nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước'

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài, có nhiều tỉnh, thành phố tiếp giáp với biển với dân số vùng ven biển khoảng 40 triệu người. Ven biển Việt Nam đã có hệ thống đê biển với các quy mô khác nhau được hình thành qua...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HOÀNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG

ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN TRÀN NƯỚC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HOÀNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG

ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN TRÀN NƯỚC

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng

Mã số: 62-58-60-01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Trịnh Minh Thụ 2.GS.TS Ngô Trí Viềng

Hà Nội, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Hoàng Việt Hùng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Trịnh Minh Thụ

và GS.TS Ngô Trí Viềng là hai Thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận

án Xin cảm ơn hai Thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ và cả hỗ trợ tài chính để tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu đúng thời gian

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS Nguyễn Công Mẫn, xin cảm ơn Giáo sư đã

có những đóng góp quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn GS.TS Nguyễn Quang Kim-Hiệu trưởng nhà trường đã có hỗ trợ kịp thời về thiết bị thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu của tác giả luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Vụ Đại học và Sau Đại học-Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hội đồng Khoa học Đào tạo Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Phòng Khoa học Công nghệ-Trường Đại học Thuỷ lợi, Cục Sở hữu Trí tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ, các nhà khoa học từ các đơn vị đã có những đóng góp, giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đãđộng viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu

Tác giả

Hoàng Việt Hùng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

7 Những đóng góp mới của luận án 4

8 Bố cục của luận án 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN 7

1.1 Mở đầu 7

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới 7

1.2.1 Giải pháp bảo vệ mái đê phía biển 7

1.2.2 Giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng 17

1.3 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam 19

1.3.1 Một số hình thức kết cấu kè mái đê phía biển 19

1.3.2 Bảo vệ mái đê phía trong đồng 24

1.4 Một số vấn đề gây mất ổn định lớp bảo vệ mái đê biển thường gặp 24

1.4.1 Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn 24

1.4.2 Một số tồn tại kỹ thuật của kè bảo vệ mái đê phía biển và mất ổn định do xói mái đê trong đồng 27

1.4.3 Sự phá huỷ đê biển do sóng tràn 29

1.4.4 Hướng tiếp cận lựa chọn giải pháp công nghệ mới 30

1.5 Kết luận chương I 31

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ 33

2.1 Đặc điểm của neo trong đất và nguyên tắc tính toán 33

2.1.1 Mục đích 33

2.1.2 Nguyên lý chống nhổ của thanh neo 33

2.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến lực chống nhổ của thanh neo 34

2.1.4 Các phương pháp xác định khả năng chịu lực kéo nhổ của neo 36

2.2 Nghiên cứu neo gia cố cho tấm lát mái đê biển 44

2.2.1 Đặt vấn đề 44

2.2.2 Bản chất kỹ thuật của giải pháp 45

2.3 Thiết lập biểu thức xác định sức chịu tải của neo xoắn sử dụng gia cố tấm

lát mái đê biển 47

2.3.1 Những giả thiết và định lý dùng trong phương pháp phân tích giới hạn 48

2.3.2 Lập biểu thức xác định sức chịu nhổ giới hạn 52

2.4 Kết luận chương II 57

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN 59

3.1 Mở đầu 59

3.2 Thí nghiệm xác định khả năng neo giữ của neo xoắn 59

3.2.1 Nội dung thí nghiệm 59

3.2.2 Lập phương trình xác định Sêry thí nghiệm 60

3.2.3 Thiết kế neo xoắn 63

3.2.4 Thí nghiệm thử tải neo xoắn 65

3.2.5 Kiểm chứng biểu thức xác định sức chịu tải neo xoắn 74

3.2.6 Thí nghiệm mô hình vật lý để đánh giá mật độ bố trí neo gia cố 79

3.3 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia CONSOLID 85

3.3.1 Giới thiệu về sản phẩm phụ gia CONSOLID và mục đích nghiên cứu 85

3.3.2 Các thí nghiệm với đất á sét có phụ gia 85

3.3.3 Thí nghiệm với đất cát và á cát khi sử dụng phụ gia 98

3.3.4 Nhận xét về kết quả thí nghiệm đất gia cường 103

3.4 Nghiên cứu khả năng xói bề mặt của đất có phụ gia 103

3.4.1 Mục đích 103

3.4.2 Nội dung và kết quả thí nghiệm 104

3.4.3 Nhận xét kết quả thí nghiệm xói bề mặt 106

3.5 Kết luận chương III 106

CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH 109

4.1 Giới thiệu về công trình 109

4.2 Tài liệu dùng trong thiết kế 109

4.2.1 Tài liệu địa hình 109

4.2.2 Tài liệu địa chất 109

4.3 Giải pháp kỹ thuật nâng cấp đê 111

4.3.1 Các thông số cơ bản của đê biển Giao Thuỷ-Nam Định 111

4.3.2 Tăng cường ổn định bảo vệ mái đê phía biển theo tiêu chuẩn kỹ

thuật thiết kế đê biển-2012 kết hợp neo gia cố tấm lát mái 111

4.3.3 Đề xuất tính toán gia cố mái đê kết hợp neo khi xét cân bằng áp lực đẩy ngược do sóng 113

4.3.4 Xử lý đất đắp vỏ bọc đê biển phía đồng bằng phụ gia CONSOLID115 4.4 Xây dựng phần mềm tính toán viên gia cố mái đê biển kết hợp neo 116

4.4.1 Mục đích 116

4.4.2 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 116

4.4.3 Cấu trúc chương trình 116

4.5 Kết luận chương IV 121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

I Kết luận 122

II Điều kiện áp dụng kết quả nghiên cứu 123

III Tồn tại 124

IV Kiến nghị 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

MỤC LỤC HÌNH VẼ

CHƯƠNG I

Hình 1.1: Gia cường mái đê biển ở Hà Lan 8

Hình 1.2: Cấu kiện bê tông lắp ghép 8

Hình 1.3: Một dạng cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản 9

Hình 1.4: Thiết bị thi công cấu kiện gia cố mái đê biển Hà Lan 9

Hình 1.5: Cấu kiện bê tông gia cố dạng cột 10

Hình 1.6: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường 11

Hình 1.7: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp 12

Hình 1.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan 12

Hình 1.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật 13

Hình 1.10: Mở rộng ứng dụng của túi địa kỹ thuật 14

Hình 1.11: Ống địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè 14

Hình 1.12: Mở rộng ứng dụng của ống địa kỹ thuật 15

Hình 1.13: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan 15

Hình 1.14: Một số biện pháp kỹ thuật gia cố mái đê 16

Hình 1.15: Vải địa kĩ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái 16

Hình 1.16: Thảm cỏ chống xói mái đê 17

Hình 1.17: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói 18

Hình 1.18: Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước 18

Hình 1.19: Bể bê tông có tính năng tiêu năng 19

Hình 1.20: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định 20

Hình 1.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình 20

Hình 1.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ 21

Hình 1.23: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ 22

Hình 1.24: Kè bằng cấu kiện bê tông khối lớn 22

Hình 1.25: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC-178 23

Hình 1.26: Kè bằng cấu kiện BT liên kết 2 chiều 23

Hình 1.27: Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn 25

Hình 1.28: Lực tác dụng của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông 25

Hình 1.29: Tấm lát mái đê biển bị lún sụt 28

Hình 1.30: Tấm lát mái đê biển bị bong tróc 28

Hình 1.31: Phá huỷ mái phía biển dẫn đến xói hỏng nền đê 28

Hình 1.32: Các viên gia cố không đủ trọng lượng 28

Hình 1.33: Mái đê biển phía đồng bị sóng tràn qua 29

Hình 1.34: Đê biển đắp bằng đất có hàm lượng cát cao bị xói hỏng 29

Hình 1.35: Viên gia cố bị đẩy ngược 29

Hình 1.36: Đê biển Hải Phòng được cứng hoá bề mặt-chống sóng tràn 30

Hình 1.37: Bão số 2-2005 mái hạ lưu bị phá huỷ toàn bộ do sóng tràn 30

CHƯƠNG II Hình 2.1: Nguyên lý chịu lực của thanh neo 33

Hình 2.2: Các hình thức mũi neo giữ 35

Hình 2.3: (a) Neo đất có dạng mở rộng đáy hình trụ tròn (b) Đáy mở rộng với nhiều hình nón cụt 35

Hình 2.4: Cấu tạo mũi cọc xoắn 39

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí neo cho tấm lát mái 45

Hình 2.6: Chi tiết các dạng neo gia cố 46

Hình 2.7: Chi tiết liên kết với tấm lát mái 47

Hình 2.8: Ứng dụng lý thuyết dẻo cho đất 48

Hình 2.9: Mô hình vật lý mô phỏng hướng chuyển vị khi đất bị cắt 49

Hình 2.10: Giả thiết mặt nón phá hoại của mũi neo xoắn 52

Hình 2.11: Kết quả thí nghiệm mô hình đất tương tự với (H/D) ≤ 5 ÷ 7 55

Hình 2.12: Kết quả thí nghiệm mô hình đất tương tự với (H/D) = 8 55

CHƯƠNG III Hình 3.1: Các chi tiết của neo xoắn 64

Hình 3.2: Hai mũi neo điển hình trong thí nghiệm 64

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo neo 65

Hình 3.4: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo theo các độ sâu 68

Hình 3.5: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo NĐ10-Đất đê Giao Thuỷ 69

Hình 3.6: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo NĐ11-Đất đê Giao Thuỷ 70

Hình 3.7: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ10 - Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 72

Hình 3.8: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ11 - Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 73

Hình 3.9: Thiết bị và mô hình thí nghiệm 76

Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo mảng gia cố 80

Hình 3.11: Sơ đồ vị trí các viên gia cố tính từ điểm đặt tải (điểm 0) 81

Hình 3.12: Diễn biến mẫu sau 1 giờ ngâm nước 88

Hình 3.13: Diễn biến mẫu sau 20 ngày ngâm nước 89

Hình 3.14: Thiết bị nén một trục 90

Hình 3.15: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời

gian 6 ngày 91

Hình 3.16: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông 91

tự do sau thời gian 15 ngày 91

Hình 3.17: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời gian 30 ngày 92

Hình 3.18: Thiết bị nén ba trục 94

Hình 3.19: Kết quả thí nghiệm mẫu 0% phụ gia 95

Hình 3.20: Kết quả thí nghiệm mẫu 2% phụ gia 95

Hình 3.22: Thí nghiệm rã chân mẫu đất cát có sử dụng phụ gia 98

Hình 3.23: Thí nghiệm đánh giá độ rã chân-sập mẫu 100

Hình 3.24: Các mẫu sau 15 phút đổ nước 100

Hình 3.25: Các mẫu sau 30 ngày ngâm nước 100

Hình 3.26: Một số hình ảnh thí nghiệm mẫu trong điều kiện ngập-khô-ngập 102

Hình 3.27: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 104

Hình 3.28: Điều chỉnh lưu lượng chảy qua mô hình 105

Hình 3.29: Một số mặt cắt điển hình trong quá trình thí nghiệm 106

CHƯƠNG IV Hình 4.1: Cấu trúc sơ đồ tính toán 117

Hình 4.2: Giao diện chương trình 118

Hình 4.3: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 1 118

Hình 4.4: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 2 119

MỤC LỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG I

CHƯƠNG II

Bảng 2.1: Giá trị tham khảo cường độ chống cắt của đất [20] 37

Bảng 2.2: Cường độ chống cắt của đất [20] 37

Bảng 2.3: Hệ số điều kiện làm việc m 40

Bảng 2.4: Các hệ số A, B tính sức chịu tải kéo của cọc xoắn 41

Bảng 2.5: Các giá trị của M, N ứng với α =φ và 2 φ α = 43

CHƯƠNG III Bảng 3.1: Các kích thước thực tế của hai neo xoắn 64

Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm 66

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của độ sâu cắm neo đến sức chịu tải 67

Bảng 3.4: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 69

Bảng 3.5: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D)=8 71

Bảng 3.6: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 72

Bảng 3.7: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D=8) 73

Bảng 3.8: Kết quả đo trực tiếp góc mở α trên hố đào cắt ngang nón phá hoại 75

Bảng 3.9: Các thông số tính toán và kết quả kiểm nghiệm 78

Bảng 3.10: Tổng hợp xác định sức chịu tải của neo xoắn (kN) 78

Bảng 3.11: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp không neo 81

Bảng 3.12: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp có neo 84

Bảng 3.13: Các chỉ tiêu của đất á sét 86

Bảng 3.14: Sức kháng nén không hạn hông của các mẫu - ( 2) / m kN q u 92

Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của đất á sét 93

Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm cắt ba trục 96

Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất á cát 103

Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xói tràn tại máng thí nghiệm 105

CHƯƠNG IV Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 110

Bảng 4.3: Các thông số thiết kế của mũi neo xoắn 113

Bảng 4.4: Khối lượng viên gia cố tính theo các phương pháp 114

Bảng 4.5: Sức chịu tải kéo của neo xoắn 115

Bảng 4.6: Kết quả tính toán bằng phần mềm NTM-01 120

P : Thông số xét đến tính thấm nước của lõi thân đê

σ : Ứng suất pháp trên mặt trượt đang xét

τ : Ứng suất tiếp trên mặt trượt đang xét

α : Góc mở của hình nón phá hoại giả thiết khi kéo neo tấm xoắn

V : Thể tích hình nón phá hoại giả thiết

V : Véctơ tốc độ chuyển vị của hình nón phá hoại giả thiết

S : Diện tích xung quanh hình nón phá hoại giả thiết

H : Độ sâu từ mặt đất đến cánh xoắn trên cùng-công thức 2.26

L : Chiều dài mũi xoắn-công thức 2.26

NĐ10 : Neo xoắn sô 10

NĐ11 : Neo xoắn sô 11

H/D : Tỷ số giữa độ sâu cắm neo và đường kính neo

K : Hệ số thấm tính toán của đất

a : Diện tích ống đầu nước thay đổi

A : Tiết diện mẫu thí nghiệm thấm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài, có nhiều tỉnh, thành phố tiếp giáp với biển với dân số vùng ven biển khoảng 40 triệu người Ven biển Việt Nam đã có hệ thống đê biển với các quy mô khác nhau được hình thành qua nhiều thế hệ Hệ thống đê biển này là tài sản lớn của đất nước, nếu được tu

bổ, nâng cấp thường xuyên thì hệ thống đê biển sẽ là cơ sở vững chắc, tạo đà phát triển kinh tế, phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Theo xu thế phát triển chung, hiện nay vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động, ngày càng đóng góp vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng Đê biển không chỉ còn chống bão, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu như giao thông, du lịch Các nước phát triển trên thế giới đã có nhiều đầu tư công nghệ, nhân lực, vật lực, chính sách pháp luật để cải tạo, nâng cấp đê biển Tuy nhiên ở Việt Nam, phần lớn

đê biển chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8, các dự án đê biển được

sự hỗ trợ của dự án PAM, của dự án ADB cũng chỉ có thể chống với gió bão cấp 9 và mức nước triều 5% Cũng theo báo cáo của Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão[9], hiện trạng đê biển còn một số tồn tại chính là:

(1) Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha (á cát) có độ chua lớn (pHKCL=3,5-4,5) nên rất khó trồng cỏ chống xói vì vậy hầu hết mái đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ thoả đáng nên thường bị xói, sạt khi sóng leo vượt tràn đỉnh đê khi có bão hoặc do mưa lớn kéo dài dẫn đến nguy cơ vỡ đê rất cao [9]

(2) Phần lớn đê biển hiện có là đê trực diện với biển (350 km trên tổng

số 484 km thống kê riêng cho đê biển Bắc Bộ) [9], một số đoạn đê trước đây

có rừng chắn sóng nhưng đến nay rừng chắn sóng không còn dẫn đến đê trở thành trực diện với biển, nhiều nơi ở xa vùng cửa sông cũng không thể trồng cây chắn sóng vì vậy kè bảo vệ mái trở thành kết cấu quan trọng nhất để bảo

vệ đê biển Hiện tại, kè mái phía biển thường bị bong tróc, lún sụt dưới tác dụng của sóng, nếu không có giải pháp tăng cường ổn định kè bảo vệ mái sẽ

có nguy cơ vỡ đê bất cứ lúc nào

Do đó tăng cường ổn định kè mái phía biển và ổn định không xói mái đê phía đồng khi mưa lớn hoặc khi sóng tràn là các giải pháp cần thiết và cấp bách để nâng cao khả năng phòng chống thiên tai của hệ thống đê biển, tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững vùng ven biển

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là tìm ra được giải pháp khoa học, kinh

tế, hiện đại nhưng phù hợp với điều kiện Việt Nam để tăng cường ổn định bảo

vệ mái cho đê biển hiện có Các mục đích cụ thể là:

- Nghiên cứu tăng thêm ổn định cho kết cấu bảo vệ mái đê phía biển kiểu

bê tông lắp ghép hai chiều và ổn định không xói mái đê trong đồng của đê biển hiện có trong điều kiện tác động của sóng leo vượt tràn đỉnh đê

- Nghiên cứu cơ sở khoa học cho giải pháp neo xoắn tăng cường ổn định mảng gia cố hiện tại bảo vệ mái đê phía biển mà không cần bóc bỏ, thay thế bằng cấu kiện mới

- Nghiên cứu các đặc trưng vật lý, cơ học của đất có trộn phụ gia, làm rõ đặc tính, ưu nhược điểm, hàm lượng tối ưu của phụ gia khi dùng gia cường cho đất á cát để đắp đê nhưng đảm bảo điều kiện không xói khi nước tràn đê

- Kết quả nghiên cứu được tính ứng dụng cho công trình thực tế

3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu neo xoắn dùng tăng cường ổn định mảng gia cố của cấu kiện bê tông lắp ghép kiểu hai chiều cho mái đê phía biển Neo chịu lực kéo vuông góc với mái đê Vật liệu đắp đê không dùng các loại đất dính ở trạng

thái dẻo mềm, dẻo chảy Độ chặt đất đắp phải đạt theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6]

- Nghiên cứu ứng dụng, đánh giá hiệu quả và các ảnh hưởng phụ không mong muốn của phụ gia CONSOLID khi sử dụng để gia cường đất tại chỗ dùng làm vỏ bọc đê biển thay thế cho đất sét truyền thống Chưa nghiên cứu

cơ chế tương tác gia cường đất, thành phần hoá học và chế tạo vật liệu CONSOLID

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cường bảo vệ mái đê biển trên thế giới và ở Việt Nam Đánh giá tồn tại về kỹ thuật và chỉ ra vấn đề mà luận án tập trung giải quyết

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của neo trong đất, thiết lập biểu thức sức chịu tải của neo xoắn mà tác giả đề xuất

- Nghiên cứu thực nghiệm về sức chịu tải của neo trong phòng thí nghiệm và hiện trường, kiểm chứng biểu thức giải tích đã thiết lập và điều kiện ứng dụng

- Nghiên cứu thực nghiệm gia cường đất khi sử dụng phụ gia CONSOLID

- Nghiên cứu ứng dụng cho đê biển Nam Định

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích lý thuyết neo trong đất và nguyên tắc thiết

kế, xây dựng cơ sở lý thuyết cho giải pháp neo xoắn dùng tăng cường ổn định cho cấu kiện bê tông gia cố mái đê biển

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm mẫu vật liệu trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm mô hình vật lý trong phòng, thí nghiệm hiện trường Kiểm chứng

cơ sở khoa học việc ứng dụng công nghệ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học:

- Phân tích tổng quan các dạng kè bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam và trên thế giới Đánh giá các ưu, nhược điểm các dạng gia cố mái đê hiện tại, phân tích điều kiện ứng dụng, từ đó đề xuất giải pháp khoa học công nghệ mới, gia tăng

độ an toàn cho đê biển hiện tại

- Làm rõ cơ sở khoa học của neo gia cố mái, đánh giá khả năng chịu tải của neo, xây dựng biểu thức tính toán, xác định được khoảng cách bố trí neo tối

ưu

- Các thí nghiệm trong phòng đã làm rõ đặc tính gia cường đất của phụ gia CONSOLID, đánh giá hiệu quả cũng như các ảnh hưởng phụ không mong muốn của phụ gia đến đất gia cường

- Đề xuất tính ổn định mảng gia cố bằng cách xác định trực tiếp áp lực nước đẩy ngược lên mảng gia cố Xét cân bằng áp lực này với trọng lượng viên gia

cố và lực neo Đề xuất này có ý nghĩa để mở rộng ứng dụng neo cho các kiểu gia cố khác nhau

b) Ý nghĩa thực tiễn

Hiện tại đê biển của Việt Nam được đánh giá là thấp nên thường bị sóng leo tràn qua đỉnh đê và đê trực diện với biển nên kè mái phía biển không đảm bảo an toàn Điều kiện kinh tế chưa cho phép xây dựng mới đê biển kiên cố hơn, kết quả nghiên cứu của luận án này sẽ được ứng dụng để tăng cường ổn định, gia tăng độ an toàn của đê biển hiện có, trước mắt sẽ ứng dụng cho đê biển Giao Thuỷ -Nam Định, đóng góp một phần khoa học công nghệ cho chương trình nâng cấp, xây mới hệ thống đê biển Việt Nam

7 Những đóng góp mới của luận án

(1) Giải pháp neo gia cố cho tấm lát mái là giải pháp mới, có tác dụng gia tăng ổn định và hạn chế chuyển vị, xô lệch của mảng gia cố mái đê phía

biển dưới tác dụng của sóng Tác giả luận án đã được cấp bằng độc quyền về sáng chế số 10096 Theo quyết định số 9903/QĐ-SHTT, ngày 29.02.2012 của Cục Sở hữu Trí tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ

(2) Biểu thức (2.26) được tác giả luận án thiết lập theo phương pháp phân tích giới hạn kết hợp lý thuyết dẻo và điều kiện bền Coulomb Đây là điểm khác biệt cơ bản nhất với các nghiên cứu về neo đất trước đây Ứng dụng này mở rộng bài toán cân bằng giới hạn tĩnh sang bài toán động thông qua nguyên lý bảo toàn năng lượng giữa công ngoại lực và nội năng tiêu tan khi vật thể đạt trạng thái cân bằng giới hạn Các thí nghiệm về sức chịu tải của neo xoắn đã chuẩn hoá được biểu thức giải tích (2.26) và điều kiện ứng dụng của biểu thức này

(3) Đề xuất sử dụng phụ gia CONSOLID để gia cường đất hàm lượng cát cao đắp vỏ bọc đê biển thay thế đất sét cũng là đề xuất khoa học công nghệ mới, có tính hiệu quả cao khi nguồn đất sét đắp vỏ bọc đê biển ngày càng hạn hẹp

(4) Tác giả đã xây dựng được phần mềm ‘Neo gia cố tấm lát mái bảo vệ

đê biển-NTM-01’ tiện dụng, đơn giản giúp cho người tính toán có nhiều lựa chọn khi xác định các tham số thiết kế neo gia cố cho các tấm lát mái đê biển

8 Bố cục của luận án

Lời cảm ơn

Mở đầu

Chương I: Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển

Chương II: Cơ sở lý thuyết tính toán tăng cường ổn định đê

Chương III: Thí nghiệm mô hình vật lý và thí nghiệm vật liệu đất đắp gia cường

Chương IV: Ứng dụng kết quả nghiên cứu, tính toán cho đê biển Nam Định

Kết luận và kiến nghị

Danh mục các tài liệu khoa học đã công bố

Danh mục các tài liệu tham khảo

9903/QĐ-CHƯƠNG I TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN

1.1 Mở đầu

Đê biển là công trình ven biển làm nhiệm vụ bảo vệ các khu dân cư, các vùng đất canh tác để tránh các tác động của nước biển khi có bão, triều cường Nước biển tràn vào trong đồng gây thiệt hại về tính mạng, tài sản của nhân dân, nhiễm mặn hệ thống đất canh tác, phá huỷ làng mạc hoa màu Vì vậy trong mọi trường hợp, vấn đề đảm bảo an toàn đê biển nói riêng và hệ thống đê nói chung là đảm bảo an toàn về dân sinh, kinh tế, an ninh quốc phòng

Các nước phát triển đã có nhiều đầu tư về nghiên cứu khoa học, công nghệ đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho đê biển Các giải pháp gia cường, bảo

vệ đê biển trước kia có thể được bóc bỏ, thay mới bằng giải pháp công nghệ

an toàn vững chắc hơn Việt Nam cũng có những chuyển biến tích cực, nhưng chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của đê biển hiện tại Các phần tổng quan về gia cường đê biển trên thế giới và của Việt Nam được trình bày sau đây cho toàn cảnh về cải tiến công nghệ cũng như những tồn tại về kỹ thuật Từ đó sẽ phân tích, đánh giá rút ra được đề xuất khoa học công nghệ sao cho có tính sáng tạo, tăng thêm an toàn, kinh tế và Việt Nam

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới

1.2.1 Giải pháp bảo vệ mái đê phía biển

a) Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn

Phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép với các dạng liên kết khác nhau Hình 1.1 thể hiện một đoạn đê ở Hà Lan, mái đê được gia cường bằng các biện pháp là một đoạn đê dùng đá lát khan, một đoạn đê sử dụng kết cấu

bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ

Hình 1.1: Gia cường mái đê biển ở Hà Lan Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía biển do tác động của sóng và dòng chảy Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện người ta không ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và kiên kết giữa các cấu kiện theo hình thức tự chèn Kết cấu loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với đê nên có độ ổn định của kết cấu tương đối cao

Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn có xu hướng chuyển từ dạng “bản” như đang được sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột” để tăng ổn định và

dễ sửa chữa khi có sự cố Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên các cấu kiện gia cường trước kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay thế bằng các cấu kiện dày hơn, nặng hơn Hình 1.2 thể hiện so sánh giữa cấu kiện bảo vệ mái đê trước kia và cấu kiện đang thay mới (HydroBlock) ở một đoạn đê của Hà Lan

Hình 1.2: Cấu kiện bê tông lắp ghép

Có rất nhiều dạng kết cấu bê tông gia cố, hình dạng của các kết cấu gia

cố dựa trên tiêu chí liên kết mảng và giảm sóng Hình 1.3 thể hiện một dạng kết cấu gia cố đê biển của Nhật Bản

Hình 1.3: Một dạng cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản

Hình 1.4 là ảnh thiết bị thi công lắp ghép các cấu kiện bê tông khối lớn (basalton) gia cố mái đê phía biển [44]

Hình 1.4: Thiết bị thi công cấu kiện gia cố mái đê biển Hà Lan

Hình 1.5 thể hiện một cấu kiện gia cố dạng khối sáu mặt, kích thước lớn theo xu hướng chuyển từ dạng tấm sang dạng cột (cấu kiện kích thước 0,6 x 0,8 x 0,8) [44]

Hình 1.5:Cấu kiện bê tông gia cố dạng cột Tính đến thời điểm hiện tại, gia cố mái đê biển bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điểm nổi trội về sự ổn định của mảng gia

cố dưới tác động của sóng và dễ thi công, thuận tiện cả dùng thi công cơ giới Tiêu chuẩn ổn định của cấu kiện gia cố mái đê thường dùng công thức ứng dụng của Pilarczyk (1990) đề xuất dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình tỷ lệ lớn:

p u m

∆ : Tỷ trọng vật liệu cấu kiện;

b: Hệ số tương tác của sóng lên kè có các độ nhám khác nhau [42]; Các đại lượng D,∆m xác định theo dạng kè bảo vệ mái, tham khảo [42] trong các tính toán chi tiết

b) Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments)

Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng Trung Âu vào việc làm kín nước Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ mái đập đá đổ Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền Fuliana Sau cơn bão 1953, Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây dựng đê biển Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cường, chẳng hạn nhựa đường-đá xếp, nhựa đường-bê tông khối, bê tông Asphalt ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê biển của nhiều nước tiên tiến như Nauy, Hà lan, Mĩ và một số nước khác Hình 1.6 là một dạng kè

đê biển bằng đá xếp phủ nhựa đường ở Hà Lan [44]

Hình 1.6: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường

c) Thảm bê tông

Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng liên kết (hình 1.7) Các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa các cấu kiện thường đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ Phải bố trí tầng lọc ngược giữa thảm bê tông với thân đê Cấu kiện kiểu này thường xuyên được cải tiến về hình dạng và liên kết giữa các cấu kiện [42]

Hình 1.7: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp Hình 1.8 thể hiện thảm bê tông đang được thi công trên một đoạn đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc [44] Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra

cỏ vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan môi trường

Hình 1.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan

d) Thảm đá

Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy đá gọi là

“thảm đá” Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ biển do tác động của sóng và dòng chảy Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ lại thành khối lớn để sóng và dòng chảy không phá hỏng được

e) Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát

Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kĩ thuật, liên kết với nhau thành một hệ thống gọi là thảm túi cát để bảo vệ mái dốc của đê,

bờ sông, bờ biển Hình 1.9 là ảnh chụp một đoạn kè chống xói bằng hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo Sylt-Kliffende-Đức[36]

Hình 1.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật

Hình 1.10 là một số ứng dụng khác của túi địa kỹ thuật [43], có thể xây dựng kè chắn sóng, sửa chữa trụ cầu, gia tăng trọng lượng cho đường ống, neo giữ…

d) Bảo vệ xói trên các ống chôn, gia

tăng sự neo giữ

e) Gia tăng trọng lực, ổn định cho

đường ống dẫn nước

f) Neo giữ kết cấu mỏ

g) Sửa chữa xốp rỗng trong các kết

Bp

Hình 1.11: Ống địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè Hình 1.12 là các ứng dụng mở rộng của ống địa kỹ thuật [42], ống cát địa kỹ thuật được sử dụng làm kè bờ biển, lấn biển, làm thân đê…

Hình 1.12: Mở rộng ứng dụng của ống địa kỹ thuật Hình 1.13 là ảnh chụp đoạn kè biển bằng ống địa kỹ thuật [44], hệ thống

kè tương đối ổn định và mỹ thuật

Hình 1.13: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan

g) Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp

Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp [42] (vải địa kỹ thuật, lưới địa

kỹ thuật) làm chức năng gia cố dạng đất có cốt, chức năng phân cách các lớp vật liệu có nhóm đường kính hạt khác nhau, gia cường làm nền khi đắp đê

trên nền đất yếu Như vậy tăng cường đuợc ổn định tổng thể cho đê (hình 1.14)

Hình 1.14: Một số biện pháp kỹ thuật gia cố mái đê Vải địa kĩ thuật được dệt từ sợi tổng hợp có thể dùng làm tăng ổn định mảng gia cố mái đê (hình 1.15) [43], hoặc sợi tổng hợp dệt thành màng địa kỹ thuật làm chức năng chống thấm, chức năng phân cách giữa các lớp vật liệu Nhìn chung với sự thay đổi về công nghệ vật liệu đã giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật, đảm bảo sự an toàn và ổn định lâu dài của đê biển

Hình 1.15: Vải địa kĩ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái

Hình 1.15 thể hiện cấu tạo lớp vải địa kỹ thuật đặt trên mái dốc, bên trên

có bố trí lọc và trên cùng là lớp bảo vệ mái Để chống trượt của cả khối bảo

vệ mái bên trên lớp vải thì ma sát giữa lớp lọc và vải phải đảm bảo điều kiện:

tg

Trong đó f U là hệ số ma sát giữa vật liệu lọc và vải địa kỹ thuật [43]

1.2.2 Giải pháp bảo vệ mái đê phía đồng

a) Trồng cỏ

Trồng cỏ để bảo vệ chống xói mái đê phía trong đồng được sử dụng từ lâu và khá phổ biến trên thế giới Trồng cỏ là hình thức kết cấu đơn giản thân thiện với môi trường Cỏ trồng trên mái dốc để cỏ và bộ rễ tạo thành lớp bảo

vệ chống xói bề mặt đê (hình 1.16)[43], hoặc trồng cỏ trong ô được chia ra bởi các khối xây hoặc trong những cấu kiện đúc sẵn

Nhìn chung giải pháp tạo thảm cỏ được đánh giá là hiệu quả và là giải pháp được sử dụng từ lâu vì lá cỏ, rễ cỏ đều có tác dụng chống xói bề mặt đê khi có dòng chảy tràn Tuy nhiên, lớp cỏ bảo vệ chỉ chịu được lưu lượng tràn nhất định

Hình 1.16: Thảm cỏ chống xói mái đê b) Thảm ba chiều bằng sợi tổng hợp

Thảm ba chiều bằng sợi tổng hợp kết hợp với trồng cỏ tăng cường sức chịu tải cho lớp đất [43], tạo điều kiện thuận lợi ban đầu cho cỏ phát triển Bảo vệ mái đê theo công nghệ này đảm bảo được điều kiện thân thiện với môi

trường và tăng khả năng chống xói hơn so với thảm cỏ thông thường (hình 1.17)

Hình 1.17: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói c) Giải pháp kết cấu thuỷ công giảm vận tốc xói do sóng tràn

Giải pháp này bố trí một bể bê tông đựng nước do sóng tràn ở trên đỉnh

đê [44] Khi sóng tràn vào bể, có thể bố trí ống dẫn nước để tiêu nước về hạ lưu (hình 1.18)

Hình 1.18: Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước Hình 1.19 là bể bê tông tiêu năng [44], kích thước bể được tính toán đủ sâu để tiêu năng năng lượng sóng tràn Sau khi sóng tràn qua đỉnh đê, vận tốc không còn lớn để gây xói cho mái trong đồng

Hình 1.19: Bể bê tông có tính năng tiêu năng Trên đây là tổng hợp các giải pháp công nghệ bảo vệ mái và tăng cường

ổn định cho mái đê biển của một số nước trên thế giới Có thể thấy rõ nhất là

đê biển của họ vững chãi, an toàn và mỹ quan nhờ có sự thay đổi công nghệ vật liệu và gia tăng trọng lượng của cấu kiện gia cố Tiếp sau đây là một số tổng hợp các giải pháp bảo vệ mái đê biển đang áp dụng ở Việt Nam

1.3 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam

1.3.1 Một số hình thức kết cấu kè mái đê phía biển

a) Kè lát mái bằng đá lát khan

Đá hộc với kích thước xác định nhằm đảm bảo ổn định dưới tác dụng của sóng và đẩy nổi của nước, dòng chảy [26] Đá được xếp chặt theo lớp để bảo vệ mái Với loại kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt, chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tông cốt thép Hình thức này đã được sử dụng ở hầu hết các địa phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m - 0,30m

Ưu điểm của hình thức này: Khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá hộc được các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát lớn sẽ thoát nước mái đê nhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết mềm dễ biến vị theo

độ lún của nền

Hình 1.20: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định

Bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn làm giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút Về mặt kỹ thuật thì thi công và sửa chữa dễ dàng

Nhược điểm: Khi nền bị lún cục bộ hoặc dưới tác dụng của sóng dồn nén, các liên kết do chèn bị phá vỡ, các hòn đá tách rời nhau ra Vì trọng lượng bản thân quá nhỏ nên dễ bị sóng cuốn trôi Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, vận tốc sóng làm cho dòng chảy trong các khe đá ép xuống nền thúc đẩy hiện tượng trôi đất nền tạo nhiều hang hốc lớn, sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê b) Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch

Hình thức này đã được sử dụng ở Thái Bình, Nha Trang, với vật liệu là

đá hộc kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25 – 0,3m (tận dụng cả đá nhỏ) [26] Hình 1.21 là hình thức kè đá xây liền khối ở Thái Bình tại nơi có bãi và rừng ngập mặn trước đê

Hình 1.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình

- Kè lát mái bằng đá xây: Đổ vữa lót nền và xây từng viên đá liên kết thành tấm lớn có chiều rộng 2m, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đường

- Kè lát mái bằng đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít các mạch phía trên

Ưu điểm của hình thức này: Liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định, đồng thời các khe hở giữa các hòn đá được bịt kín, chống được dòng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống nền

Nhược điểm: Khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gẫy theo mạch vữa, dưới tác động của dòng chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây mất đất nền gây lún sập kè nhanh chóng Khi thi công tại chỗ vữa xây bị mặn xâm thực sẽ làm giảm cường độ của khối xây

c) Kè mái bằng bê tông

- Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ [26]: Hình thức này đã được sử dụng ở kè Hải Hậu - Nam Định, phá Tam Giang - Thừa Thiên-Huế, Bàu Tró - Quảng Bình Bê tông tấm lớn đổ tại chỗ có khớp nối với kích thước và trọng lượng theo tính toán cho từng công trình cụ thể, thường là lớn đủ trọng lượng chống sóng, tuy nhiên nếu nền lún không đều tấm bản dễ bị gãy, sập gây mất đất nền

và do bê tông đổ tại chỗ bị mặn xâm thực nên cường độ chịu lực kém (hình 1.22)

Hình 1.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ

- Kè bê tông lắp ghép tấm bản nhỏ, một mặt hình vuông: Tấm bê tông đúc sẵn chất lượng tốt, thi công nhanh, có khe hở làm thoát nước mái đê để giảm áp lực đẩy nổi, nhưng tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng và dễ bị bóc ra khỏi mái (hình 1.23) [26]

- Kè lát mái bê tông tấm lập phương: Các khối có kích thước: (0,45 x 0,45 x 0,45)m, nặng 218kg và (0,53 x 0,53 x 0,53)m, nặng 328kg Trọng lượng của khối bê tông lớn, bề dày lớn không bị gẫy nhưng thi công phải có cần cẩu rất khó khăn (hình 1.24) [26]

Hình 1.23:

Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ

Hình 1.24:

Kè bằng cấu kiện bê tông khối lớn

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có lỗ thoát nước: Đã được xây dựng ở Bầu Tró - Quảng Bình Kích thước của tấm: (0,45 x 0,5 x 0, 5)m Loại này có

ưu điểm thoát nước mái đê tốt, thi công nhanh, dễ sửa chữa nhưng dễ xói đất nền dưới tác động của dòng chảy

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép liên kết một chiều: Do lắp ghép có ngàm nên trọng lượng bản thân được tăng lên và chiều có ngàm giảm đáng kể dòng xói trực tiếp xuống nền, nhưng không có khả năng liên kết thành tấm lớn nên dễ bị sóng bóc ra khỏi mái

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm hai chiều: Cấu kiện TAC-2 đã thi công ở Bầu Tró-Quảng Bình, Ngọc Xá-Trúc Lý-Quảng Bình, Quảng Trị,

đê biển 1-Đồ Sơn-Hải Phòng Cấu kiện TAC-3 đã thi công ở Tây Cổ

Vậy-Xuân Thủy-Nam Định, Đồ Sơn-Hải Phòng, Phá Đông, Phá Cầu Hai-Thừa Thiên-Huế, Hà Tĩnh

Ưu điểm: Có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu kiện bên cạnh Vì vậy giảm được hiện tượng lún sâu, cục bộ, đồng thời do nối với nhau bằng các ngàm đối xứng dạng nêm hai chiều đan giằng vào nhau chặt chẽ đã tạo được một kết cấu như một tấm bản lớn và khớp nối dích dắc hạn chế dòng xói trực tiếp xuống nền

Nhược điểm: Ban đầu các loại TAC-2, TAC-3 chiều dày độ vát quá nhỏ

dễ bị gẫy, sứt mẻ trong quá trình vận chuyển và thi công, vì vậy các loại sau

có độ dày lớn hơn nên khắc phục được nhược điểm này

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm ba chiều TSC 178 Dạng kè này đã được thi công ở Hải Phòng, Nam Định hiện đang sử dụng loại bề dày 0,28 m

Hình 1.25:

Kè lát mái bằng cấu kiện TSC-178

Hình 1.26:

Kè bằng cấu kiện BT liên kết 2 chiều

Ưu điểm: Kết cấu có ngàm 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún không đều vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền Ngàm liên kết có hình dích dắc kéo dài, nên hạn chế nước xói trực tiếp xuống nền, đồng thời liên kết thành mảng có chân đế rộng, giảm đáng kể ứng suất của trọng lượng mảng và áp lực sóng xuống nền, hạn chế hiện tượng lún cục bộ của từng cấu kiện Bề mặt cấu kiện được tạo mố nhám tiêu năng giảm chiều cao sóng leo và vận tốc dòng rút

Nhược điểm: Vì liên kết mảng khi sóng đã đánh bung thì bung cả mảng, các cấu kiện trọng lượng nhỏ rời ra dễ bị cuốn trôi theo sóng Do liên kết giữa các cấu kiện rất khít nên khi nền lún sụt, mảng vẫn ổn định do vậy tạo hốc dưới nền, khó phát hiện Một nhược điểm nữa là chỉ có thể thi công thủ công nên giá thành xây dựng cao

Các hình thức kè bảo vệ mái rất phong phú và đa dạng, nhưng việc áp dụng hình thức nào thì căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của từng khu vực sao cho hệ thống kè đó hạn chế được nhiều nhất nhược điểm và tận dụng được hết các ưu điểm, đem lại lợi ích lớn nhất

1.3.2 Bảo vệ mái đê phía trong đồng

Mái trong đồng chủ yếu trồng cỏ bảo vệ mái, hoặc bê tông hoá phía trên đỉnh đê, phía dưới trồng cỏ Nhìn chung vấn đề gia cường mái đê trong đồng với đê biển Việt Nam là chưa được chú trọng

Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu

tư để đê biển Việt Nam bền vững hơn Các cấu kiện TAC-2, TAC-3

TSC-178, chân kè lục lăng đã chứng minh điều này Tuy nhiên, hiện nay đê biển Việt Nam phần lớn chỉ chống chọi được với gió bão cấp 8 Nhiều tuyến đê vẫn bị sụt sạt, mảng gia cố bị bong tróc không đảm bảo an toàn cho đê Tiếp theo sẽ phân tích chi tiết vấn đề gây mất ổn định bảo vệ mái đê biển

1.4 Một số vấn đề gây mất ổn định lớp bảo vệ mái đê biển thường gặp 1.4.1 Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn

Hình 1.27 mô tả tác động của sóng tràn với mặt cắt đê biển (K.W.Pilarczyk-2006), phía biển có tải trọng của sóng tác dụng lên mái kè Thân đê có thể bị phá hỏng ở phía biển do tác động của sóng và áp lực thấm đẩy ngược dưới đáy viên gia cố Đỉnh đê có thể bị xói bề mặt, lớp sét bọc ngoài thân đê có thể bị xói, trượt cục bộ do thấm hoặc trượt tổng thể cả mái Vậy khi sóng tràn, cả mái trong đồng và mái ngoài biển đều bị tác động

Hỡnh 1.27: Cơ chế phỏ huỷ đờ khi súng tràn

(K.W.Pilarczyk-2006)

a) Tải trọng tỏc động lờn mỏi kố phớa biển

Quỏ trỡnh súng leo lờn, vỡ ra rồi rỳt xuống sẽ gõy ra cỏc ỏp lực nước động tỏc dụng lờn đất thõn đờ và kết cấu kố Cỏc lực thuỷ động này bao gồm:

Áp lực súng dương tỏc dụng lờn mỏi dốc làm thay đổi trạng thỏi của ứng suất của đất thõn đờ Khi súng rỳt, mực nước bờn ngoài mỏi đờ hạ thấp, tạo ra sự chờnh lệch ỏp lực nước bờn trong thõn đờ và mặt ngoài kết cấu kố - đú chớnh

là ỏp lực súng õm đẩy lờn mặt đỏy kết cấu kố, cú xu thế kộo vật liệu đất ra ngoài gõy lỳn sụt thõn đờ Cỏc đợt súng leo lờn và rỳt xuống liờn tục, ỏp lực thuỷ động tỏc dụng lệch tõm tạo ra động ngẫu lực làm bập bờnh kết cấu kố, trúc và moi đất thõn đờ [11], [42] Khi súng đến gõy nộn bề mặt kố, nước theo cỏc khe trờn bề mặt kố thấm vào lớp đất thõn đờ Khi súng rỳt, ỏp lực nước từ trong thõn đờ hướng ra ngoài tạo thành lực đẩy ngược nõng viờn gia cố lờn, gõy dóo và biến dạng bề mặt kố (hỡnh 1.28)[42]

b

Mực nước ngầm

Dòng thấm đẩy ngược Lớp chống thấm

Lớp lọc Vùng sóng vỡ

Hỡnh 1.28: Lực tỏc dụng của súng lờn mỏi kố dạng tấm bờ tụng

b) Tính toán gia cố mái đê

Ngoài công thức (1.1) của Pilarczyk (1990) một số tác giả khác cũng đưa các công thức kinh nghiệm để tính toán ổn định các cấu kiện gia cố

(1) Tính trọng lượng viên gia cố theo công thức Hudson [42]

Công thức Hudson:

cotgα Δ K

H ρ

D

3 s s

K : Hệ số ổn định tra bảng theo tài liệu [42]

(2) Tính kích thước viên gia cố theo công thức Van Der Meer [42]

Theo Thonpson và Shuttler (1975), một loạt các thí nghiệm đã được tiến hành tại Delft Hydraulics do Van Der Meer thực hiện Các thí nghiệm được tính toán bao gồm những công trình với sự biến đổi của cỡ vật liệu và với các điều kiện sóng khác nhau

Điều kiện nước sâu [42]:

+ Trường hợp 1: Đối với sóng đổ, hệ số sóng vỡ ξ ≤ (2 ÷ 3)

5 , 0 2 , 0 18

, 0 50

2 ,

H

+ Trường hợp 2: Đối với sóng dềnh, hệ số sóng vỡ ξ ≥ 3

5 , 0 2

, 0 13

, 0 50

cot 0

, 0 50

H