Tài liệu Nghiên cứu đề xuất kết cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển nam đình vũ - hải phòng

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo các Bộ môn của trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường. Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê Xuân Roanh giảng viên trường Đại học Thủy lợi là thầy trực tiếp hướng dẫn tác giả thực hiện và hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất kết cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng”. Xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về sông biển và Hải đảo đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình thí nghiệm. Cuối cùng tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã có những đóng góp quý báu, động viên kịp thời về cả tinh thần lẫn vật chất để tác giả hoàn thành tốt luận văn này. Hà Nội, tháng 09 năm 2014 Tác giả Nguyễn Văn Hiệp 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 văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Văn Hiệp MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1 2. Mục tiêu của đề tài................................................................................................. 2 3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 2 4. Kết quả đạt được của luận văn............................................................................. 2 5. Nội dung chính của luận văn ................................................................................ 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN ......................... 4 1.1. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới ............................... 4 1.1.1. Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn ................. 4 1.1.2. Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments) ...................... 5 1.1.3. Thảm bê tông ................................................................................................ 5 1.1.4. Thảm đá ........................................................................................................ 6 1.1.5. Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát .................................................... 7 1.1.6. Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát ............................................................ 7 1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam................................. 9 1.2.1. Kè lát mái bằng đá lát khan ......................................................................... 9 1.2.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá ................................... 10 1.2.3. Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn ....................................................... 11 1.3. Phân loại và điều kiện áp dụng các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển ......... 14 1.4. Kết luận chương 1............................................................................................. 19 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI PHÙ HỢP CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ - HẢI PHÒNG ...................................................... 20 2.1. Các tiêu chí lựa chọn kết cấu phù hợp bảo vệ mái đê biển ........................... 20 2.2. Phân tích, lựa chọn hình thức liên kết kết cấu bảo vệ mái đê biển .............. 20 2.2.1. Kết cấu tấm lát độc lập ............................................................................... 20 2.2.2. Kết cấu tấm lát liên kết ngàm .................................................................... 21 2.2.3. Kết cấu tấm lát liên kết hình nêm.............................................................. 21 2.3. Quan hệ giữa trọng lượng, chiều dầy với hình thức liên kết của kết cấu bảo vệ mái đê biển ........................................................................................................... 22 2.3.1. Tính toán gia cố mái đê ............................................................................. 22 2.3.2. Điều kiện cân bằng chống đẩy nổi của kết cấu bảo vệ mái ..................... 26 2.3.3. Điều kiện cân bằng của kết cấu bảo vệ trên mái dốc ............................... 27 2.4. Đề xuất kết cấu bảo vệ mái đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng .................. 28 2.4.1. Thí nghiệm mô hình vật lý về sự làm việc của mảng liên kết trong trường hợp nền bị mất đất ở một số cấu kiện [5] ............................................................ 30 2.4.2. Thí nghiệm sức bền mẫu cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 [5] ....................... 32 2.4.3. Kết quả tính toán ổn định của kết cấu CM5874 với áp lực sóng biển bằng phần mềm ABAQUS [2]....................................................................................... 38 2.5. Kết luận chương 2............................................................................................. 42 CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ ĐÊ LẤN BIỂN NAM ĐÌNH VŨ............ 43 3.1. Mở đầu ............................................................................................................... 43 3.1.1. Giới thiệu về dự án đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng .................... 43 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu áp dụng..................................................................... 45 3.2. Các tham số tính toán [1] [3] ........................................................................... 45 3.3. Tính toán kết cấu bảo vệ mái đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng......... 46 3.3.1. Tính áp lực sóng......................................................................................... 46 3.3.2. Xác định kích thước kết cấu bảo vệ mái ................................................... 48 3.4. Kiểm tra kết quả tính toán bằng mô hình vật lý máng sóng [4] .................. 50 3.4.1. Mục tiêu của thí nghiệm ............................................................................ 50 3.4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm ...................................................................... 50 3.4.3. Đo áp suất, vận tốc ..................................................................................... 51 3.4.4. Chọn tỷ lệ mô hình ..................................................................................... 52 3.4.5. Các điều kiện biên về địa hình, thủy hải văn ............................................ 52 3.4.6. Kiểm định mô hình..................................................................................... 53 3.4.7. Phương án thí nghiệm kiểm chứng .......................................................... 57 3.4.8. Phân tích kết quả thí nghiệm .................................................................... 58 3.5. Kết luận chương 3............................................................................................. 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển Hình 1. 1: Đê biển Afsluitdijk –Hà Lan......................................................................4 Hình 1. 2: Cấu kiện bê tông lắp ghép.........................................................................4 Hình 1. 3: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường...........................................................5 Hình 1. 4: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp .........................................................6 Hình 1. 5: Thảm bê tông làm kè đê biển Hà Lan .......................................................6 Hình 1. 6: Kè bằng thảm rọ đá ...................................................................................7 Hình 1. 7: Kè bằng thảm túi vải địa kỹ thuật .............................................................7 Hình 1. 8: Ống vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè ...............................................8 Hình 1. 9: Vải địa kỹ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái ............................................8 Hình 1. 10: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng và Nam Định .9 Hình 1. 11: Đê Hải Thịnh 2, đê Hải Hậu - Nam Định .............................................10 Hình 1. 12: Kè bằng rọ đá - Cà Mau .......................................................................11 Hình 1. 13: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ ở Thừa Thiên Huế .........................11 Hình 1. 14: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ ........................................................12 Hình 1. 15: Đê cửa sông Dương Đông - Kiên Giang ..............................................12 Hình 1. 16: Đê biển Cát Hải được kiên cố hóa bằng tấm đan Hohl-quader ...........12 Hình 1. 17: Kè bằng cấu kiện liên kết hai chiều ......................................................13 Hình 1. 18: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC178 ở Bình Thuận và Gành Hào ...........13 Hình 1. 19: Khái quát hóa hình thức bảo vệ mái .....................................................18 Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Hình 2. 1: Kết cấu Haringman .................................................................................20 Hình 2. 2: Kết cấu tấm lát âm dương liên kết 2 chân và liên kết 3 chân .................21 Hình 2. 3: Liên kết hình nêm ....................................................................................21 Hình 2. 4: Hình thái mặt cắt dùng để tính toán .......................................................22 Hình 2. 5: Quan hệ giữa trọng lượng kết cấu bảo vệ mái với K D ............................25 Hình 2. 6: Quan hệ giữa chiều dầy kết cấu bảo vệ mái với K D ...............................26 Hình 2. 7: Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 ...................................................................29 Hình 2. 8: Mảng lắp ghép TAC-CM5874 có mố nhám và không có mố nhám ........29 Hình 2. 9: Thí nghiệm nén mảng liên kết không có nền ...........................................31 Hình 2. 10: Uốn võng của mảng lắp ghép cấu kiện không có nền...........................32 Hình 2. 11: Mặt cắt bị kéo đứt .................................................................................32 Hình 2. 12: Cấu kiện bị nén......................................................................................35 Hình 2. 13: Phân bố chuyển vị trong hệ viên thảm theo phương Y với độ võng cực đại là 32.2972 cm (mặt dưới) ....................................................................................38 Hình 2. 14: Ứng suất von-Mises mặt dưới của thảm; Giá trị cực đại: 5.2041 kg/cm2 ...................................................................................................................................39 Hình 2. 15: chuyển vị theo phương Y vuông góc với thảm – mặt dưới. Chuyển vị cực đại là 34.6913 cm ...............................................................................................39 Hình 2. 16: Phân bố ứng suất theo von Mises của thảm – mặt dưới. Giá trị cực đại: 5.70348 kG/cm2 ........................................................................................................40 Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ Hình 3. 1: Quy hoạch tuyến đê lấn biển nam Đình Vũ ............................................44 Hình 3. 2: Sơ đồ tuyến công trình ............................................................................45 Hình 3. 3: Mặt cắt điển hình tính toán .....................................................................46 Hình 3. 4: Biểu đồ áp lực sóng tác dụng lên mái công trình ...................................47 Hình 3. 5: Biểu đồ áp lực sóng .................................................................................48 Hình 3. 6: Đầu đo sóng và Đầu đo áp suất PDCR42 và bộ hiển thị DPI 280 .........51 Hình 3. 7: Các biểu đồ kiểm định đầu đo .................................................................55 Hình 3. 8: Mặt cắt thí nghiệm nguyên hình ..............................................................57 Hình 3. 9: Mặt cắt mô hình thí nghiệm ....................................................................58 Hình 3. 10: Hình ảnh xây dựng mô hình trong máng sóng ......................................58 Hình 3. 11: Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và đầu đo vận tốc .......................................60 Hình 3. 12: Thí nghiệm độ mỏi của mái bê tông lắp ghép .......................................64 DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển Bảng 1. 1: Dạng kết cấu bảo vệ mái đê và điều kiện áp dụng [9] ...........................14 Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Bảng 2. 1: Các điều kiện biên tính toán ...................................................................22 Bảng 2. 2: Quan hệ giữa chiều cao sóng và P max .....................................................30 Bảng 2. 3: Tỷ lệ của các đại lượng mô hình thí nghiệm ...........................................31 Bảng 2. 4: Kết quả chuyển vị ....................................................................................31 Bảng 2. 5: Cường độ kéo của tấm lát thí nghiệm mô hình .......................................33 Bảng 2. 6: Cường độ kéo của tấm thực ....................................................................33 Bảng 2. 7: Cường độ nén của tấm lát thí nghiệm mô hình.......................................34 Bảng 2. 8: Cường độ nén của tấm thực ....................................................................35 Bảng 2. 9: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu ....................................35 Bảng 2. 10: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu ..................................36 Bảng 2. 11: Kết quả tính toán bằng mô hình............................................................40 Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ Bảng 3. 1: Điểm khống chế tuyến đê ........................................................................44 Bảng 3. 2: Thông số mặt cắt điển hình .....................................................................46 Bảng 3. 3: Kết quả tính toán trọng lượng và chiều dầy cấu kiện bảo vệ mái ..........50 Bảng 3. 4: Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình ..................................................52 Bảng 3. 5: Tham số sóng thí nghiệm ........................................................................53 Bảng 3. 6: Địa hình thí nghiệm ................................................................................53 Bảng 3. 7: Số liệu kiểm định đầu đo sóng ................................................................55 Bảng 3. 8: Thông số hình thái mặt cắt điển hình .....................................................57 Bảng 3. 9: Giá trị chiều cao sóng tại các vị trí cụ thể trên bãi theo cấp sóng .........59 Bảng 3. 10: Giá trị áp lực lên mái trung bình trong khoảng thời gian thu thập số liệu thí nghiệm sóng ..................................................................................................61 Bảng 3. 11: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng dâng ..................................62 Bảng 3. 12: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng rút......................................63 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Mái đê, bờ sông, bờ biển thường xuyên chịu tác động của sóng và dòng chảy… Các tác động này là nguyên nhân chính gây ra xói lở bờ sông, bờ biển, phá vỡ hệ thống đê điều… gây ra thảm hoạ cho những người sống ven sông ven biển. Trong những năm gần đây, tình trạng xói lở bờ ở các khu vực bờ biển Việt Nam rất lớn và ngày càng gia tăng. Việc xói lở bờ này đã dẫn đến sự phá huỷ và làm mất dần các cồn cát ven biển. Hậu quả là các khu vực thấp bên trong bị biển lấn sâu vào gây ra tình trạng lũ lụt đe doạ an toàn các công trình hạ tầng cơ sở và ảnh hưởng đến đời sống xã hội của người dân trên bờ. Các giải pháp công nghệ trong công trình bảo vệ bờ đã có một lịch sử phát triển lâu dài và vẫn còn tiếp tục. Bên cạnh những giải pháp truyền thống đã được ứng dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới đã và đang triển khai cho hiệu quả tốt, giảm giá thành xây dựng, đơn giản trong thi công, thân thiện với môi trường. Tuy nhiên từ trước đến nay, đê biển Việt Nam chỉ được thiết kế với khả năng chống lại gió bão cấp 9, với mức thủy triều trung bình. Nếu bão vượt cấp 9, nhiều đoạn đê biển sẽ bị vỡ. 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 mực nước triều 5%. Để giải quyết tình hình trên, một cuộc khảo sát và nghiên cứu khả thi các giải pháp bảo vệ bờ biển chống xói mòn đã được tiến hành kể từ năm 1992. Một trong những giải pháp khả thi được thực hiện là xây dựng các hệ thống kè biển bằng các khối betông tự liên kết chèn tạo thành mảng mềm để ngăn chặn xói lở bờ và làm giảm hiện tượng lũ lụt cho các vùng ven biển Việt Nam. Tuy nhiên, các ứng xử thảm bê tông này khi làm việc trong mảng kè tạo mái chỉ được nghiên cứu dựa trên các mô hình thu nhỏ trong phòng thí nghiệm bởi vì đây là một bài toán phức tạp về tương tác giữa ba môi trường: đất, nước và công trình. Một loại bài toán chưa đựng nội dung khoa học phong phú, có tính thời sự cao và đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Nhiệm vụ nghiên cứu các biện pháp để tăng cường an toàn cho đê biển hiện nay 2 là một trong những nhiệm vụ bức bách của nhiều quốc gia ở bên bờ Đại dương. 2. Mục tiêu của đề tài Trên cơ sở nghiên cứu những công nghệ bảo vệ mái đê biển đã có ở trong và ngoài nước, phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và có tính khả thi cao cho tuyến đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng. 3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu a. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các kiểu kết cấu lớp vỏ kè mái đê biển hiện nay rất phong phú và đa dạng. Nó được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp, ở nhiều nước và ở nhiều thời kỳ khác nhau. Vì vậy trình độ công nghệ cũng như tính hiện đại của mỗi loại, mỗi kiểu cũng khác nhau. Đối tượng nghiên cứu của luận văn là một giải pháp công trình cho lớp vỏ kè bằng loại kết cấu mảng mềm từ các cấu kiện bê tông đúc sẵn. Đây là một loại kết cấu mới được ra đời trong quá trình nghiên cứu cải tiến cả về mặt liên kết và vật liệu. - Phạm vi nghiên cứu: Tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải (Phường Đông Hải 2 & Phường Tràng Cát, Q. Hải An, TP Hải Phòng) - Nội dung nghiên cứu: Luận văn giới hạn tập trung nghiên cứu về kiểu kết cấu lớp vở kè mái đê biển phù hợp nhất với điều kiện biên thực tế. b. Phương pháp nghiên cứu Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên thế giới và trong nước. Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các dự án liên quan tới kết cấu bảo vệ mái đê kè. Đặc biệt là các dự án đê kè trên nền đất mềm yếu. Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm mô hình vật lý máng sóng, kiểm chứng cơ sở khoa học việc ứng dụng công nghệ. So sánh kết quả mô hình toán ABAQUS kết cấu của GS Nguyễn Đăng Hưng. 4. Kết quả đạt được của luận văn Đề xuất một dạng kết cấu phù hợp cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ. 5. Nội dung chính của luận văn Phần mở đầu. 3 Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển. Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng. Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển Nam Đình Vũ. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN 1.1. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới 1.1.1. 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: Đê biển Afsluitdijk –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 liên kết giữa các cấu kiện theo hình thước 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. Hình 1. 2: Cấu kiện bê tông lắp ghép 5 Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột”. 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 dầy hơn, nặng hơn. 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. 1.1.2. 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. 3: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường 1.1.3. Thảm bê tông Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng liên kết. Các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa các cấu kiện thường đệm 6 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. Hình 1.4 và hình 1.5 thể hiện thảm bê tông đang được thi công trên một đoạn đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc. Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra cỏ vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan môi trường. Hình 1. 4: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp Hình 1. 5: Thảm bê tông làm kè đê biển Hà Lan 1.1.4. 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 7 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. Hình 1. 6: Kè bằng thảm rọ đá 1.1.5. Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kỹ 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. 7: Kè bằng thảm túi vải địa kỹ thuật 1.1.6. Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát 8 Sử dụng ống địa kỹ thuật, có đường kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tùy thuộc vào yêu cầu công trình. Chiều dài mỗi ống trung bình khoảng 60m-100m. Định vị ống vào vị trí dự kiến sau đó bơm dung dịch tỉ lệ 1 phần cát với 4 phần nước, cho đến khi ống đầy cát hoặc vữa xi măng. Hình thành mặt cắt đê biển hoặc kết cấu dự định xây dựng. Hình 1. 8: Ống vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè g. Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (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 ổn định tổng thể cho đê. Vải địa kỹ thuật làm tăng ổn định mảng gia cố mái đê, 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. 9: Vải địa kỹ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái 9 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: ƒ U W cos α ≥ sin α Biến đổi công thức () thành: ƒ U ≥ tan α Trong đó: ƒ U là hệ số ma sát giữa vật liệu lọc và vải địa kỹ thuật 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 trên nền tốt, an toàn và mỹ quan nhờ có sự thay đổi công nghệ vật liệu và gia tăng trọng lượng của cấu kiện gia cố. 1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam 1.2.1. 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. 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. Hình 1. 10: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng và Nam Định 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 lúc của nền. 10 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 sử 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 cuối 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 hố xói, sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê. 1.2.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá 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). - Kè lát 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. Hình 1. 11: Đê Hải Thịnh 2, đê Hải Hậu - Nam Định - Kè lát mái bằng thảm rọ đá: Ưu điểm: 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 gãy theo mạch vữa, dưới tác động của dòng 11 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. Hình 1. 12: Kè bằng rọ đá - Cà Mau 1.2.3. Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn a. Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ 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. 13: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ ở Thừa Thiên Huế b. 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. 12 Hình 1. 14: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ c. Kè bằng các khối bê tông dị hình trọng lượng lớn Hình 1. 15: Đê cửa sông Dương Đông - Kiên Giang Hình 1. 16: Đê biển Cát Hải được kiên cố hóa bằng tấm đan Hohl-quader d. Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm hai chiều Kết cấu ngàm hai chiều có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu 13 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; khi nền bị lún sụt cục bộ, kết cấu chỉ gối tựa lên nhau dễ bị bóc ra khỏi mái do sóng và sẽ bị hư hòng dây truyền. Hình 1. 17: Kè bằng cấu kiện liên kết hai chiều e. Kè lát mái bê tông lắp ghép có ngàm ba chiều Điển hình là kết cấu T SC 178 có chiều dầy 23÷26cm trọng lượng 95÷105kg. Đã phát huy tác dụng tốt an toàn với bão cấp 12. Được áp dụng lần đầu tiên tại đê Bể I. Cho đến nay công nghệ đã được phổ cập từ Bắc tới Nam. Nhiều công trình trọng điểm quốc gia đã áp dụng: Kè Hải Hậu tỉnh Nam Định trên 40km, Kè Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình, Kè bờ biển Quy Nhơn, Kè bờ biển Phan Thiết tỉnh Bình Thuận, Kè bờ biển Gò Công tỉnh Tiền Giang, Kè bờ biển Đông Hải tỉnh Bạc Liêu, Kè bờ biển tỉnh Trà Vinh, Kè bờ biển tỉnh Cà Mau, Kè bờ biển tỉnh Kiên Giang và Kè sông ở hầu hết các tỉnh tổng chiều dài lên tới 700km. Hình 1. 18: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC178 ở Bình Thuận và Gành Hào