Đề tài NCKH cấp trường nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân Hiện nay, trong xây dựng các công trình kè bảo vệ mái dốc, bảo vệ bờ và đê biển, mái bờ sông, mái kênh mương phục vụ nông lâm nghiệp tại Việ

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

PHẦN MỞ ĐẦU 5

1 Tính cấp thiết của đề tài 5

2 Mục tiêu khoa học của đề tài 6

3 Phương pháp nghiên cứu 6

4 Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài 6

5 Kết quả dự kiến đạt được 7

CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG VÀ NHỮNG HẠN CHẾ CỦA KÈ TRUYỀN THỐNG 8

1.1 Khái quát về hiện trạng xây dựng kè hiện nay 8

1.1.1 Đặc điểm của các loại kè hiện nay 8

1.1.2 Những hư hỏng thường gặp 9

1.2 Những hạn chế của kè truyền thống 14

1.2.1 Các giải pháp xây dựng kè truyền thống 14

1.2.2 Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng 15

CHƯƠNG 2.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 Vật liệu thí nghiệm 19

2.1.1 Xi măng 19

2.1.2 Tro bay 20

2.1.4 Xỉ đáy 23

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tính tạo hình 25

2.2.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu 33

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KÈ MÁI ĐẤT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 37

3.1 Thiết kế hình dạng gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng 37

3.2 Thiết kế cấp phối gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng 41

3.2.1 Xác định tỷ lệ tối ưu của các hạt cốt liệu lớn và nhỏ trong hỗn hợp xỉ than 41

3.2.2 Thiết kết cấp phối gạch sử dụng tro bay, xỉ đáy của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 42

3.3 Quy trình công nghệ chế tạo gạch phức hình kè mái đất công trình từ tro bay, xỉ đáy của nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 46

3.3.1 Chuẩn bị cốt liệu từ xỉ đáy 46

3.3.2 Các bước vận hành 47

3.3.3 Dưỡng hộ 48

3.3.4 Đóng gói thành khối gạch thành phẩm 48

3.3.5 Quy trình vận hành máy nén ép 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

1 Kết luận 50

2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Tiếng Việt 51

Tiếng anh 52

Tiếng Nga 53

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đê biển chống xói lở ở Cát Hải – Hải Phòng 9

Hình 1.2 Đê kè bờ biển ở Hải Hậu (Nam Định) 9

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân 10

Hình 1.4 Hiện trạng sạt lở mái đất sông, biển 11

Hình 2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 22

Hình 2.2 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 24

Hình 2.3 Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm 31

Hình 2.4 Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế 32

Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm cường độ nén và uốn của gạch xây 34

Hình 3.1 Trồng cây, cỏ bảo vệ mái đất 37

Hình 3.2 Gia cố sông Tuy Hòa – tỉnh Phú Yên bằng rọ đá 38

Hình 3.3 Giải pháp kè hiện đại 38

Hình 3.4 Phương án hình dạng gạch phức hình kè mái đất 39

Hình 3.5 Liên kết gạch phức hìhàng hoá 40

Hình 3.6 Kích thước viên gạch phức hình 40

Hình 3.7 Khuôn đúc gạch phức hình 41

Hình 3.8 Hệ số lèn chặt và độ rỗng cốt liệu từ xỉ đáy 0÷5 và 5÷10 mm 42

Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất gạch kè mái đất 46

Hình 3.10 Máy tạo hình gạch 47

Hình 3.11 Sản phẩm gạch hoàn thiện 48

Hình 3.12 Thi công mái taluy cầu rào 2 – Hải Phòng 49

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng 20

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng 20

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của xi măng 20

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng 22

Bảng 2.6 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 23

Bảng 3.1 Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và 0,14÷5mm) theo phương pháp Kirienco 41

Bảng 3.2 Kết quả xác định khối lượng thể tích lèn chặt và đổ đống của cốt liệu 42

Bảng 3.3 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý của gạch 45

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Kè mái đất công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi là biện pháp đểgiữ mái đất không bị sụt lở trong quá trình sử dụng Vật liệu sử dụng chủ yếu

và phổ thông hiện nay là đá hộc Đá hộc có ưu điểm là cường độ lớn, vật liệusẵn có và chỉ qua gia công thô là có thể sử dụng Tuy nhiên việc kè mái đấtbằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:

+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện 1vùng phá hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền

+ Kích thước đá hộc hình khối tương đối đều nên khi sụt lở sẽ lăn, gâynguy hiểm

+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượngnặng, không có tính modul, khuôn mẫu và các viên đá có kích thước khôngđều nhau

Ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản người ta sử dụngkhác khối bê tông phức hình liên kết với nhau bằng móc nối, dây linon… tạothành thảm bê tông có tác dụng chống xói đáy và bảo vệ mái bờ

Ở Hà Lan ứng dụng rộng rãi khối Hydroblock, có đặc điểm chiều dàykhối lớn, kích thước tiết diện mặt cắt của tấm nhỏ, kết quả nghiên cứu chothấy tấm bê tông có độ ổn định tăng cao

Ở Việt Nam, gần đây công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đãcho ra đời thảm bê tông tự chèn đan lưới Thảm đã được ứng dụng thành công tại

An Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Ngày này với sự tiến bộ về công nghệ vật liệu, người ta sử dụng cácloại gạch từ vật liệu khác nhau, có khả năng liên kết trên mặt bằng khá linhhoạt và có tính thẩm mỹ cao, có thể tạo thành thảm tấm khối Amorloc,Amorflex, Amorstone Đây là xu hướng hiện đại với nhiều ưu việt so vớiphương pháp kè mái đất truyền thống bằng đá hộc

Cùng với lũ lụt, bão lốc thì hiện tượng sạt lở bờ sông, sườn núi, ta luyđường đang là vấn đề lớn bức xúc của nhiều nước trên thế giới Nó gây mấtđất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn

bộ một khu dân cư, đô thị Với việc kè mái đất bằng đá hộc như hiện nay đãcho thấy nhiều bất cập, và thực tế cũng cho thấy số lượng các sự cố công trình

từ mái kè đá hộc tăng lên

Vì vậy, đề tài hướng tới việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đấtcông trình một cách hiệu quả

2 Mục tiêu khoa học của đề tài

+ Thiết kế hình dạng, cấp phối gạch phức hình và đề xuất sử dụng thay

thế đá hộc trong kè mái đất công trình

+ Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạch phức hình kè mái đất

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là phương pháp thực nghiệm, kết hợptính toán lý thuyết Nội dung cơ bản gồm các phương pháp nghiên cứu sau:

+ Các phương pháp phân tích cơ lý hóa đánh giá chất lượng vật liệunghiên cứu đầu vào

+ Các phương pháp xác định các tính chất cơ bản của gạch phức hình

kè mái đất theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành

+ Các phương pháp tạo hình sản phẩm gạch phức hình kè mái đất

4 Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung vào một số nội dung sau:

+ Giới thiệu các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

+ Thiết kế hình dáng và cấp phối gạch phức hình kè mái đất

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

+ Đánh giá hiệu việc sử dụng gạch phức hình kè mái đất thay đá hộc.+ Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạch phức hình kè mái đất

5 Kết quả dự kiến đạt được

+ Sản phẩm nghiên cứu của đề tài là gạch phức hình kè mái đất với mộtvài hình dạng hợp lý đạt mác từ 200 trở lên

+ Quy trình công nghệ sản xuất tấm bê tông phức hình kè mái đất

CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG VÀ NHỮNG HẠN CHẾ

CỦA KÈ TRUYỀN THỐNG

1.1. Khái quát về hiện trạng xây dựng kè hiện nay.

1.1.1.Đặc điểm của các loại kè hiện nay.

Việc kè mái đất công trình xây dựng là để làm chỗ dựa cho lớp bảo vệmái khỏi bị mất ổn định Các công trình xây dựng sử dụng kè mái đất phổbiến hiện nay là các công trình đê biển, sườn núi, taluy đường giao thông Cấutạo chân kè không hợp lý sẽ dẫn tới không chỉ mất ổn định chân kè mà còngây ra mất ổn định của lớp bảo vệ mái dẫn tới mất ổn định tổng thể của côngtrình và gây ra những hậu quả to lớn Nguyên nhân của sự mất ổn định có thể

do kích thước của các cấu kiện tạo thành chân kè quá nhỏ và bị sóng biển,dòng ven bờ, áp lực đất …gây ra; có thể do chân kè bị lún sụt hoặc bị trượt dođịa chất nền quá yếu hoặc do bãi phía ngoài bị sóng bào mòn; hoặc do mất ổnđịnh về thấm do cấu tạo lọc ngược của khối đá đổ cấu tạo chân kè không hợplý Tuy nhiên, việc thiết kế, xây dựng đê biển nói chung và chân kè nói riêngcho đến thời gian gần đây ở nước ta chưa được dựa trên một nền tảng côngnghệ tiên tiến Vẫn còn nhiều công trình được thiết kế, xây dựng dựa trênkinh nghiệm của người thiết kế hoặc dựa theo thiết kế của các công trình khác

đã được xây dựng

Hình thức chân kè ở nước ta khá phong phú và đa dạng Theo thống kêchân kè ở một số tỉnh của Việt nam, có thể phân loại chân kè theo mái kè,theo hình thức xử lý nền chân kè hay theo hình thức kết cấu Phân loại chân

kè theo mái kè có chân kè mái nghiêng, chân kè tường trọng lực và chân kèhỗn hợp mái nghiêng với tường trọng lực Phân loại chân kè theo hình thức

xử lý nền chân kè có chân kè có cọc xử lý nền và chân kè không có cọc xử lýnền Phân loại chân kè theo hình thức kết cấu có chân kè đá hộc xây, chân kèxếp đá hộc, chân kè xếp rọ đá, chân kè bản cừ (cừ thép hoặc cừ bê tông), chân

kè đá đổ, chân kè đá xếp và cấu kiện bê tông lát mặt, chân kè ống buy bêtông, chân kè chỉ có cọc và chân kè hỗn hợp (hình 1.1 và hình 1.2)

Hình 1.1 Đê biển chống xói lở ở Cát Hải – Hải Phòng

Hình 1.2 Đê kè bờ biển ở Hải Hậu (Nam Định)

1.1.2.Những hư hỏng thường gặp.

Hư hỏng công trình bảo vệ mái đất là vấn đề được sự quan tâm lớn củacác nhà thiết kế xây dựng và khai thác sử dụng công trình này Vấn đề là làmsao giảm thiểu tối đa các hư hỏng, bảo đảm ở mức độ cho phép, không có ảnhhưởng lớn đến sự hoạt động của công trình cũng như làm sao ngăn chặn các

hư hỏng do sự kém hiểu biết và bất cập trong thiết kế, thi công xây dựng cũng

như khâu duy tu bảo dưỡng khi sử dụng khai thác công trình, vì ngăn cảnhoàn toàn các hư hỏng đối với công trình bảo vệ mái đất là điều không tưởng, đây

là loại công trình có nhiều nguy cơ gặp rủi ro.

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân

Hiện nay, trong xây dựng các công trình kè bảo vệ mái dốc, bảo vệ bờ và

đê biển, mái bờ sông, mái kênh mương phục vụ nông lâm nghiệp tại Việt Namchủ yếu sử dụng loại chân kè được thi công tại chỗ theo các giải pháp truyềnthống, sử dụng nhiều loại kết cấu như chân kè tường chắn rọ đá hộc, cọc cừ, đổ

bê tông tại chỗ, ống buy, bao cát ; Các công trình này chịu ảnh hưởng trựctiếp từ áp lực đất, sóng biển, nước biển dâng, gió, dòng vận chuyển bùn cát dọc

bờ, dòng chảy ngầm, nền đất yếu và bị ăn mòn, xâm thực, xói lở trong môitrường biển, cụ thể:

Quá trình xói lở bờ biển là do mất cân bằng bùn cát Nếu lượng bùn cátmang tới một vị trí nào đó của bãi biển lớn hơn lượng bùn cát mang đi, bờbiển sẽ được bồi đắp Trong trường hợp ngược lại, bờ biển sẽ bị xói lở Sự

vận chuyển bùn cát vùng ven bờ biển là do sóng và dòng chảy gây ra Tácdụng của sóng lên quá trình vận chuyển bùn cát có hai mặt Một mặt, sóngtrực tiếp tác động lên các hạt bùn cát và làm cho chúng chuyển động Mặtkhác, sóng khuấy động bùn cát, nâng chúng lên để dòng chảy ven bờ vậnchuyển chúng đi Như vậy, trong bất cứ trường hợp nào, sóng cũng là yếu tốquyết định sự vận chuyển cát ven bờ Thông thường, hướng vận chuyển cát sẽtrùng với hướng sóng lan truyền trong đới sóng vỡ ven bờ Nếu sóng cóhướng vuông góc với bờ, sóng sẽ gây ra vận chuyển cát theo hướng vuônggóc với bờ Nếu sóng có hướng xiên góc với bờ, sóng sẽ gây ra dòng vậnchuyển cát cả theo hướng vuông góc với bờ và dọc theo bờ.

Sạt bờ sông Châu Phú–tỉnh An Giang Sạt bờ sông Tiền – Cao Lãnh

Hình 1.4 Hiện trạng sạt lở mái đất sông, biển

Độ bền thực tế của kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc vào mức độ xâmthực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mácchống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốtthép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sử dụng côngtrình ) Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bêtông và bê tông cốt thép chủ yếu do các quá trình sau: Quá trình cacbonat hoálàm giảm nồng độ pH của bê tông theo thời gian, làm vỡ màng thụ động cótác dụng bảo vệ cốt thép, đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép dẫn đến pháhuỷ kết cấu; quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản phẩmthuỷ hoá của xi măng tạo ra khoáng Ettringit trương nở thể tích gây phá huỷkết cấu (Ăn mòn sunfát); quá trình khuếch tán ôxy, ion Cl- và hơi ẩm vào bêtông trong điều kiện nhiệt độ không khí cao Ngoài các quá trình ăn mòn hóahọc và điện hóa, trên bề mặt các kết cấu còn xảy ra ăn mòn sinh vật gây nênbởi các loại hà và sò biển, bị bào mòn cơ học do sóng biển nhất là vào nhữngngày dông bão và mùa gió lớn.

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “Tổng kết đánh giá các kết cấu bảo

vệ chân mái đê biển và nghiên cứu đề xuất các loại hình phù hợp” do trườngĐại học Thủy lợi thực hiện năm 1999, khối lượng chân kè so với toàn kè nằmtrong khoảng từ 20% đến 40% [3] Trong số những kè có chân kè làm việc ổnđịnh (tốt) thì khối lượng chân kè thường chiếm từ 35% đến 40% khối lượngtoàn bộ kè Những kè có bề rộng chân kè lớn làm việc tương đối tốt và chưathấy biểu hiện hư hỏng Điều kiện địa chất nền, kiểu đường bờ có liên quantrực tiếp tới sự hư hỏng chân kè Nền đất bở rời được tạo nên bởi các trầmtích bở rời thuộc hệ đệ tứ, chủ yếu là cát, bùn, bọt sét, cuội và sạn sỏi phân

bố tại các vùng cửa sông, các đồng bằng ven biển và chiếm khoảng 80%chiều dài bờ biển nước ta Nhìn chung, khả năng chịu lực của loại nền nàykhông lớn, dễ bị bào mòn do sóng và ảnh hưởng tới ổn định của chân kè Kiểuđường bờ đa dạng cũng làm thay đổi chế độ sóng, dòng ven bờ và cũng ảnhhưởng tới bãi và sự làm việc của chân kè Tác động mạnh mẽ nhất ảnh hưởng

tới sự ổn định của chân kè là tác động của sóng, dòng ven bờ và thuỷ triều.Trong mùa mưa bão, sóng lớn kết hợp với triều cường tác động làm bãi trước

kè bị xói, các cấu kiện làm chân kè mất ổn định dẫn tới chân kè bị sụt, trượt

và dẫn tới mái kè bị trượt Dòng ven bờ do sóng, gió hoặc thủy triều gây racũng có khả năng bào mòn bãi trước kè và ảnh hưởng tới ổn định của côngtrình Ngoài những nguyên nhân gây hư hỏng chân kè như đã kể ở trên, còn

có nhiều nguyên nhân khác tác động tới sự làm việc an toàn của chân kè Đó

là việc lựa chọn kiểu kết cấu mái kè không hợp lý hoặc kết cấu tầng lọc củachân kè không tốt dẫn tới mái kè bị hư hỏng, chất lượng thi công chân kè và ýthức giữ gìn của của mọi người cũng như công tác duy tu bảo dưỡng củangười quản lý chưa được tốt…

Đối với các công trình trọng lực dạng tường đứng như đê chắn sóng, bảo

vệ bể cảng, các công trình bảo vệ bờ dạng tường đứng ….vấn đề nhạy cảmđối với ổn định của công trình là dễ bị cung trượt tròn do bị sóng xói chân làmcông trình bị sụp đổ Một ví dụ khá điển hình cho trường hợp này là sự hưhỏng của Kè cửa sông Cà Ty được xây dựng từ năm 1998 dạng tường bảnchống (BTCT) đã bị hư hỏng do địa chất nền yếu, biện pháp xử lý móng bằng

cừ tràm không phù hợp dẫn đến nhiều đoạn bị lún sụt, tường kè nhiều đoạn bịnứt gẫy Đối với các công trình mái nghiêng dạng đá đổ như đê chắn sóng bảo

vệ cảng, lớp phủ mái bảo vệ bờ… thì hư hỏng thường xuất hiện ở chân, ở thân

và ở đỉnh, trong đó hư hỏng thường xuất hiện trong các trường hợp sau:

- Do sử dụng vật liệu rẻ tiền kém chất lượng nên độ bền xuống cấpnhanh hay do thi công không đảm bảo chất lượng kém, bê tông không đảmbảo độ chặt, độ kín nước, mức độ chống xâm thực kém hay do thiết kế cấukiện bê tông không đảm bảo yêu cầu chịu lực nên dễ bị gẫy vỡ, dịch chuyểngây mất ổn định các kết cấu khác nằm liền kề Thí dụ cho trường hợp này là

sự hư hỏng nặng Kè bảo vệ khu phố 12, 13, 14 thị trấn Liên Hương do chânkhay không đảm bảo bị sóng phá vỡ nhiều đoạn làm thân và mái kè bị sụt lún,thiếu các công trình phụ trợ thoát nước mưa và nước thải từ khu dân cư ra

biển Kè bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế Một thí dụ nữa là

Đê chắn sóng K1 khu neo đầu tàu thuyền tránh bão Phú Hài mạch vữa của lớp

đá xây phía ngoài thân đê bị xâm thực, ăn mòn làm cho lớp đá xây bị sụt lún,

đê bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế

- Do công trình được xây dựng ở điều kiện địa chất xấu, sóng gió vàdòng chảy bất lợi nhưng thiết kế và nhất là trong quá trình thi công đơn vị thicông không có giải pháp xử lý tốt nên công trình dễ bị xói chân, lún trượt Thí

dụ cho trường hợp này là Kè Hàm Tiến - Mũi Né, khóa kè bằng bản cừ BTCT

bị gãy, sụt lún làm cho lớp cát đắp thân kè tại vị trí tiếp giáp khóa kè bị rửatrôi Các cấu kiện TSC 178 bị sụt lún từng mảng

- Do hiện tượng vi phạm Luật Đê điều và Quy định của UBND tỉnhnhư: Xây dựng công trình phụ, nhà tạm trong hành lang bảo vệ đê, kè của cácKDL… Qua kiểm tra đã phát hiện và ngăn chặn khoảng 30 vụ vi phạm lấnchiếm hành lang Kè bảo vệ bờ biển Hàm Tiến – Mũi Né (TP Phan Thiết).Đây cũng là nguyên nhân gây nên việc đảm bảo an toàn công trình trong mùamưa bão và việc xử lý các hành vi, vi phạm còn gặp nhiều khó khăn và phứctạp, nhất là đối với các tổ chức, cá nhân đầu tư dự án các khu du lịch, khuresort dọc ven biển

Do cơ quan quản lý chưa thành lập bộ máy lực lượng quản lý đê nhândân theo hướng dẫn của Bộ Nông nghiệp & PTNT tại Thông tư số26/2009/TT-BNN ngày 11/5/2009 nên các tuyến đê (kè) đã xây dựng xonggiao cho địa phương quản lý còn nhiều bất cập, thiếu sự kiểm tra thườngxuyên trong mùa mưa bão hàng năm, nhiều nơi bị lún sụt cục bộ, không pháthiện kịp thời gây hư hỏng nặng hơn nhưng không được sửa chữa kịp thời dothiếu nguồn vốn

1.2. Những hạn chế của kè truyền thống.

1.2.1. Các giải pháp xây dựng kè truyền thống.

Các giải pháp truyền thống trong thiết kế cấu tạo thiên về kết cấu

“cứng” Thực tế dễ xảy ra rủi ro phá vỡ kết cấu do sạt lở, xói mòn, lún sụt cục

bộ; khả năng chống xâm thực bị hạn chế; chi phí đầu tư xây dựng cao; tuổithọ công trình thấp; thi công trong điều kiện thuỷ triều lên xuống, sóng biểndồn dập không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, khó kiểm soát chất lượng và tiến độcông trình Do đó với thi công đổ bê tông thủ công tại chỗ là rất khó để thựchiện đảm bảo yêu cầu chống ăn mòn, xâm thực bê tông cốt thép; thi côngchưa thực hiện đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của thiết kế; kinh phí duy tu, sửachữa lớn và khó khăn trong biện pháp thực hiện dẫn đến không chủ độngđược tiến độ dự án và chất lượng công trình; các kè chắn bê tông cốt thép xâydựng trong môi trường xâm thực vùng biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và bêtông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, làm

bê tông bị hư hỏng sớm, không đảm bảo tuổi thọ công trình; Ngoài ra, cáccông trình xây dựng kè giảm sóng, chắn sóng theo phương pháp truyền thốnghiện nay, hầu như chưa đáp ứng đầy đủ được điều kiện làm việc thực tế, cáccông trình theo mô hình nước ngoài chưa phổ biến và giá trị đầu tư rất lớn,việc khắc phục hậu quả khi xảy ra sự cố, duy tu sửa chữa phức tạp, đòi hỏikinh phí thực hiện cao; Vì vậy, cần có một giải pháp công nghệ mới về sảnxuất, thi công kè mái đất có khả năng chống sạt lở, xói mòn, lún sụt, chốngthấm, chống ăn mòn, chống xâm thực cao hơn nhưng bền vững hơn, mỏnghơn, nhẹ hơn, có khả năng đúc sẵn lắp ghép thuận tiện đơn giản và được sảnxuất với chi phí thấp

1.2.2. Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng.

1.2.2.1 Vấn đề thiết kế, thi công.

Từ các hư hỏng trên của một số công trình, tuy không nhiều nhưngcũng nói lên những nguyên nhân rất cơ bản gây ra các hư hỏng cho công trìnhbảo vệ bờ biển, trong đó có một số điểm cần được lưu ý đặc biệt lúc thiết kế

và thi công xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển như sau:

- Các số liệu vào dùng cho thiết kế phải được đầy đủ và tương đốichính xác để tránh các xử lý sai trong tính toán và đề xuất các giải pháp kếtcấu và nền móng

- Việc bố trí tổng thể các công trình trong hệ thống cần tương đối hợp

lý để phát huy hiệu qủa cao nhất, tránh các hậu quả xấu có thể xảy ra, nhất làhiện tượng xói bồi gây mất ổn định công trình và làm ảnh hưởng đến tính hiệuquả công trình

- Việc xem xét đầy đủ các đặc điểm của điều kiện tự nhiên (như quyluật xói bồi, tính chất động của sóng, đặc biệt là sóng vỡ…) và đặc điểm củatừng loại công trình (như công trình loại tường đứng nhạy bén với xói chân,công trình dạng mái nghiêng đá đổ, dễ bị xáo trộn khi bị chấn động gây phá

vỡ liên kết ban đầu…) để có giải pháp đúng về kết cấu (độ bền, sự liên kết)tránh các hư hỏng do mất ổn định cục bộ hay toàn bộ công trình Nói chungđối với các công trình biển xây dựng dọc bờ biển như đê biển, tường biển, kèbiển…đều cần xem xét đến điều kiện biên với nội dung là cần đánh giá tìnhhình hiện hữu của vùng bờ, xác định điều kiện thủy lực, điều kiện kỹ thuậtnhư sau:

+ Về tình hình hiện hữu của vùng đường bờ, cần qua khảo sát, đo đạc,chụp ảnh, xác định mặt cắt ngang, dọc theo đường bờ, cấu tạo địa chất nềncùng thành phần đất đắp của đê hiện hữu (nếu có), sự hình thái vùng đường

bờ (bồi xói) nhằm tìm hiểu thực tế của vùng đường bờ

+ Về điều kiện thủy lực, cần xem xét tác động của sóng (sóng ngắn vàsóng dài như sóng triều, sóng gió, sóng lừng…) nước dâng do sóng và giócùng biến đổi của mực nước vùng đường bờ, trong đó chú ý đến vị trí của bãi

và vùng phía trong bãi và hình thái (bồi xói) của khu vực đường bờ

+ Về điều kiện kỹ thuật cần xem xét tình hình cấu trúc địa tầng, tínhchất cơ lý của các lớp đất, chế độ nước ngầm, tình hình động đất qua tài liệuthu thập khoan và thăm dò địa chất

Trên các vùng ven biển do số liệu thực đo về thủy hải văn phục vụ chotính toán còn quá ít, chưa có nhiều trạm quan trắc về sóng, gió, triều… nênkết qủa tính toán về thủy động học để xác định nguyên nhân gây xói lở bờ còn

hạn chế Việc xác định vai trò của sóng và dòng chảy ven bờ (nguyên nhânchính gây ra xói) cần phải được nghiên cứu kỹ hơn và có tính khoa học hơn

Mặt cắt thiết kế kè có kết cấu công trình phải đảm bảo an toàn khi xảy ra

lũ bão theo tần suất thiết kế tính toán, phù hợp với nhu cầu phục vụ du lịch, hạnchế bê tông hóa bãi biển, đảm bảo việc vận chuyển tàu thuyền trong quá trìnhsản xuất của ngư dân và phù hợp điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng.Thông thường hiện nay tính toán thiết kế với tần suất bão cấp 9 (để tiết kiệmkinh phí đầu tư, chấp nhận cho sóng qua đỉnh kè), nhưng thực tế và nhất làtrong điều kiện biến đổi khí hậu việc áp dụng gió bão cấp 9 thiết kế sẽ không

an toàn cho công trình về lâu dài Việc chọn cấp gió để thiết kế là chưa thậtkhoa học Cần tham khảo tiêu chuẩn an toàn để chọn điều kiện biên thiết kế

- Việc dự kiến các tình huống có thể xảy ra có thể gây mất ổn địnhcông trình từ gió bão, sóng, dòng chảy, cấu tạo địa chất,…để có các giải pháp

đề phòng hợp lý, tránh các sơ hở gây hậu qủa nghiêm trọng

- Chất lượng vật liệu và kỹ thuật chế tạo, lắp ráp cần được kiểm tra chặtchẽ, bảo đảm cấu kiện không bị nứt, không bị khiếm khuyết nhằm loại trừnguyên nhân dẫn đến xâm thực làm giảm độ bền và gây hư hỏng công trình.Nói chung là trong thiết kế xây dựng công trình biển cần xác định đúng khảnăng có thể gây mất ổn định, làm hư hỏng công trình và cần tìm được giảipháp ngăn chặn hợp lý Đó là điều mà các nhà chuyên môn kỹ thuật côngtrình biển luôn mong muốn và luôn tìm cách làm tốt

1.2.2.2 Vấn đề quản lý.

Công tác quản lý, đầu tư xây dựng đê kè phải được phân công phân cấpđến từng huyện, thị Tuân theo các quy định của pháp luật về quy trình, quyphạm, tiêu chuẩn kỹ thuật về xây dựng và bảo vệ đê điều Phải kiểm trathường xuyên để phát hiện những hư hỏng xảy ra và duy tu sửa chữa kịp thời.Thực hiện chức năng quản lý nhà nước trong lĩnh vực đê điều, đảm bảo hệthống đê được xây dựng theo quy hoạch, thành một thể thống nhất, phù hợpvới chiến lược phát triển của ngành và của từng địa phương; nghiên cứu,

hướng dẫn các cơ chế, chính sách liên quan trong lĩnh vực xây dựng, tu bổ vàquản lý đê, kè biển…

Công trình bảo vệ bờ biển là loại công trình dễ gặp nhiều rủi ro, nên việc

am hiểu quy luật tự nhiên cùng kinh nghiệm xử lý khoa học dựa trên lý luậnđược kiểm chứng bởi thực tế luôn là vấn đề được đặt ra cho các nhà kỹ thuậtcông trình biển Công trình biển ngày càng được xây dựng nhiều ở các nướcven biển, trong đó có nước ta, nhằm đáp ứng việc tạo dựng cơ sở hạ tầng kỹthuật cho việc phát triển nền kinh tế biển, một nền kinh tế đầy triển vọng vớitiềm năng rất lớn Công trình biển ở nước ta còn rất ít và đang bước đầu ở sựphát triển Các nghiên cứu về biển và công trình biển chưa nhiều, các điềukiện cho sự phát triển còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thiết kế xây dựng chưanhiều nên việc nhanh chóng học tập rút kinh nghiệm của thế giới cũng nhưnhanh chóng đào tạo lực lượng cán bộ chuyên ngành, phát huy sáng tạo, vừalàm vừa rút kinh nghiệm thì chắc chắn chúng ta sẽ có bước tiến nhanh vớithuận lợi của những người đi sau, nhưng thừa hưởng được những bài học quýgiá từ thành công và thất bại của người đi trước

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu tạo thành gạch phức hình cơ bản giống như bê tông truyềnthống, tuy nhiên gạch phức hình có tỷ lệ bột mịn cao hơn và đường kính lớnnhất của cốt liệu lớn Dmax<20mm, lượng nước cũng ít hơn so với bê tông truyềnthống do thi công bằng phương pháp ép rung Về mặt lý thuyết, bê tông truyềnthống có cốt liệu lớn làm khung chịu lực; các hạt cốt liệu lớn tì vào nhau; cốtliệu nhỏ lấp đầy các khe rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn; chất kết dính lấp đầycác lỗ rỗng còn lại của phần cốt liệu nhỏ; nước và phụ gia làm cho hỗn hợp bêtông có độ linh động để có thể thi công được Như vậy các vật liệu thành phần

có thể bổ trợ cho nhau trong quá trình tạo thành sản phẩm bê tông có cường độtheo thiết kế Trong khi đối với gạch phức hình thi công bằng phương pháp éprung, hàm lượng hạt cốt liệu lớn là tối thiểu, phần còn lại là cốt liệu nhỏ vàlượng bột mịn Các hạt cốt liệu lớn không trực tiếp tác động với nhau mà phảithông qua lớp bột mịn, phụ gia bôi trơn và lực ép rung

2.1.1 Xi măng

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

đó, do vậy với xi măng PC có thể tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởngcủa puzơlan được lựa chọn đến tính chất của vữa và của bê tông một cách rõràng Ngoài ra puzơlan còn có tác dụng làm giảm nhiệt thủy hóa, bổ sunglượng hạt mịn, tăng tính công tác, tăng độ đặc chắc của bê tông sau khi đóngrắn.v.v Với loại PCB mỗi nhà máy phụ gia khoáng với hàm lượng sử dụng làkhác nhau, do vậy khi đánh giá ảnh hưởng của puzơlan sẽ khó khăn và phứctạp hơn Chính vì những lý do trên mà xi măng PC vẫn được lựa chọn sử dụngcho các công trình với lượng sử dụng bê tông lớn

Xi măng được sử dụng trong thí nghiệm là xi măng PC40 Chinfon Hảiphòng Tính chất cơ bản của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn Việt nam.(TCVN 4787-1989 Xi măng Phương pháp lấy mẫu thử; TCVN141-1998 Ximăng Phương pháp phân tích hóa học; TCVN 4030-1985 Xi măng Phươngpháp xác định bề mặt riêng; TCVN 6016-1995 Xi măng Phương pháp xácđịnh giới hạn cường độ chịu nén và uốn.;

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng

Nhà máy sản

xuất

Thành phần hóa học của Klinke, %

Diện tích bể mặt riêng (cm 2 /g)

Thời gian đông kết (giờ-phút)

Giới hạn cường

độ Mpa (tuổi 28 ngày) Bắt

đầu

Kết thúc

Chịu nén

Chịu uốn

2.1.2 Tro bay

Tro bay là một loại bột khoáng có hoạt tính, có khả năng tác dụng vớisản phẩm thủy hóa xi măng ở điều kiện thường, hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao(gia công nhiệt ẩm ≤ 1000C, gia công nhiệt trong autoclave) Tro bay nóichung chỉ thể hiện hoạt tính puzơlanic, được đánh giá bằng mức độ ngậmcanxi của 1 gam tro bay nghiền mịn Nói chung mức độ ngậm canxi tính bằngmg/g của tro bay phụ thuộc vào độ mịn và bản chất vật liệu cũng như vàonhiệt độ và thời gian phản ứng Tro bay có hàm lượng (CaO +MgO) càng caothì mức độ ngậm canxi càng giảm, đồng thời có độ mịn càng lớn, nhiệt độcàng cao và thời gian càng kéo dài thì mức độ ngậm canxi càng cao

Các loại tro bay nhiệt điện đốt từ các loại than antraxit và than đáthường có tổng hàm lượng (CaO + MgO)≤10 – 15%, chỉ số kiềm Mk<0,1; chỉ

số hoạt tính Ma 0,2-0,8 Vì vậy có thể xếp chúng vào loại axit hoặc siêu axit,chúng có hoạt tính puzơlanic mạnh thể hiện ở mức độ ngậm canxi lớn

Tro bay nhiệt điện thường thuộc loại ít kiềm, chủ yếu chứa các khoángthuộc nhóm 2 và 3 trong thành phần khoáng, các khoáng này phần lớn nằmtrong pha thủy tinh vì vậy chúng có hoạt tính puzơlanic cao Hàm lượng phathủy tinh trong tro bay thường thấp hơn so với trong xỉ, thành phần than chưacháy cao nên hoạt tính của tro bay thường kém hơn so với xỉ Hoạt tính củatro bay còn phụ thuộc vào độ mịn, nhiệt độ,…vì vậy, các so sánh nói trênđược đưa ra ở điều kiện cùng độ mịn và nhiệt độ Đồng thời cần phải lưu ýrằng hoạt tính của tro bay là khác nhau khi chúng có nguồn gốc từ nhiên liệurắn khác nhau, ngay cả khi chúng có cùng nguồn gốc từ cùng một nguồnnhiên liệu cũng đã có sự khác biệt nhau rất rõ nét Có sự khác biệt nhau nhưvậy là do có sự dao động của rất nhiều các thông số về tính chất nhiên liệu (độmịn, thành phần khoáng ban đầu…) chế độ cháy và thải tro cùng nhiềunguyên nhân khác

Để đánh giá chất lượng tro bay người ta thường sử dụng các chỉ số:Theo tổng hàm lượng (CaO + MgO) Tro bay có hàm lượng kiềm thấp(CaO + MgO) = 10-20%, loại có hàm lượng cao (CaO + MgO) <10% gọi là vậtliệu axit hoặc siêu axit Tro bay của phần lớn các nhà máy nhiệt điện thuộc loạiaxit Riêng với tro còn có cách phân loại ra 2 nhóm: Kiềm cao khi hàm lượng(CaO + MgO) ≥20%, kiềm thấp khi hàm lượng (CaO + MgO) <20%

Theo chỉ số số kiềm (Mk)

3 2 2

) (

O Al SiO

MgO CaO

M k







Người ta chia tro bay thành các loại sau:

Loại kiềm khi Mk >0,9

Loại axit khi Mk = 0,6-0,9

Loại siêu axit khi Mk <0,6

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

Tro bay được sử dụng trong nghiên cứu là tro bay của nhà máy nhiệt điện HảiPhòng Kết quả phân tích hóa học của Tro bay được cho ở bảng 2.4

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng.

Hình 2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

2.1.4 Xỉ đáy

Xỉ có thành phần hóa như trong bảng 2.5, được gia công đập và sàngthành các cỡ hạt dưới 10 mm để làm cốt liệu Thành phần hạt xỉ chưa giacông được thể hiện trong bảng 2.6

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải PhòngCác

ôxit SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 TiO2 MKNTỷ

Phầntrăm sótsàngriêngbiệt, (%)

Phầntrăm sóttích lũy(%)

Hình 2.2 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sau khi sàng tách các cỡ hạt dưới 5mm, 5-10 mmm, loại có kích thướctrên 10 mm được gia công đập nhỏ và cùng phối trộn theo từng loại cùng kíchthước của xỉ đáy Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ chế tạo từ xỉ được nêutrong bảng 2.7

Bảng 2.7 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy

Kích thước

0.14 ÷ 0.315

0.315 ÷ 0.63

0.63 ÷ 1.25

2.2 Phương pháp nghiên cứu.

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu tính tạo hình

Phương pháp được sử dụng ở đây là phương pháp tạo hình ép bán khô Épbán khô sản phẩm có nhiều ưu điểm so với các phương pháp tạo hình khác:loại trừ được một số quá trình trong quá trình sản xuất gạch, giảm thời giancủa chu trình sản xuất, sản phẩm có hình dạng, kích thước chính xác hơn…Các tính chất cơ lý – cấu trúc của sản phẩm được hình thành trong quá trìnhnén chặt bột ép và tăng dần cường độ theo thời gian Sự nén chặt bột phối liệukhi ép gắn liền với sự khắc phục nội ma sát giữa các hạt và với sự cần thiếtphải tách không khí ra ngoài vì lượng không khí này sẽ cản trở sự nén chặt và

sự liên kết giữa các hạt khi độ ẩm của phối liệu tương đối thấp Chính vì vậy,

để có thể hiểu rõ và nghiên cứu các quy luật xác định tính chất của sản phẩm

ép phụ thuộc vào các tính chất của bột ép cũng như điều kiện ép và chế độ ép,cần phải nắm vững những cơ sở lý thuyết ép bán khô sản phẩm

Sự làm chặt bột liệu gắn liền với quá trình lý hóa xảy ra trong đó có sựtham gia của pha rắn, pha lỏng, pha khí Ở giai đoạn đầu của quá trình ép cácphần rắn chuyển dịch ở các hướng khác nhau, phá hủy các lỗ rỗng lớn được tạothành từ các hạt trong quá trình khi đổ hỗn hợp cốt liệu vào khuôn, một phầnkhông khí được tách ra Bề mặt tiếp xúc giữa các hạt được tăng lên Ở giaiđoạn cuối của quá trình ép, sản phẩm bị ép chặt nhất, các bề mặt tiếp xúc tiếptục phát triển Khi tăng lực ép thì quá trình này xảy ra nhanh hơn, các hạt chèn

ép lẫn nhau, điều này gây ra khó khăn cho việc điều chỉnh chúng Chất lượngsản phẩm ép phụ thuộc vào tính chất hỗn hợp phối liệu, vào chế độ ép, vàonhững điều kiện đặt lực ép và trị số lực ép Nếu lựa chọn thành phần hạt thíchhợp thì đảm bảo lượng không khí trong bột sẽ là nhỏ nhất, khối lượng thể tíchsản phẩm là lớn nhất và khi đó cường độ của chúng cao nhất Độ rời của củacốt liệu cũng quyết định khả năng nhanh chóng lấp đầy khuôn dạng khác nhau

Độ linh động này phụ thuộc thành phần hạt của vật liệu, hình dạng các hạt,

khối lượng thể tích và sự có mặt của phụ gia trong phối liệu, vào độ ẩm, vàohàm lượng hạt bụi, vào độ nhám bề mặt các hạt và vào các lực liên kết.

Khi tăng lượng hạt cốt liệu lớn trong phối liệu, và sự có mặt của tro baylàm cho bột xỉ trở nên rời tơi hươn, dễ dàng tách khí ra trong quá trình ép, bộtđược nén chặt đồng đều hơn nhưng đòi hỏi cần có lực ép lớn Nhưng khôngphải tất cả các cỡ hạt đều có sự linh động như nhau, các hạt bụi làm giảm độlinh động của bột, gây khó khăn cho quá trình ép, vì không khí thoát ra chậmlàm cho nén không đồng đều, làm tăng sự không đồng đều về mật độ, khốilượng thể tích cũng như làm tăng khả năng gây ra phân lớp trong sản phẩm vàxuất hiện vết nứt Hình dạng hạt cũng ảnh hưởng nhiều đến sự linh động củaphối liệu, những hạt tròn, nhẵn linh động hơn những hạt góc cạnh Độ ẩmtăng cũng làm giảm tính linh động của phối liệu Khi tăng mật độ các hạt thìtính linh động của hỗn hợp cũng tăng lên

Có 03 phương pháp tạo hình cho gạch không nung là: phương pháp rung,phương pháp ép và phương pháp ép – rung kết hợp

Phương pháp rung là một phương pháp tạo hình sản phẩm gạch khôngnung Nguyên tắc của phương pháp này là cốt liệu ở trong khuôn và đượcrung trên máy rung có biên độ, tần số xác định trong một thời gian nhất định.Phối liệu trong khuôn được lèn chặt một cách tự nhiên theo trọng lượng củatừng loại vật liệu Phương pháp rung thích hợp tạo cho hỗn hợp phối liệu có

độ ẩm lớn, khi đó vật liệu dễ dàng tự lèn chặt Trong 03 phương pháp trên thìphương pháp rung cho hiệu quả kém nhất khi cường độ sản phẩm không cao

do phối liệu không được lèn chặt thích hợp và khi rung thì phối liệu sẽ khôngđược điền đầy vào nhau do có nhiều lỗ rỗng của không khí và nước

Phương pháp rung-ép kết hợp là phương pháp tạo hình chất lượng sản phẩmgạch tốt nhất Phương pháp này kết hợp cả 2 quá trình rung và ép phối liệu đồngthời Phương pháp này thích hợp cho các hỗn hợp phối liệu có độ đồng đều cao,

độ ẩm phối liệu thấp và tạo hình sản phẩm bằng phương pháp khô

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