

1.1.3 Đê biển từ Hải Phòng –Ninh Bình

Đây là vùng có hệ thống đê biển lẫn đê sông khá phức tạp, với hệ thống sông ngòi dày đặc và rất nhiều cửa sông đổ ra biển, do vậy hệ thống đê biển ở đây bị chia cắt nhiều Các tuyến đê biển khu vực này đóng vai trò trọng yếu trong hệ thống đê biển của đồng bằng Bắc Bộ, nó bảo vệ một khu vực đồng bằng rộng lớn, với mật độ dân số đông và tập trung nhiều khu phát triển kinh tế xã hội của miền Bắc và của cả nước

Mặt khác đây lại là nơi tập trung nhiều bão nhất vùng đồng bằng Bắc

bộ, bão chủ yếu đổ bộ vào khu vực này Do vậy những tuyến đê ở đây liên tục chịu ảnh hưởng và tác động của những trận bão

Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha, có độ chua lớn không trồng cỏ được,

do vậy kết cấu thân đê khá yếu, lại được xây dựng từ lâu và chỉ đầu tư nâng cấp chắp vá vì vậy rất dễ bị sạt lở, và không có khả năng chống lại sóng tràn qua mặt đê khi có bão lớn Đê thường bị sạt lở cục bộ tại một số đoạn hoặc bị phá hủy toàn bộ tại một số vị trí xung yếu khi bị ảnh hưởng của bão

Tuy đã có rất nhiều hình thức bảo vệ đê biển nhưng thực tế đã chứng minh cho ta thấy được rằng còn rất nhiều điều cần phải làm và nghiên cứu thêm Hàng năm chúng ta vẫn phải đầu tư chi phí duy tu bảo dưỡng, nâng cấp

xử lý sự cố các tuyến đê biển trong và sau mùa mưa bão Đặc biệt, trong năm

2005, vùng ven biển nước ta liên tiếp chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cơn bão

số 2, số 6 và số 7 với sức gió mạnh cấp 11, cấp 12, giật trên cấp 12, vượt mức

Vỡ đê kè biển Tiên Lãng – Hải Phòng Vỡ đê kè biển Hải Hậu – Nam Định

- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê đang đứng trước nguy cơ bị vỡ (nếu xảy ra bão vượt tần suất thiết kế) do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe doạ trực tiếp đến an toàn của đê biển Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng bị phá huỷ, nay chịu tác động trực tiếp của sóng, thuỷ triều nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất

cứ lúc nào Nhiều đoạn trước đây có 2 tuyến khi tuyến đê ngoài được nâng cấp tạo tâm lý chủ quan, tuyến 2 không được chú ý đầu tư thích đáng nên nay đang bị xuống cấp nghiêm trọng, hiện chỉ là bờ bao nhỏ có cao độ rất thấp, nếu tuyến đê ngoài bị vỡ tuyến 2 không còn khả năng bảo vệ sản xuất, tính mạng và tài sản nhân dân vùng được bảo vệ

- Nhiều đoạn đê biển chưa đảm bảo cao trình thiết kế, cao độ đê khoảng

từ +3,5m - +5,0m trong khi cao độ thiết kế là từ +5,0m - +5,5m

-9-

- Đa số các tuyến đê ban đầu được đắp có chiều rộng mặt đê B< 3,0m, đến nay trừ các tuyến đê biển I, II, III (chiều dài khoảng 46,913km) thuộc Hải Phòng có chiều rộng mặt đê B = 5,0m, còn lại 152,5km đê có chiều rộng khoảng 4,0m - 4,5m, 150 km có chiều rộng 3,0m - 4,0m và 125 km có chiều rộng B < 3,0m, cá biệt có nơi chỉ rộng 1,6m - 2,5m, Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn cho việc giao thông cũng như kiểm tra, ứng cứu đê như các tuyến đê biển số 5, 6, 7, 8 (Thái Bình) v.v

- Đến nay mới xây dựng được khoảng gần 90 km kè bảo vệ mái/484km

đê biển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc không còn cây chắn sóng vẫn thường xuyên bị sạt lở hoặc có nguy cơ sạt lở đe doạ đến

an toàn của đê biển, đặc biệt là trong mùa mưa bão

Như vậy, có thể thấy rằng hệ thống đê biển từ Hải Phòng đến Ninh Bình còn nhiều đoạn chưa được nâng cấp nên còn thấp, nhỏ thiếu cao trình, mặt đê nhỏ, hầu hết chưa được cứng hoá dễ bị xói sạt, lầy lội khi mưa, bão nên không đáp ứng được yêu cầu giao thông, gây khó khăn cho việc ứng cứu Đặc biệt một số đoạn bãi biển bị hạ thấp gây sạt lở kè bảo vệ mái đê biển, một

số đoạn đê đang đứng trước nguy cơ có thể bị phá vỡ

Sau khi được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự án và quá trình

tu bổ hằng năm, các tuyến đê biển nhìn chung đảm bảo chống được mức nước triều cao tần suất 5% có bão cấp 9 Thời gian gần đây cũng đã được tập trung đầu tư và củng cố, có nhiều nghiên cứu và giải pháp để tăng độ ổn định của

đê bằng các biện pháp gia cố mái, tuy nhiên vẫn chưa đạt được hiệu quả như mong muốn

Một số biện pháp công trình được nghiên cứu và thi công tại khu vực này như:

+ Mái đê phía biển được gia cố bằng các tấm bê tông cốt thép ghép lại với nhau, hoặc thi công xây, lát đá trong khung dầm bê tông cốt thép

+ Đê giảm sóng (ĐGS): Chức năng chủ yếu của đê giảm sóng là giảm chiều cao sóng tới và gây bồi khu vực giũa tường và bờ, tạo ra các roi cát phía sau tường tạo ổn định tốt bờ phía trong Loại này ít được dùng ở Việt Nam

+ Mỏ hàn chữ T (MCT): là sự kết hợp giữa đê giảm sóng và mỏ hàn biên Loại hình này phát huy tác dụng tốt tuy nhiên mới đây mới được dùng như tại: Hải Phòng, Nam định

+ Một loại hình nữa mà mới đây mới được triển khai ở Nam định và mới được các nhà khoa học Việt Nam đặt tên đó là: Bẫy cát biên (BCB) Nó

là công trình biến thể của mỏ hàn chữ T với tổ hợp gồm ba bộ phận chủ thể là: Đê giảm sóng, đê nối (nối giữa đê giảm sóng và bờ) đê nối này thường chỉ

là đường thi công nên có cao trình thấp và không có các cục bê tông biến hình như mỏ hàn chữ T nên nó còn thêm bộ phận thứ ba là tường dọc chân kè ( bằng các cục bê tông biến hình) chống đá bay ( văng ) lên mái kè làm hư hỏng kè

1.1.4 Đê biển các tỉnh từ Thanh Hoá đến Hà Tĩnh

Vùng ven biển các tỉnh từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh là vùng đồng bằng nhỏ hẹp của hệ thống sông Mã, sông Cả, cũng là một trong những vùng trọng

-11-

tâm về phát triển kinh tế, địa hình ven biển thấp trũng và cao dần về phía Tây Đây là vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai (đặc biệt là bão, áp thấp nhiệt đới), biên độ thuỷ triều nhỏ hơn vùng biển Bắc Bộ, vùng ven biển

đã bắt đầu xuất hiện các cồn cát có thể tận dụng được như các đoạn đê ngăn mặn tự nhiên

Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khu vực này khoảng 406,4km Mặc dù đã được quan tâm đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự

án PAM 4617, OXFAM, CEC, CARE, đặc biệt ADB hỗ trợ khôi phục sau trận bão số 4 năm 2000, và gần đây là chương trình củng cố nâng cấp đê biển nhưng tuyến đê biển nhìn chung là thấp nhỏ Một số tồn tại chính của tuyến

đê biển từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh như sau:

- Còn khoảng 222,8 km/406,4 km đê biển, đê cửa sông thấp nhỏ, chưa đảm bảo cao trình chống lũ, bão theo tần xuất thiết kế (cao độ đỉnh đê còn thấp hơn từ 0,5m - 1,0m so với cao độ thiết kế)

- Chiều rộng mặt đê còn nhỏ: chỉ có khoảng 29 km có chiều rộng khoảng 4,0m, 192km có chiều rộng B = 3,0m -4,0m, vẫn còn 185,4 km có chiều rộng mặt đê dưới 3,0m, nhiều đoạn mặt đê nhỏ hơn 2,0m gây khó khăn trong việc chống lũ, bão cũng như giao thông (nhiều tuyến đê xe ô tô không thể đi lại dọc theo tuyến đê)

- Bãi biển ở một số đoạn vẫn có xu hướng bị bào mòn, hạ thấp gây sạt

lở chân kè, đe doạ đến an toàn của đê biển như đoạn Ninh Phú, Hậu Lộc (tỉnh Thanh Hoá), đoạn kè Cẩm Nhượng, đê Hội Thống (tỉnh Hà Tĩnh)

- Mặt đê phần lớn chưa được gia cố cứng hoá, lại không bằng phẳng nên về mùa mưa bão mặt đê thường bị sạt lở, lầy lội nhiều đoạn không thể đi lại được

- Mái phía biển nhiều nơi chưa được bảo vệ, vẫn thường xuyên có nguy

cơ sạt lở đe doạ đến an toàn của đê, đặc biệt trong mùa mưa bão

- Một vấn đề tồn tại lớn đối với các tuyến đê biển vùng này là hệ thống cống dưới đê rất nhiều về số lượng, hầu hết đã được xây dựng từ vài chục năm trước đây với kết cấu tạm bợ và đang bị xuống cấp nghiêm trọng Cần có quy hoạch lại, sửa chữa và xây dựng mới để đảm bảo an toàn cho đê, phù hợp với quy hoạc chung về phát triển sản xuất

1.1.5 Đê biển các tỉnh từ Quảng Bình đến Quảng Nam

Vùng ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam là vùng có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các sông, rạch, địa hình đồi cát ven biển Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ hẹp dọc theo đầm phá Đây là vùng có biên độ thuỷ triều thấp nhất, thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai Phần lớn các tuyến đê được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyến nằm sâu so với cửa sông và đầm phá đất thân đê là đất sét pha cát như đê Tả Gianh (Quảng Bình) đê Vĩnh Thái (Quảng Trị)… Một số đoạn

đê đã được bảo vệ 3 mặt hoặc 2 mặt bằng tấm bê tông để cho lũ tràn qua như tuyến đê phá Tam Giang (Thừa Thiên Huế), đê hữu Nhật Lệ (Quảng Bình) Ngoài các đoạn đê trực tiếp chịu tác động của sóng, gió được xây dựng kè bảo

vệ, hầu hết mái đê được bảo vệ bằng cỏ, đê vùng cửa sông được bảo vệ bằng cây chắn sóng với các loại cây sú, vẹt, đước

Đê của vùng này có kết cấu đất thịt nhẹ pha cát nên cấu trúc đê khá yếu, không có khả năng chống lại triều cường và sóng lớn, hoặc bão cấp 9 trở lên, do vậy mà đê dễ bị xói lở, sạt sụt, thường các mái phía biển được bảo vệ bằng hệ thống cây chắn sóng, không có công trình gia cố nên khi có sóng to

-13-

hoặc bão thì với áp lực nước rút làm sạt lở toàn bộ mái, chiều dài sạt lở lớn chứ không sạt lở cục bộ tại một số vị trí như đê của vùng đồng bằng Bắc bộ Mặt cắt đê khá nhỏ, cộng với chiều cao thấp là một yếu điểm rất lớn khi bị sóng tràn qua Khi có sóng tràn qua thì đê có thể bị bào mòn trên toàn bộ mặt cắt và phạm vi bào mòn lớn

Mặt khác do kinh tế vùng này còn phát triển chậm nên khả năng đầu tư

và hệ thống đường giao thông ứng cứu đê trong một số trường hợp khẩn cấp

là rất thấp Địa hình dốc thời gian tập trung lũ nhanh cộng với hệ thống cống qua đê đã cũ và xuống cấp nên việc điều tiết lũ kém hiệu quả và cũng gây lụt lội và tàn phá mái đê phía trong đồng

- Các dạng sạt lở chính ở đây là do sóng và các dòng ven bờ gây xói chân mái, tạo ra hiện tượng hàm ếch và sạt lở toàn tuyến toàn bộ phần mái đê thậm trí cả thân đê

Một số tồn tại chính của các tuyến đê biển Trung Trung Bộ như sau:

- Còn 238,8km/ 563,5km đê biển, đê cửa sông chưa được đầu tư tu bổ nâng cấp nên còn thấp nhỏ, chưa đảm bảo cao độ thiết kế

- Trừ 1,5km đê Liên Hiệp thuộc thành phố Đà Nẵng có chiều rộng mặt

đê B>4,0m còn lại 562km có chiều rộng mặt đê B < 3,5m, trong đó có đến 272km mặt đê chỉ rộng từ 1,5m - 3,0m Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn rất lớn trong việc giao thông cũng như cứu hộ đê

- Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hoá, về mùa mưa bão mặt đê thường bị lầy lội nhiều đoạn không thể đi lại được

- Đến nay mới có khoảng 165km/563,5km được xây dựng kè bảo vệ mái, phần lớn mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nơi đã được bảo vệ nhưng chưa đồng bộ hoặc chưa đủ kiên cố nên vẫn thường bị sạt lở đe doạ đến an toàn của các tuyến đê biển

-14-

- Ngoài 22,5km đê thuộc Thừa Thiên Huế và một số đoạn đê thuộc Quảng Nam được gia cố 3 mặt, còn lại đa số mặt đê và mái đê phía đồng chưa được gia cố nên rất dễ bị xói, sạt khi lũ, bão gây nước dâng tràn qua

- Chưa đủ các đường tràn hoặc đoạn đê bảo vệ 3 mặt có thể hoạt động như đường tràn

- Cần tiếp tục trồng cây chắn sóng và tăng cường công tác quản lý, bảo vệ

- Cũng như vùng Bắc Trung Bộ, số lượng cống dưới đê rất lớn và được xây dựng từ vài chục năm trước, với kết cấu tạm bợ, có khi cống không có cánh mà đắp bằng đất Ngoài một số cống được tu bổ, nâng cấp đến nay hầu hết các cống còn lại đang bị xuống cấp nghiêm trọng

1.1.6 Đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang

Hệ thống đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên giang bao gồm 54 tuyến đê, trong đó: tỉnh Quảng Ngãi có 6 tuyến, Bình Định 5 tuyến, Phú Yên

3 tuyến, Khánh Hòa 4 tuyến, Ninh Thuận 3 tuyến, Bình Thuận 6 tuyến, Bà Rịa – Vũng Tàu 6 tuyến, TP Hồ Chí Minh 1 tuyến, Tiền Giang 2 tuyến, Bến Tre 3 tuyến, Trà Vinh 3 tuyến, Sóc Trăng 3 tuyến, Bạc Liêu 2 tuyến, Cà Mau

3 tuyến và Kiên Giang 4 tuyến

Tổng chiều dài đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang khoảng 897 km, trong đó có 568 km đê biển, 283 km đê cửa sông và 54 km kè biển Đường bờ biển từ Quảng Ngãi đến Bình Thuận có địa hình khúc khuỷu, răng cưa, bị chia cắt nhiều do các sông suối bắt nguồn từ dãy Trường Sơn đổ ra biển Cao trình bờ biển khá cao so với mực nước biển

Tuy vậy đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang được xây dựng qua nhiều thời kỳ khác nhau, với nhiều chủ đầu tư, do vậy không có quy hoạch chung, tổng thể và thống nhất về tuyến, chỉ tiêu kỹ thuật và thiếu tầm nhìn để phát triển cho tương lai lâu dài Hầu hết các đoạn đê xuống cấp và chưa đạt yêu cầu kỹ thuật chống lại bão và triều cường

-15-

Ở khu vực này có hai dải ven biển là dải ven biển phía Đông (giáp biển Đông) và dải ven biển phía Tây (giáp Vịnh Thái Lan) Dải ven biển phía Đông tình hình diễn biến xói bồi rất phức tạp, có chỗ bị xói lở mạnh làm mất rừng phòng hộ như: Đoạn bờ biển Tân Thành (Gò Công Đông, Tiền Giang), Thạnh Hải (Thạnh Phú, Bến Tre)… Bên cạnh đó thì có những đoạn được bồi lắng với tốc độ lớn như: Khu vực cửa sông Định An, dải bờ biển tỉnh Bạc Liêu… Dải ven biển phía Tây thì tình hình xói bồi ổn định hơn Ngoại trừ một số điểm cục bộ như: huyện Trần Văn Thời, U Minh, ấp Vàm Rầy, xã Bình Sơn, huyện Hòn Đất tỉnh Kiên Giang

Hiện trạng khu vực này có thể tóm tắt như sau:

Khu vực từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa Vũng Tàu chiều dài tuyến đê, kè biển, đê cửa sông hiện có khoảng 310km Hầu hết đê có chiều rộng dưới 3m, cao trình chủ yếu từ 0,5-1,5m thấp hơn mực nước triều cường, đê có kích thước nhỏ chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, thường bị sạt lở, lầy lội khó đi, đê không có rừng phòng hộ, các công trình tiêu thoát lũ dưới đê hư hỏng nặng

Khu vực từ Thành phố Hồ Chí Minh đến mũi Cà Mau, đây là tuyến đê

đi qua khu vực đông dân cư và khu kinh tế lớn được quan tâm đầu tư nâng cấp nên tình trạng đê cũng tốt hơn Hầu hết đều có rừng phòng hộ, cao trình đỉnh đê từ 3-3,5m Mặt đê rộng từ 4-6m, mái đê phía biển (m=3), mái phía đồng (m=2) được trồng cỏ và có công trình bảo vệ Tuy vậy đê được xây dựng tu bổ qua nhiều thời kỳ và chủ đầu tư khác nhau nên chưa có được sự đồng bộ và thống nhất trên toàn tuyến, chưa khép kín tuyến và thiếu các công trình phụ trợ Nhiều cống dưới đê bị hư hỏng, bồi lắng gây trở ngại cho vận hành và thoát lũ

Khu vực từ mũi Cà Mau đến Kiên Giang đê khu vực này cũng khá ổn định và được đầu tư nâng cấp thường xuyên nên đa số đê đều có rừng phòng

hộ, mặt đê rộng từ 4-6m, mái phía biển (m=3), mái phía đồng (m=2) những

-16-

đoạn xung yếu đã được bảo vệ bằng rọ đá Nhưng đê vẫn bị lún nhiều không còn giữ được cao trình thiết kế, bị sạt lở do sóng của phương tiện giao thông thủy, do chất lượng đất đắp đê có tính cơ lý thấp

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu asphalt để gia cố đê biển trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới có rất nhiều nước có bờ biển dài Lợi ích kinh tế và quốc phòng của biển mang lại là rất lớn Đê biển có tính chất rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế vùng ven biển nói riêng và toàn quốc gia nói chung Một số nước lớn trên thế giới như Anh, Nhật, Hàn Quốc, Mỹ rất quan tâm đến vấn đề phát triển đê biển và coi là chiến lược của quốc gia trong điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay Đặc biệt một số nước đê biển còn gắn liền với lịch sử phát triển đất nước như Hà Lan Hà Lan là một quốc gia có 1/4 diện tích đất nằm dưới mực nước biển từ 5-7m do vậy để phát triển đất nước thì nhu cầu thiết yếu là chống lại sự xâm nhập của biển và mở rộng diện tích đất đai, người Hà Lan đã chiến đấu với thiên nhiên bằng chính những công trình

đê biển lớn nhất thế giới và nổi tiếng nhất thế giới, những công trình đó đã gắn liền với sự phát triển của đất nước Hà lan Một số đê lấn biển qua vùng biển sâu sóng lớn, như công trình Tholense Gat, Krammer (Hà Lan) có độ sâu

20 – 22m Mới đây, Hàn Quốc đã hoàn thành xây dựng tuyến đê biển tạo hồ nước ngọt tại khu vực Saemangeum, thuộc tỉnh Jeolla, phía bắc Hàn Quốc có chiều dài 33km trong điều kiện biên độ triều từ 6-7m, chiều sâu mực nước biển có chỗ tới 35 m Với những công trình lớn như vậy nó đã tạo ra một bước đột phá trong công tác chinh phục thiên nhiên của con người, tạo ra các

ý tưởng mới và tiếp tục thúc đẩy sự phát triển về mặt khoa học kỹ thuật công nghệ

Từ các loại vật liệu được sử dụng để bảo vệ mái đê biển có hiệu quả đã

-17-

trở thành truyền thống như: đá hộc xếp, bê tông đổ tại chỗ, cục bê tông dị

hình có kết cấu khác nhau…là loại lớp bảo vệ nhám có hiệu quả tiêu sóng, hạn chế chiều cao sóng leo Vì vậy, nếu như trước đây, quan điểm thiết kế đối với đê biển chỉ xét đến tải trọng do sóng và đê được đắp đủ độ cao an toàn thì các loại lớp bảo vệ mái đê ở trên có thể thỏa mãn được

Tuy nhiên sự tiến bộ về mặt khoa học công nghệ đã giúp cho con người biến những điều trước đây chỉ là viễn tưởng thành sự thật Với sự phát triển của vật liệu và sự nghiên cứu khoa học các hình dạng, kích thước, quy mô công trình cũng như điều kiện thiên nhiên mà con nguời đã nghiên cứu đưa ra rất nhiều loại hình kết cấu đê biển thích nghi với từng vùng và từng điều kiện công trình Hướng nghiên cứu của các nước trên thế giới là phải xử lý nền đê, nghiên cứu thêm các công nghệ vật liệu đất đắp có trộn phụ gia vào đất, sử dụng đất có cốt, gia tải trước, sử dụng vật liệu bảo vệ mái đê, mặt đê có độ bền, tuổi thọ cao v.v… Ở một số nước tiên tiến trên thế giới như Anh, Mỹ, Đức, Hà Lan người ta đã và đang sử dụng loại vật liệu hỗn hợp đá, cát, bitum (bitumen)- sản phẩm từ dầu mỏ, loại này có tên gọi chung là asphalt để gia cố

và bảo vệ đê biển do có những tính năng ưu việt hơn, đó là: khả năng chống xâm thực trong môi trường nước biển tốt hơn nhiều, khả năng biến dạng, đàn hồi tốt, có thể thích ứng một cách mềm dẻo với những biến dạng, lún sụt của nền đê và thân đê, hạn chế được những lún sụt, xói lở cục bộ của đê biển, độ bền và tuổi thọ cao, v.v…

Vì asphalt có nhiều ưu điểm nên từ năm 1960 các nước Hà Lan, Đan Mạch, Đức, Pháp, Nhật Bản, đã sử dụng nó trong xây dựng công trình thủy, đặc biệt là bảo vệ mái đê biển Có thể tổng kết sắp xếp loại vật liệu hỗn hợp này thành 9 loại, được ứng dụng trong các điều kiện và vùng khác nhau:

-18-

Bảng 1.1: Tổng hợp loại vật liệu hỗn hợp bitum, đặc tính kỹ thuật và phạm vi áp dụng[14]

Loại Vật liệu Kết cấu và đặc tính kỹ thuật Áp dụng

Loại này mỏng, kín nước, dễ trải rộng, được gia cường bằng geotextile, không thấm nước, được chế tạo sẵn và sử dụng các trục lăn để lắp đặt Chiều rộng tối đa 5m, chiều dày 5mm, trọng lượng khoảng 5kg/m2

Nhược điểm của loại này là:

vệ mái kênh, bảo vệ bờ, bảo

vệ xói lòng sông và mái thượng lưu đập của hồ chứa Rải trên mái dốc có độ dốc 1:2.5

2 Hỗn hợp

Asphalt

Trộn đều hỗn hợp đá, cát, bột đá, sau đó dùng bitum nóng lấp kín lỗ rỗng Loại này

Gia cố chân bãi đê Đổ dày

-19-

nhiều đá dùng chỗ cục bộ như chân kè, mái nhỏ

bảo vệ Có thể thi công trực tiếp dưới nước

Thường sử dụng loại đá đường kính 20/40mm (lớn nhất là 60mm).chiếm 60%

khối lượng; vữa bitum chiếm 40% (trong hỗn hợp này có cát chiếm 64%, bột đá 17%, bitum 19%)

có thể dùng để bảo vệ bờ biển, những bộ phận dốc của

những bộ phận khó thi công bằng phương pháp khác, bảo

vệ đáy và mái nghiêng bị ngập nước

Bảo vệ ở

mức xói nhẹ ở

bờ sông, hồ, thung lũng

1

2

-20-

Từ trên xuống:

1 Matit

2 Matit + sỏi + đá Hỗn hợp này gọi chung là vữa rót

Ứng dụng mái

và chân đập Bảo vệ xói

Dễ thi công ở nơi cần sửa chữa khẩn cấp

Dùng loại này rất tốt khi chèn trong lỗ rỗng của đá hộc xếp Có thể sản xuất thành từng tấm lắp ghép trên hoặc dưới nước Dùng bảo vệ đáy và chân kè Thi công mái đê

biển chèn trong đá xếp khan

Theo yêu cầu đặt hàng

-22-

Về thiết kế: Các kết quả nghiên cứu của nước ngoài chỉ ra rằng, áp dụng vật liệu hỗn hợp sẽ chịu được chiều cao sóng với chiều dày tương ứng như sau:

Bảng 1.2: Chỉ tiêu thiết kế tương ứng với chiều cao sóng[14]

Chiều dày lớp asphalt cát (m)

0.20 0.40 0.65 0.90

0.40 0.80

Về công nghệ xây dựng: Đã sử dụng máy móc xây dựng hiện đại, có những công nghệ mới khác với công trình giao thông và dân dụng (hình 1.2)

Hình 1.2:

Đã có nhiều kết quả nghiên cứu mới nhất những năm gần đây trên thế giới sử dụng vật liệu hỗn hợp bê tông asphalt chịu được lưu tốc của dòng chảy như sau: Asphalt nghèo (Lean Sand Asphalt - LSA) chịu được 3 m/s; chèn asphalt lộ mặt đá (Open Stone Asphalt – OSA) chịu được lưu tốc 6m/s trong 34 giờ Nếu độ dày 15 cm chịu được lưu tốc từ 2,5 – 3 m/s

-23-

Đã có rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm hiện trường trên thế giới đối với loại vật liệu này, có thể kể đến:

+ Nghiên cứu cách xác định phương pháp đầm tốt nhất đối với lớp bảo vệ

đê biển bằng loại bê tông asphalt do Cục công trình đường quốc gia của Hà Lan thực hiện

+ Nghiên cứu phương pháp thiết kế trộn loại matit do Cục công trình đường quốc gia Hà Lan thực hiện

+ Nghiên cứu sức cản của lớp bảo vệ bằng đá chèn bê tông asphalt chịu tác dụng của sóng

+ Hợp tác nghiên cứu tính chất cơ học đất của loại lớp bảo vệ đê bằng cát bitum Cục công trình đồng bằng quốc gia Hà Lan thực hiện

+ Nghiên cứu tổng quan về đặc tính cơ học trộn asphalt do Cục công trình đường quốc gia Hà Lan thực hiện

+ Nghiên cứu về độ rỗng trong quá trình trộn tuần hoàn asphalt, được kết hợp với Rijkswaterstaat, Hà Lan và nhà máy tư nhân

+ Nghiên cứu sơ bộ về tính chất cơ học của lớp bảo vệ đá chèn asphalt của trường đại học công nghệ Delft

+ Nghiên cứu ảnh hưởng sức cản của dòng chảy đối với loại asphalt nghèo

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở nước ta cũng có nhiều công trình nghiên cứu về đê biển nhưng phần lớn là nghiên cứu theo các loại hình vật liệu bảo vệ mái và công nghệ thi công truyền thống, vật liệu asphalt để gia cố mái bảo vệ đê biển hiện đang được bắt đầu triển khai nghiên cứu

Đê ở nước ta chủ yếu đắp bằng đất, đất được đắp đê khai thác tại chỗ, ở nhiều trạng thái từ ẩm đến dẻo, thậm chí ở dạng bùn Khi đắp phải rải thêm

-24-

các lớp cành cây hoặc phải dùng các phương pháp thủy lực Phần lớn các tuyến đê đã được tôn cao mở rộng dần trên cơ sở các tuyến đê đã được hình thành theo kinh nghiệm dân gian Địa chất nền đê cũng chưa được lựa chọn hoặc xử lý đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật

Nhìn chung do quan điểm đê không cho phép tràn nước nên hầu hết các tuyến đê ở nước ta mới chỉ được gia cố chống sóng cho mái thượng lưu bằng nhiều loại kết cấu khác nhau và chống xói do mưa cho mái hạ lưu bằng trồng

cỏ

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã tổ chức thực hiện chương trình khoa học công nghệ phục vụ xây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển Các nghiên cứu của chương trình đê biển đã tập trung giải quyết một loạt các vấn đề đang tồn tại của hệ thống đê biển Việt Nam, đề xuất nhiều các giải pháp khoa học công nghệ nhằm bảo vệ an toàn và củng cố đê biển như: các giải pháp trồng cây chắn sóng tại những vùng biển

có bãi nhằm làm giảm tác động của sóng trực tiếp tác động lên đê biển Nghiên cứu cố kết đất đắp đê bằng phụ gia consolid, neo giữ đất Nghiên cứu

đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý áp dụng cho đê biển Miền Trung với mục đích là hiện đại hóa, hợp lý hóa mặt cắt đê cho các tuyến đê cần cải tạo nâng cấp, nghiên cứu này chủ yếu trở về loại vật liệu truyền thống là sử dụng

đá, bê tông và bê tông cốt thép Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn thiết kế đê biển trong đó có cập nhật nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật trong và ngoài nước v.v…Một số đề tài nghiên cứu về đê biển đã được thực hiện ở nước ta như:

- Đề tài NCKH cấp Nhà nước: Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tổng thể để ổn định vùng bờ biển Nam Định từ cửa Ba Lạt đến cửa Đáy PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa làm chủ nhiệm (2011-2013)

- Đề tài NCKH cấp Nhà nước: Nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế diễn biến hình thái và đề xuất các giải pháp KHCN nhằm ổn định vùng cửa biển Lộc

- Đề tài NCKH cấp Nhà nước KC08-15/06-10 Nghiên cứu về sử dụng phụ gia consolid để gia cường đất đắp vỏ bọc thân đê biển bằng cát chịu được sóng, triều cường do bão và nước biển dâng GS.TS Ngô Trí Viềng chủ nhiệm, đã nghiệm thu năm 2010

- Đề tài NCKH cấp Nhà nước KC 08 11-15: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ mới trong gia cố đê biển bằng phương pháp neo đất, sử dụng phụ gia consolid và chống xói mòn lớp bảo vệ mái GS.TS Ngô Trí Viềng chủ nhiệm, là đề tài thực hiện tiếp theo đề tài KC08-15/06-10

- Đề tài cấp Bộ (Bộ NN và PTNT 2006-2007): Xây dựng chương trình

củng cố, nâng cấp và xây dựng đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang Đã xây dựng chương trình củng cố, nâng cấp và xây dựng đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang

- Đề tài cấp Bộ (Bộ NN và PTNT 2006-2008): Nghiên cứu giải pháp khoa học công nghệ xây dựng đê biển chống được bão cấp 12, triều cường (từ Quảng Ninh đến Ninh Bình) PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa làm chủ nhiệm

Hầu hết các đề tài vẫn là sử dụng các vật liệu truyền thống như đá hộc, tấm bê tông cốt thép hay tường chắn sóng để bảo vệ mái trước đê, chưa có nhiều nghiên cứu đột phá về mặt vật liệu, tìm ra các loại hỗn hợp vật liệu khác thay thế kiểu công nghệ truyền thống, chưa mạnh dạn nghiên cứu ứng dụng các loại hỗn hợp vật liệu mới vào nghiên cứu cũng như vào thi công thử

-26-

nghiệm để đánh giá hiệu quả Trong khi nước ngoài đã nghiên cứu và gặt hái được những thành công nhất định Nghiên cứu hỗn hợp vật liệu asphalt là hướng đi mới, có triển vọng, đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng thành công, vì vậy chúng ta cần quan tâm đẩy mạnh nghiên cứu, thử nghiệm ứng dụng tại Việt Nam, đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, xác định phạm vi, điều kiện ứng dụng, nhằm cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho việc triển khai ứng dụng rộng rãi trong thực tế

- Tình trạng chung là do đầu tư chắp vá nên đê thường xuyên bị xuống cấp, sạt lở thiếu ổn định và không có đủ khả năng chống lại bão lớn và triều cường

- Các công trình dưới đê bị xuống cấp, hư hỏng nặng không phát huy hiệu quả làm việc trong thoát lũ và điều tiết

- Thiếu các công trình phụ trợ nhằm đảm bảo an toàn cho đê dưới tác động của thiên nhiên và nhu cầu phát triển kinh tế

Trên thế giới đã có nhiều nước ứng dụng vật liệu asphalt để gia cố mái

đê biển như Anh, Đức, Mỹ, đặc biệt là ở Hà Lan

Ở nước ta chưa có nghiên cứu chính thức nào về vật liệu asphalt để gia

cố mái đê biển, mới chỉ dừng lại ở các vật liệu truyền thống như: bê tông, đá

-27-

hộc kè, lát, cây chắn sóng…

Vấn đề nghiên cứu các giải pháp công nghệ để bảo vệ đê cần phải tiếp tục được nghiên cứu, trong đó giải pháp công nghệ sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc để gia cố đê biển đã được nghiên cứu áp dụng rất thành công ở nhiều nước trên tiên tiến thế giới cần được nghiên cứu áp dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam vì những ưu điểm của nó như đã nêu trên

đê biển Hà Lan năm 2013

- Ưu điểm của vật liệu hỗn hợp bitum so với các vật liệu chúng ta thường dùng gia cố trước đây là bê tông hoặc bê tông cốt thép đó là:

+Khả năng chống xâm thực trong môi trường nước biển tốt hơn nhiều Các lớp gia cố đê biển làm việc trong môi trường nước biển có các tác nhân xâm thực, mực nước thường xuyên thay đổi theo chu kỳ do thủy triều và sóng, nhiệt độ không khí cao, do vậy dưới ảnh hưởng của các chu kỳ nóng ẩm

đó cùng với các tác nhân xâm thực từ biển, các cấu kiện bê tông và cốt thép sẽ nhanh chóng bị xâm thực, cường độ và khả năng chịu lực của kết cấu nhanh chóng bị suy giảm, nhiều công trình chỉ trong thời gian ngắn đã bị phá hủy, trong khi đó vật liệu hỗn hợp asphalt hầu như không chịu tác động đáng kể

+ Khả năng biến dạng và đàn hồi tốt có thể thích ứng mềm dẻo với sự lún sụt của nền đê và thân đê, hạn chế được xói cục bộ Nhưng với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, hoặc đá hộc xây, khi nền đê hoặc thân đê bị biến dạng do các kết cấu này là cứng nên không biến dạng theo được có thể gây gãy nứt cục bộ và dễ bị phá hủy Nếu không tự gãy nứt thì do sự lún sụt tạo hàm ếch giữa khối bảo vệ và thân đê, nền đê dưới áp lực sóng vỗ và áp lực nước thủy triều các kết cấu này cũng dễ dàng bị phá hủy và gây xói lở cục bộ, hoặc bị phá hủy cục bộ kết cấu bảo vệ thân, nền đê

+ Từ những ưu điểm trên ta thấy được vật liệu hỗn hợp bitum có tuổi thọ vượt trội so với các hình thức bảo vệ thông dụng khác

- Điều kiện thi công và công nghệ thi công

+ Điều kiện thi công: Thi công hỗn hợp vật liệu bitum thuận lợi và dễ dàng hơn so với thi công các loại vật liệu truyền thống là bê tông, vữa xi măng Do hỗn hợp vật liệu bitum có khả năng liên kết nhanh (khô nhanh ngay

-30-

sau khi nguội) và không bị rửa trôi cốt liệu trong môi trường nước do có bitum bao bọc vật liệu thô, có thể thi công trong môi trường nước dễ dàng Trong khi vật liệu bê tông hoặc vữa xi măng, thi công trong môi trường nước khi xi măng chưa ninh kết hỗn hợp vữa khó giữ được chất lượng vữa ban đầu Ngoài ra vật liệu hỗn hợp bitum không cần xử lý khe lạnh, điểm dừng thi công như thi công vật liệu bê tông, trong quá trình thi công vật liệu hỗn hợp bitum không cần quá chú trọng đến việc phải giảm tác động mạnh đến các kết cấu trước đã thi công như thi công kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (vì nếu khi kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chưa đủ tuổi nếu trong quá trình thi

công bị và đập mạnh hoặc bị rung, lắc rất dễ gây nứt, hỏng kết cấu, nhất là kết cấu vừa thi công xong)

+ Công nghệ thi công chủ yếu dùng thiết bị thi công cơ giới chuyên dụng: Trạm trộn nhựa cố định hoặc di động, máy cẩu, máy đào để rót nhựa ,

ít sử dụng lao động thủ công, do đó thi công nhanh, tiết kiệm chi phí, có thể

xử lý được trong các tình huống cấp bách, đòi hỏi thời gian thi công ngắn, công trình phải chịu lực ngay

- Với điều kiện thi công và công nghệ thi công như trên ta thấy được thi công vật liệu hỗn hợp bitum có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với thi công vật liệu truyền thống Việc thi công dễ dàng và đẩy nhanh tiến độ thi công sớm đưa công trình và khai thác sử dụng cũng là một hình thực tiết kiệm rất nhiều chi phí cho công tác thi công Nó là rất phù hợp trong việc xử lý việc gia cố đê biển trong trường hợp cấp bách khi xảy ra sự cố

Với những ưu điểm vượt trội của vật liệu hỗn hợp bitum đã phân tích ở trên thì việc lựa chọn loại vật liệu này để nghiên cứu là hoàn toàn đúng đắn và

có cơ sở khoa học, thực tiễn cao

2.2 Vật liệu sử dụng và phương pháp thí nghiệm

Vật liệu sử dụng là các loại: bột đá, cát, bitum, đá dăm tạo thành vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc Hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc: là

-31-

một dạng vật liệu hỗn hợp asphalt với hàm lượng bitum cao (vào khoảng 20% so với tổng khối lượng hỗn hợp), ở nhiệt độ 120o

14-C-170oC hỗn hợp ở trạng thái nhớt lỏng khi thi công để có thể tự chèn lấp đầy vào các khe rỗng giữa các viên đá hộc

Phương pháp thí nghiệm trên cơ sở phương pháp Marshall

2.2.1 Vật liệu sử dụng dùng cho vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc

Vật liệu dùng cho hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc về cơ bản bao gồm: cốt liệu chính ( cát, đá ), bột đá, phụ gia (nếu có), chất kết dính là bitum

Do hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc có độ nhớt cao hơn so với bê tông asphalt làm đường để đảm bảo chèn kín khe rỗng của đá hộc do vậy mà thành phần hạt trong cốt liệu chính yêu cầu cũng có chút khác biệt, còn về bột đá và bitum thì cũng tương tự

Trong đề tài này không sử dụng phụ gia để thiết kế thành phần hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc

Do tính lưu động cao nên tỷ lệ cốt liệu cũng khác Các yêu cầu về vật liệu được trình bày như sau:

2.2.1.1 Cốt liệu

- Thành phần hạt của các loại cốt liệu dùng cho asphalt chèn trong đá hộc sử dụng loại sàng mắt vuông theo ASTM E11

a, Cốt liệu lớn (đá dăm và sỏi)

- Cốt liệu lớn dùng trong vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc là

đá dăm hoặc sỏi Mục đích của việc bổ sung thêm cốt liệu lớn vào trong hỗn hợp là để tiết kiệm kinh phí (do giảm lượng dùng bitum), tăng khả năng ổn định của hỗn hợp Hàm lượng và kích thước hạt lớn nhất phụ thuộc vào độ nhớt yêu cầu của hỗn hợp và độ lỗ rỗng của đá hộc cần chèn thông thường được tính toán thông qua thí nghiệm thực nghiệm

+ Đá dăm

Phương pháp thử

(căn cứ chứng chỉ thí nghiệm kiểm tra của nơi sản xuất đá dăm sử dụng cho công trình)

4 Hàm lượng hạt mềm yếu, phong hoá , % ≤10 TCVN 7572-17 : 2006

5 Hàm lượng hạt cuội sỏi bị đập vỡ (ít

6 Độ nén dập của cuội sỏi được xay vỡ, % - TCVN 7572-11 : 2006

7 Hàm lượng chung bụi, bùn, sét, % ≤2 TCVN 7572- 8 : 2006